[實用新型]一種空間六維計算機輸入設備

有效

• 申請號: 201220278175.5
• 申請日: 2012-06-13
• 公開（公告）號: CN202615340U
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 楊旭東;徐海亭;王俊;戴廣永
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: G06F3/033
• 分類號: G06F3/033
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

技術領域

本實用新型涉及計算機虛擬現實模擬技術領域，具體為一種空間六維計算機輸入設備。

背景技術

目前實際應用的計算機輸入設備多數是兩維的，只具有平面兩個運動量的輸入，但隨著三維造型技術的出現和虛擬現實技術的發展，輸入設備的運動已不僅僅局限于X-Y平面上的運動，且要能夠實現被操作對象在三維空間中任意方向的移動及繞空間某一軸的轉動，以滿足對屏幕上三維造型實體甚至整個虛擬場景的全方位瀏覽和其它相關操作。如在惡劣和危險環境下工作的機器人，在飛行模擬系統的飛行模擬器，以及在太空中的飛行器，都需要人們借助六維計算機輸入設備發出命令來控制他們的空間三維移動及三維轉動。

目前很多學者對此進行廣泛的研究，如國外學者Kerr和Nguyen等人采用Stewart結構的六維力與力矩傳感器。國內也有一些相關的專利技術，如：一種具有彈性鉸鏈的六維力與力矩傳感器（中國專利：CN1229915）、并聯解耦結構六維力與力矩傳感器（中國專利：CN1267822）、直接輸入型機器人四維力與力矩傳感器（中國專利：CN1425903）、六自由度力與力矩傳感器（中國專利：CN2165435）。上述技術多數采用檢測力與力矩，因此在結構上采用了微動機器人的核心技術，并不具備檢測較大直線位移和角度位移的功能。國內針對六維計算機輸入設備的相關研究則相對較少，且現有的六維計算機輸入設備都存在一些不足之處，如微動六維鼠標是通過力敏感元件，用力/力矩來控制六維運動的速度，存在缺乏操作真實感，很難實現高精度控制等缺點。秦開懷教授設計并實現了五自由度三維USB鼠標，該鼠標在傳統二維鼠標基礎上增加2個自由度，并以滾輪的形式分布在鼠標兩側，分別實現了繞X軸和Y軸的旋轉。但缺點是無法實現六維運動，且滾球在滾動時易受接觸面影響，需經常對滾球進行清洗。

發明內容

要解決的技術問題

為解決現有技術存在的問題，本實用新型提出了一種空間六維計算機輸入設備，具有操作真實感，能夠實現高精度控制，使操作者能在宏動范圍內具有較真實的移動/轉動感覺。

技術方案

本實用新型的技術方案為：

所述一種空間六維計算機輸入設備，其特征在于：包括框體支座機構、平臺導軌機構和手柄；

平臺導軌機構包括一個動平臺和六根運動導軌；

動平臺為立方體結構；所述空間六維計算機輸入設備的空間直角坐標系原點在動平臺的幾何中心，Z軸垂直于動平臺頂面，X軸和Y軸分別垂直于動平臺兩個相鄰的側面；在動平臺的頂面中心開有手柄安裝孔，手柄安裝孔中心軸線與Z軸共線；在動平臺的底面上開有兩個Z向導軌安裝孔，兩個Z向導軌安裝孔的中心軸線構成的平面與空間直角坐標系XZ平面重合，且兩個Z向導軌安裝孔的中心軸線相對于YZ平面對稱；在動平臺上與X軸垂直的側面上開有兩個X向導軌安裝孔，兩個X向導軌安裝孔的中心軸線構成的平面與XY平面重合，且兩個X向導軌安裝孔的中心軸線相對于XZ平面對稱；在動平臺上與Y軸垂直的側面上開有兩個Y向導軌安裝孔，兩個Y向導軌安裝孔的中心軸線構成的平面與YZ平面重合，且兩個Y向導軌安裝孔的中心軸線相對于XY平面對稱；

六根運動導軌分為兩根X向運動導軌、兩根Y向運動導軌、兩根Z向運動導軌；每根運動導軌包括前連桿、后連桿、前球頭鉸、后球頭鉸和擋圈；擋圈套在前連桿上，并與前連桿固定；球頭鉸包括球頭鉸座和球頭鉸桿，球頭鉸座一端為空心桿，另一端為空心球殼，球頭鉸桿一端為圓柱桿，另一端為球頭，球頭鉸桿的球頭與球頭鉸座的空心球殼配合；后連桿兩端分別插入前球頭鉸座和后球頭鉸座的空心桿內，且為過盈配合；前連桿后端有沉孔，前球頭鉸桿的圓柱桿插入前連桿后端沉孔內，且為過盈配合；后球頭鉸桿的圓柱桿插入動平臺上的導軌安裝孔內，且為過盈配合；

框體支座機構包括X方向支架、Y方向支架、Z方向支架和動平臺支撐彈簧，每個方向支架上均固定有導軌安裝板，動平臺支撐彈簧固定安裝在Z方向支架和Y方向支架上；每個導軌安裝板包括底板、至少兩個支座和四個限位開關；底板上開有通槽，支座通過螺栓與通槽配合安裝在底板上，并且支座可沿通槽滑動；支座上開有導軌通孔，導軌通孔的軸線相互平行，且都平行于支座的滑動方向；在支座上還固定有位移傳感器，用于測量支座沿通槽的滑動位移；在支座滑動方向兩側的底板邊緣上對稱各固定有兩個限位開關；