[發明專利]用于人機交互的多自由度力覺反饋裝置

有效

• 申請號: 201410291332.X
• 申請日: 2014-06-24
• 公開（公告）號: CN105215992B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 宋愛國;胡海樺;崔建偉;徐寶國;劉玉慶;周伯河
• 申請（專利權）人: 東南大學常州研究院;中國航天員科研訓練中心
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00;B25J19/00
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙)32231
• 代理人: 黃杭飛

技術領域

本發明涉及一種人機交互裝置，尤其涉及一種用于人機交互的多自由度力覺反饋裝置。

背景技術

在計算機技術發展初期，人機之間的信息交互是通過鼠標鍵盤以及顯示器等傳統輸入輸出設備完成的，用戶只能獲得視覺或者聽覺的感知，而無法獲得更多感官信息。隨著虛擬現實技術的出現及發展，人機交互方式也在不斷的發生變革，三維鼠標、立體眼鏡、數據手套等新型交互設備的出現極大的提升了用戶的感官體驗，因此研究更多感官的交互技術十分重要。

力反饋技術是在虛擬現實技術中是對虛擬三維環境力進行真實再現的技術，研究表明，力覺對人類探索世界的重要性僅次于視覺。通過力反饋可以獲得和觸摸實際物體時相同的力感和運動感，從而獲得更真實的沉浸感。近年來，力反饋技術已被廣泛用于醫學、工業、太空探索等領域，衍生出虛擬介入手術、虛擬裝配等先進的計算機力反饋交互系統。因此，研制一種具有多維用于人機交互的多自由度力覺反饋裝置，可以獲得更為真實的力覺反饋效果，提高計算機虛擬訓練效率，具有重要的應用價值和實際意義，而目前國內對這塊的研發還是一片空白。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：為了解決上述問題，本發明提供一種用于人機交互的多自由度力覺反饋裝置來解決上述問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種用于人機交互的多自由度力覺反饋裝置，包括支架、上臂連桿機構、連桿機構連接件、下臂連桿機構、肩關節縱向力反饋電機、肩關節橫向力反饋電機、肘關節縱向力反饋電機、肘關節橫向力反饋電機、腕關節軸向力反饋電機、腕關節徑向力反饋電機、肩關節電機固定架、腕關節軸向電機固定架、腕關節徑向電機固定架和手柄，所述的肩關節電機固定架固定在支架的頂部，所述的肩關節電機固定架上設置肩關節縱向力反饋電機和肩關節橫向力反饋電機，所述的肩關節縱向力反饋電機的輸出軸和肩關節橫向力反饋電機的輸出軸垂直，所述的上臂連桿機構包括平行設置的第一上桿和第一下桿，所述的第一下桿位于第一上桿的下方，所述的肩關節縱向力反饋電機的輸出軸與第一上桿的一側鉸接，所述的第一上桿相對于肩關節縱向力反饋電機的輸出軸轉動的方向與肩關節縱向力反饋電機的輸出軸旋轉的方向垂直，所述的肩關節橫向力反饋的電機的輸出軸與第一下桿的一側鉸接，所述的第一下桿相對于肩關節橫向力反饋電機的輸出軸轉動的方向與肩關節橫向力反饋電機的輸出軸旋轉的方向垂直，所述的第一上桿和第一下桿遠離肩關節電機固定架的一端分別與連桿機構連接件鉸接，所述的連桿機構連接件上設置肘關節縱向力反饋電機和肘關節橫向力反饋電機，所述的肘關節縱向力反饋電機的輸出軸和肘關節橫向力反饋電機輸出軸垂直，所述的下臂連桿機構包括平行設置的第二上桿和第二下桿，所述的第二下桿位于第二上桿的下方，所述的肘關節縱向力反饋電機的輸出軸與第二上桿鉸接，所述的第二上桿相對于肘關節縱向力反饋電機的輸出軸轉動的方向與肘關節縱向力反饋電機的輸出軸旋轉的方向垂直，所述的肘關節橫向力反饋的電機的輸出軸與第二下桿鉸接，所述的第二下桿相對于肘關節橫向力反饋電機的輸出軸轉動的方向與肘關節橫向力反饋電機的輸出軸旋轉的方向垂直，所述的第二上桿和第二下桿遠離連桿機構連接件的一端分別與腕關節軸向電機固定架鉸接，所述的腕關節軸向電機固定架上設置腕關節軸向力反饋電機，所述的腕關節軸向力反饋電機的輸出軸固定連接有第一齒輪，所述的腕關節軸向電機固定架上還設置有第二齒輪，所述的第二齒輪通過軸承固定在腕關節軸向電機固定架上，所述的第二齒輪與第一齒輪嚙合，所述第二齒輪的輪側面連接腕關節徑向電機固定架，所述的腕關節徑向電機固定架上設置腕關節徑向力反饋電機，所述的腕關節徑向力反饋電機的輸出軸與腕關節軸向力反饋電機的輸出軸垂直，所述的腕關節徑向力反饋電機的輸出軸與手柄固定板垂直連接，所述的手柄固定板的端部連接手柄。該裝置的反饋電機將信號傳輸給計算機后，計算機利用模擬軟件會將手臂運動軌跡等在計算機中還原、統計和計算。

為了更好的操作性，所述的下臂連桿機構上安裝有用于將人的下臂與下臂連桿機構固定在一起的手臂穿戴環。

根據不同操作者的身高，方便操作者操作，所述的支架包括底座和伸縮裝置，所述的伸縮裝置包括中空的下伸縮桿、設置在下伸縮桿中的上伸縮桿和用于調節上伸縮桿從下伸縮桿中伸縮長度的調節栓。

為了避免重力對操作者手臂的影響，所述的第一上桿和第一下桿遠離連桿機構連接件的一端均安裝有配重，所述的配重呈圓柱體，兩個底面中心之間開有與第一上桿和第一下桿相匹配的通孔，所述的通孔內具有內螺紋，所述的第一上桿和第一下桿遠離連桿機構連接件的一側的外壁上具有外螺紋，所述的內螺紋與外螺紋配合使用。