[發明專利]基于磁流變技術的觸覺再現裝置

有效

• 申請號: 201710277734.8
• 申請日: 2017-04-25
• 公開（公告）號: CN106909178B
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發明（設計）人: 董小閔;席軍;陳平根;王金戈;李文峰
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G05D15/01
• 分類號: G05D15/01
• 代理公司: 50224 重慶謝成律師事務所
• 代理人: 劉貽行

本發明公開了一種基于磁流變技術的觸覺再現裝置，包括操縱機構和阻尼裝置；操縱機構至少包括操縱筒，阻尼裝置包括外殼和設置于外殼內的阻尼機構，阻尼機構包括阻尼桿和設置于剛性殼體內與阻尼桿底端固定連接并用于阻尼桿擺動時產生擺動阻尼力的擺動阻尼件；阻尼裝置還包括固定于阻尼桿位于筒體的部分外側設置的第一勵磁線圈，當第一勵磁線圈通電時產生對操作筒軸向移動或繞自身軸線轉動的阻尼力；本發明結構簡單，可結合傳感控制系統同時使用，不但可方便快捷的實現體現觸覺力的大小，而且可滿足多自由度的觸覺模擬，且體積較小，具有相當高的市場推廣性。

技術領域

本發明涉及觸覺再現技術領域，特別涉及一種基于磁流變技術的觸覺再現裝置。

背景技術

高效自然的觸覺再現技術能夠加強虛擬現實的沉浸感和真實感，能夠提供更為真實和直接的交互體驗，將人類與虛擬世界的交流推向一個新的階段，是目前虛擬現實領域的熱點。觸覺再現技術在科學教育、工業設計、盲人看圖和遠程醫療等領域起著重要的輔助作用，如在遠程手術過程中，需要機械臂上的手術刀實現實時的移動，此時在移動過程中醫生有臨場感知模擬需要，就需要使用到觸覺再現技術。

目前，觸覺再現技術大多是基于機械力的，比較典型的有針型接觸式陣列、氣體壓力觸覺再現裝置和基于鋸齒表面的觸覺再現裝置，這些機械式的方式雖然可以實現多自由度的觸覺再現，但是由于結構極其復雜、體積較大、設備笨重很難在日常生活中應用推廣。為解決上述問題，適應使用的小型化要求，現有技術中出現了通過靜電力、電流變為介質，通過控制介質的不同狀態與行為使觸覺再現的方式，此種方式可通過改變接觸表面的形狀或摩擦系數，使得操作者通過觸摸表面直接感受摩擦力的變化從而使得觸覺再現，雖可滿足小型化的需求，但實現多自由度的觸覺模擬難度很大，仍然不具有廣泛使用性。

因此，需要對現有的觸覺再現裝置進行改進，使其不但結構簡單，體積較小，使用方便，而且可滿足多自由度的觸覺模擬，提高其使用推廣性。

發明內容

有鑒于此，本發明提供一種觸覺再現裝置，其不但結構簡單，體積較小，使用方便，而且可滿足多自由度的觸覺模擬，提高其使用推廣性。

本發明的基于磁流變技術的觸覺再現裝置，包括操縱機構和與操縱機構配合并用于提供阻尼力以實時再現觸覺力的阻尼裝置；

操縱機構至少包括操縱筒，阻尼裝置包括外殼和設置于外殼內的阻尼機構，外殼包括剛性殼體和與剛性殼體上端連接并外套固定于操縱筒外側對操縱筒形成支撐并用于補償空間的柔性殼體，阻尼機構包括阻尼桿和設置于剛性殼體內與阻尼桿底端固定連接并用于阻尼桿擺動時產生擺動阻尼力的擺動阻尼件，阻尼桿上部位于操縱筒內并操縱筒以可軸向移動的方式與阻尼桿配合，外殼和操縱筒的空腔內填充有磁流變液；

阻尼裝置還包括固定于阻尼桿位于筒體的部分外側設置的第一勵磁線圈，當第一勵磁線圈通電時產生對操作筒軸向移動或繞自身軸線轉動的阻尼力。

進一步，擺動阻尼件包括與阻尼桿固定連接的連接球體、設置在連接球體上的至少一個接觸盤和固定于接觸盤上設置用于提供通電時提供磁場的第二勵磁線圈，每一接觸盤與剛性殼體的內壁間設有用于磁流變液流動的間隙。

進一步，每一接觸盤包括連接桿和與連接桿一體成型的盤體，連接桿沿連接球體的徑向設置，第二勵磁線圈設置在連接桿上，剛性殼體內壁為內球面結構，盤體為與內球面結構相適形的弧形結構。

進一步，每一接觸盤的盤體的外側弧面上設置有用于控制與剛性殼體內壁間間隙的鋼球。

進一步，第一勵磁線圈通過線圈座固定于阻尼桿上端外側，操縱筒內與阻尼桿上端和線圈座配合還設置有用于提供軸向阻尼和復位的壓縮彈簧。

進一步，阻尼桿位于操縱筒內部分上還設置有用于操縱筒滑動配合并圓周密封的導向件。

進一步，柔性殼體為上小下大的錐臺形結構。