[發明專利]一種用于虛擬電力安全培訓的筆式力觸覺多模式交互裝置

有效

• 申請號: 202010001801.5
• 申請日: 2020-01-02
• 公開（公告）號: CN111176453B
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 羅華杰;沈延峰;喬貴方;田磊;馬超;梁昊;高志國;周瑤;馬凌君
• 申請（專利權）人: 國家電網有限公司;國網陜西省電力公司安康供電公司
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06F3/0354;G06Q50/20
• 代理公司: 西安西交通盛知識產權代理有限責任公司 61217
• 代理人: 蔡和平

本發明公開了一種用于虛擬電力安全培訓的筆式力觸覺多模式交互裝置，包括外殼、手握滑環、軌道套環、電容觸頭、力觸覺再現裝置、振動電機、電機驅動板、電池、控制板及電源開關；控制板通過電機驅動板控制振動電機以提供振動式力觸覺；電容觸頭與軌道套環固定連接，軌道套環固定在外殼的首端，手握滑環套裝在軌道套環的外部；力觸覺再現裝置固定安裝在外殼內，力觸覺再現裝置能夠提供持續推力和彈力推動手握滑環沿軌道滑環外壁運動以提供連續力觸覺以及突變力觸覺。本發明裝置結構緊湊，價格低廉，能夠應用于基于移動終端的虛擬電力培訓系統的多模式力觸覺交互，所表達的力觸覺信息更完整，有利于提高虛擬電力培訓系統的真實感與培訓效率。

技術領域

本發明涉及基于力觸覺交互技術領域，尤其涉及一種用于虛擬電力安全培訓的筆式力觸覺多模式交互裝置。

背景技術

電力系統安全培訓對保證電力系統安全、穩定和高效運行至關重要。目前電力系統安全培訓主要以講座和視頻等傳統形式講解標準化作業流程與典型事故案例，受訓人員缺乏實際操作的親身體驗，培訓效果相對較差。雖然有相關的電力系統仿真盤臺，但隨著電力設備及相關技術的發展，培訓裝置與實際系統存在顯著差異，培訓效果大大降低，但培訓裝置的更新又需要投入大量的財力。

虛擬現實技術的發展為電力系統安全培訓帶來了新的形式，通過軟件構建虛擬電力系統場景，該場景的真實感和操控感使得受訓人員能夠親身體驗標準化作業流程和典型事故，大大提高了培訓效果。基于虛擬現實的安全培訓系統不僅降低了培訓資金投入，還可降低培訓過程中的危險，能夠將電力系統中各個環節有機地聯系起來，受訓人員可以對電力設備進行多層次的多角度的觀察、操作和體驗。目前的虛擬現實電力安全培訓系統中的人機交互方式主要是采用視覺和聽覺交互，而采用觸覺交互的系統較少，也僅是一些簡單的振動提示。而在人類的視覺、聽覺、味覺和觸覺等感知系統中，觸覺提供了人與環境之間雙向的交互渠道，可以形成其它感知系統無法實現的各種主動性行為(如觸摸物體、操作工具等)。因此，具有力觸覺反饋的虛擬現實電力安全培訓系統是必要的，能夠進一步地提升虛擬現實電力安全培訓系統的真實感和操控感，降低培訓成本、提高安全培訓效率具有重要的意義。

現有的力觸覺交互裝置主要有Phantom?Omni力反饋手控器，力反饋手套，外骨骼設備等，此類設備均能夠提供較好的力觸覺體驗，但裝置機構復雜、且裝置價格較高，不適用于移動終端的虛擬交互系統。已有的筆式力觸覺再現裝置具有緊湊的結構，但大多僅通過振動反饋或連續漸變力實現力觸覺交互，對于觸電等誤操作的突變力表達及反饋效果較差。因此，亟需一種新型力觸覺交互設備，能夠較好地表達突變力信息，從而使力觸覺交互裝置所表達的信息更加完整，使其與移動終端的力觸覺交互更加具有真實感。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種用于虛擬電力安全培訓的筆式力觸覺多模式交互裝置，克服現有技術的缺陷和不足。該裝置能夠實現振動、連續力觸覺表達以及突變力表達等多模式力觸覺反饋功能。

為實驗上述技術目的，本發明采取以下技術方案實現：

一種用于虛擬電力安全培訓的筆式力觸覺多模式交互裝置，包括：外殼、手握滑環、軌道套環、電容觸頭、力觸覺再現裝置、振動電機、電機驅動板、電池、控制板及電源開關；

所述電源開關、電池、控制板、電機驅動板、振動電機均固定安裝在外殼的后端，控制板通過電機驅動板控制振動電機以提供振動式力觸覺；電源開關與電池連接用于提供電能；

所述電容觸頭與軌道套環固定連接，軌道套環固定在外殼的首端，手握滑環套裝在軌道套環的外部；所述力觸覺再現裝置固定安裝在外殼內，力觸覺再現裝置能夠提供持續推力和彈力推動手握滑環沿軌道滑環外壁運動以提供連續力觸覺以及突變力觸覺。

作為本發明的進一步改進，所述力觸覺再現裝置包括圓柱凸輪、微型減速電機、彈簧、螺旋滑塊、直線滑塊、滑塊軌道以及套索；