[發明專利]基于線性馬達的新型電磁觸覺模擬反饋裝置及方法

在審

• 申請號: 202010521681.1
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111782034A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 占宏;梁聰垣;楊辰光
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;H02K33/12
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 鄭浦娟

本發明公開了一種基于線性馬達的新型電磁觸覺模擬反饋裝置及方法，包括體感信息采集模塊、連接體感信息采集模塊的力反饋信息處理模塊、連接力反饋信息處理模塊的線性振動馬達和磁場產生模塊，其中，體感信息采集模塊用于實時采集用戶在交互過程中的手勢信息；力反饋信息處理模塊用于實時對比用戶的手勢變化，根據虛擬現實場景中虛擬手與虛擬物件的接觸情況生成對應的力反饋信號；線性振動馬達用于根據力反饋信號產生相應類型和強度的震動來模擬觸碰震動反饋；磁場產生模塊用于根據力反饋信號生成相應方向和強度的磁場，通過磁力互斥來模擬真實的握感反饋。本發明能夠通過輕便的反饋裝置實現虛擬現實環境中精準的力反饋體驗，增強用戶的臨場感。

技術領域

本發明涉及虛擬現實技術領域，特別涉及一種基于線性馬達的新型電磁觸覺模擬反饋裝置及方法。

背景技術

虛擬現實技術，是指通過沉浸式立體顯示器、體感反饋裝置等設備，通過設計的人機交互體驗，構造出一種與真實環境感受類似的虛擬現實環境。隨著虛擬現實技術的發展，力反饋在該領域中顯得愈發重要，力反饋裝置的引入使得操作者能夠獲得更好的臨場感體驗，優化了操作者在虛擬現實環境中的操作體驗，力反饋裝置能夠將虛擬環境中的力度信息傳遞給操作者，進一步提高了操作的準確性和靈敏度。同時，力反饋裝置也能夠實時采集操作者的動作信息，進而通過計算機模擬出更為逼真的力反饋效果。

目前，已有的力反饋裝置所存在的問題大多在于，裝置機構復雜，模擬力反饋的精度不高，無法真實還原虛擬現實環境中的接觸體感等等。例如，中國專利號：201810718709.3，名稱：一種壓力單元和基于電磁效應的力反饋數據手套，該發明申請具體為：壓力單元通過自身變形,使該壓力單元的使用者感受到觸碰壓力，進而模擬得出虛擬現實環境中的力反饋效果。該手套雖然能夠實現一定程度上的力反饋效果，但在實際應用中，力反饋裝置設計顯得較為笨重，機構復雜，在一定程度上限制了操作者的靈活運動，削弱了使用過程中的臨場感。另外，中國專利號：201910400828.9，名稱：一種可調尺寸的變剛度力反饋手套，該發明申請具體為：使用自由/約束狀態切換單元，當其處于約束狀態形式時，變剛度單元的剛度從最大值到最小值可連續變化，變剛度單元、自由/約束狀態切換單元、指尖連接單元三者限制轉動，變剛度力反饋手套反饋給人手一個被動反饋力，通過調整變剛度單元剛度的大小，從而調整被動反饋力的大小，人手受到的被動反饋力不同，則感受到的虛擬物體的剛度不同，即用戶可以感知具有不同剛度屬性的虛擬物體。該手套雖然能夠實現一定程度上的變剛度力反饋效果，但無法有效的提供指尖觸感的力反饋，在虛擬現實環境的使用當中，無法有效模擬完整逼真的力反饋效果。

隨著虛擬現實技術的應用場景愈發廣泛，為了追求更為接近現實的臨場感受，迫切需要一種精確且輕便的力反饋裝置。

發明內容

本發明的第一目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種基于線性馬達的新型電磁觸覺模擬反饋裝置，該裝置簡單輕便，且能夠在虛擬現實環境的使用當中，有效模擬完整逼真的力反饋效果。

本發明的第二目的在于提供一種基于線性馬達的新型電磁觸覺模擬反饋方法，該方法可以實現虛擬現實環境中精準的力反饋體驗，增強用戶的臨場感。

本發明的第一目的通過下述技術方案實現：一種基于線性馬達的新型電磁觸覺模擬反饋裝置，包括體感信息采集模塊、力反饋信息處理模塊、線性振動馬達和磁場產生模塊，體感信息采集模塊連接力反饋信息處理模塊的輸入端，力反饋信息處理模塊的輸出端連接線性振動馬達和磁場產生模塊，其中，

體感信息采集模塊用于實時采集用戶在交互過程中的手勢信息，并將手勢信息發送給力反饋信息處理模塊；

力反饋信息處理模塊用于實時對比用戶的手勢變化，根據虛擬現實場景中虛擬手與虛擬物件的接觸情況生成對應的力反饋信號，并將力反饋信號發送給線性振動馬達和磁場產生模塊；

線性振動馬達用于根據力反饋信號產生相應類型和強度的震動來模擬觸碰震動反饋；