一種雙指運(yùn)動(dòng)跟蹤及力反饋裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明裝置屬于虛擬現(xiàn)實(shí)中的人機(jī)交互技術(shù)領(lǐng)域，是一種應(yīng)用于遙操作系統(tǒng)或虛 擬仿真系統(tǒng)中，與遠(yuǎn)地物體或虛擬物體進(jìn)行交互的力反饋設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002] 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是指采用W計(jì)算機(jī)為核屯、的現(xiàn)代高科技生成逼真的視、聽、觸覺等 一體化的虛擬環(huán)境，用戶借助必要的設(shè)備W自然的方式與虛擬世界中的物體進(jìn)行交互，互 相影響，從而產(chǎn)生親臨真實(shí)環(huán)境的感受和體驗(yàn)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在載人航天、多兵種軍事聯(lián)合 訓(xùn)練與演練、醫(yī)療手術(shù)的模擬與訓(xùn)練、仿生機(jī)器人等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。
[0003] 遙操作是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)重要領(lǐng)域。遙操作系統(tǒng)可W在諸如遠(yuǎn)程醫(yī)療、 空間站、戰(zhàn)場(chǎng)等非確定性環(huán)境下進(jìn)行復(fù)雜的作業(yè)，對(duì)環(huán)境信息的獲取能力W及真實(shí)性影響 著操作者的操縱質(zhì)量。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的引入可W擴(kuò)展操作者對(duì)環(huán)境信息的認(rèn)知和感知能 力，建立和諧的人機(jī)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)操作者與任務(wù)環(huán)境模型的動(dòng)態(tài)交互。手在人類生活中具有極 其重要的地位，被用來(lái)認(rèn)識(shí)、了解周圍的環(huán)境、改造環(huán)境、積累認(rèn)知。將基于手勢(shì)的人機(jī)交互 技術(shù)應(yīng)用于遙操作系統(tǒng)中，可W大大提高系統(tǒng)的可操作性。
[0004] 隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的蓬勃反正，各種虛擬仿真系統(tǒng)也相繼誕生，W滿足不同領(lǐng)域 的需要?；谑謩?shì)的人機(jī)交互技術(shù)在虛擬仿真系統(tǒng)中也有著不可比擬的重要性。例如，將 其集成到模擬觸診及介入手術(shù)訓(xùn)練系統(tǒng)中，醫(yī)生雙手操縱多自由度的人機(jī)交互設(shè)備，借助 顯示設(shè)備在虛擬環(huán)境下進(jìn)行手術(shù)訓(xùn)練。在交互式設(shè)計(jì)中，如寶石雕刻、汽車中控設(shè)計(jì)等，可 W幫助設(shè)計(jì)者預(yù)知人為因素的影響，做出正確的判斷。
[0005] 應(yīng)用于遙操作系統(tǒng)或虛擬仿真系統(tǒng)的人機(jī)交互設(shè)備的研究和開發(fā)在國(guó)內(nèi)外受到 廣泛的關(guān)注，主要研究對(duì)象集中于視覺、空間和姿態(tài)定位等，但是提供力反饋的設(shè)備尚不多 見。在遙操作系統(tǒng)或虛擬仿真系統(tǒng)中，如果操作者能夠用其手部操縱遠(yuǎn)地物體或虛擬物體， 并在操作的同時(shí)感受到虛擬物體的反作用力（即力覺再現(xiàn)），將會(huì)大大提高系統(tǒng)的沉浸性 和交互性，改善系統(tǒng)的可操作性和操作質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 技術(shù)問題；為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種充分發(fā)揮了手在交互過(guò)程中的 自然性、靈活性和適應(yīng)性的雙指運(yùn)動(dòng)跟蹤及力反饋裝置。
[0007] 技術(shù)方案；本發(fā)明的一種雙指運(yùn)動(dòng)跟蹤及力反饋裝置，包括固定放置的框架；豎 直貫穿框架的中屯、桿；在框架內(nèi)，W中屯、桿為公共邊，一左一右設(shè)置在中屯、桿兩側(cè)的兩個(gè)可 變形的菱形滑框；所述菱形滑框與所述中屯、桿通過(guò)套環(huán)固定連接；菱形滑框變形時(shí)，其與 中屯、桿相連的邊帶動(dòng)中屯、桿在平面內(nèi)沿豎直方向運(yùn)動(dòng)；所述每個(gè)菱形滑框與中屯、桿平行的 側(cè)邊分別連接一個(gè)水平的，可沿水平方向運(yùn)動(dòng)，使得菱形滑框變形的傳動(dòng)桿，所述傳動(dòng)桿伸 出框架外，在傳動(dòng)桿末端安裝有指套；在框架外，位于中屯、桿頂部設(shè)有用于記錄中屯、桿位移 的位移跟蹤機(jī)構(gòu)，位于中屯、桿底部設(shè)有用于輸出反饋力的力反饋機(jī)構(gòu)。
[000引所述框架的形狀為方形。
[0009] 所述位移跟蹤機(jī)構(gòu)為線位移傳感器。
[0010] 所述力反饋機(jī)構(gòu)包括安裝在中屯、桿上的齒條、齒輪W及固定在框架上的電機(jī)；所 述電機(jī)上有電機(jī)軸；齒輪與齒條相配合，電機(jī)軸與齒輪相配合；所述電機(jī)輸出反饋力，通過(guò) 齒輪將反饋力傳遞至齒條，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為豎直方向的作用力施加于中屯、桿。
[0011] 初始狀態(tài)下，為避免菱形滑框鎖死，近似水平的兩邊與豎直方向夾角0 =85°。 [001引有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法具有W下優(yōu)點(diǎn)：
[0013]由于應(yīng)用于遙操作系統(tǒng)或虛擬仿真系統(tǒng)的人機(jī)交互設(shè)備大多集中于視覺、空間和 姿態(tài)定位等，不能提供手部與遠(yuǎn)地物體或虛擬物體接觸W及進(jìn)行操縱時(shí)的反饋力，難W讓 操作者產(chǎn)生真實(shí)的操作感受，影響操作質(zhì)量。本發(fā)明所提供的雙指運(yùn)動(dòng)跟蹤及力反饋裝置 解決了該一問題，裝置機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)精簡(jiǎn)、靈活、能耗小，實(shí)現(xiàn)了手指運(yùn)動(dòng)的測(cè)量的同時(shí)為操作 者提供了遠(yuǎn)地物體或虛擬物體的反作用力，充分發(fā)揮了手在交互過(guò)程中的自然性、靈活性 和適應(yīng)性，擴(kuò)展操作者對(duì)環(huán)境信息的認(rèn)知和感知能力，大大提高了系統(tǒng)的沉浸性和交互性， 改善了系統(tǒng)的可操作性和操作質(zhì)量。
【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1是本發(fā)明裝置的示意圖。
[0015] 圖2是本發(fā)明裝置的工作示意圖。
[0016] 附圖中標(biāo)號(hào)為；1.框架，2.中屯、桿，3.菱形滑框，4.套環(huán)，5.傳動(dòng)桿，6.指套，7.線 位移傳感器，8.齒條，9.齒輪，10.直流電機(jī)；A.菱形滑框頂點(diǎn)，A'.手指運(yùn)動(dòng)后頂點(diǎn)A的位 置，0.菱形滑框頂點(diǎn)，〇'.手指運(yùn)動(dòng)后頂點(diǎn)0的位置，f(x). -只手指的移動(dòng)距離，1.菱形 滑框邊長(zhǎng)，X.中屯、桿移動(dòng)距離，0 =85。。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合實(shí)施例和說(shuō)明書附圖，對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程 作詳細(xì)說(shuō)明，但實(shí)施例僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出；對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可W做出若干改進(jìn)和等同替換，該些對(duì)本發(fā)明 權(quán)利要求進(jìn)行改進(jìn)和等同替換后的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0018] 如圖1所示，本發(fā)明的雙指運(yùn)動(dòng)跟蹤及力反饋裝置包括固定放置的框架1 ;在本發(fā) 明具體實(shí)施例中，框架1的形狀為方形、長(zhǎng)方形、圓形等其他適合的幾何圖形；框架1用于固 定、連接其他各部分組件；豎直貫穿框架1的中屯、桿2 ;在框架1內(nèi)，W中屯、桿2為公共邊， 一左一右設(shè)置在中屯、桿2兩側(cè)的兩個(gè)可變形的菱形滑框3 ;菱形滑框3與中屯、桿2連接的 邊通過(guò)套環(huán)4與中屯、桿2固定連接，即菱形滑框3與中屯、桿2的公共邊兩端安裝有套環(huán)4， 且該兩個(gè)套環(huán)是固定在中屯、桿上的；同樣，菱形滑框3與中屯、桿2連接的邊通過(guò)套環(huán)4與菱 形滑框3與中屯、桿2平行的側(cè)邊連接；初始狀態(tài)下，為避免菱形滑框3鎖死，近似水平的兩 邊與豎直方向夾角0 =85° ;菱形滑框3與中屯、桿2平行的側(cè)邊分別連接兩個(gè)水平的光 滑傳動(dòng)桿5,所述傳動(dòng)桿5可W沿水平方向運(yùn)動(dòng)，使得菱形滑框變形；菱形滑框變形時(shí)，其與 中屯、桿相連的邊帶動(dòng)中屯、桿在平面內(nèi)沿豎直方向運(yùn)動(dòng)；傳動(dòng)桿5伸出框架1外，在傳動(dòng)桿5 末端安裝有指套6 ;在框架1