[实用新型]一种空间六维计算机输入设备

说明书

技术领域

本实用新型涉及计算机虚拟现实模拟技术领域，具体为一种空间六维计算机输入设备。

背景技术

目前实际应用的计算机输入设备多数是两维的，只具有平面两个运动量的输入，但随着三维造型技术的出现和虚拟现实技术的发展，输入设备的运动已不仅仅局限于X-Y平面上的运动，且要能够实现被操作对象在三维空间中任意方向的移动及绕空间某一轴的转动，以满足对屏幕上三维造型实体甚至整个虚拟场景的全方位浏览和其它相关操作。如在恶劣和危险环境下工作的机器人，在飞行模拟系统的飞行模拟器，以及在太空中的飞行器，都需要人们借助六维计算机输入设备发出命令来控制他们的空间三维移动及三维转动。

目前很多学者对此进行广泛的研究，如国外学者Kerr和Nguyen等人采用Stewart结构的六维力与力矩传感器。国内也有一些相关的专利技术，如：一种具有弹性铰链的六维力与力矩传感器（中国专利：CN1229915）、并联解耦结构六维力与力矩传感器（中国专利：CN1267822）、直接输入型机器人四维力与力矩传感器（中国专利：CN1425903）、六自由度力与力矩传感器（中国专利：CN2165435）。上述技术多数采用检测力与力矩，因此在结构上采用了微动机器人的核心技术，并不具备检测较大直线位移和角度位移的功能。国内针对六维计算机输入设备的相关研究则相对较少，且现有的六维计算机输入设备都存在一些不足之处，如微动六维鼠标是通过力敏感元件，用力/力矩来控制六维运动的速度，存在缺乏操作真实感，很难实现高精度控制等缺点。秦开怀教授设计并实现了五自由度三维USB鼠标，该鼠标在传统二维鼠标基础上增加2个自由度，并以滚轮的形式分布在鼠标两侧，分别实现了绕X轴和Y轴的旋转。但缺点是无法实现六维运动，且滚球在滚动时易受接触面影响，需经常对滚球进行清洗。

发明内容

要解决的技术问题

为解决现有技术存在的问题，本实用新型提出了一种空间六维计算机输入设备，具有操作真实感，能够实现高精度控制，使操作者能在宏动范围内具有较真实的移动/转动感觉。

技术方案

本实用新型的技术方案为：

所述一种空间六维计算机输入设备，其特征在于：包括框体支座机构、平台导轨机构和手柄；

平台导轨机构包括一个动平台和六根运动导轨；

动平台为立方体结构；所述空间六维计算机输入设备的空间直角坐标系原点在动平台的几何中心，Z轴垂直于动平台顶面，X轴和Y轴分别垂直于动平台两个相邻的侧面；在动平台的顶面中心开有手柄安装孔，手柄安装孔中心轴线与Z轴共线；在动平台的底面上开有两个Z向导轨安装孔，两个Z向导轨安装孔的中心轴线构成的平面与空间直角坐标系XZ平面重合，且两个Z向导轨安装孔的中心轴线相对于YZ平面对称；在动平台上与X轴垂直的侧面上开有两个X向导轨安装孔，两个X向导轨安装孔的中心轴线构成的平面与XY平面重合，且两个X向导轨安装孔的中心轴线相对于XZ平面对称；在动平台上与Y轴垂直的侧面上开有两个Y向导轨安装孔，两个Y向导轨安装孔的中心轴线构成的平面与YZ平面重合，且两个Y向导轨安装孔的中心轴线相对于XY平面对称；

六根运动导轨分为两根X向运动导轨、两根Y向运动导轨、两根Z向运动导轨；每根运动导轨包括前连杆、后连杆、前球头铰、后球头铰和挡圈；挡圈套在前连杆上，并与前连杆固定；球头铰包括球头铰座和球头铰杆，球头铰座一端为空心杆，另一端为空心球壳，球头铰杆一端为圆柱杆，另一端为球头，球头铰杆的球头与球头铰座的空心球壳配合；后连杆两端分别插入前球头铰座和后球头铰座的空心杆内，且为过盈配合；前连杆后端有沉孔，前球头铰杆的圆柱杆插入前连杆后端沉孔内，且为过盈配合；后球头铰杆的圆柱杆插入动平台上的导轨安装孔内，且为过盈配合；

框体支座机构包括X方向支架、Y方向支架、Z方向支架和动平台支撑弹簧，每个方向支架上均固定有导轨安装板，动平台支撑弹簧固定安装在Z方向支架和Y方向支架上；每个导轨安装板包括底板、至少两个支座和四个限位开关；底板上开有通槽，支座通过螺栓与通槽配合安装在底板上，并且支座可沿通槽滑动；支座上开有导轨通孔，导轨通孔的轴线相互平行，且都平行于支座的滑动方向；在支座上还固定有位移传感器，用于测量支座沿通槽的滑动位移；在支座滑动方向两侧的底板边缘上对称各固定有两个限位开关；