[发明专利]穿戴式力觉交互设备及系统

说明书

技术领域

本发明涉及穿戴式设备领域，特别是涉及一种穿戴式力觉交互设备及系统。

背景技术

触力觉交互设备是用于反馈触觉感知的人机交互设备，是连接操作者和虚拟环境的纽带。触力觉交互设备可分为两类：狭义触觉交互设备和力觉交互设备。狭义触觉交互设备主要模拟在对环境触摸时所应该感知到的信息，包括物质的材质、纹理等。力觉交互设备可以使操作者在对计算机中的虚拟物体进行操作时，感受到虚拟工具与虚拟物体之间发生的作用力或相互运动，体验到如同操作真实物体的力觉感知效果，力觉交互设备更多地用于导引操作者的行为，模拟所接触物体的硬度、形状等特征感觉。

随着计算机、传感器、机器人等技术的飞速发展，从上世纪80年代末开始，涌现出大量的力觉交互设备。根据不同的工作原理主要分为采用铰接连杆的设备和基于电磁场原理的设备等类型。按照构型特点，力觉交互设备可以分为串联式、并联式以及串并混联式结构。其中以美国SensAble公司研制的PhanToM系列设备最为著名，它采用串联式连杆结构，依靠电机的转矩控制实现末端操作杆的力、力矩反馈，已被广泛应用于多个行业。

但发明人发现现有的力觉交互设备，至少存在以下缺点：体积较大，携带不便，不能穿戴使用，功耗较大，设计单一，实用性差，无法满足人体功能学要求，成本昂贵，大众化较难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种穿戴式力觉交互设备及系统，体积小巧，功耗低，方便穿戴使用，提供力感丰富的触觉和力觉反馈，从而解决现有力觉交互设备体积和功耗大，成本高，不能穿戴使用的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种穿戴式力觉交互设备，包括：

机壳、切向力输出装置、摩擦盘、切向振动输出装置、法向振动输出装置和法向力输出装置；其中，

所述切向力输出装置、切向振动输出装置、法向振动输出装置和法向力输出装置均分布设置在所述机壳内，所述切向力输出装置、切向振动输出装置、法向振动输出装置与法向力输出装置均与机壳固定连接；

所述法向力输出装置的力输出端与所述机壳上贴靠用户皮肤的底面接触；

所述切向力输出装置的力输出端与所述摩擦盘连接，所述摩擦盘嵌入所述机壳的所述底面上设置的通孔内，所述摩擦盘的盘面与所述机壳的所述底面平行或共面。

本发明实施例还提供一种穿戴式力觉交互系统，包括：

至少一个本发明的穿戴式力觉交互设备、连接带和控制装置；其中，

所述穿戴式力觉交互设备设置在所述柔性连接带上，与所述控制装置电连接。

本发明的有益效果为：通过在机壳内设置切向力输出装置、切向振动输出装置、法向力输出装置和法向振动输出装置，可以检测佩戴该设备的使用者的切向力、切向振动、法向力和法向振动，实现准确获取使用者的力觉反馈。该设备结构简单，体积小，功耗低、适合穿戴使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1为本发明实施例提供的穿戴式力觉交互设备的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的穿戴式力觉交互设备的后视图；

图3为本发明实施例提供的穿戴式力觉交互系统的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的设有多个穿戴式力觉交互设备的系统结构示意图；

图5为本发明实施例提供的系统的控制装置结构框图。

具体实施方式

下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

图1、2所示为本发明实施例提供的一种穿戴式力觉交互设备，可作为穿戴式设备与使用者进行力觉交互，该设备包括：机壳5、切向力输出装置1、摩擦盘6、切向振动输出装置3、法向振动输出装置2和法向力输出装置4；

其中，机壳5、切向力输出装置1、摩擦盘6、切向振动输出装置3、法向振动输出装置2和法向力输出装置4；其中，

切向力输出装置1、切向振动输出装置3、法向振动输出装置2和法向力输出装置4均分布设置在机壳内，切向力输出装置1、法向振动输出装置2、切向振动输出装置3与法向力输出装置4均与机壳5固定连接；