[发明专利]模块化外骨骼力反馈控制器

说明书

本发明的技术领域

本发明总体上涉及力反馈控制器的领域。具体地，本发明针对模块化外骨骼力反馈控制器。

背景技术

力反馈控制器(FFC)是一种通过人操作者感测运动并对那个操作者给予力的人/机界面(human/computer interface)。FFC能利用对操作者给予的力来获得(engage)操作者的触觉感知。与非计算机任务连接的用户通常利用视觉和触觉反馈的组合(看见任务的一方面，同时感觉另一方面)。将这个感觉组合到人机界面中能具有各种好处，包括使得这样的界面更高效并且对于用户更直观，让操作者沉浸在计算机模拟中发生的事件中，并且使得这样的模拟感觉更逼真。

通常，FFC能是外部环境的一部分(例如，力反馈操纵杆)或者由人操作者穿戴(例如，力反馈手套)。利用可穿戴的并且便携式的FFC、以及能给予更丰富的一系列力以产生具有更细微差别的触觉感知的FFC能实现很多好处。然而，现有的便携式FFC在各个方面存在不足，包括重、体积大、不舒服、制造成本高、在它们能提供的感觉反馈方面受限制、以及不能将所给予的力准确地定位在操作者的身体上的具体位置处。

本公开的概要

在一个实施方式中，本公开针对一种力反馈控制器。该力反馈控制器包括腕部模块以及手柄模块，所述腕部模块包括第一肢体附接件，该第一肢体附接件被配置为将所述力反馈控制器耦接至用户的手臂，所述手柄模块耦接至所述腕部模块，所述手柄模块能相对于所述腕部模块在第一方向和第二方向上移动，所述第一方向基本垂直于所述第二方向，所述手柄模块包括具有手柄附接件的线性滑动机构，所述手柄附接件被限制为在基本垂直于所述第一方向和所述第二方向中的至少一者的第三方向上的线性运动，并且其中，所述手柄附接件被配置为将手柄耦接至所述手柄模块。

在另一个实施方式中，本公开针对一种力反馈控制器。该力反馈控制器包括腕部模块、前臂模块以及外骨架构件，所述腕部模块包括第一肢体附接件，该第一肢体附接件被配置为耦接至用户的手臂的第一部分，所述前臂模块包括第二肢体附接件，该第二肢体附接件被配置为耦接至用户的手臂的第二部分，所述外骨架构件具有第一端和第二端，所述前臂模块耦接至所述第一端，并且所述腕部模块耦接至所述第二端，所述外骨架构件包括扭转模块，所述扭转模块具有扭转元件，该扭转元件被配置为允许所述前臂模块和所述腕部模块之间的相对扭转运动，并且基本防止所述前臂模块和所述腕部模块之间的相对轴向运动。

在又一个实施方式中，本公开针对一种力反馈控制器外骨架。该力反馈控制器外骨架包括前臂模块、腕部模块、以及手柄模块，所述前臂模块和所述腕部模块被设计并配置为能移除地耦接在一起以形成所述力反馈外骨架控制器，并且所述手柄模块能移动地耦接至所述腕部模块并且相对于所述腕部模块具有至少一个运动自由度；并且所述手柄模块包括线性滑动机构以及耦接至所述线性滑动机构的手柄，所述手柄被限制为相对于所述腕部模块在线性方向上运动。

附图的简要说明

为了阐明本发明，附图示出了本发明的一个或多个实施方式的各个方面。然而，应当理解的是，本发明不限于在附图中示出的精确布置和手段，其中：

图1示出了示例性模块化的且便携式的力反馈控制器；

图2示出了另一个示例性模块化的且便携式的力反馈控制器；

图3是肢体附接件的立体图；

图4示出了旋转驱动模块；

图5是线性驱动部件的立体图；

图6是下臂扭转模块的立体图；

图7示出了肘部模块；

图8示出了使用中的示例腕部模块和手柄模块；

图9示出了使用中的耦接至手柄模块的人体工程学把手形式的手柄；

图10示出了使用中的耦接至手柄模块的手枪把手形式的手柄；

图11示出了示例性下臂扭转模块；

图12示出了下臂扭转模块的另一实例；

图13示出了具有多中心铰链的肘部模块；

图14示出了手柄和腕部模块配置；

图15示出了前臂、肘部和上臂模块配置；

图16是示例力反馈控制器系统架构的框图；

图17是图16的系统架构的示例实施方式；

图18是电机驱动部件的实例的电路图；

图19示出了图2的模块化的且便携式的力反馈控制器的腕部模块和手柄模块的一部分的立体图。

详细说明