[发明专利]基于磁流变技术的触觉再现装置

说明书

本发明公开了一种基于磁流变技术的触觉再现装置，包括操纵机构和阻尼装置；操纵机构至少包括操纵筒，阻尼装置包括外壳和设置于外壳内的阻尼机构，阻尼机构包括阻尼杆和设置于刚性壳体内与阻尼杆底端固定连接并用于阻尼杆摆动时产生摆动阻尼力的摆动阻尼件；阻尼装置还包括固定于阻尼杆位于筒体的部分外侧设置的第一励磁线圈，当第一励磁线圈通电时产生对操作筒轴向移动或绕自身轴线转动的阻尼力；本发明结构简单，可结合传感控制系统同时使用，不但可方便快捷的实现体现触觉力的大小，而且可满足多自由度的触觉模拟，且体积较小，具有相当高的市场推广性。

技术领域

本发明涉及触觉再现技术领域，特别涉及一种基于磁流变技术的触觉再现装置。

背景技术

高效自然的触觉再现技术能够加强虚拟现实的沉浸感和真实感，能够提供更为真实和直接的交互体验，将人类与虚拟世界的交流推向一个新的阶段，是目前虚拟现实领域的热点。触觉再现技术在科学教育、工业设计、盲人看图和远程医疗等领域起着重要的辅助作用，如在远程手术过程中，需要机械臂上的手术刀实现实时的移动，此时在移动过程中医生有临场感知模拟需要，就需要使用到触觉再现技术。

目前，触觉再现技术大多是基于机械力的，比较典型的有针型接触式阵列、气体压力触觉再现装置和基于锯齿表面的触觉再现装置，这些机械式的方式虽然可以实现多自由度的触觉再现，但是由于结构极其复杂、体积较大、设备笨重很难在日常生活中应用推广。为解决上述问题，适应使用的小型化要求，现有技术中出现了通过静电力、电流变为介质，通过控制介质的不同状态与行为使触觉再现的方式，此种方式可通过改变接触表面的形状或摩擦系数，使得操作者通过触摸表面直接感受摩擦力的变化从而使得触觉再现，虽可满足小型化的需求，但实现多自由度的触觉模拟难度很大，仍然不具有广泛使用性。

因此，需要对现有的触觉再现装置进行改进，使其不但结构简单，体积较小，使用方便，而且可满足多自由度的触觉模拟，提高其使用推广性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种触觉再现装置，其不但结构简单，体积较小，使用方便，而且可满足多自由度的触觉模拟，提高其使用推广性。

本发明的基于磁流变技术的触觉再现装置，包括操纵机构和与操纵机构配合并用于提供阻尼力以实时再现触觉力的阻尼装置；

操纵机构至少包括操纵筒，阻尼装置包括外壳和设置于外壳内的阻尼机构，外壳包括刚性壳体和与刚性壳体上端连接并外套固定于操纵筒外侧对操纵筒形成支撑并用于补偿空间的柔性壳体，阻尼机构包括阻尼杆和设置于刚性壳体内与阻尼杆底端固定连接并用于阻尼杆摆动时产生摆动阻尼力的摆动阻尼件，阻尼杆上部位于操纵筒内并操纵筒以可轴向移动的方式与阻尼杆配合，外壳和操纵筒的空腔内填充有磁流变液；

阻尼装置还包括固定于阻尼杆位于筒体的部分外侧设置的第一励磁线圈，当第一励磁线圈通电时产生对操作筒轴向移动或绕自身轴线转动的阻尼力。

进一步，摆动阻尼件包括与阻尼杆固定连接的连接球体、设置在连接球体上的至少一个接触盘和固定于接触盘上设置用于提供通电时提供磁场的第二励磁线圈，每一接触盘与刚性壳体的内壁间设有用于磁流变液流动的间隙。

进一步，每一接触盘包括连接杆和与连接杆一体成型的盘体，连接杆沿连接球体的径向设置，第二励磁线圈设置在连接杆上，刚性壳体内壁为内球面结构，盘体为与内球面结构相适形的弧形结构。

进一步，每一接触盘的盘体的外侧弧面上设置有用于控制与刚性壳体内壁间间隙的钢球。

进一步，第一励磁线圈通过线圈座固定于阻尼杆上端外侧，操纵筒内与阻尼杆上端和线圈座配合还设置有用于提供轴向阻尼和复位的压缩弹簧。

进一步，阻尼杆位于操纵筒内部分上还设置有用于操纵筒滑动配合并圆周密封的导向件。

进一步，柔性壳体为上小下大的锥台形结构。