[发明专利]基于虚拟现实技术的打击乐器演奏模拟系统及力反馈装置

权利要求书

1.一种力反馈装置，其特征在于：包括旋转电机、设置于所述旋转电机的动力输出端的至少一个旋转板、设置于所述旋转板上的滑动座、安装于所述滑动座上的机械手臂、设置于所述机械手臂端部的球体；所述旋转板上设置有直线滑槽，所述滑动座安装在所述滑槽内，在所述滑动座上设置有滑动电机以及连接于所述滑动电机动力输出端的滑动齿轮，在所述滑槽内侧设置有齿条，所述滑动齿轮与所述齿条相啮合；在所述滑动座上设置有进给电机，所述进给电机的动力输出端连接有螺母，所述机械手臂的底座上设置有穿过所述螺母的丝杠，所述丝杠垂直与所述旋转电机的转轴相平行设置；所述机械手臂的底座为由下横杆和下纵杆垂直交叉形成的下十字架，在下十字架的上方设置有由上横杆和上纵杆垂直交叉形成的上十字架，四个包括第一连杆、第二连杆和第三连杆的连杆组件连接于所述下十字架的四个端部和上十字架的四个端部之间，从而使四个连杆组件在周向上均匀布置；其中一个连杆组件的第一连杆的下端铰接于下横杆的前端部并且铰接轴与下横杆同轴线设置从而使第一连杆仅能够绕下横杆的轴线转动，第一连杆的上端向上螺旋状延伸至下纵杆的上方并铰接于第二连杆的下端且铰接轴与下纵杆平行设置，第三连杆的上端铰接于上横杆的后端部并且铰接轴与上横杆同轴线设置，第三连杆的下端向下螺旋状延伸至上纵杆的下方并铰接于第二连杆的上端且铰接轴与上纵杆平行设置；两个相邻的第一连杆分别连接于一个摆动电机的动力输出端；在上十字架上可分离地设置有支杆，所述球体固定在所述支杆的端部。

2.如权利要求1所述的力反馈装置，其特征在于：所述滑动座包括上夹板、下夹板以及连接固定于所述上夹板和下夹板之间的多个导向筒，所述机械手臂的底座上设置有多个导向杆，所述导向杆穿过所述上夹板、导向筒以及下夹板。

3.如权利要求2所述的力反馈装置，其特征在于：所述滑槽的两侧壁上均设置有齿条；所述滑动齿轮包括主动齿轮与从动齿轮，所述主动齿轮与从动齿轮被夹持安装在所述上夹板与下夹板之间并且相互啮合，所述主动齿轮与所述滑动电机相连，所述主动齿轮与从动齿轮各自与所述滑槽两侧壁上的齿条之一相啮合。

4.如权利要求3所述的力反馈装置，其特征在于：所述进给电机的动力输出端连接于一主动齿带轮，所述主动齿带轮通过齿带与一从动齿带轮相连，所述主动齿带轮与从动齿带轮被夹持安装在所述上夹板与下夹板之间，所述从动齿带轮的轴线位置开设有螺纹孔，从而使所述从动齿带轮形成了所述螺母。

5.如权利要求2所述的力反馈装置，其特征在于：在所述旋转板上靠近所述滑槽边缘的位置设置有凹陷区，所述上夹板与下夹板分别搭在所述凹陷区上。

6.一种基于虚拟现实技术的打击乐器演奏模拟系统，其特征在于：包括中央处理器、权利要求1-5任一项所述的力反馈装置、头戴式显示单元、声音播放单元以及操作单元；

所述操作单元，用于手持并在空间进行移动，包括手持部、操作单元的端部、第一空间定位跟踪模块以及第二空间定位跟踪模块；所述第一空间定位跟踪模块、第二空间定位跟踪模块与所述中央处理器相连，用于实时采集其在现实坐标系的空间点的坐标并将采集到的坐标数据发送至中央处理器；

所述力反馈装置，与所述中央处理器相连，所述球体内设置有第三空间定位跟踪模块，所述第三空间定位跟踪模块与中央处理器相连，用于实时采集其在现实坐标系的空间点的坐标并将采集到的坐标数据发送至中央处理器；

所述中央处理器，用于构建虚拟场景，打击乐器模型体现在虚拟场景中；用于接收所述第一空间定位跟踪模块、第二空间定位跟踪模块发送坐标数据，从而计算获得在现实坐标系中所述操作单元的端部的坐标信息，以及计算获得所述手持部的姿态信息，并据此在虚拟坐标系中建立与该操作单元的端部的坐标信息和手持部的姿态信息相关联的打击工具模型；用于接收所述第三空间定位跟踪模块发送的坐标数据，并计算出球体外壁各点在现实坐标系中的坐标数据；用于控制所述力反馈装置驱动球体移动，并在虚拟场景中当所述打击工具模型的端部靠近并触碰所述打击乐器模型时，使球体触碰所述操作单元的端部，同时控制所述声音播放单元播放音效；

所述头戴式显示单元，与所述中央处理器相连，用于对虚拟场景、打击乐器模型以及打击工具模型予以显示；

所述声音播放单元，用于播放音效。