[发明专利]一种双向压感反馈控制器及控制方法

说明书

本发明的一种双向压感反馈控制器及控制方法，将磁流体技术、磁感应技术与虚拟现实技术深度结合在一起，设计定位于上肢与球类运动的模拟操作，能够弥补现实中体育教学于训练条件的不足，增加虚拟现实环境下特有的优势。本发明既实现了使用者对模拟情境的本体感受，又将使用者的运动信息反馈给外部计算机的模拟系统。本发明能够避免由于高难度技巧动作带来的损伤，系统会在使用者做出错误动作时给出提示。同时，本设计也会打破锻炼运动的时间、空间的限制，达到随时锻炼的目的。

技术领域

本发明属于虚拟现实技术领域，尤其涉及一种双向压感反馈控制器及控制方法。

背景技术

目前，虚拟现实技术十分普遍，被运用于学校、生活和工作等多个场合。然而，虚拟现实场景丰富，既有羽毛球、乒乓球等球类运动的模拟，也有剑术、棍棒等虚拟游戏或者环境的模拟。市场上现有的虚拟现实控制器只有简单的按键控制功能与振动的反馈功能，不能满足使用者对融入场景的迫切要求。在对该类注重上肢运动体验的模拟中，使用者感受到运动器材的压力，身体才能合理地移动与发力，达到模拟的目的。由于生活节奏加快，工作压力大，越来越多的人开始在家中锻炼身体与进行娱乐活动，虚拟现实技术为家庭室内运动的推广创造了条件。对于运动与娱乐项目，人们期待多样的选择，才不会单调。由于其广泛的群体，上肢和球类运动的模拟成为了必不可少的家庭运动模拟的选项。于是一款能够增强相关虚拟模拟体验与真实性的手柄控制器应运而生。该款手柄控制器要满足同时对使用者和模拟系统有运动和信号的反馈要求，让使用者拥有更接近真实场景的本体感受。新一代手柄控制器需要加入多维的考量，运用新的科技去提升触觉感受。

磁流体实质上是一种液态复合磁性材料，是由粒径约为10nm的强磁性粒子，通过表面吸附界面活性剂分子而稳定分散于合适基液中所形成的一种胶态体系。是一种可以随外加场强而有可控流变特性的特殊智能材料。在生物、环保、医疗、制造、航天等各个领域广泛使用。相关产品的深入开发，可以为我国在新材料应用方面添加优势，符合创新驱动发展战略的内在要求，是引领发展的一个动力。磁流体有流动性强、磁力大、磁力永久等特点，适合在控制器中作为内部的核心构件。

电磁铁由多匝电磁铁缠绕而成。电磁铁的磁性,可以用通、断电流连通或断开。电磁铁磁性的大小可以通过改变线圈的匝数，或通过改变电阻控制电流大小来控制。电磁铁在日常生活中有极其广泛的应用。电磁铁是电流磁效应（电生磁）的一个应用，与生活联系紧密，如电磁继电器、电磁起重机、磁悬浮列车等。电磁铁的构成简易，由不同材料的铁芯和铁丝缠绕而成，适合为控制器特定制作。普通电磁铁能够产生满足设计要求的磁力，因此适合和磁流体搭配使用。电磁铁的磁性有无可以用通、断电流控制，因为效率高，稳定性强，适合作为主要控件。

虚拟现实与增强现实设备中，手柄控制器对使用者的体验与信号的接收有不可替代的作用。作为人机交互的第一媒介，手柄控制器功能的增加会提升各种模拟场景的可适性，为虚拟模拟提供更多选择。现存市场上的手柄控制器，不管是OCULUS RIFT还是HTCVIVE，并不具有较真实的力反馈的功能，弱化了触觉感官体验，于是一个能同时接收使用者力量信号与反馈给使用者相应的压感的装置就十分必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的不足提供了一种双向压感反馈控制器及控制方法，其通过结合磁流体技术实现计算机接收使用者运动信息同时通过振动、碰撞反馈给使用者，为使用者模拟出真实的运动效果。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种双向压感反馈控制器，包括控制器壳体，控制器壳体内设置有内部装有磁流体的密封层，磁流体能够在密封层内运动；

所述密封层包括顶层、中层和底层，其中顶层的内部空间大于中层和底层的内部空间；

所述顶层外一侧设置有两个顶层正向电磁铁，用于吸附磁流体，一个顶层反向电磁铁，用于弹射磁流体并使磁流体撞击密封层内壁；

所述中层外一侧设置有六个并排放置的中层正向微型电磁铁；