[发明专利]基于表面肌电信号的虚拟现实头盔减负随动系统及方法

摘要

本发明涉及一种基于人体表面肌电信号驱动的虚拟现实头盔显示器减负随动系统及工作步骤。该系统包括安装在颈部的表面肌电检测单元，内周均匀布置六组柔性钢索驱动装置的机械上平台，每组包括伺服电机、同步齿形带、柔索滚轮、拉力传感器、柔索导向轮，六根柔性钢索通过上平台外周的六个导向轮与头盔显示器相连，以及数据采集单元、计算机系统和减负随动控制算法软件系统。本发明的特点是：融合了生物电信号和传统机械测量信号各自的特点，通过检测头颈部表面信号估计头部运动意图，并利用建立的肌电‑力模型估计颈部肌肉受力，同时通过机构中的拉力传感器和电机位置速度信号反馈对关节空间中的六根柔索实现高精度的力控制和位置控制，进而对任务空间中的头盔实现实时减负和随动控制。本发明的目的是减轻头盔显示器本身重量和线缆对佩戴者所带来的侵入感和束缚感，提高体验虚拟现实环境的沉浸感觉；同时为虚拟现实系统提供佩戴者高实时性和高精度的六自由度头部运动信息。

主权项

基于表面肌电信号驱动的虚拟现实头盔减负随动系统，其特征在于包括柔索驱动和运动检测单元(1)、上平台(2)、柔索导向单元(3)、可控伸缩柔性钢索(4)、表面肌电测量单元(5)、数据采集单元(6)、控制计算机(7)及基于表面肌电信息反馈的减负随动控制算法。上平台(2)六边形结构内侧布置安装六组柔索驱动和运动检测单元(1)，柔索导向单元(3)安装于上平台(2)六边形结构内侧和外侧，柔索(4)经驱动和运动检测单元(1)引出，通过柔索导向单元(3)与头盔显示器(8)连接；柔索驱动和运动检测单元(1)的信号输出端以及表面肌电测量单元(5)的输入端与数据采集单元(6)的信号输入端相连接，数据采集单元(6)的信号输出端与伺服电机(9)驱动器的信号输入端相连接；数据采集单元6与控制计算机7的信号输入端相连接，。