基于线性马达的新型电磁触觉模拟反馈装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于线性马达的新型电磁触觉模拟反馈装置及方法，包括体感信息采集模块、连接体感信息采集模块的力反馈信息处理模块、连接力反馈信息处理模块的线性振动马达和磁场产生模块，其中，体感信息采集模块用于实时采集用户在交互过程中的手势信息；力反馈信息处理模块用于实时对比用户的手势变化，根据虚拟现实场景中虚拟手与虚拟物件的接触情况生成对应的力反馈信号；线性振动马达用于根据力反馈信号产生相应类型和强度的震动来模拟触碰震动反馈；磁场产生模块用于根据力反馈信号生成相应方向和强度的磁场，通过磁力互斥来模拟真实的握感反馈。本发明专利技术能够通过轻便的反馈装置实现虚拟现实环境中精准的力反馈体验，增强用户的临场感。

【技术实现步骤摘要】
基于线性马达的新型电磁触觉模拟反馈装置及方法
本专利技术涉及虚拟现实
，特别涉及一种基于线性马达的新型电磁触觉模拟反馈装置及方法。
技术介绍
虚拟现实技术，是指通过沉浸式立体显示器、体感反馈装置等设备，通过设计的人机交互体验，构造出一种与真实环境感受类似的虚拟现实环境。随着虚拟现实技术的发展，力反馈在该领域中显得愈发重要，力反馈装置的引入使得操作者能够获得更好的临场感体验，优化了操作者在虚拟现实环境中的操作体验，力反馈装置能够将虚拟环境中的力度信息传递给操作者，进一步提高了操作的准确性和灵敏度。同时，力反馈装置也能够实时采集操作者的动作信息，进而通过计算机模拟出更为逼真的力反馈效果。目前，已有的力反馈装置所存在的问题大多在于，装置机构复杂，模拟力反馈的精度不高，无法真实还原虚拟现实环境中的接触体感等等。例如，中国专利号：201810718709.3，名称：一种压力单元和基于电磁效应的力反馈数据手套，该专利技术申请具体为：压力单元通过自身变形,使该压力单元的使用者感受到触碰压力，进而模拟得出虚拟现实环境中的力反馈效果。该手套虽然能够实现一定程度上的力反馈效果，但在实际应用中，力反馈装置设计显得较为笨重，机构复杂，在一定程度上限制了操作者的灵活运动，削弱了使用过程中的临场感。另外，中国专利号：201910400828.9，名称：一种可调尺寸的变刚度力反馈手套，该专利技术申请具体为：使用自由/约束状态切换单元，当其处于约束状态形式时，变刚度单元的刚度从最大值到最小值可连续变化，变刚度单元、自由/约束状态切换单元、指尖连接单元三者限制转动，变刚度力反馈手套反馈给人手一个被动反馈力，通过调整变刚度单元刚度的大小，从而调整被动反馈力的大小，人手受到的被动反馈力不同，则感受到的虚拟物体的刚度不同，即用户可以感知具有不同刚度属性的虚拟物体。该手套虽然能够实现一定程度上的变刚度力反馈效果，但无法有效的提供指尖触感的力反馈，在虚拟现实环境的使用当中，无法有效模拟完整逼真的力反馈效果。随着虚拟现实技术的应用场景愈发广泛，为了追求更为接近现实的临场感受，迫切需要一种精确且轻便的力反馈装置。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种基于线性马达的新型电磁触觉模拟反馈装置，该装置简单轻便，且能够在虚拟现实环境的使用当中，有效模拟完整逼真的力反馈效果。本专利技术的第二目的在于提供一种基于线性马达的新型电磁触觉模拟反馈方法，该方法可以实现虚拟现实环境中精准的力反馈体验，增强用户的临场感。本专利技术的第一目的通过下述技术方案实现：一种基于线性马达的新型电磁触觉模拟反馈装置，包括体感信息采集模块、力反馈信息处理模块、线性振动马达和磁场产生模块，体感信息采集模块连接力反馈信息处理模块的输入端，力反馈信息处理模块的输出端连接线性振动马达和磁场产生模块，其中，体感信息采集模块用于实时采集用户在交互过程中的手势信息，并将手势信息发送给力反馈信息处理模块；力反馈信息处理模块用于实时对比用户的手势变化，根据虚拟现实场景中虚拟手与虚拟物件的接触情况生成对应的力反馈信号，并将力反馈信号发送给线性振动马达和磁场产生模块；线性振动马达用于根据力反馈信号产生相应类型和强度的震动来模拟触碰震动反馈；磁场产生模块用于根据力反馈信号生成相应方向和强度的磁场，通过磁力互斥来模拟真实的握感反馈。优选的，体感信息采集模块独立设置并位于用户的活动空间内，其数量为至少一个；线性振动马达和磁场产生模块均佩戴在用户手上。更进一步的，线性振动马达和磁场产生模块安装于可供用户穿戴的绝缘手套，并共同组成力反馈感受装置，其中，线性振动马达安装在手套上对应的指尖位置，磁场产生模块安装在手套上对应人手触觉灵敏部位的位置，包括手指指节表面、掌心。更进一步的，线性振动马达的数量为多个，并且手套上每根手指的指尖位置至少设置一个线性振动马达。更进一步的，绝缘手套为橡胶材质。更进一步的，磁场产生模块为电磁铁薄片，电磁铁薄片为覆盖手套上对应人手触觉灵敏部位的位置的完整一片，或者是分布在手套上对应人手触觉灵敏部位的位置的多块小片。优选的，力反馈信息处理模块采用有线连接或者无线连接的方式分别与体感信息采集模块、线性振动马达以及磁场产生模块相连接。优选的，力反馈信息处理模块为独立设置的上位机。本专利技术的第二目的通过下述技术方案实现：一种基于线性马达的新型电磁触觉模拟反馈方法，所述方法基于本专利技术的第一目的所述的基于线性马达的新型电磁触觉模拟反馈装置，具体步骤如下：S1、用户手上穿戴包含有线性振动马达和磁场产生模块的力反馈感受装置，装置启动后，用户开始进行虚拟现实交互；S2、在用户交互的过程中，位于用户活动空间内的体感信息采集设备实时采集用户的手势信息，并将手势信息发送给力反馈信息处理模块；S3、力反馈信息处理模块实时对比用户的手势变化，根据虚拟现实场景中虚拟手与虚拟物件的接触情况生成对应的力反馈信号，并将力反馈信号发送给线性振动马达和磁场产生模块；S4、线性振动马达根据力反馈信号，产生相应类型和强度的震动来模拟触碰震动反馈；磁场产生模块根据力反馈信号生成相应方向和强度的磁场，通过磁力互斥来模拟真实的握感反馈。本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：(1)本专利技术结合虚拟现实技术，一方面，通过布置在远端的体感设备采集用户的手势信息；另一方面，操作者的手势动作将实时传递到力反馈信息处理模块中，结合当前的虚拟现实环境，改变磁场强度的大小、方向，用以改变磁场产生模块的磁力互斥强度；同时，线性振动马达也会做出相应的震动反馈，进而提供精准的力反馈效果。本专利技术通过提供力反馈机制，增强了虚拟现实环境交互过程的临场感，有利于提高用户的操作速率和精度。(2)本专利技术装置中，体感信息采集模块独立于力线性振动马达和磁场产生模块所组成的力反馈感受装置，从而减少了电磁触觉模拟反馈装置的复杂度，使得装置的整体设计更为简便灵活，既方便维护，又能更利于操作者在运动的状态下使用本专利技术装置，同时，本专利技术的使用区域范围也能更大。(3)本专利技术所采用的力反馈感受装置为一整合了线性振动马达及电磁铁薄片的手套，用户直接穿戴即可获得接近现实场景的临场感体验，该手套不含有其他机械装置，因此，本专利技术的力反馈感受装置不仅成本较低，而且机械结构简便，重量较轻，使得用户可以获得更为灵活的使用感受。此外，电磁铁薄片的个数、形状，以及分布的位置可根据具体的任务场景需要进行微调，因此本专利技术力反馈感受装置的通用性好，能适用于多种虚拟现实场景。(4)本专利技术的磁场产生模块采用电磁铁薄片，并且分布在手套上对应人手触觉灵敏部位的位置，能够通过电流信号的变化，改变磁场的方向以及磁力互斥的强度，进而精准还原握感信息。(5)本专利技术的触觉反馈由线性振动马达模拟生成，并能产生精准逼真的震动反馈，用以实现触觉的极大化还原模拟。附图说明图1是本专利技术基于线性马达的新型电磁触觉模拟反本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于线性马达的新型电磁触觉模拟反馈装置，其特征在于，包括体感信息采集模块、力反馈信息处理模块、线性振动马达和磁场产生模块，体感信息采集模块连接力反馈信息处理模块的输入端，力反馈信息处理模块的输出端连接线性振动马达和磁场产生模块，其中，/n体感信息采集模块用于实时采集用户在交互过程中的手势信息，并将手势信息发送给力反馈信息处理模块；/n力反馈信息处理模块用于实时对比用户的手势变化，根据虚拟现实场景中虚拟手与虚拟物件的接触情况生成对应的力反馈信号，并将力反馈信号发送给线性振动马达和磁场产生模块；/n线性振动马达用于根据力反馈信号产生相应类型和强度的震动来模拟触碰震动反馈；/n磁场产生模块用于根据力反馈信号生成相应方向和强度的磁场，通过磁力互斥来模拟真实的握感反馈。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于线性马达的新型电磁触觉模拟反馈装置，其特征在于，包括体感信息采集模块、力反馈信息处理模块、线性振动马达和磁场产生模块，体感信息采集模块连接力反馈信息处理模块的输入端，力反馈信息处理模块的输出端连接线性振动马达和磁场产生模块，其中，
体感信息采集模块用于实时采集用户在交互过程中的手势信息，并将手势信息发送给力反馈信息处理模块；
力反馈信息处理模块用于实时对比用户的手势变化，根据虚拟现实场景中虚拟手与虚拟物件的接触情况生成对应的力反馈信号，并将力反馈信号发送给线性振动马达和磁场产生模块；
线性振动马达用于根据力反馈信号产生相应类型和强度的震动来模拟触碰震动反馈；
磁场产生模块用于根据力反馈信号生成相应方向和强度的磁场，通过磁力互斥来模拟真实的握感反馈。


2.根据权利要求1所述的基于线性马达的新型电磁触觉模拟反馈装置，其特征在于，体感信息采集模块独立设置并位于用户的活动空间内，其数量为至少一个；线性振动马达和磁场产生模块均佩戴在用户手上。


3.根据权利要求2所述的基于线性马达的新型电磁触觉模拟反馈装置，其特征在于，线性振动马达和磁场产生模块安装于可供用户穿戴的绝缘手套，并共同组成力反馈感受装置，其中，线性振动马达安装在手套上对应的指尖位置，磁场产生模块安装在手套上对应人手触觉灵敏部位的位置，包括手指指节表面、掌心。


4.根据权利要求3所述的基于线性马达的新型电磁触觉模拟反馈装置，其特征在于，线性振动马达的数量为多个，并且手套上每根手指的指尖位置至少设置一个线性振动马达。


5.根据权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：占宏，梁聪垣，杨辰光，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44