基于磁流变技术的触觉再现装置制造方法及图纸

本发明专利技术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；本发明专利技术结构简单，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。

Haptic reproduction device based on Magnetorheological Technology

The invention discloses a device for reproducing magneto rheological technology based on tactile, including control mechanism and damping device; operating mechanism includes at least a control cylinder, the damping device comprises a casing and a damping mechanism arranged in the casing, the damping mechanism comprises a swing swing damping damping force and damping rod is arranged on the rigid shell and bottom damping rod the end is fixedly connected and used for damping rod swing; damping device also comprises a first coil fixed on the outer part of the damping rod in cylinder set, when the first excitation coil is energized to generate damping force on the operation of axial move or rotate around its axis; the invention has the advantages of simple structure, can be combined with the sensing and control system at the same time, not only can easily reflect the tactile force, and can satisfy the multi degree of freedom haptic simulation, and the small size is When high marketing.

【技术实现步骤摘要】
基于磁流变技术的触觉再现装置
本专利技术涉及触觉再现
，特别涉及一种基于磁流变技术的触觉再现装置。
技术介绍
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。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术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。本专利技术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产生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。进一步，操纵机构还包括操纵球和上部与操纵球连接并下部与操纵筒螺纹连接的螺纹筒。进一步，刚性壳体包括相互连接的左半球壳和右半球壳。本专利技术的有益效果：本专利技术的基于磁流变技术的触觉再现装置，本装置在使用时，通过传感器感知与触觉再现装置相连的执行装置的位移和压力变化信号，使用者通过操纵机构操纵运动，当操纵筒沿轴向移动或绕自身轴线转动时，第一励磁线圈和第二励磁线圈通电，磁感线分别由接触盘与刚性壳体内壁间的间隙、阻尼杆与操纵筒之间的间隙引出，使得间隙内的磁流变液成为半固体，阻碍运动，由于接触盘处产生阻尼力较大，接触盘和阻尼杆相当于静止，操纵筒与阻尼杆之间的相对运动即受到半固态的磁流变液的阻碍产生阻尼力并反馈给使用者的手部；当产生摆动时，同样由于接触盘与刚性壳体内壁间间隙内的磁流变液在磁场作用下产生阻尼力阻碍运动，并沿原路反馈给操作者；本专利技术结构简单，可结合传感控制系统同时使用，不但可方便快捷的实现体验触觉力的大小，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。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步描述。图1为本专利技术外部结构示意图；图2为本专利技术结构剖视图。具体实施方式图1为本专利技术外部结构示意图，图2为本专利技术结构剖视图，如图所示：本实施例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1，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2和与刚性壳体2上端连接并外套固定于操纵筒1外侧对操纵筒1形成支撑并用于补偿空间的柔性壳体3，阻尼机构包括阻尼杆5和设置于刚性壳体2内与阻尼杆5底端固定连接并用于阻尼杆5摆动时产生摆动阻尼力的摆动阻尼件，阻尼杆5上部位于操纵筒1内并操纵筒1以可产生轴向移动的方式与阻尼杆5配合，外壳和操纵筒1的空腔内填充有磁流变液；其中，柔性壳体3的上部形成环套结构，环套的外侧通过紧固件4使其内侧紧贴在操纵筒1的外侧形成固定，柔性壳体3的底部形成与刚性壳体2上部连接的凸缘，刚性壳体2上部开口与柔性壳体3相连，操纵筒1的下端在柔性壳体3内部；阻尼装置还包括固定于阻尼杆5位于筒体的部分外侧设置的第一励磁线圈6，当第一励磁线圈6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；摆动阻尼件包括与阻尼杆5固定连接的连接球体7、设置在连接球体7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8，每一接触盘与刚性壳体2的内壁间设有用于磁流变液流动的间隙9；本专利技术在使用时，第一励磁线圈6和第二励磁线圈8通电，使得阻尼杆5上的线圈座14两翼与操纵筒1之间的间隙10内的磁流变液和接触盘与刚性壳体2内壁间的间隙内的磁流变液发生变化，由液体变成类固体，从而使得接触盘与刚性壳体2之间、阻尼杆5与操纵筒1之间产生相对阻碍运动的阻尼力，至于阻尼力的大小则根据外部传感器与控制系统通过控制励磁线圈通电电流大小以使得阻尼力的大小与实时状态下的末端执行器所受到的阻尼力一致，从而完成触觉再现模拟；本实施例中，接触盘对应刚性壳体2的内壁沿连接球体7的外圆均匀布置，两相邻接触盘间的距离相等，每一接触盘与刚性壳体2的内壁间均设置有间隙用于磁流变液通过，并在第二励磁线圈8通电时使其改变状态以提供阻尼力。本实施例中，每一接触盘包括连接杆11和与连接杆11一体成型的盘体12，连接杆11沿连接球体7的径向设置，第二励磁线圈8设置在连接杆11上，刚性壳体2内壁为内球面结构，盘体12为与内球面结构相适形的弧形结构；连接球体7的外侧设置有径向插槽，连接杆11的端部插入插槽内形成固定，本实施例中，接触盘设置四个，且四个接触盘的盘体12的外弧面总和不小于刚性壳体2内球面面积的四分之三。本实施例中，每一接触盘的盘体12的外侧弧面上设置有用于控制与刚性壳体2内壁间间隙的非导磁性钢球13；非导磁性钢球13固定在对应接触盘的盘体12上设置的凹槽内，非导磁性钢球外侧与刚性壳体2的内壁相接触，以确保刚性壳体2内壁与接触盘间的间隙恒定。本实施例中，第一励磁线圈6通过线圈座14固定于阻尼杆5上端外侧，操纵筒1内与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于磁流变技术的触觉再现装置，其特征在于：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；所述操纵机构至少包括操纵筒，所述阻尼装置包括外壳和设置于外壳内的阻尼机构，所述外壳包括刚性壳体和与刚性壳体上端连接并外套固定于所述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，所述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，所述阻尼杆上部位于所述操纵筒内并所述操纵筒以可产生轴向移动的方式与阻尼杆配合，所述外壳和所述操纵筒的空腔内填充有磁流变液；所述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；所述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，每一所述接触盘与所述刚性壳体的内壁间设有用于磁流变液流动的间隙。

【技术特征摘要】
1.一种基于磁流变技术的触觉再现装置，其特征在于：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；所述操纵机构至少包括操纵筒，所述阻尼装置包括外壳和设置于外壳内的阻尼机构，所述外壳包括刚性壳体和与刚性壳体上端连接并外套固定于所述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，所述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，所述阻尼杆上部位于所述操纵筒内并所述操纵筒以可产生轴向移动的方式与阻尼杆配合，所述外壳和所述操纵筒的空腔内填充有磁流变液；所述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；所述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，每一所述接触盘与所述刚性壳体的内壁间设有用于磁流变液流动的间隙。2.根据权利要求1所述的基于磁流变技术的触觉再现装置，其特征在于：每一所述接触盘包括连接杆和与连接杆一体成...

【专利技术属性】
技术研发人员：董小闵，席军，陈平根，王金戈，李文峰，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50