带有力反馈的手部动作捕获装置制造方法及图纸

本申请涉及一种带有力反馈的手部动作捕获装置，包括：底座、与底座连接的力反馈装置、与力反馈装置连接的连杆结构、以及用于将连杆结构和底座固定于手部的固定组件；力反馈装置包括驱动机构和第一连杆，第一连杆的第一端部与驱动机构连接，第一连杆的第二端部与连杆结构活动连接；角度传感器组件，角度传感器组件被配置为检测连杆结构的旋转角度或力反馈装置相对底座的旋转角度并生成检测信号；和控制电路，控制电路电连接至角度传感器组件和驱动机构，被配置为将角度传感器的检测信号发送至上位机，并根据上位机发送的一个或多个控制信号控制驱动机构向第一连杆输出位置以及相应大小的反馈，可以精细控制力反馈的大小和位置。

Hand Action Capture Device with Force Feedback

【技术实现步骤摘要】
带有力反馈的手部动作捕获装置
本申请涉及动作捕获和力反馈
，特别是涉及一种带有力反馈的手部动作捕获装置。
技术介绍
在虚拟现实的场景中，为了增强用户对虚拟世界的感知，常常会应用到手部动作捕获技术和力反馈技术。目前，手部动作捕获技术和力反馈技术皆有多种不同方案。例如，常见的手部动作捕捉方案有计算机视觉动作捕捉、惯性检测单元(Inertialmeasurementunit，IMU)动作捕捉、弯曲传感器动作捕捉等；常见的力反馈技术也有电机盘拉线式、直线电机直驱式等。在力反馈方面，市场上已经存在一些带有力反馈的装置，例如，一种带有力反馈的装置的弯曲传感手套可以通过电机盘的旋转控制钢丝的抽拉，通过钢丝的抽拉带动滑轮对手指尖进行拉取，实现力反馈。学术界也曾尝试通过直线电机连接一组连杆系统，由直线电机带动连杆系统直接对手指尖进行推拉，实现力反馈。但是，上述力反馈的方案中，提供的反馈力仅是有和无的区别，同时线驱动等方案会造成比较大的系统延时，以及其占用的巨大体积严重影响产品的小型化和便携性，从而无法实现更精细的力反馈和更好的使用体验。
技术实现思路
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种轻便的能实现力反馈的精细控制的带有力反馈的手部动作捕获装置。一种带有力反馈的手部动作捕获装置，包括：底座、与所述底座连接的力反馈装置、与所述力反馈装置连接的连杆结构、以及用于将所述连杆结构和底座固定于手部的固定组件；所述力反馈装置包括驱动机构和第一连杆，所述第一连杆的第一端部与所述驱动机构连接，所述第一连杆的第二端部与所述连杆结构活动连接；角度传感器组件，所述角度传感器组件被配置为检测所述连杆结构的旋转角度或所述力反馈装置相对所述底座的旋转角度并生成检测信号；和控制电路，所述控制电路电连接至所述角度传感器组件和所述驱动机构，被配置为将所述角度传感器的检测信号发送至上位机，并根据所述上位机发送的一个或多个控制信号控制所述驱动机构向所述第一连杆输出位置以及相应大小的反馈。在其中一个实施例中，所述控制电路包括第一处理器和第二处理器，所述第一处理器设置于所述底座，所述第二处理器电连接至第一处理器，所述第二处理器被配置为根据所述第一处理器的控制指令，控制所述驱动机构向所述第一连杆输出位置以及相应大小的反馈。在其中一个实施例中，所述驱动机构包括电机，所述电机与所述第一连杆的第一端部连接。在其中一个实施例中，所述驱动机构还包括变速箱；所述变速箱分别与所述电机和所述第一连杆的第一端部连接。在其中一个实施例中，所述角度传感器组件包括拇指感应传感器组件和至少一组非拇指感应传感器组件，所述力反馈装置包括拇指力反馈装置和至少一个非拇指力反馈装置；所述拇指感应传感器组件和所述非拇指感应传感器组件均包括多个旋转传感器，所述拇指力反馈装置和所述非拇指力反馈装置均包括至少一个力反馈模块。在其中一个实施例中，所述拇指感应传感器组件包括分别与所述控制电路连接的第一旋转传感器、第二旋转传感器和第三旋转传感器，所述第三旋转传感器安装在所述底座上，所述第一旋转传感器设置在所述拇指力反馈装置中，且所述第一旋转传感器与所述拇指力反馈装置中的第一连杆的第一端部连接；所述第二旋转传感器分别与所述第一旋转传感器和所述第三旋转传感器连接，且所述第一旋转传感器的轴线和所述第二旋转传感器的轴线之间的夹角度数在预设的第一角度范围内，所述第二旋转传感器的轴线和所述第三旋转传感器的轴线之间的夹角度数在所述第一角度范围内；每个所述非拇指感应传感器组件均包括分别与所述控制电路电连接的第四旋转传感器和第五旋转传感器，所述第四旋转传感器均设置在对应的所述四指力反馈装置中，且所述第四旋转传感器与所述非拇指力反馈装置中的第一连杆的第一端部连接；所述第五旋转传感器均安装在所述底座上，所述第四旋转传感器的轴线与所述第五旋转传感器的轴线之间的夹角度数在所述第一角度范围内，且四个所述第五旋转传感器的轴线之间的夹角度数在预设的第二角度范围内，四个所述第五旋转传感器的轴线与所述底座的底面之间的夹角度数在所述第一角度范围内。在其中一个实施例中，所述连杆结构包括可调节长度的直杆，和，可调节长度或可更换形状的异形连接杆，所述固定组件设置在所述异形连接杆上，所述直杆的一端设置有调整结构，所述第一连杆的第二端部与所述调整结构连接，所述直杆的另一端与所述异形连接杆活动连接。在其中一个实施例中，所述装置还包括长度可伸缩的伸缩结构；所述伸缩结构的一端与所述力反馈装置连接，所述伸缩结构的另一端与所述连杆结构连接。在其中一个实施例中，所述伸缩结构包括第二连杆、第三连杆、连杆衬套和螺丝；所述第二连杆的一端与所述力反馈装置连接，所述第二连杆的另一端与所述连杆衬套连接；所述第三连杆的一端与所述连杆结构连接，所述第三连杆的另一端伸入所述连杆衬套，所述螺丝通过所述连杆衬套上的开孔与所述第三连杆的另一端的螺丝孔连接所述第三连杆和所述连杆衬套。在其中一个实施例中，所述装置还包括与所述底座连接的外部附件，所述外部附件包括触摸屏、操纵杆、按钮、追踪器和拨盘中的至少一个。在其中一个实施例中，所述外部附件与所述底座电连接。在其中一个实施例中，所述外部附件与所述底座通过附件连接结构可拆卸连接，所述附件连接结构包括滑槽、可滑入所述滑槽的滑块连接杆和螺丝，所述滑槽设置在所述底座上；所述螺丝用于在所述滑块连接杆的一端滑入所述滑槽时，将所述滑块连接杆固定在所述底座上，所述滑块连接杆的另一端与所述外部附件可拆卸连接。在其中一个实施例中，所述第一处理器包括无线通信模块。在其中一个实施例中，所述底座中还设置有电源装置。在其中一个实施例中，所述电源装置包括电池。在其中一个实施例中，所述固定组件包括手掌固定装置和手指固定装置。在其中一个实施例中，所述手掌固定装置为绑带结构、手套结构、手指套结构或手环结构。在其中一个实施例中，所述手指固定组件为扎带结构或指套结构。本申请实施例提供的带有力反馈的手部动作捕获装置，角度传感器组件可以获取连杆结构的旋转角度或力反馈装置相对底座的旋转角度并生成检测信号，将检测信号反馈给控制电路，控制电路将检测信号发送给上位机，上位机根据检测信号向控制电路发送控制指令，控制电路可以根据上位机的控制指令控制驱动机构向第一连杆输出位置以及相应大小的反馈，也即，控制电路可以更加精细的控制反馈力的位置和大小。本申请的带有力反馈的手部动作捕获装置，既能够实现人体相应部位的动作捕捉，又同时实现精细的力反馈，在结构设计让力反馈功能和动作捕捉设备共享角度传感器组件，实现了动作捕获和力反馈的合二为一。本申请实施例中所定制的力反馈装置体积上更小、性能更优越、延迟更低，配合控制电路的电机控制算法，可以实现柔性可变扭矩的输出，模拟物体的不同硬度，给用户更加真实的触感体验。而且，本实施例提供的带有力反馈的手部动作捕获装置的产品更一体化，整体结构更稳定，实现了更轻便的穿戴体验。附图说明图1为本申请实施例提供的一种带有力反馈的手部动作捕获装置的结构示意图；图1a为本申请实施例提供的另一种带有力反馈的手部动作捕获装置的结构示意图；图1b为本申请实施例提供的一种带有力反馈的手部动作捕获装置的局部结构示意图；图2为本申请另一实施例提供的一种带有力反馈的手部动作捕获装置的结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带有力反馈的手部动作捕获装置，其特征在于，包括：底座、与所述底座连接的力反馈装置、与所述力反馈装置连接的连杆结构、以及用于将所述连杆结构和底座固定于手部的固定组件；所述力反馈装置包括驱动机构和第一连杆，所述第一连杆的第一端部与所述驱动机构连接，所述第一连杆的第二端部与所述连杆结构活动连接；角度传感器组件，所述角度传感器组件被配置为检测所述连杆结构的旋转角度或所述力反馈装置相对所述底座的旋转角度并生成检测信号；和控制电路，所述控制电路电连接至所述角度传感器组件和所述驱动机构，被配置为将所述角度传感器的检测信号发送至上位机，并根据所述上位机发送的一个或多个控制信号控制所述驱动机构向所述第一连杆输出位置以及相应大小的反馈。

【技术特征摘要】
1.一种带有力反馈的手部动作捕获装置，其特征在于，包括：底座、与所述底座连接的力反馈装置、与所述力反馈装置连接的连杆结构、以及用于将所述连杆结构和底座固定于手部的固定组件；所述力反馈装置包括驱动机构和第一连杆，所述第一连杆的第一端部与所述驱动机构连接，所述第一连杆的第二端部与所述连杆结构活动连接；角度传感器组件，所述角度传感器组件被配置为检测所述连杆结构的旋转角度或所述力反馈装置相对所述底座的旋转角度并生成检测信号；和控制电路，所述控制电路电连接至所述角度传感器组件和所述驱动机构，被配置为将所述角度传感器的检测信号发送至上位机，并根据所述上位机发送的一个或多个控制信号控制所述驱动机构向所述第一连杆输出位置以及相应大小的反馈。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制电路包括第一处理器和第二处理器，所述第一处理器设置于所述底座，所述第二处理器电连接至第一处理器，所述第二处理器被配置为根据所述第一处理器的控制指令，控制所述驱动机构向所述第一连杆输出位置以及相应大小的反馈。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动机构包括电机，所述电机与所述第一连杆的第一端部连接。4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述驱动机构还包括变速箱；所述变速箱分别与所述电机和所述第一连杆的第一端部连接。5.根据权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述角度传感器组件包括拇指感应传感器组件和至少一组非拇指感应传感器组件，所述力反馈装置包括拇指力反馈装置和至少一个非拇指力反馈装置；所述拇指感应传感器组件和所述非拇指感应传感器组件均包括多个旋转传感器，所述拇指力反馈装置和所述非拇指力反馈装置均包括至少一个力反馈模块。6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述拇指感应传感器组件包括分别与所述控制电路连接的第一旋转传感器、第二旋转传感器和第三旋转传感器，所述第三旋转传感器安装在所述底座上，所述第一旋转传感器设置在所述拇指力反馈装置中，且所述第一旋转传感器与所述拇指力反馈装置中的第一连杆的第一端部连接；所述第二旋转传感器分别与所述第一旋转传感器和所述第三旋转传感器连接，且所述第一旋转传感器的轴线和所述第二旋转传感器的轴线之间的夹角度数在预设的第一角度范围内，所述第二旋转传感器的轴线和所述第三旋转传感器的轴线之间的夹角度数在所述第一角度范围内；每个所述非拇指感应传感器组件均包括分别与所述控制电路电连接的第四旋转传感器和第五旋转传感器，所述第四旋转传感器均设置在对应的所述非拇指力反馈装置中，且所述第四旋转传感器与所述非拇指力反馈...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷逍驰，
申请(专利权)人：深圳岱仕科技有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44