力反馈触觉接口制造技术

本发明专利技术公开了一种包含各种子组件的多功能力反馈触觉接口。所述子组件包括多功能用户接口、用于将所述接口设置到原始位置的用户接口对接站、温度监控和控制系统以及各种运动缆索驱动系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及人/机接口，并且更具体地，涉及力反馈触觉接口。
技术介绍
除了传统的视觉反馈之外，力反馈触觉接口和相关的计算机软硬件已经用在各种系统中以为使用者提供触觉感受的反馈。这些系统在诸如外科技术培训、工业设计和建模以及个人娱乐之类的各个领域中正变得越来越普遍。用在桌面环境中的触觉接口的两个示例公开在美国专利Nos.5,587,937和6,417,638中，它们的全部内容通过引用包含在这里。一般来说，触觉接口界定了例如位于靠近用户连接元件或在用户连接元件的容积内的用户基准点，这样的用户连接元件例如被构造成由用户戴上或抓住的指套(finger thimble)或触针(stylus)。布置在用户连接元件和空间的或基准的面之间的是一系列机械传输元件，例如当处于无动力驱动状态下时被构造成基本上允许连接元件在触觉接口的预定工作空间内自由运动的万向节、联接和框架。基于传输元件的构造和定位，可以提供多个独立的自由度。基于用于接口的具体应用，每个自由度可以被驱动或跟踪，或者自由(既不被驱动也不被跟踪)。例如，自由度可以由电动机或致动器驱动，使得在合适的条件下接口可以抵抗、平衡或克服沿该自由度的用户输入力。被驱动的轴可以是主动的，带有随系统条件的功能而变化的力，或可以是被动的，例如当施加恒定的阻抗或制动力时。可替换地或附加地，可以利用编码器、电位计或其它测量装置来跟踪自由度，使得与其它被跟踪的自由度结合，可以确定基准点在工作空间内相对于地面的空间定位。最后，自由度可以是自由的，使得在运动范围内用户可以沿该自由度基本上自由移动而没有限制及跟踪。结合合适的计算机硬件和软件的该接口可以用于在虚拟现实环境中提供触觉反馈或将用户连接至例如位于远程或危险环境中的实际控制器。对于设计具有合适的操作和响应特性的力反馈触觉接口存在巨大的挑战。例如，有必要使触觉接口具有低摩擦和重量平衡，使得用户的运动不会受到过度的阻挡并且用户不会仅因在工作空间内移动连接元件而疲劳。此外有必要使触觉接口具有高度的分辨率并高度响应以尽可能接近地复制真实的触觉体验。从商业认同和吸引力的角度出发，紧凑的尺寸、低成本和各种输出接口的可交换性也是有利的。但是，包含在力反馈触觉接口中的复杂技术已经阻碍了减小尺寸和降低成本的努力。通常由于诸如电动机布置、重量平衡方法和部件尺寸特性之类的因素，这样的装置的构造需要大于所需的单元尺寸。如这种装置中所需的特殊部件那样，这种大的单元尺寸通常使商业成本更高。复杂的技术已经限制了输入接口的可交换性，由此对每个不同的应用需要获得带有特定的用户输入的定制的装置。尺寸和成本上的这些限制显然是使力反馈触觉接口适合于许多市场的不利阻碍。例如，较低的成本将使这样的接口适合于消费者用于它们的家用个人电脑。通过提供包括除了视觉和听觉的标准二维交互之外的触觉的接口，将触觉接口用作外设将有效地拓宽人机交互的范围。因此，需要一种带有增强的功能的力反馈触觉接口，其尺寸紧凑并且成本相对较低，因此可用于广阔的消费市场。
技术实现思路
在一个方面中，本专利技术涉及一种包含至少三个自由度和用户接口的力反馈触觉接口。所述用户接口包括鼻部和可拆卸地耦合到所述鼻部的用户连接部分。所述鼻部与可替换的用户连接部分可互换。在本专利技术的前述方面的各个实施例中，所述用户连接部分可以是触针、手枪式握把、滚珠、鼠标、操纵杆和/或转向器。此外，所述用户连接部分可以通过插座和卡盘布置耦合到所述鼻部，并且所述用户连接部分可以通过施加比阈值载荷值大的载荷从所述鼻部拆卸。在一些实施例中，所述用户接口还包括第一用户输入，并且可选地，第二用户输入。在附加的实施例中，所述第一用户输入和/或所述第二用户输入由用户定制。所述用户输入可以是开关或按钮。所述第一用户输入或所述第二用户输入中的任一个或两者可以改变所述用户接口的功能。在各个实施例中，所述用户接口适合于作为力反馈装置、计算机鼠标和/或数字转换器。所述用户接口包括壳体。在一个实施例中，所述壳体由互锁的多个部件组成以在不需要紧固件的情况下提供结构整体性和部件保持。此外，所述力反馈触觉接口可以包括耦合到所述用户接口的鼻部的轭组件。在一个实施例中，所述轭组件包括适合于将从所述鼻部延伸的一对凸起抓住的两半铰链。每个凸起适合于与轴承配合，并且至少一个凸起适合于与传感器配合用于输出代表所述用户接口相对于所述轭组件的位置的信号。在进一步的实施例中，所述用户接口包括传感器用于输出代表所述用户连接部分相对于所述鼻部的位置的信号。此外，所述用户接口可以包括对接站。所述对接站包括布置在所述用户接口与所述触觉接口的壳体中的一个上的凸起以及在所述用户接口和所述壳体中的另一个中形成的配合凹入。此外，所述对接站可以包括传感器用于指示将所述凸起配合在所述凹入中。在另一个方面中，本专利技术涉及一种包含至少三个自由度和多用途用户接口的力反馈触觉接口，所述用户接口适合于支持第一功能和第二功能。在一个实施例中，所述用户接口还适合于支持第三功能。在本专利技术的此方面的各个实施例中，所述第一功能作为力反馈装置，所述第二功能作为计算机鼠标，而所述第三功能作为数字转换器。在一个实施例中，所述用户接口可以在所述第一功能和所述第二功能之间切换，并且所述第三功能独立于所述第一功能和所述第二功能实现。在另一方面中，本专利技术涉及一种用于包括壳体和用户接口的力反馈触觉接口的对接站。所述对接站包括配合结构和靠近所述配合结构布置的开关。在一些实施例中，所述配合结构包括在所述壳体中形成的插座，并且所述开关是通过将所述用户接口的至少一部分插入到所述插座中来开动的。基于所述开关的开动，所述触觉接口设置到原始位置。在进一步的实施例中，所述对接站包括用于将所述用户接口保持在所述对接站中的保持器，并且所述保持器包括布置在所述用户接口和所述对接站中的一个上的弹簧加载凸起和布置在所述用户接口和所述对接站中的另一个上用于接收所述凸起的配合凹入。此外，所述对接站可以包括指示器。所述指示器可以是视觉上的指示器并可以指示故障条件和状态中的至少一个。在另一个方面中，本专利技术涉及一种包含至少三个自由度的力反馈触觉接口。所述触觉接口包括具有用于驱动第一旋转元件的第一致动器的直接驱动组件和具有用于驱动第二旋转元件的第二致动器的同轴传输驱动组件。所述直接驱动组件和所述传输驱动组件布置在所述第一旋转元件和所述第二旋转元件中的至少一个的相对侧上。在本专利技术的此方面的各个实施例中，所述直接驱动组件和所述传输驱动组件每个包括旋转元件或其它类型驱动元件，所述各个旋转元件布置成相对的同轴构造。所述力反馈触觉接口还可以包括布置在所述第一致动器和所述第二致动器中的至少一个的一端上的反射式编码器和/或布置在所述第一致动器和所述第二致动器中的至少一个的轴上的螺纹绞盘。在一个实施例中，所述力反馈触觉接口包括用于容纳电子部件的基底。所述基底可以包括至少部分并且典型地是全部抵消在所述触觉接口的使用中产生的力的压载。在一个实施例中，所述压载可以包括多个板。此外，所述力反馈触觉接口可以包括符合IEEE1394标准的电气接口。在一些实施例中，所述力反馈触觉接口包括外部的非结构性壳体，其中所述壳体包括以相对的方式安装在穿过旋转元件的转轴的轴上的两半。在各个实施例中，所述力反馈触本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种力反馈触觉接口，包含至少三个自由度和用户接口，所述用户接口包括：鼻部；和可拆卸地耦合到所述鼻部的用户连接部分，所述鼻部与可替换的用户连接部分可互换。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2003-10-30 10/697,9631.一种力反馈触觉接口，包含至少三个自由度和用户接口，所述用户接口包括鼻部；和可拆卸地耦合到所述鼻部的用户连接部分，所述鼻部与可替换的用户连接部分可互换。2.如权利要求1所述的力反馈触觉接口，其中所述用户连接部分从由触针、手枪式握把、滚珠、鼠标、操纵杆和转向器组成的组中选择。3.如权利要求1所述的力反馈触觉接口，其中所述用户连接部分通过插座和卡盘布置耦合到所述鼻部。4.如权利要求1所述的力反馈触觉接口，其中所述用户连接部分通过施加比阈值载荷值大的载荷从所述鼻部拆卸。5.如权利要求1所述的力反馈触觉接口，其中所述用户接口还包括第一用户输入。6.如权利要求5所述的力反馈触觉接口，其中所述用户接口还包括第二用户输入。7.如权利要求6所述的力反馈触觉接口，其中所述第一用户输入和所述第二用户输入中的至少一个由用户定制。8.如权利要求6所述的力反馈触觉接口，其中所述第一用户输入和所述第二用户输入中的至少一个包含开关。9.如权利要求6所述的力反馈触觉接口，其中所述第一用户输入和所述第二用户输入中的至少一个改变所述用户接口的功能。10.如权利要求9所述的力反馈触觉接口，其中所述用户接口适合于作为力反馈装置和计算机鼠标。11.如权利要求10所述的力反馈触觉接口，其中所述用户接口适合于用作数字转换器。12.如权利要求1所述的力反馈触觉接口，其中所述用户接口包括壳体，所述壳体包括不需要紧固件就能够互锁的多个部件。13.如权利要求1所述的力反馈触觉接口，还包括耦合到所述鼻部的轭组件。14.如权利要求13所述的力反馈触觉接口，其中所述轭组件包括适合于将从所述鼻部延伸的一对凸起抓住的两半铰链。15.如权利要求14所述的力反馈触觉接口，其中每个凸起适合于与轴承配合，并且至少一个所述凸起适合于与传感器配合用于输出代表所述用户接口相对于所述轭组件的位置的信号。16.如权利要求1所述的力反馈触觉接口，其中所述用户接口包括传感器用于输出代表所述用户连接部分相对于所述鼻部的位置的信号。17.如权利要求1所述的力反馈触觉接口，其中所述用户接口包括对接站。18.如权利要求17所述的力反馈触觉接口，其中所述对接站包括布置在所述用户接口与所述触觉接口的壳体中的一个上的凸起以及在所述用户接口和所述壳体中的另一个中形成的配合凹入。19.如权利要求18所述的力反馈触觉接口，其中所述对接站还包括传感器用于指示将所述凸起配合在所述凹入中。20.一种力反馈触觉接口，包括至少三个自由度；和多用途用户接口，所述用户接口适合于支持第一功能和第二功能。21.如权利要求20所述的力反馈触觉接口，其中所述用户接口还适合于支持第三功能。22.如权利要求20所述的力反馈触觉接口，其中所述第一功能包括力反馈装置。23.如权利要求20所述的力反馈触觉接口，其中所述第二功能包括计算机鼠标。24.如权利要求21所述的力反馈触觉接口，其中所述第三功能包括数字转换器。25.如权利要求20所述的力反馈触觉接口，其中所述用户接口可以在所述第一功能和所述第二功能之间切换。26.如权利要求21所述的力反馈触觉接口，其中所述第三功能独立于所述第一功能和所述第二功能实现。27.一种用于包括壳体和用户接口的力反馈触觉接口的对接站，所述对接站包括配合结构；和靠近所述配合结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯H马塞，威廉亚历山大古德温，伊莱恩陈，蒂帕克卡泊尔，艾贝J科恩，布兰登D伊特科伍兹，
申请(专利权)人：森瑟博科技有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]