手柄六自由度信息输入装置制造方法及图纸

技术编号:2913557 阅读:173 留言:0更新日期:2012-04-11 18:40
本发明专利技术涉及手柄六自由度信息输入装置。现有装置结构复杂、造价高、功能单一、不便使用。本发明专利技术中筒形的把手限位装置固定在底座的顶面,把手限位装置筒内的螺旋弹簧的一端与底座的顶面固定连接,另一端与圆桶形的把手的内侧顶面固定连接,把手套置在把手限位装置外。螺旋弹簧上分布有多个电阻应变片组,每个电阻应变片组包括设置在螺旋弹簧同一螺旋圆周之内的三个电阻应变片对,每组中对应的电阻应变片对在螺旋圆周上的位置相同。本发明专利技术利用各测量点应变大小、方向和作用在弹簧顶端的外力之间的关系,获得弹簧顶端的外部作用力的大小、方向等物理特性,获得把手移动数据。整个装置结构简单、成本低廉、使用方便,且有较高的可靠性和稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于自动化
,涉及一种计算机人机交互输入装置,可以作为计算机的输入装置,应用于计算机控制、计算机动画、计算机虚拟现实、计算机辅助设计等领域。
技术介绍
现有技术的计算机用鼠标或者游戏操纵杆,通过机械或者光学原理将操作者在工作台上移动鼠标或游戏操纵杆的位移量转换成x-y平面位移信号,传递给计算机,以驱动光标的移动,实现二维相对位移量的输入。但是对三维位移和转角量则必须通过应用软件的专门设置,并经过一系列交互操作将二维相对位移量转化为三位量,从而实现复杂的运动参数输入。现有技术的计算机用三维鼠标,通过鼠标上的信号发射器和固定在计算机周围空间位置的信号接收器构成三维位置传感系统,向计算机输入鼠标的三维位置信息,但对三维的转角量则必须通过专门的软件经过一系列人机交互操作来实现交互输入。现有技术的鼠标的使用必须具有位置恢复动作,需要在保持计算机屏幕上光标不动的情况下移动鼠标,即操作者必须将鼠标抬起的情况下移动鼠标。现有技术的计算机用三维鼠标,由于存在结构复杂、造价昂贵、功能单一、不便使用等缺点,造成这类鼠标不能普及使用。无论是计算机鼠标或者游戏操纵杆还是三维鼠标均不能实现诸如力和力矩等力学信号的输入,这就严重制约了三维类软件(计算机动画、CAD,游戏等)的人机交互操作与控制。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对现有技术的不足,提供一种手柄六自由度信息输入装置,实现沿三坐标轴移动和绕三坐标轴转动的六自由度位移量的输入以及沿三坐标轴方向的作用力和绕三坐标轴转动的作用力矩等力学量的输入。-->本专利技术包括把手、螺旋弹簧、把手限位装置、应变信号采集装置和底座。底座为盘形结构,筒形的把手限位装置固定设置在底座的顶面。设置在把手限位装置筒内的螺旋弹簧的一端与底座的顶面固定连接,另一端与圆桶形的把手的内侧顶面固定连接。把手套置在把手限位装置外,把手的内侧壁与把手限位装置的外侧壁具有间隙,把手可以在该间隙范围内活动;把手限位装置的顶部高于把手的底部,保证把手不能移出把手限位装置外。螺旋弹簧上分布有n(2≤n≤4)个电阻应变片组,每个电阻应变片组包括三个电阻应变片对,每个电阻应变片对包括对应设置的两个电阻应变片。每个电阻应变片组的三个电阻应变片对设置在螺旋弹簧同一螺旋圆周之内,并且各个电阻应变片组中对应的三个电阻应变片对在螺旋圆周上的位置相同,相邻的两个电阻应变片组间隔至少一个螺旋圆周。所述的螺旋弹簧的簧丝截面为矩形;每个电阻应变片对中的两个电阻应变片中的一片为双轴应变片,粘贴于弹簧簧丝的下表面上,并且其敏感栅与簧丝轴线成±45°方向;另一片为单轴应变片,粘贴在弹簧簧丝的内侧面上,并且其敏感栅与簧丝轴线平行。一个电阻应变片组中的三个电阻应变片对在弹簧圆周平面上投影的夹角分别为135°、135°和90°。所述的每个电阻应变片均通过信号线与设置在底座内的应变信号采集装置相连。本专利技术实现将人手施加于该装置上的力、力矩和位移、转角等物理量同时输入给计算机的功能,与
技术介绍
相比,具有的有益效果是:(1)本专利技术装置具有六自由度输入和控制能力并且具有两种工作状态,即位移与转角量输入状态和力与力矩量输入状态,这两种状态可以独立工作也可以混合工作,均可以根据所驱动的软件的需要加以设定和切换。(2)由于鼠标的位移量是一个相对运动量,可以通过软件设置,使得当把手到达运动限位边界位置时,其输出的位移和力的大小与作用力的施加时间相关,即位移和力的大小与施加时间成正比,从而达到对输入量的大小控制。(3)通过在把手上设置开关按钮,使得当操作者释放把手时该装置可以-->设置成没有信号输出,即在弹簧不被施加力而通过自身弹力恢复到原始位置的过程中没有信号输出,从而避免了现有技术的鼠标的位置恢复动作,即不需要在计算机屏幕上光标不动的情况下由操作者手工移动鼠标,从而减少操作者对鼠标的操作动作。(4)由于作用原理与现有技术鼠标不同,对大位移量的输入也无须做大的移动,在实现同样功能情况下对输入装置的操作动作数量也比现有技术的鼠标减少,因此使用该装置可以大大降低操作者手部的疲劳强度。(5)本专利技术装置整个系统结构简单,制造成本低廉,使用方便,且有较高的可靠性和稳定性。附图说明图1本专利技术的结构示意图;图2为图1中应变片对粘贴位置示意图;图3为图2的A-A剖视图;图4为电阻应变片对中应变片编号方法示意图;图5图4的A向放大图,应变片对中双轴应变片的粘贴位置示意图;图6弹簧受轴向力和扭矩作用时的受力分析示意图;图7弹簧受径向力时的受力分析示意图;图8弹簧受弯矩时的受力分析示意图。图中:1.把手,2.螺旋弹簧,3.应变片对,4.把手限位装置,5.应变信号采集装置,6.底座,7.计算机。具体实施方式如图1所示,手柄六自由度信息输入装置包括把手1、螺旋弹簧2、把手限位装置4、应变信号采集装置5和底座6。底座6为盘形结构,筒形4的把手限位装置固定设置在底座6的顶面。设置在把手限位装置4筒内的螺旋弹簧2的一端与底座6的顶面固定连接,另一端与圆桶形的把手1的内侧顶面固定连接。把手1套置在把手限位装置4外,把手1的内侧壁与把手限位装置4的外侧壁具有间隙,把手1可以在该间隙范围内活动;把手限位装置4的顶部高于把手1的底部,保证把手1不能移出把手限位装置4外。螺旋弹簧2采用-->矩形截面圆柱螺旋拉伸-压缩弹簧2,弹簧的绕线比C≥5,弹簧材料采用牌号为QSn6.5的锡青铜,应变信号采集装置5,可以采用14位的A/D转换芯片。如图2所示,螺旋弹簧上分布有两个电阻应变片组,每个电阻应变片组包括三个电阻应变片对3,每个电阻应变片对3包括对应设置的两个电阻应变片。每个电阻应变片组的三个电阻应变片对3设置在螺旋弹簧同一螺旋圆周之内,并且两个电阻应变片组中对应的三个电阻应变片对3在螺旋圆周上的位置相同,两个电阻应变片组间隔三个螺旋圆周。电阻应变片对3采用箔式应变片。每个电阻应变片均通过信号线与设置在底座内的应变信号采集装置5相连。如图3所示,一个电阻应变片组中的三个电阻应变片对在弹簧圆周平面上投影的夹角分别为135°、135°和90°如图4和5所示,螺旋弹簧3的簧丝截面为矩形;每个电阻应变片对中的两个电阻应变片中的一片为双轴应变片,粘贴于弹簧簧丝的下表面上,并且其敏感栅与簧丝轴线成±45°方向;另一片为单轴应变片,粘贴在弹簧簧丝的内侧面上,并且其敏感栅与簧丝轴线平行。操作者通过把手施加力和位移等物理量,实现将人手施加于该装置上的力、力矩和位移、转角等物理量同时输入给计算机7。通过布置在螺旋弹簧钢丝上的电阻应变片,利用数据采集模块测得弹簧各测量部位的应变值,建立各测量点应变大小、方向和作用在螺旋弹簧顶端的外力之间的关系,获得螺旋弹簧顶端的外部作用力的大小、方向等物理特性,将其转化成力、力矩和位移参数,作为计算机的输入数据。在检测前,首先确定电阻应变片的应变信号与螺旋弹簧的簧丝截面所受力的比例系数k,可以采用有限元分析或实测标定的方法实现。将应变片贴于被测位置,被测点的应变片的电阻值变化信号由电阻应变检测阵列实时感知,由此可以获得弹簧表面多个离散点的应变数值。多个检测横截面上的电阻应变片电阻值变化信号经过信号采集装置将其转换成数字信号,并实时传输给计算机。计算机内设有将实时检测的应变信号转化为本文档来自技高网
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【技术保护点】
手柄六自由度信息输入装置,包括把手、螺旋弹簧、把手限位装置、应变信号采集装置和底座,其特征在于:底座为盘形结构,筒形的把手限位装置固定设置在底座的顶面;设置在把手限位装置筒内的螺旋弹簧的一端与底座的顶面固定连接,另一端与圆桶形的把手的内侧顶面固定连接;把手套置在把手限位装置外,把手的内侧壁与把手限位装置的外侧壁之间具有间隙,把手限位装置的顶部高于把手的底部;螺旋弹簧上分布有n个电阻应变片组,2≤n≤4,每个电阻应变片组包括三个电阻应变片对,每个电阻应变片对包括对应设置的两个电阻应变片;每个电阻应变片组的三个电阻应变片对设置在螺旋弹簧同一螺旋圆周之内,并且各个电阻应变片组中对应的三个电阻应变片对在螺旋圆周上的位置相同,相邻的两个电阻应变片组间隔至少一个螺旋圆周; 所述的螺旋弹簧的簧丝截面为矩形;每个电阻应变片对中的两个电阻应变片中的一片为双轴应变片,粘贴于弹簧簧丝的下表面上,并且其敏感栅与簧丝轴线成±45°方向;另一片为单轴应变片,粘贴在弹簧簧丝的内侧面上,并且其敏感栅与簧丝轴线平行;一个电阻应变片组中的三个电阻应变片对在弹簧圆周平面上投影的夹角分别为135°、135°和90°; 所述的每个电阻应变片均通过信号线与设置在底座内的应变信号采集装置相连。...

【技术特征摘要】
1、手柄六自由度信息输入装置,包括把手、螺旋弹簧、把手限位装置、应变信号采集装置和底座,其特征在于:底座为盘形结构,筒形的把手限位装置固定设置在底座的顶面;设置在把手限位装置筒内的螺旋弹簧的一端与底座的顶面固定连接,另一端与圆桶形的把手的内侧顶面固定连接;把手套置在把手限位装置外,把手的内侧壁与把手限位装置的外侧壁之间具有间隙,把手限位装置的顶部高于把手的底部;螺旋弹簧上分布有n个电阻应变片组,2≤n≤4,每个电阻应变片组包括三个电阻应变片对,每个电阻应变片对包括对应设置的两个电阻应变片;每个电阻应变片组的三个电阻应变片对设置...

【专利技术属性】
技术研发人员:吴玉光刘琪
申请(专利权)人:杭州电子科技大学
类型:发明
国别省市:86[中国|杭州]

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