柔性变刚度驱动器以及虚拟现实交互设备制造技术

本申请实施例提供一种柔性变刚度驱动器以及虚拟现实交互设备。柔性变刚度驱动器至少包括变刚度组件和驱动组件。变刚度组件包括啮合部和可弯曲变形的基体。两个以上的基体层叠设置。至少部分数量的基体中，相邻两个基体中的一者面向另一者的表面上设置啮合部。驱动组件用于驱动相邻两个设置有啮合部的基体，以使一者上的啮合部与另一者上的啮合部至少从分离状态切换为啮合状态。啮合部处于分离状态时，变刚度组件具有第一刚度。啮合部处于啮合状态时，变刚度组件具有第二刚度。其中，第二刚度大于第一刚度。通过柔性变刚度驱动器感受到虚拟物体交互过程中产生的作用力或者其软硬程度，提高交互过程的沉浸感和真实感。提高交互过程的沉浸感和真实感。提高交互过程的沉浸感和真实感。

【技术实现步骤摘要】
柔性变刚度驱动器以及虚拟现实交互设备


[0001]本申请实施例涉及终端
，特别涉及一种柔性变刚度驱动器以及虚拟现实交互设备。

技术介绍

[0002]虚拟现实技术(Virtual Reality，VR))是20世纪发展起来的一项全新的实用技术。虚拟现实技术囊括计算机、电子信息、仿真技术，其基本实现方式是计算机模拟虚拟环境从而给人以环境沉浸感。虚拟现实技术是利用现实生活中的数据，通过计算机技术产生的电子信号，将其与各种输出设备结合使其转化为能够让人们感受到的现象，这些现象可以是现实中真真切切的物体，也可以是我们肉眼所看不到的物质，通过三维模型表现出来。因为这些现象不是我们直接所能看到的，而是通过计算机技术模拟出来的现实中的世界，故称为虚拟现实。
[0003]随着社会生产力和科学技术的不断发展，各行各业对虚拟现实技术的需求日益旺盛。虚拟现实技术的发展让用户与虚拟环境的交互成为可能。用户可以在虚拟现实世界体验到最真实的感受，其模拟环境的真实性可以接近现实。同时，虚拟现实世界里可以具有一切人类所拥有的感知功能，比如听觉、视觉、触觉、味觉、嗅觉等感知系统。用户在虚拟现实的操作过程中，可以获得类似现实的环境反馈。
[0004]目前，有很多公司的虚拟现实交互设备可以提供高分辨率的视觉信息，但用户输入设备仅限于传统的游戏控制器和现有的手势操作输入方式，这些设备让用户可以低层级地触摸他们可以看到的物体并简单地操纵虚拟对象。大多数商用消费输入设备均未能提供用户在与真实世界中的物体进行交互作用时所经历的高保真力和触觉反馈。这样就会导致在虚拟现实体验中出现诸多不真实感，例如，用户能做到用手抓取虚拟现实中的虚拟物体，却无法体会到虚拟物体的交互过程中产生的作用力或者其软硬程度，影响用户与虚拟现实世界交互过程的沉浸感和真实感。

技术实现思路

[0005]本申请实施例提供一种柔性变刚度驱动器以及虚拟现实交互设备。通过柔性变刚度驱动器，用户可以感受到虚拟物体交互过程中产生的作用力或者软硬程度，从而获得与现实世界相同或相近的感受，有利于提高用户与虚拟现实世界交互过程的沉浸感和真实感。
[0006]本申请第一方面提供一种柔性变刚度驱动器，其至少包括变刚度组件和驱动组件。变刚度组件包括啮合部以及可弯曲变形的基体。两个以上的基体层叠设置。至少部分数量的基体中，相邻两个基体中的一者面向另一者的表面上设置啮合部。驱动组件用于驱动相邻两个设置有啮合部的基体，以使一者上的啮合部与另一者上的啮合部至少从分离状态切换为啮合状态。啮合部处于分离状态时，变刚度组件整体具有第一刚度。啮合部处于啮合状态时，变刚度组件整体具有第二刚度。其中，第二刚度大于第一刚度。
[0007]本申请实施例的柔性变刚度驱动器包括变刚度组件和驱动组件。变刚度组件整体刚度可以调节。变刚度组件包括两个以上的可弯曲变形的基体。每个基体自身具有预定刚度。对单独的一个基体施加外力时，该基体可以弯曲变形。至少部分数量的基体中，相邻两个基体上各自设置有啮合部。驱动组件用于驱动相邻两个设置有啮合部的基体，以使一者上的啮合部与另一者上的啮合部至少从分离状态切换为啮合状态。相邻两个设置有啮合部的基体中，两个基体上的啮合部处于分离状态时，变刚度组件可以具有第一刚度。各个基体相对松散自由，使得变刚度组件整体相对容易弯曲变形。驱动组件驱动各个基体彼此靠近，并且相邻两个设置有啮合部的基体中，两个基体上的啮合部从分离状态切换为啮合状态时，变刚度组件具有第二刚度。其中，第二刚度大于第一刚度。此时，各个基体相互抵压。相对于具有第一刚度的变刚度组件，具有第二刚度的变刚度组件整体相对难以弯曲变形。例如，在将具有第一刚度的变刚度组件和具有第二刚度的变刚度组件弯曲至相同程度时，使具有第二刚度的变刚度组件发生弯曲的作用力大于使具有第二刚度的变刚度组件发生弯曲的作用力。将柔性变刚度驱动器应用于具有力反馈功能的虚拟现实交互设备时，用户的身体一部分，例如手指和手掌中至少一者上可以设置柔性变刚度驱动器。变刚度组件具有第一刚度，并且用户手指和手掌中至少一者弯曲变形时，可以通过柔性变刚度驱动器模拟出抓取或握持的虚拟物体产生的作用力较小或较软的场景。变刚度组件具有第二刚度，并且用户手指和手掌中至少一者弯曲变形时，可以通过柔性变刚度驱动器模拟出抓取或握持的虚拟物体产生的作用力较大或较硬的场景。通过柔性变刚度驱动器，用户可以感受到虚拟物体交互过程中产生的作用力或者其软硬程度，从而获得与现实世界相同或相近的感受，有利于提高用户与虚拟现实世界交互过程的沉浸感和真实感。本申请实施例的柔性变刚度驱动器结构紧凑、体积小、质量轻，因此在使用过程中有利于提升佩戴舒适度。
[0008]在一种可能的实施方式中，啮合部的硬度大于基体的硬度。硬度较大的啮合部相互啮合，并且变刚度组件发生弯曲时，硬度较大的啮合部自身抗变形能力较强，受力后不易发生倾斜变形，从而一方面，变刚度组件可以模拟感受到虚拟物体交互过程中产生的作用力较大或质地较硬的力反馈；另一方面，可以降低相邻两个啮合部沿基体的长度方向相互挤压而导致两个啮合部发生倾斜变形并脱离良好啮合状态的可能性。啮合部的硬度大于基体的硬度的结构，可以有利于增大变刚度组件的刚度变化调节范围。
[0009]在一种可能的实施方式中，基体和啮合部为一体成型结构，从而一方面，可以有利于提高基体和啮合部两者连接强度，使得基体在弯曲过程中，啮合部可以承载较大的挤压应力而不与基体分离；另一方面，基体和啮合部之间不需要额外设置连接件，例如粘接件，有利于降低因设置具有预定厚度的连接件而导致变刚度组件的刚度调节精度受到不良影响的可能性。
[0010]在一种可能的实施方式中，基体的材料和啮合部的材料均选自树脂、橡胶或硅胶。基体具有柔性，易于弯曲变形。基体和啮合部自身重量轻，有利于变刚度组件的轻量化设计。
[0011]在一种可能的实施方式中，基体和啮合部为分体组装结构。基体和啮合部分别单独加工制造，然后通过组装的方式将基体和啮合部相连，从而一方面，可以降低变刚度组件的整体加工难度；另一方面，可以根据变刚度组件的刚度调节要求，灵活选择基体和啮合部的材料。
[0012]在一种可能的实施方式中，基体的材料选自树脂、橡胶或硅胶。啮合部的材料选自树脂、塑料、金刚石或刚玉。
[0013]在一种可能的实施方式中，啮合部的形状可以是球形、人字形或条形。
[0014]在一种可能的实施方式中，变刚度组件还包括凸起。凸起的尺寸小于啮合部的尺寸。至少部分数量的啮合部的侧壁设置多个凸起。
[0015]在一种可能的实施方式中，变刚度组件还包括凸起。设置啮合部的基体上，基体具有位于相邻两个啮合部之间的外露区域。至少部分数量的外露区域设置多个凸起。在啮合部插入对应间隙的深度相同的情况下，相对于未设置凸起的啮合部，设置凸起的啮合部需要克服更大的摩擦阻力。由于设置凸起的啮合部不易啮合并且需要更大的压应力实现相同的啮合状态，因此从啮合部处于分离状态切换至啮合部完全啮合状态，使得所施加于基体和啮合部的压应力的上限值更大，从而使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性变刚度驱动器(1)，用于虚拟现实交互设备，其特征在于，所述柔性变刚度驱动器(1)至少包括：变刚度组件(10)，包括啮合部(12)以及可弯曲变形的基体(11)，两个以上的所述基体(11)层叠设置，至少部分数量的所述基体(11)中，相邻两个所述基体(11)中的一者面向另一者的表面上设置所述啮合部(12)；驱动组件(20)，用于驱动相邻两个设置有所述啮合部(12)的所述基体(11)，以使一者上的所述啮合部(12)与另一者上的所述啮合部(12)至少从分离状态切换为啮合状态；其中，所述啮合部(12)处于所述分离状态时，所述变刚度组件(10)整体具有第一刚度，所述啮合部(12)处于所述啮合状态时，所述变刚度组件(10)整体具有第二刚度，所述第二刚度大于所述第一刚度。2.根据权利要求1所述的柔性变刚度驱动器(1)，其特征在于，所述啮合部(12)的硬度大于所述基体(11)的硬度。3.根据权利要求1或2所述的柔性变刚度驱动器(1)，其特征在于，所述基体(11)和所述啮合部(12)为一体成型结构。4.根据权利要求3所述的柔性变刚度驱动器(1)，其特征在于，所述基体(11)的材料和所述啮合部(12)的材料均选自树脂、橡胶或硅胶。5.根据权利要求1或2所述的柔性变刚度驱动器(1)，其特征在于，所述基体(11)和所述啮合部(12)为分体组装结构。6.根据权利要求5所述的柔性变刚度驱动器(1)，其特征在于，所述基体(11)的材料选自树脂、橡胶或硅胶，所述啮合部(12)的材料选自树脂、塑料、金刚石或刚玉。7.根据权利要求1至6任一项所述的柔性变刚度驱动器(1)，其特征在于，所述啮合部(12)的形状可以是球形、人字形或条形。8.根据权利要求1至7任一项所述的柔性变刚度驱动器(1)，其特征在于，所述变刚度组件(10)还包括凸起(14)，所述凸起(14)的尺寸小于所述啮合部(12)的尺寸，至少部分数量的所述啮合部(12)的侧壁设置多个所述凸起(14)。9.根据权利要求1至8任一项所述的柔性变刚度驱动器(1)，其特征在于，所述变刚度组件(10)还包括凸起(14)，设置所述啮合部(12)的所述基体(11)上，所述基体(11)具有位于相邻两个所述啮合部(12)之间的外露区域(11a)，至少部分数量的所述外露区域(11a)设置多个所述凸起(14)。10.根据权利要求8或9所述的柔性变刚度驱动器(1)，其特征在于，所述凸起(14)的形状为球形或条形。11.根据权利要求1至8任一项所述的柔性变刚度驱动器(1)，其特征在于，相邻两个设置有所述啮合部(12)的所述基体(11)中，一个所述基体(11)包括位于相邻两个所述啮合部(12)之间的外露区域(11a)，所述变刚度组件(10)还包括凹部(15)，所述凹部(15)与所述外露区域(11a)对应设置，相邻两个所述基体(11)上的所述啮合部(12)处于啮合状态时，另一个所述基体(11)上的所述啮合部(12)的至少部分插入所述凹部(15)。12.根据权利要求1至11任一项所述的柔性变刚度驱动器(1)，其特征在于，所述基体(11)包括相连的两个以上的层结构(11b)，沿所述基体(11)的厚度方向(X)，两个以上的所述层结构(11b)层叠设置，相邻两个所述层结构(11b)的硬度不同。
13.根据权利要求12所述的柔性变刚度驱动器(1)，其特征在于，相邻两个所述层结构(11b)的材料不同。14.根据权利要求12或13所述的柔性变刚度驱动器(1)，其特征在于，远离所述啮合部(12)的方向上...

【专利技术属性】
技术研发人员：王党校，王子琦，张玉茹，周湘杰，张凯，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：