【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于，涉及一种虚拟现实用手持触觉反馈装置和重量仿真模拟方法。
技术介绍
1、虚拟现实技术(virtual reality，简称vr技术)是集计算机技术、传感器技术、人类心理学及生理学于一体的综合技术，其是通过利用计算机仿真系统模拟外界环境，主要模拟对象有环境、技能、传感设备和感知等，为用户提供多信息、三维动态、交互式的仿真体验。vr头显是利用头戴式显示设备将人的对外界的视觉、听觉封闭，引导用户产生一种身在虚拟环境中的感觉。其显示原理是左右眼屏幕分别显示左右眼的图像，人眼获取这种带有差异的信息后在脑海中产生立体感。目前，需要通过物理交互装置与vr头显实现交互功能，从而能够达到在虚拟环境中进行相关操作的效果，使用户具有更沉浸的体验感
2、通过真实物体实现与虚拟对象进行交互的方法称为“实物交互界面”。在实物交互系统中,用户通过使用在真实环境中存在的实物对象与虚拟环境进行交互,由用户对实物本身的各种特性(如形状、重量)非常熟悉,可以使得交互的过程更为精准和高效。近年来,将实物交互界面技术融入虚拟现实和增强现实已成为本领域的一个主流方向,并逐渐形成了“实物混合现实”的概念,这也正是被动力触觉的概念基础。
3、目前，对于用单个道具进行实时物理渲染还尚未有成熟的解决方案，人机交互的学界对于此类问题尚处于探索之中，本申请在被动触觉反馈的理论基础上设计了手持触觉反馈装置这一新的交互娱乐装置，目前尚未有同类产品。
4、手持触觉反馈装置是一种与vr头显配套的交互控制器，手持交互控制器通过无线通道与vr头显
技术实现思路
1、本专利技术的目的就是提供一种手持触觉反馈装置和重量仿真模拟方法。
2、一种手持触觉反馈装置，包括两根传动连接杆、固定握持柄、可动握持柄、配重滑动轨和配重块；
3、所述两传动连接杆平行设置，两传动连接杆的一端通过滑动轨连接件固定有配重滑动轨，配重滑动轨与两传动连接杆均垂直；两传动连接杆的另一端通过固定握持柄连接件固定有固定握持柄，固定握持柄与两传动连接杆均垂直；在两传动连接杆中部可移动设置有可动握持柄，可动握持柄沿两传动连接杆移动的同时，与固定握持柄保持平行；
4、所述固定握持柄内设置有第一震动马达和定位追踪器；所述可动握持柄内设置有第二震动马达。所述定位追踪器包括一组imu惯性传感单元，自带电池供电，同vr头显设备通信，通过加速度计和陀螺仪等传感器捕捉移动信息，将固定握持柄的移动信息同步到vr头显设备中。
5、所述的配重滑动轨包括型材滑动支架和同步带，配重块通过同步带可移动设置在型材滑动支架上，可沿型材滑动支架水平移动；型材滑动支架在两端通过滑动轨连接件与两侧连接杆垂直固定。
6、进一步的，所述的两根传动连接杆主体为丝杆，丝杆的一端与传动步进电机输出轴通过联轴器可转动连接，丝杆上套有丝杆滑块；丝杆的另一端通过轴承可转动固定在滑动轨连接件上。
7、进一步的，可动握持柄的两端通过所述的丝杆滑块可移动设置在两传动连接杆上，在传动步进电机的带动下能沿两丝杆移动。
8、进一步的，所述的传动步进电机、丝杆和滑动轨连接件外设置有丝杆外壳，丝杆外壳上开有便于丝杆滑块滑动的滑槽。所述固定握持柄通过固定握持柄连接件固定在丝杆外壳的一端，丝杆外壳的另一端通过滑动轨连接件与配重滑动轨固定。
9、进一步的，所述的固定握持柄内壁设置有空腔，可供第一震动马达和定位追踪器接线用。可动握持柄内壁设置有空腔，可供第二震动马达接线用。
10、进一步的，所述的配重块包括滑轨轮、配重底板、配重步进电机和同步轮；配重步进电机固定在配重底板一侧，配重底板另一侧设置有滑轨轮和同步轮，配重步进电机的传动轴穿过配重底板与同步轮连接，带动同步轮转动；四个滑轨轮与型材滑动支架上的轨道贴合，对配重块进行限位。通过配重步进电机、四个滑轨轮、同步轮和同步带配合，将配重块可移动设置在型材滑动支架上。
11、进一步的，所述手持触觉反馈装置通过电路板与vr显示设备通信，电路板包括单片机或微控制器、一块电机驱动板和一个ac/dc交流转直流电源，用于连接的线路基础板；在使用时将vr设备所连接的主机电脑和单片机或微控制器相连，以usb方式通信，或者使用单片机或微控制器的wifi功能无线通信。两个传动步进电机和配重步进电机，均与电机驱动板相连接；第一震动马达和第二震动马达与单片机或微控制器电连接；ac/dc交流转直流电源接入常用的220v家用电，为单片机或微控制器、电机控制板提供电源。
12、在使用时将vr设备所连接的上位机和单片机或微控制器相连，上位机通过单片机或微控制器控制第一震动马达和第二震动马达的震动；上位机还将电机驱动信号发送至单片机或微控制器，单片机或微控制器和电机驱动板通信，实现电机驱动。
13、基于上述手持触觉反馈装置，有如下重量模拟仿真方法，具体如下：
14、使vr显示设备与手持触觉反馈装置中的电路板和定位追踪器建立通信连接，vr显示设备加载虚拟现实设备中显示的可交互物品；定位追踪器捕捉手持触觉反馈装置的运动数据并传输给所述vr显示设备；手持触觉追踪器根据vr显示设备显示的可交互物品的重心和重量设定进行变形。
15、通过固定握持柄、可动握持柄的形状变换和移动，来改变装置所呈现出的触觉形状，通过可动握持柄的移动，可以改变装置所呈现出的重量感受。通过可动配重块的移动改变装置的重心位置和重量触觉特征。
16、进一步的，所述的固定握持柄和可动握持柄的外壳形状可以根据使用者在vr场景中看到的可交互物品的形状进行更换。
17、采用上述手持触觉反馈装置，根据使用者在使用vr设备体验虚拟空间时看到的可交互物品，进行一定程度上的变形和配重移动，以此模拟可交互物品的重量，增强vr体验的真实感。
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1.一种手持触觉反馈装置，其特征在于：包括两根传动连接杆、固定握持柄、可动握持柄、配重滑动轨和配重块；
2.如权利要求1所述的手持触觉反馈装置，其特征在于：所述的两根传动连接杆主体为丝杆，丝杆的一端与传动步进电机输出轴通过联轴器可转动连接，丝杆上套有丝杆滑块；丝杆的另一端通过轴承可转动固定在滑动轨连接件上。
3.如权利要求2所述的手持触觉反馈装置，其特征在于：可动握持柄的两端通过所述的丝杆滑块可移动设置在两传动连接杆上，在传动步进电机的带动下能沿两丝杆移动。
4.如权利要求2所述的手持触觉反馈装置，其特征在于：所述的传动步进电机、丝杆和滑动轨连接件外设置有丝杆外壳，丝杆外壳上开有便于丝杆滑块滑动的滑槽；所述固定握持柄通过固定握持柄连接件固定在丝杆外壳的一端，丝杆外壳的另一端通过滑动轨连接件与配重滑动轨固定。
5.如权利要求1所述的手持触觉反馈装置，其特征在于：所述的固定握持柄内壁设置有空腔，可供第一震动马达和定位追踪器接线用；可动握持柄内壁设置有空腔，可供第二震动马达接线用。
6.如权利要求1所述的手持触觉反馈装置，其特
7.如权利要求1所述的手持触觉反馈装置，其特征在于：该装置通过电路板与VR显示设备通信，所述电路板包括单片机或微控制器、一块电机驱动板和一个AC/DC交流转直流电源，用于连接的线路基础板；在使用时将VR设备所连接的主机电脑和单片机或微控制器相连，以USB方式通信，或者使用单片机或微控制器的wifi功能无线通信；两个传动步进电机和配重步进电机，均与电机驱动板相连接；第一震动马达和第二震动马达与单片机或微控制器电连接；AC/DC交流转直流电源接入常用的220V家用电，为单片机或微控制器、电机控制板提供电源；
8.基于如权利要求1所述的手持触觉反馈装置，有如下重量模拟仿真方法，其特征在于：具体如下：使VR显示设备与手持触觉反馈装置中的电路板和定位追踪器建立通信连接，VR显示设备加载虚拟现实设备中显示的手持物品；定位追踪器捕捉手持触觉反馈装置的运动数据并传输给所述VR显示设备；手持触觉追踪器根据VR显示设备显示的虚拟手持物品的重心和重量设定进行变形；
9.如权利要求8所述的重量模拟仿真方法，其特征在于：所述的固定握持柄和可动握持柄的外壳形状可以根据使用者在VR场景中看到的可交互物品的形状进行更换。
...【技术特征摘要】
1.一种手持触觉反馈装置，其特征在于：包括两根传动连接杆、固定握持柄、可动握持柄、配重滑动轨和配重块；
2.如权利要求1所述的手持触觉反馈装置，其特征在于：所述的两根传动连接杆主体为丝杆，丝杆的一端与传动步进电机输出轴通过联轴器可转动连接，丝杆上套有丝杆滑块；丝杆的另一端通过轴承可转动固定在滑动轨连接件上。
3.如权利要求2所述的手持触觉反馈装置，其特征在于：可动握持柄的两端通过所述的丝杆滑块可移动设置在两传动连接杆上，在传动步进电机的带动下能沿两丝杆移动。
4.如权利要求2所述的手持触觉反馈装置，其特征在于：所述的传动步进电机、丝杆和滑动轨连接件外设置有丝杆外壳，丝杆外壳上开有便于丝杆滑块滑动的滑槽；所述固定握持柄通过固定握持柄连接件固定在丝杆外壳的一端，丝杆外壳的另一端通过滑动轨连接件与配重滑动轨固定。
5.如权利要求1所述的手持触觉反馈装置，其特征在于：所述的固定握持柄内壁设置有空腔，可供第一震动马达和定位追踪器接线用；可动握持柄内壁设置有空腔，可供第二震动马达接线用。
6.如权利要求1所述的手持触觉反馈装置，其特征在于：所述的配重块包括滑轨轮、配重底板、配重步进电机和同步轮；配重步进电机固定在配重底板一侧，配重底板另一侧设置有滑轨轮和同步轮，配重步进电机的传动轴穿过配重底板与同步轮连接，带动同步轮转动...
【专利技术属性】
技术研发人员：邹宁，王梓豪，龚卿，
申请(专利权)人：浙江大学长三角智慧绿洲创新中心，
类型：发明
国别省市：
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