一种压力单元和基于电磁效应的力反馈数据手套的制作方法

本发明涉及一种触感设备，特别是一种压力单元和基于电磁效应的力反馈数据手套。

背景技术：

vr已不仅仅被关注于计算机图象领域，它已涉及更广的领域，如电视会议、网络技术和分布计算技术，并向分布式虚拟现实发展。虚拟现实技术已成为新产品设计开发的重要手段。其中，协同工作虚拟现实是vr技术新的研究和应用的热点，它引入了新的技术问题，包括人的因素和网络、数据库技术等。如人的因素，已需要考虑多个参与者在一个共享的空间中如何相互交互，虚拟空间中的虚拟对象在多名参与者的共同作用下的行为等。在vr环境下的进行协同设计，团队成员可同步或异步地在虚拟环境中从事构造和操作虚拟对象的活动，并可对虚拟对象进行评估、讨论以及重新设计等活动。分布式虚拟环境可使地理位置上分布不同的设计人员面对相同的虚拟设计对象，通过在共享的虚拟环境中协同地使用声音和视频工具，可在设计的初期就能够消除设计缺陷，减少产品上市时间，提高产品质量。此外，vr已成为构造虚拟样机，支持虚拟样机技术的重要工具。ve――虚拟环境技术可使工程师在三维空间中实时地与他们的设计样机(虚拟样机)进行交互。

随着着计算机软硬件技术的飞速发展和动画制作要求的提高，在越来越多的高新技术领域，运动捕捉已经进入了实用化阶段，成功地应用于虚拟现实、游戏等许多方面。体感设备的输入方式也越来越多样化，根据不同使用场景有不同的体感设备。对于手势识别，现在多采用数据手套，但是目前的数据手套往往只能检测手势，不能提供触感等反馈，给人的真实感较低。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明提供一种压力单元，该压力单元可通过自身变形，使该压力单元的使用者感受到触碰压力。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种压力单元，包括包围体，以及设置在包围体内的侧壁限位块、动力件、压缩机构和杠杆机构，其中所述包围体为软质材料制成的球形结构，所述包围体内部中空；所述侧壁限位块内设有活动空间，所述压缩机构设置在活动空间内并可沿活动空间直线运动，所述杠杆机构有两个且分设在压缩机构两侧，两个杠杆机构的外壁抵接在包围体内侧壁并支撑包围体，所述杠杆机构的第一端连接在压缩机构上端，所述动力件可自伸缩，且动力件两端分别连接在杠杆机构的第二端和侧壁限位块，所述杠杆机构上设有转轴，且杠杆机构可沿转轴转动；

所述动力件可拉动杠杆机构沿着转轴转动并带动压缩机构下端向下移动。

作为优选的，所述杠杆机构为“g”状，所述杠杆机构包括弧形的第一臂和直线状的第二臂，其中第一臂的第一端为自由端，第一臂的第二端向第一臂弧形内侧延伸形成第二臂；所述第一臂的外侧抵接在包围体的内侧壁。

作为优选的，所述转轴设置在第二臂上。

作为优选的，所述转轴设置在靠近第一臂和第二臂的连接处。

作为优选的，所述动力件为弹簧线圈。

作为优选的，所述压缩机构还包括复位弹簧，该复位弹簧可在压缩机构的下端向下移动时提供向上的复位拉力。

作为优选的，所述压缩机构的上部还包括顶部限位块，该顶部限位块用于支撑在包围体的内侧顶部。

作为优选的，所述压缩机构的下端设有承压装置，该承压装置为球形体横截的一部分，该承压装置的弧形面抵接在包围体的下内侧面，所述压缩机构的下端抵接在承压装置的水平面。

本发明还公提出基于电磁效应的力反馈数据手套，包括手套主体和上任一项所述的压力单元。

在基于电磁效应的力反馈数据手套技术方案内，作为优选的，所述压力单元设置在对应手指的位置和对应手掌的位置，所述手套主体对应手掌中心区域为非压力单元设置区。

使用本发明的有益效果是：

当使用者佩戴手套进行使用时，当使用者佩戴的手套在游戏或虚拟场景中触碰到物体时，处理单元根据数据手套的形状判断受力方向，选定对应方向的触点中的弹簧线圈通电，弹簧线圈通电后由于电磁效应发生收缩，拉动杠杆机构并使其压迫压缩机构，从而对使用者产生压力，使其产生触感，使得使用者可感受到身临其境的感觉。

附图说明

图1为基于电磁效应的力反馈数据手套整体结构示意图。

图2为压力单元的结构示意图。

图3为压力单元中杠杆机构的结构示意图。

附图标记包括：

10-手套主体，20-触感手套，30-数据手套，40-压力单元，410-顶部限位

块，420-侧壁限位块，430-杠杆机构，431-第一臂，432-第二臂，440-转

轴，450-压缩机构，451-压缩端，452-支撑端，460-弹簧线圈，470-承压

装置。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细的描述。

实施例1

如图1-图3所示，本实施例提供了一种压力单元40，包括包围体，以及设置在包围体内的侧壁限位块420、动力件、压缩机构450和杠杆机构430，其中包围体为软质材料制成的球形结构，包围体内部中空；侧壁限位块420内设有活动空间，压缩机构450设置在活动空间内并可沿活动空间直线运动，杠杆机构430有两个且分设在压缩机构450两侧，两个杠杆机构430的外壁抵接在包围体内侧壁并支撑包围体，杠杆机构430的第一端连接在压缩机构450上端，动力件可自伸缩，且动力件两端分别连接在杠杆机构430的第二端和侧壁限位块420，杠杆机构430上设有转轴440，且杠杆机构430可沿转轴440转动；动力件可拉动杠杆机构430沿着转轴440转动并带动压缩机构450下端向下移动。

如图1所示，本压力单元40主要应用在虚拟设备使用的手套上，其中，手套包括手套主体10，手套主体10上设有数据手套30，数据手套30上设有触感手套20，其中压力单元40对应设置在触感手套20上。

当使用者穿戴这种手套时，通过vr设备检测手套的位置，即可vr程序内的场景对应，当场景内的虚拟人物和场景内的虚拟物体接触时，虚拟人物手掌接触物体对应的位置即为a点，在本手套上对应a点区域的压力单元40对应工作，即可完成仿真效果。

本压力单元40的工作原理如下，包围体整体呈球形，包围体可以为韧性有机材料制成，包围体可适当变形并不会被刺破。本实施了中的侧壁限位块420位置固定不动，压缩机构450主体为柱状，压缩机构450可在内部活动空间内上下往复动作。当动力件相对收缩时，杠杆机构430围绕转轴440转动，此时压缩机构450左侧的杠杆机构430沿着转轴440顺时针转动，对应的，压缩机构450右侧的杠杆机构430沿着转轴440逆时针转动。两个杠杆机构430同时作用，使得压缩机构450的压缩端451被向下挤压，进而带动压缩机构450下端、即支撑端452向下挤压，使得包围体外部感受到压力。

为了支撑包围体的顶部，在压缩机构450的顶部设置杆状的顶部限位块410，该顶部限位块410可支撑包围体的顶部，使的包围体不会因为杠杆机构430的侧向推压产生变形。压缩机构450的上部还包括顶部限位块410，该顶部限位块410用于支撑在包围体的内侧顶部。

在本实施例中，杠杆机构430为“g”状，杠杆机构430包括弧形的第一臂431和直线状的第二臂432，其中第一臂431的第一端为自由端，第一臂431的第二端向第一臂431弧形内侧延伸形成第二臂432；第一臂431的外侧抵接在包围体的内侧壁。此杠杆机构430可在较小的空间内实现杠杆作用。

如图3所示，作为优选的，转轴440设置在第二臂432上。转轴440设置在第二臂432上时，当杠杆机构430转动时，第一臂431向上弯曲，使的第一臂431向上外侧方挤压包围体，但杠杆机构430的外端距离压缩机构450纵向对称中心的距离变短，总体上包围体保持在较为松弛状态，使的压缩机构450向下伸出时，不会应为包围体体积问题造成阻碍。

在本实施例中，转轴440设置在靠近第一臂431和第二臂432的连接处，仅需要较小的力矩即可完成旋转杠杆机构430。本实施例中，转轴440设置在第二臂432的下三分之一处。

压缩机构450还包括复位弹簧，该复位弹簧可在压缩机构450的下端向下移动时提供向上的复位拉力。

压缩机构450的下端设有承压装置470，该承压装置470为球形体横截的一部分，该承压装置470的弧形面抵接在包围体的下内侧面，压缩机构450的下端抵接在承压装置470的水平面。承压装置470的弧形面使得使用能够感受到较为舒适的感觉。

实施例2

本实施例还提出一种，基于电磁效应的力反馈数据手套30，包括手套主体10和上任一项的压力单元40。

在基于电磁效应的力反馈数据手套30技术方案内，压力单元40设置在对应手指的位置和对应手掌的位置，手套主体10对应手掌中心区域为非压力单元40设置区。

当使用者佩戴手套进行使用时，当使用者佩戴的手套在游戏或虚拟场景中触碰到物体时，处理单元根据数据手套30的形状判断受力方向，选定对应方向的触点中的弹簧线圈460通电，弹簧线圈460通电后由于电磁效应发生收缩，拉动杠杆机构430并使其压迫压缩机构450，从而对使用者产生压力，使其产生触感，使得使用者可产生到身临其境的感觉。

总体来说，手套主体10包括数据手套30和触感手套20，触感手套20与数据手套30贴合连接。数据手套30可以检测手指和手掌的姿势，并将姿势信息发送到处理单元。触感手套20包括触点，触点呈球状或椭球状，分布在触感手套20的手指部分和手掌部分，由于在正常握持过程中掌心部分基本上不与物体产生接触，因此掌心位置不设置触点。

触点包括顶部限位块410、侧壁限位块420、杠杆机构430、转轴440、压缩机构450、弹簧线圈460、承压装置470，其中，杠杆机构430呈“g”形，在“g”形中间拐点位置设置有转轴440，杠杆机构430可以绕转轴440进行转动。杠杆机构430的第一端与弹簧线圈460连接，第二端与压缩机构450抵接。压缩机构450的压缩端451与杠杆机构430上端的第二端抵接，压缩机构450的支撑端452与承压装置470抵接。压缩机构450的侧壁与侧壁限位块420接触，侧壁限位块420可以防止压缩机构450横向的位移，保证其处于直立状态。弹簧线圈460第一端固定在侧壁限位块420上。动力件为弹簧线圈460，弹簧线圈460的优点是体积小，同时能实现弹簧拉力和线圈磁性变形两个优点，在其他实施例中，也可以采用其他可自伸缩变形的装置。

当弹簧线圈460拉动杠杆机构430时，杠杆机构430的上端压迫压缩机构450，压缩机构450即对承压装置470产生压力，压力通过承压装置470传输到触点的外部。压缩机构450内设置有弹簧机构，弹簧机构可以在外部施加的力消失后帮助压缩机构450和辅助压缩机构450恢复原状。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上可以作出许多变化，只要这些变化未脱离本发明的构思，均属于本发明的保护范围。