一种桌面触觉交互设备

1.本发明涉及智能交互感应设备领域，具体是一种桌面触觉交互设备。


背景技术：

2.随着虚拟现实技术的发展，人机交互技术在各行各业得到了大量的应用。大部分的用于虚拟现实的人机交互设备大多是依靠视觉和触觉来实现的，而对于视力障碍人群，使用人机交互设备缺少了视觉的参与，在进行人机交互的过程中存在着诸多不便。针对目前依靠视觉和触觉的人机交互设备不能很好的被视力障碍人员使用，开发了一种依靠动觉和触觉的桌面式的交互设备。
3.如中国专利号为201810721556.8的基于视觉和力觉触觉增强现实的工业人机交互系统及方法中，包括被控设备、增强现实智能设备以及穿戴在操作者指尖或者由操作者手持的指尖力觉/触觉反馈设备；所述增强现实智能设备运行被控设备app，并将被控设备app软件界面叠加在物理环境上显示，利用增强现实智能设备上的传感器检测计算指尖力觉/触觉反馈设备的位置，然后判断指尖力觉/触觉反馈设备与被控设备app软件界面是否碰撞，若碰撞，则向被控设备app发送界面碰撞指令和碰撞点，被控设备app解析碰撞指令和碰撞点，生成鼠标指令，执行鼠标指令生成对应的设备操作指令，将设备操作指令发送给被控设备，从而实现操作者与被控设备app软件界面间的人机交互，但是结构复杂，使用成本太高，对环境要求较高，普通人都很难用的了。


技术实现要素：

4.针对目前依靠视觉和触觉的人机交互设备不能很好的被视力障碍人员使用，开发了一种桌面触觉交互设备，将人机交互的方式，从利用视觉和触觉转变为利用动觉和触觉。
5.一种桌面触觉交互设备，包括外壳、设置在外壳上的上盖、设置在外壳内的安装底座和固定块，还包括：
6.复现机构，设置在外壳的内部，能够在食指指尖呈现虚拟物体的局部外表；
7.刚度调节机构，设置在外壳的内部且位于复现机构的底部，用于在食指对复现机构进行按压时，提供不同的刚度；
8.电控模块，设置在外壳的内部且与复现机构配合，用于与电脑连接传输信号并控制设备运行。
9.作为本发明的进一步改进，所述的复现机构包括安装在外壳内部的若干个驱动舵机、与驱动舵机的输出轴固定安装的线轮、缠绕在线轮上的驱动绳、安装在外壳内的导线管和组合导线管、设置在安装底座中的与驱动舵机数量相同且一一对应的弹簧杆。
10.作为本发明的进一步改进，所述的电控模块控制对应的驱动舵机，通过驱动绳驱动弹簧杆，每个驱动舵机能够单独驱动弹簧杆，若干个弹簧杆形成的高度差能够模拟虚拟物体的局部外表。
11.作为本发明的进一步改进，所述的驱动绳通过导线管、组合导线管与安装底座中
安装的弹簧杆底部固定连接。
12.作为本发明的进一步改进，所述驱动舵机和弹簧杆的数量均为16个。
13.作为本发明的进一步改进，所述的刚度调节机构包括安装在固定块上的调节舵机、与调节舵机的输出轴固定连接的齿轮组；
14.还包括两个与外壳的内壁上转动连接的丝杠，所述安装底座滑动安装在两个丝杠上。
15.作为本发明的进一步改进，所述的齿轮组由彼此啮合的驱动齿轮和从动齿轮组成，所述的从动齿轮与其中一个丝杠同轴固定连接。
16.作为本发明的进一步改进，所述的丝杠的下部均为螺纹部，丝杠的上部均为光轴部，所述安装底座滑动安装在两个丝杠的光轴部上。
17.作为本发明的进一步改进，与从动齿轮同轴连接的丝杠的螺纹部上螺纹连接有滑块，该滑块的上端设置有套装在该丝杠的光轴部外侧的弹簧，弹簧的另一端抵靠在安装底座下端。
18.作为本发明的进一步改进，所述的滑块的一端与外壳内壁的卡槽接触，在丝杠转动时，该滑块在外壳内壁的卡槽的导向下做上下运动以改变弹簧的伸缩长度，调节弹簧的预紧力。
19.本发明的有益效果是：本发明能够在视觉不可用时，通过触摸学习三维数字信息，基于鼠标形状的设备，旨在仅用一根手指联合感知任意标量场的刚度提示局和部触觉高度，通过具有单自由度的驱动舵机和一个局部高度复现结构，驱动舵机提供手指感受虚拟物体接触点的刚度信息，局部高度的复现结构用来复现接触部位虚拟物体的局部外表面信息。
附图说明
20.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
21.图1为本发明的内部俯视结构示意图；
22.图2为本发明的内部侧视结构示意图；
23.图3为本发明的立体结构示意图；
24.图4为本发明的刚度调节机构局部结构示意图；
25.图5为本发明的复现机构立体结构示意图；
26.附图标记：1、驱动舵机；2、线轮；3、驱动绳；4、外壳；5、固定块；6、调节舵机；7、齿轮组；8、组合导线管；9、滑块；10、丝杠；11、安装底座；12、弹簧杆；13、电控模块；14、卡槽；15、弹簧；16、卡线板；17、导线管；18、上盖。
具体实施方式
27.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。
28.如图1至图5所示，一种桌面触觉交互设备，包括外壳4、设置在外壳4上的上盖18、设置在外壳4内的安装底座11和固定块5，具体包括：
29.复现机构，设置在外壳4的内部，能够在食指指尖呈现虚拟物体的局部外表；
30.刚度调节机构，设置在外壳4的内部且位于复现机构的底部，用于在食指对复现机构进行按压时，提供不同的刚度；
31.电控模块13，设置在外壳4的内部且与复现机构配合，用于与电脑连接传输信号并控制设备运行。
32.本发明能够在视觉不可用时通过触摸学习三维数字信息，基于鼠标形状的设备，旨在仅用一根手指联合感知任意标量场的刚度提示局和部触觉高度，通过具有单自由度的驱动舵机1和一个局部高度复现结构，驱动舵机1提供手指感受虚拟物体接触点的刚度信息，局部高度的复现结构用来复现接触部位虚拟物体的局部外表面信息。
33.具体的，如图1所示，本发明的所述的复现机构包括安装在外壳4的内部的安装槽的若干个驱动舵机1、与驱动舵机1的输出轴固定安装的线轮2、缠绕在线轮2上的驱动绳3、安装在外壳4内的导线管17和组合导线管8、设置在安装底座11中的与驱动舵机1数量相同且一一对应的弹簧杆12。
34.在本发明中，虚拟物体的局部外表为平坦、凹陷或凸起类，这样借助于弹簧杆12的高度差，从而能够模拟虚拟物体的局部外表，以满足使用要求。
35.在实际应用时，参照本发明的附图1，所述驱动舵机1和弹簧杆12的数量均为16个。
36.具体的，如图1、图2、图4和图5所示，所述的电控模块13控制16个驱动舵机1，通过驱动绳3驱动弹簧杆12，每个驱动舵机1能够单独驱动弹簧杆12，16个弹簧杆12形成的高度差能够模拟虚拟物体的局部外表。
37.如图2和图4所示，本发明的所述的驱动绳3通过导线管17和组合导线管8与安装底座11中安装的弹簧杆12底部固定连接。
38.如图4所示，所述的刚度调节机构包括安装在固定块5上的调节舵机6、与调节舵机6的输出轴固定连接的齿轮组7。本发明的调节舵机6的驱动力通过齿轮组7转换或者变速后输送，以满足实际驱动力的要求。
39.在本发明中，通过调节舵机6带动齿轮组7驱动丝杠10，调节滑块9在丝杠10上的位置，以此控制弹簧15的压缩量，以呈现不同的刚度。
40.如图2和图4所示，所述的齿轮组7由彼此啮合的驱动齿轮和从动齿轮组成，所述的从动齿轮同轴固定连接有一个丝杠10，该丝杠10的下端转动设置于外壳4的内壁上，所述外壳4的内壁上还转动连接有一个丝杠10，所述的丝杠10的下部均为螺纹部，丝杠10的上部均为光轴部，所述安装底座11滑动安装在两个丝杠10的光轴部上，光轴部则可以在安装底座11上下滑动的过程中提供导向且减少了滑动阻力。
41.其中，与从动齿轮同轴连接的丝杠10的螺纹部上螺纹连接有滑块9，该滑块9的上端设置有套装在该丝杠10的光轴部外侧的弹簧15，弹簧15的另一端抵靠在安装底座11下端。
42.所述的滑块9的一端与外壳4内壁的卡槽接触，在丝杠10转动时，该滑块9在外壳4内壁的卡槽的导向下做上下运动以改变弹簧15的伸缩长度，调节弹簧15的预紧力。本发明在外壳4内壁的卡槽，只要能保证滑块9相对于该卡槽只做上下升降运动，即可满足在丝杠10转动时，滑块9相对于外壳4只做升降运动不做旋转运动，从而借助于滑块9与安装底座11的配合，改变弹簧15的伸缩长度，最终达到了调节弹簧15的预紧力的效果。
43.在食指对复现机构进行按压时，复现机构底部的刚度调节机构提供不同的刚度，
不同的刚度由不同的弹簧15的预紧力实现。
44.具体工作时，由电控模块13通过数据线接收电脑传输出的数据，通过信号线控制驱动舵机1和调节舵机6，控制复现机构和刚度调节机构，在进行人机交互时，像鼠标一样握住设备，食指放置在16个弹簧杆12组成的复现机构上，通过视觉观察电脑中虚拟物体的外观的同时，食指指腹能够感受到虚拟物体局部的特征，用手按压，位于复现机构底部的刚度调节机构，能够呈现出虚拟物体的软硬度。
45.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。