一种可穿戴力反馈设备的制作方法

本发明涉及力反馈，尤其涉及一种可穿戴力反馈设备。

背景技术：

1、力反馈设备在机器人与人机交互等领域具有广阔的应用前景，通过力反馈设备能够极大地增强人机交互的真实体验，在人机交互中发挥着重要作用，操作者可以利用力反馈设备在人机交互中体验到物体的真实属性，提高人机交互系统的沉浸感。

2、目前，从驱动原理上分类，力反馈设备主要分为两种形式，一种是刚性连杆机构驱动的力反馈设备；另一种是气压驱动的力反馈设备。刚性机构的力反馈设备由于自身的刚性结构难以实现柔性穿戴，而且体积笨重，降低了交互的自然性；气压驱动的力反馈设备需要配备额外的气泵作为气压动力源，气泵的体积极为沉重，对于一些可穿戴的力反馈设备来说，灵活性较差，例如，对于可穿戴的力反馈手套来说，要在每个手指上配备独立的气管，这些气管对力反馈设备的灵活性造成了极大的束缚。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种可穿戴力反馈设备，解决可穿戴力反馈设备灵活性较差，而且在人机交互过程中难以获得真实感和沉浸感的技术问题。

2、为实现上述目的，一种可穿戴力反馈设备，所述可穿戴力反馈设备包括设备主体和设于所述设备主体上的变刚度组件，所述变刚度组件包括低玻璃化转变材料层、加热件和制冷件；

3、所述加热件设于所述低玻璃化转变材料层上；

4、所述制冷件包括制冷侧和与所述制冷侧相对的发热侧，所述制冷件的制冷侧贴附于所述低玻璃化转变材料层的一表面上，所述发热侧则背离所述低玻璃化转变材料层；

5、所述低玻璃化转变材料层的另一表面贴附于所述设备主体的表面。

6、在本申请的一些实施例中，多个所述变刚度组件呈阵列结构排布形成变刚度组件阵列，所述变刚度组件阵列设于所述设备主体的表面；

7、和/或，多个所述制冷件呈阵列结构排布形成制冷件阵列，所述制冷件阵列设于所述玻璃化转换材料层的一表面上。

8、在本申请的一些实施例中，所述加热件设于所述低玻璃化转变材料层的内部；

9、和/或，控制所述低玻璃化转变材料层刚度变化的温度范围为25℃-70℃；

10、和/或，所述低玻璃化转变材料层包括低玻璃化转变材料，所述低玻璃化转变材料包括聚乳酸(pla)、聚己内酯(pcl)、聚乙烯(pe)和聚丙烯(pp)中的至少一种。

11、在本申请的一些实施例中，所述制冷件包括帕尔贴。

12、在本申请的一些实施例中，制备所述加热件的材料包括碳纤维、金属和导电复合物；

13、和/或，所述加热件的类型包括柔性加热件；

14、和/或，所述加热件包括加热丝、加热贴、加热管和液态金属。

15、在本申请的一些实施例中，所述变刚度组件还包括散热保护件，所述散热保护件套设于所述加热件的外围。

16、在本申请的一些实施例中，制备所述散热保护件的材料包括硅胶；

17、和/或，所述散热保护件为硅胶管。

18、在本申请的一些实施例中，所述设备本体包括手套、指套和腕带。

19、在本申请的一些实施例中，所述变刚度组件设于所述手套的各个手指上。

20、在本申请的一些实施例中，所述可穿戴力反馈设备包括平面触觉反馈设备和手持式触觉反馈设备。

21、本发明所能实现的有益效果：

22、(1)本申请利用了低玻璃化转变材料层在受热时会由低温的玻璃态转变为高温的高弹态，物理特性由硬变软；遇冷时会从高弹态转变为玻璃态，物理特性由软变硬的原理制备得到变刚度组件，再在变刚度组件中设置加热件和制冷件，通过加热件和制冷件控制刚度变化。由此得到的变刚度组件的组成较为轻便，而且刚度变化较为灵敏，有利于实现对刚度变化的连续控制。将其设于设备主体上形成可穿戴力反馈设备，通过变刚度组件来控制可穿戴力反馈设备的刚度变化，使其更加轻便、更具运动灵活性，并能连续控制其刚度变化，操作者可以通过可穿戴力反馈设备在人机交互过程中体验到物体的真实属性，提高人机交互过程中的沉浸感。

23、(2)本申请的制冷件包括了制冷侧和发热侧，通电工作时，制冷件的制冷侧通过制冷令低玻璃化转变材料层直接快速冷却，使其从高弹态转变为玻璃态，物理特性从软变成硬，由此控制可穿戴力反馈设备的刚度变化，而发热侧因背离低玻璃化转变材料层，可以及时将制冷产生的热量散发到环境中，实现在对低玻璃化转变材料层进行制冷的同时，将产生的热量快速释放到外面，防止制冷件产生的热量对设备主体造成损坏。

24、(3)本申请将多个制冷件或多个变刚度组件进行阵列结构排布，使变刚度组件整体获得较好的柔性，能实现可穿戴力反馈设备的柔性穿戴，并提高可穿戴力反馈设备的运动灵活性。

25、(4)变刚度组件的加热件套设有散热保护件，用散热保护件将加热件包裹起来，可以促进加热件的均匀散热，避免加热件局部温度过高损坏低玻璃化转变材料层。

技术特征：

1.一种可穿戴力反馈设备，其特征在于，所述可穿戴力反馈设备包括设备主体和设于所述设备主体上的变刚度组件，所述变刚度组件包括低玻璃化转变材料层、加热件和制冷件；

2.根据权利要求1所述的可穿戴力反馈设备，其特征在于，多个所述变刚度组件呈阵列结构排布形成变刚度组件阵列，所述变刚度组件阵列设于所述设备主体的表面；

3.根据权利要求1所述的可穿戴力反馈设备，其特征在于，所述加热件设于所述低玻璃化转变材料层的内部；

4.根据权利要求1所述的可穿戴力反馈设备，其特征在于，所述制冷件包括帕尔贴。

5.根据权利要求1所述可穿戴力反馈设备，其特征在于，制备所述加热件的材料包括碳纤维、金属和导电复合物；

6.根据权利要求1所述的可穿戴力反馈设备，其特征在于，所述变刚度组件还包括散热保护件，所述散热保护件套设于所述加热件的外围。

7.根据权利要求6所述的可穿戴力反馈设备，其特征在于，制备所述散热保护件的材料包括硅胶；

8.根据权利要求1至7任意一项所述的可穿戴力反馈设备，其特征在于，所述设备本体包括手套、指套和腕带。

9.根据权利要求8所述的可穿戴力反馈设备，其特征在于，所述变刚度组件设于所述手套的各个手指上。

10.根据权利要求1所述的可穿戴力反馈设备，其特征在于，所述可穿戴力反馈设备包括平面触觉反馈设备和手持式触觉反馈设备。

技术总结
本发明公开了一种可穿戴力反馈设备，属于力反馈技术领域。可穿戴力反馈设备包括设备主体和设于所述设备主体上的变刚度组件，所述变刚度组件包括低玻璃化转变材料层、加热件和制冷件；所述加热件设于所述低玻璃化转变材料层上；所述制冷件包括制冷侧和与所述制冷侧相对的发热侧，所述制冷件的制冷侧贴附于所述低玻璃化转变材料层的一表面上，所述发热侧则背离所述低玻璃化转变材料层；所述低玻璃化转变材料层的另一表面贴附于所述设备主体的表面。本发明通过调节温度变化控制所述低玻璃化转变材料层的刚度变化，由此控制变刚度组件的刚度变化，并传递给可穿戴力反馈设备，使可穿戴力反馈设备具有较好的活动灵活性，能让操作者获得真实感和沉浸感。

技术研发人员：焦健,王党校,陈悦,王小鑫,邱鹏飞
受保护的技术使用者：鹏城实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15