一种双指运动跟踪及力反馈装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明装置属于虚拟现实中的人机交互技术领域，是一种应用于遥操作系统或虚 拟仿真系统中，与远地物体或虚拟物体进行交互的力反馈设备。
【背景技术】
[0002] 虚拟现实技术是指采用W计算机为核屯、的现代高科技生成逼真的视、听、触觉等 一体化的虚拟环境，用户借助必要的设备W自然的方式与虚拟世界中的物体进行交互，互 相影响，从而产生亲临真实环境的感受和体验。虚拟现实技术在载人航天、多兵种军事联合 训练与演练、医疗手术的模拟与训练、仿生机器人等领域有着重要的应用。
[0003] 遥操作是虚拟现实技术应用的一个重要领域。遥操作系统可W在诸如远程医疗、 空间站、战场等非确定性环境下进行复杂的作业，对环境信息的获取能力W及真实性影响 着操作者的操纵质量。虚拟现实技术的引入可W扩展操作者对环境信息的认知和感知能 力，建立和谐的人机环境，实现操作者与任务环境模型的动态交互。手在人类生活中具有极 其重要的地位，被用来认识、了解周围的环境、改造环境、积累认知。将基于手势的人机交互 技术应用于遥操作系统中，可W大大提高系统的可操作性。
[0004] 随着虚拟现实技术的蓬勃反正，各种虚拟仿真系统也相继诞生，W满足不同领域 的需要。基于手势的人机交互技术在虚拟仿真系统中也有着不可比拟的重要性。例如，将 其集成到模拟触诊及介入手术训练系统中，医生双手操纵多自由度的人机交互设备，借助 显示设备在虚拟环境下进行手术训练。在交互式设计中，如宝石雕刻、汽车中控设计等，可 W帮助设计者预知人为因素的影响，做出正确的判断。
[0005] 应用于遥操作系统或虚拟仿真系统的人机交互设备的研究和开发在国内外受到 广泛的关注，主要研究对象集中于视觉、空间和姿态定位等，但是提供力反馈的设备尚不多 见。在遥操作系统或虚拟仿真系统中，如果操作者能够用其手部操纵远地物体或虚拟物体， 并在操作的同时感受到虚拟物体的反作用力（即力觉再现），将会大大提高系统的沉浸性 和交互性，改善系统的可操作性和操作质量。
【发明内容】
[0006] 技术问题；为解决上述技术问题，本发明提供一种充分发挥了手在交互过程中的 自然性、灵活性和适应性的双指运动跟踪及力反馈装置。
[0007] 技术方案；本发明的一种双指运动跟踪及力反馈装置，包括固定放置的框架；竖 直贯穿框架的中屯、杆；在框架内，W中屯、杆为公共边，一左一右设置在中屯、杆两侧的两个可 变形的菱形滑框；所述菱形滑框与所述中屯、杆通过套环固定连接；菱形滑框变形时，其与 中屯、杆相连的边带动中屯、杆在平面内沿竖直方向运动；所述每个菱形滑框与中屯、杆平行的 侧边分别连接一个水平的，可沿水平方向运动，使得菱形滑框变形的传动杆，所述传动杆伸 出框架外，在传动杆末端安装有指套；在框架外，位于中屯、杆顶部设有用于记录中屯、杆位移 的位移跟踪机构，位于中屯、杆底部设有用于输出反馈力的力反馈机构。
[000引所述框架的形状为方形。
[0009] 所述位移跟踪机构为线位移传感器。
[0010] 所述力反馈机构包括安装在中屯、杆上的齿条、齿轮W及固定在框架上的电机；所 述电机上有电机轴；齿轮与齿条相配合，电机轴与齿轮相配合；所述电机输出反馈力，通过 齿轮将反馈力传递至齿条，进而转化为竖直方向的作用力施加于中屯、杆。
[0011] 初始状态下，为避免菱形滑框锁死，近似水平的两边与竖直方向夹角0 =85°。 [001引有益效果：与现有技术相比，本发明方法具有W下优点：
[0013]由于应用于遥操作系统或虚拟仿真系统的人机交互设备大多集中于视觉、空间和 姿态定位等，不能提供手部与远地物体或虚拟物体接触W及进行操纵时的反馈力，难W让 操作者产生真实的操作感受，影响操作质量。本发明所提供的双指运动跟踪及力反馈装置 解决了该一问题，装置机构设计精简、灵活、能耗小，实现了手指运动的测量的同时为操作 者提供了远地物体或虚拟物体的反作用力，充分发挥了手在交互过程中的自然性、灵活性 和适应性，扩展操作者对环境信息的认知和感知能力，大大提高了系统的沉浸性和交互性， 改善了系统的可操作性和操作质量。
【附图说明】
[0014] 图1是本发明装置的示意图。
[0015] 图2是本发明装置的工作示意图。
[0016] 附图中标号为；1.框架，2.中屯、杆，3.菱形滑框，4.套环，5.传动杆，6.指套，7.线 位移传感器，8.齿条，9.齿轮，10.直流电机；A.菱形滑框顶点，A'.手指运动后顶点A的位 置，0.菱形滑框顶点，〇'.手指运动后顶点0的位置，f(x). -只手指的移动距离，1.菱形 滑框边长，X.中屯、杆移动距离，0 =85。。
【具体实施方式】
[0017]下面结合实施例和说明书附图，对本发明技术方案的实施方式和具体的操作过程 作详细说明，但实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出；对于本技术领域的普通技术 人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可W做出若干改进和等同替换，该些对本发明 权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。
[0018] 如图1所示，本发明的双指运动跟踪及力反馈装置包括固定放置的框架1 ;在本发 明具体实施例中，框架1的形状为方形、长方形、圆形等其他适合的几何图形；框架1用于固 定、连接其他各部分组件；竖直贯穿框架1的中屯、杆2 ;在框架1内，W中屯、杆2为公共边， 一左一右设置在中屯、杆2两侧的两个可变形的菱形滑框3 ;菱形滑框3与中屯、杆2连接的 边通过套环4与中屯、杆2固定连接，即菱形滑框3与中屯、杆2的公共边两端安装有套环4， 且该两个套环是固定在中屯、杆上的；同样，菱形滑框3与中屯、杆2连接的边通过套环4与菱 形滑框3与中屯、杆2平行的侧边连接；初始状态下，为避免菱形滑框3锁死，近似水平的两 边与竖直方向夹角0 =85° ;菱形滑框3与中屯、杆2平行的侧边分别连接两个水平的光 滑传动杆5,所述传动杆5可W沿水平方向运动，使得菱形滑框变形；菱形滑框变形时，其与 中屯、杆相连的边带动中屯、杆在平面内沿竖直方向运动；传动杆5伸出框架1外，在传动杆5 末端安装有指套6 ;在框架1