CN102445903A

CN102445903A - 液压伺服式虚拟力觉提示装置

Info

Publication number: CN102445903A
Application number: CN2010102984416A
Authority: CN
Inventors: 俞建峰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-10-07
Filing date: 2010-10-07
Publication date: 2012-05-09

Abstract

一种液压伺服式虚拟力觉提示装置，主要包括刹车基座、带光电编码器的惯性轮、小链轮、刹车环、大链轮、脚踏板、刹车垫片、螺钉、刹车闸、电磁阀、液压活塞、上位机、数字信号处理器DSP。上位机将力控制信息传递给数字信号处理器DSP，DSP输出脉宽调制信号给电磁阀以控制电磁阀的开启频率，液压活塞在液压腔压力的驱动下伸出，推动刹车闸向一侧运动，惯性轮上的两个刹车环受到刹车垫片的磨擦阻力，模拟自行车在行驶过程中的阻力。惯性轮上的光电编码器传递信号给DSP，DSP计算出自行车惯性轮的转速并反馈给上位机。本发明响应速度快、可靠性好、维护简单，适合于自行车模拟器的脚踏板虚拟力觉提示。

Description

液压伺服式虚拟力觉提示装置

技术领域

本发明涉及一种虚拟力觉提示装置，尤其是一种液压伺服式虚拟力觉提示装置，适用于自行车模拟器的力觉提示交互接口。

背景技术

人类通过5种感官来感知外部世界，即听觉、视觉、嗅觉、触觉、味觉。如果一种或多种感觉是通过机器产生，那么人类就一定程度进入虚拟现实环境了。飞行器模拟器、汽车模拟器、船只模拟器、摩托车和自行车模拟器用来辅助设计、驾驶培训、人-车交互研究以及娱乐等。与物理原型相比，采用运动模拟器实验具有很多优点，例如经济、安全、不受天气和环境影响等。国外一些科研机构已经开始着手自行车模拟器的研制，用于娱乐、健身、运动员训练等领域。对于自行车模拟器来说，为了实现自行车驾驶的真实性，应设计虚拟力觉提示装置。力提示装置是模拟器与操作者的交互接口，它一方面实时采集操作者对自行车的操控信息并将其传给实时仿真系统，另一方面又依据仿真系统的计算结果对操作者产生力的提示。

发明专利“机电式虚拟力觉提示装置”（专利号：03129388.3）采用电流控制电路来驱动控制电机的输出力矩，通过齿轮啮合传动带动惯性轮来实现虚拟力觉。通过分析发现，至少存在四种不足，一是采用齿轮传动对于模拟自行车“急刹车”状况是非常不利的，容易对齿轮的接触面产生冲击，甚至发生齿轮的断裂；二是由于电机齿轮和惯性轮齿轮一直处于啮合状态，电机有时被惯性轮带动，处于发电机状态，有时候电机通电产生负载，处于电机工作状态，电机经常处于被反转，启动工作，停止工作的非正常工作状态，这种使用方式对电机寿命非常不利；三是电机齿轮和惯性轮齿轮需要经常维护，以保持齿轮的良好润滑状态，维护工作不能缺少；四是虚拟力觉由电机产生反向力矩并由齿轮传给惯性轮，电机做功不仅要克服骑车者的脚踏转矩，而且要克服齿轮传动的效率损失，电机功耗大。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种液压伺服式虚拟力觉提示装置，根据虚拟现实环境中自行车脚踏板力觉提示的要求，实现自行车脚踏板力觉的实时提示，完成自行车模拟器脚踏板的力觉提示交互接口。

本发明解决技术问题的技术方案是：一种液压伺服式虚拟力觉提示装置

，主要包括刹车基座、带光电编码器的惯性轮、小链轮、刹车环、大链轮、脚踏板、刹车垫片、螺钉、刹车闸、电磁阀、液压活塞以及上位机和DSP数字信号处理器。刹车环固定在惯性轮上，刹车环嵌入刹车垫片之间，液压活塞推动刹车闸向刹车基座一侧运动，刹车环的刹车垫片挤压下获得摩擦阻力。

本发明的技术原理是：

上位机实现虚拟现实模型的计算，计算出模拟场景所需得力控制信息，上位机将力控制信息传递给数字信号处理器DSP，DSP输出脉宽调制信号给电磁阀以控制电磁阀的开启，液压活塞在液压腔压力的驱动下伸出，推动刹车闸向一侧运动，惯性轮上的两个刹车环受到刹车垫片的摩擦阻力，模拟自行车在行驶过程中的阻力。惯性轮上的光电编码器传递信号给DSP，DSP计算出自行车惯性轮的转速并反馈给上位机。

本发明的优点是：

1、阻力模拟直接，直接通过刹车环和刹车垫片接触形成自行车的行驶阻力。

2、响应速度快，上位机的指令通过DSP控制器发给电磁阀，高频电磁阀能迅速完成指令。

3、系统可靠，力觉提示装置没有齿轮传动，能可靠模拟“急刹车”环境。

4、系统维护要求低，齿轮传动需要精心维护，刹车环和刹车垫片之间通过接触摩擦生成阻力，使用周期长，当刹车垫片和刹车环之间的间隙过大时，只需要重新更换刹车环和刹车垫片。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明刹车基座内部剖面图。

图3为本发明惯性轮与刹车环剖面图。

图4为本发明液压伺服控制示意图。

图中：

1、刹车基座；2、带光电编码器的惯性轮；3、小链轮；4、刹车环；5、大链轮；6、脚踏板；7、刹车垫片；8、螺钉；9、刹车闸；10、电磁阀；11、液压活塞。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步描述。

如图1所示，本发明所述自液压伺服式虚拟力觉提示装置整体结构包括刹车基座1、带光电编码器的惯性轮2、小链轮3、刹车环4、大链轮5、脚踏板6。驾驶者踩踏脚踏板6带动大链轮5，大链轮5通过链条带动小链轮3，小链轮3带动同轴的惯性轮2，惯性轮2上固定的刹车环4嵌入刹车基座1的凹槽内。

如图2、图3所示，本发明虚拟力觉提示装置的核心部件在刹车基座内，刹车垫片7固定在刹车基座1和刹车闸9上，形成两个矩形凹槽。通过电磁阀10的开启频率来控制液压腔内的压力，从而控制液压活塞11上的推力，液压活塞11推动液压闸9向刹车基座1的一侧移动，嵌在矩形凹槽内的刹车环4在两侧的刹车垫片7的挤压下获得摩擦阻力。刹车环4通过螺钉8固定在惯性轮2凸缘上。

如图4所示，上位机将力控制信息传递给数字信号处理器DSP，DSP输出脉宽调制信号（PWM）给电磁阀以控制电磁阀的开启频率，从而控制液压腔内液压油的压力，液压活塞在液压腔压力的驱动下伸出，推动刹车闸向一侧运动，惯性轮上的两个刹车环受到刹车垫片的阻力，实时模拟自行车在行驶过程中受到的阻力。同时，惯性轮上的光电编码器传递信号给DSP，DSP计算出自行车惯性轮的转速并反馈给上位机。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种液压伺服式虚拟力觉提示装置，主要包括刹车基座、带光电编码器的惯性轮、小链轮、刹车环、大链轮、脚踏板、刹车垫片、螺钉、刹车闸、电磁阀、液压活塞、上位机、数字信号处理器DSP，其特征是，刹车环通过螺钉固定在惯性轮的两侧，刹车环嵌入刹车基座的凹槽内，凹槽由刹车基座和刹车闸构成，刹车垫片固定在凹槽的内侧。

2.根据权利要求1所述的液压伺服式虚拟力觉提示装置，其特征是，刹车环为圆环形。

3.根据权利要求1所述的液压伺服式虚拟力觉提示装置，其特征是，惯性轮周边为双向凸缘。

4.根据权利要求1所述的液压伺服式虚拟力觉提示装置，其特征是，刹车闸固定在刹车基座的底部，并能有间隙向基座一侧作微小移动。