CN108654081B - 一种基于齿轮制动的vr手套装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于齿轮制动的VR手套装置，包括手套本体、若干指关节控制模块和设于手套主体的手背处的主控制模块，指关节控制模块包括齿轮、用于锁停或者释放齿轮的卡齿机构和与齿轮的中心连接且可带动齿轮转动的转动轴，每一转动轴的相对两侧连接有第一转动部和第二转动部，第一转动部或者第二转动部带动转动轴随指关节的弯曲或者伸展而转动，齿轮和卡齿机构上设有转角传感器用于检测齿轮转动的角度，转角传感器通过主控制模块与VR主机连接以使VR主机模拟出手指的当前形状及动作，VR主机模拟人手抓握住物体时，主控制模块控制相应的卡齿机构锁停齿轮而使相关的指关节不能继续弯曲。

Description

一种基于齿轮制动的VR手套装置
技术领域
本发明涉及VR产品配件技术领域，尤其涉及一种基于齿轮制动的VR手套装置。
背景技术
VR技术又称虚拟现实技术，是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统仿真使用户沉浸到该环境中。VR将众多的技术糅合到一起，能够全方位将使用者的视觉、触觉、听觉等感官系统整合到虚拟的环境中。针对VR市场的火爆，越来越多的科技公司已经不满足VR的近况，并开始致力于发展VR配套设施，为的就是抢占市场先机。因此，市面上出现了越来越多的VR配件，其中包括手机VR系统、VR手柄、VR手套等。其中VR手套是发展较为滞后的一种VR产品，鉴于它技术要求复杂，市场上的VR手套大多价格昂贵，让许多消费者望而却步。
如今市场上的VR手套以外骨骼的形式为主，通过机械间的传感器识别和相互作用达到交互式的体验效果，高端的VR手套通过反馈能感应到物体的硬度、重量、体积等物理量，但其造价昂贵。反观低端VR手套市场产品不多，且大部分产品体积庞大，能耗较高。因此，将力反馈装置简单的运用在VR手套上，同时结合VR头盔显示器、VR主机、VR游戏，能让更多的人知道VR带来的不仅仅是视觉上的体验。未来的VR手套必将结合高速的处理器、5G网络技术和质量可靠的硬件设备，带给用户一个完整的感官世界，用户可以在虚拟世界中感知任意物体外形、重量、粗糙度、牢固度甚至痛觉、味觉。因此，打开VR手套市场积累用户就显得格外重要。
发明内容
有鉴于此，本发明的实施例提供了一种成本低、能耗小、体积小、力反馈装置简单的基于齿轮制动的VR手套装置。
本发明的实施例提供一种基于齿轮制动的VR手套装置，包括手套本体、设于所述手套本体的指关节处的若干指关节控制模块和设于所述手套主体的手背处的主控制模块，所述指关节控制模块包括齿轮、用于锁停或者释放所述齿轮的卡齿机构和与所述齿轮的中心连接且可带动所述齿轮转动的转动轴，每一所述转动轴的相对两侧连接有第一转动部和第二转动部，所述第一转动部或者所述第二转动部带动所述转动轴随指关节的弯曲或者伸展而转动，所述齿轮和所述卡齿机构上设有转角传感器用于检测所述齿轮转动的角度，所述转角传感器通过所述主控制模块与所述VR主机连接以使所述VR主机模拟出手指的当前形状及动作，所述VR主机模拟人手抓握住物体时，所述主控制模块控制相应的所述卡齿机构锁停所述齿轮而使相关的指关节不能继续弯曲。
进一步地，所述卡齿机构包括卡齿和具有收容所述卡齿的收容槽的卡齿座，所述卡齿座内设有继电器，所述卡齿的底端通过弹簧与所述收容槽的底部连接，所述继电器得电时，所述卡齿压缩所述弹簧并缩回所述收容槽内而释放所述齿轮，所述继电器失电时，所述卡齿弹出所述收容槽而锁停所述齿轮。
进一步地，同一所述指关节控制模块中，所述第一转动部和所述第二转动部中靠近指尖所在端的转动部为与所述转动轴固定连接的动转动部，另一转动部为与所述转动轴转动连接的静转动部，所述动转动部随指关节转动时带动所述转动轴转动，相应的所述卡齿机构固定于所述静转动部，且所述动转动部和所述静转动部位于所述齿轮的同一侧。
进一步地，所述齿轮朝向所述动转动部的一侧开设有解锁槽，所述解锁槽的槽底横穿有扭簧，所述转动轴穿过所述扭簧，所述动转动部上并列的设有一第一凸肋和一第二凸肋，所述第一凸肋和所述第二凸肋延伸入所述解锁槽中且所述第一凸肋位于所述第二凸肋的内侧，所述扭簧的两个弹片分别向上抵顶所述解锁槽的上端槽壁和向下抵压所述第一凸肋，所述解锁槽的上端槽壁上正对所述第二凸肋处设有继电器开关，所述继电器开关与所述第二凸肋接触时，所述继电器得电。
进一步地，所述解锁槽为尖角槽，其上端槽壁和下端槽壁之间的张角为3°。
进一步地，所述转角传感器包括设于所述卡齿顶端的扫码器和设有所述齿轮上的若干条码，部分所述条码设于所述齿轮上每一轮齿的顶端，部分所述条码设于相邻二所述轮齿之间的空间的底部，每一所述条码携带着独一无二的信息，所述扫码器用于扫描旋转中或者静止时与之正对的所述条码并将其通过扫描获取的信息传至所述主控制模块进行识别。
进一步地，所述轮齿具有10个且均匀分布，所述齿轮、所述第一转动部和所述第二转动部均采用铝合金材质制成，所述卡齿采用铁质材质制成。
进一步地，连接所述轮齿的顶端和同一所述轮齿的底端的齿壁中朝向与之相邻的所述轮齿的齿壁具有坡度，所述轮齿为等腰梯形。
进一步地，所述指关节控制模块具有12个，其中8个分布于食指、中指、无名指和小指的上指关节和中指关节处，其中2个分布于大拇指的上指关节和下指关节处，其中1个分布于所述小指的下指关节处且该指关节控制模块的所述转动轴向大拇指所在方向延伸而穿过手掌，最后一个设于所述食指的下指关节处且该指关节控制模块的所述转动轴向小拇指所在方向延伸而依次连接所述食指、中指和无名指的下指关节。
进一步地，所述手套本体的手腕处设有用于改变手套本体套口的大小的手腕束缚装置，所述手套本体的手背采用透气的皮质材质，所述手套本体的手掌主要由所述第一转动部和所述第二转动部组成。
本发明的实施例提供的技术方案带来的有益效果是：(1)本发明所述的基于齿轮制动的VR手套装置中每一指关节处设有所述指关节控制模块，通过手指的运动带动所述指关节控制模块运作而产生数字信号，并通过所述指关节控制模块将手指的运动产生的数字信号传至所述主控制模块中进行识别和区分，然后再通过所述主控制模块将其识别和区分的信息传至所述VR主机来模拟手指的当前形状及动作，经过所述VR主机的处理，可以使模拟出来的人手与实际的手实时同步，让VR场景更加逼真，而且原理简单，便于实现，且能够降低实现的成本。
(2)所述第一转动部或所述第二转动部随指关节的运动转动进而带动所述齿轮转动，所述转角传感器检测所述齿轮转动角度并将其检测到的数字信号通过所述主控制模块传至所述VR主机，所述卡齿机构用于锁停或者释放所述齿轮，结构简单且体积小，从而能够有效的控制所述手套本体的整体大小和体积，且容易维护，能使消费者花费少量的资金就可以体验到丰富逼真的VR互动。在VR游戏中，当模拟人手接触到物体时，所述卡齿机构锁停相应的所述齿轮，导致相关的指关节无法继续收拢，就像抓握了物体一样，给体验者一种真实的感觉。
(3)所述齿轮、所述第一转动部和所述第二转动部均采用铝合金材质制成，从而所述基于齿轮制动的VR手套装置质轻灵活，具有更好的用户感受。
附图说明
图1是本发明基于齿轮制动的VR手套装置的手背示意图；
图2是本发明基于齿轮制动的VR手套装置的手掌示意图；
图3是本发明基于齿轮制动的VR手套装置的齿轮被锁停时的示意图；
图4是本发明基于齿轮制动的VR手套装置的齿轮被释放时的示意图；
图5是本发明基于齿轮制动的VR手套装置的指关节控制模块的示意图；
图6是图5的侧视图。
1—指关节控制模块、2—导线、3—主控制模块、4—手腕束缚装置、5—转动轴、6—手掌、7—卡齿座、8—卡齿、9—弹簧、10—齿轮、11—第一转动部、12—第二转动部、13—扭簧、14—继电器开关、15—第一凸肋、16—第二凸肋、17—条码、18—扫码器、101—轮齿。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地描述。
请参考图1和图2，本发明的实施例提供了一种基于齿轮制动的VR手套装置，包括手套本体、设于所述手套本体的指关节处的若干指关节控制模块1和设于所述手套主体的手背处的主控制模块3。
请参考图3至图6，所述指关节控制模块1包括齿轮10、用于锁停或者释放所述齿轮10的卡齿机构和与所述齿轮10的中心连接且可带动所述齿轮10转动的转动轴5，所述卡齿机构包括卡齿8和具有收容所述卡齿8的收容槽的卡齿座7，所述卡齿座7内设有继电器，所述卡齿8的底端通过弹簧9与所述收容槽的底部连接，所述继电器得电时，所述卡齿8压缩所述弹簧并缩回所述收容槽内而释放所述齿轮10，这时所述齿轮10可以在力的作用下自由转动，所述继电器失电时，所述卡齿8弹出所述收容槽而锁停所述齿轮10。
请参考图5和图6，每一所述转动轴5的相对两侧分别连接有第一转动部11和第二转动部12，所述第一转动部11或者所述第二转动部12带动所述转动轴5随指关节的弯曲或者伸展而转动，在所述齿轮10没有被所述卡齿8锁停时，所述齿轮10随所述转动轴5的转动而转动；若所述卡齿8锁停了所述齿轮10，则所述转动轴5和所述齿轮10均不能按照原方向继续转动，表现在相应的指关节不能继续弯曲。本实施例中，同一所述指关节控制模块1中，所述第一转动部11和所述第二转动部12中靠近指尖所在端的转动部为与所述转动轴5固定连接的动转动部，另一转动部为与所述转动轴5转动连接的静转动部，所述动转动部随指关节转动时带动所述转动轴5相对所述静转动部转动，相应的所述卡齿机构固定于所述静转动部，且所述动转动部和所述静转动部位于所述齿轮10的同一侧。所述第一转动部11或者所述第二转动部12被相邻二所述指关节控制模块1共用，即相邻的所述指关节控制模块1通过所述第一转动部11或者所述第二转动部12连接，所述第一转动部11或者所述第二转动部12相对与之对应的一所述指关节控制模块1为动转动部，那么其相对与之对应的另一所述指关节控制模块1为静转动部。
请参考图5和图6，所述齿轮10朝向所述动转动部的一侧开设有解锁槽，所述解锁槽为尖角槽，其上端槽壁和下端槽壁之间的张角为3°。所述解锁槽的槽底横穿有扭簧13，所述转动轴5穿过所述扭簧13且垂直的固定于所述齿轮10，所述动转动部上并列的设有一第一凸肋15和一第二凸肋16，所述第一凸肋15和所述第二凸肋16延伸入所述解锁槽中且所述第一凸肋15位于所述第二凸肋16的内侧，所述扭簧13的两个弹片分别向上抵顶所述解锁槽的上端槽壁和向下抵压所述第一凸肋15，所述解锁槽的上端槽壁上正对所述第二凸肋16处设有继电器开关14。所述继电器通过所述继电器开关14与所述第二凸肋16接触时得电，所述齿轮10被解锁释放，伸入所述手套本体中的手指可以自由弯曲和伸展；与所述主控制模块3连接的VR主机模拟人手抓握物体时，所述主控制模块3控制相应的所述指关节控制模块1中的所述继电器失电，所述齿轮10被锁停，手指不能继续弯曲。
所述指关节控制模块1具有12个，其中8个分布于食指、中指、无名指和小指的上指关节和中指关节处，其中2个分布于大拇指的上指关节和下指关节处。以上10个所述指关节控制模块1中，每一所述指关节控制模块1均只有一个所述齿轮10、一个所述卡齿机构和一个所述转动轴5，且所述转动轴5只与一个所述第一转动部11和一个所述第二转动部12连接。第11个所述指关节控制模块1分布于所述小指的下指关节处且该指关节控制模块1的所述转动轴5向大拇指所在方向延伸而穿过手掌6，第12个所述指关节控制模块1设于所述食指的下指关节处且该指关节控制模块1的所述转动轴5向小拇指所在方向延伸而依次连接所述食指、中指和无名指的下指关节。第12个所述指关节控制模块1中的所述动转动部为位于食指、中指和无名指的中关节处的所述指关节控制模块1中的所述静转动部的集合，即位于食指、中指和无名指的中关节处的所述指关节控制模块1中的所述静转动部连接成一个整体或者一体成型后，与第12个所述指关节控制模块1中的所述转动轴5固定连接，用于带动第12个所述指关节控制模块1中的所述转动轴转动。第11个所述指关节控制模块1中的所述动转动部为第12个所述指关节控制模块1中的所述静转动部和位于小指的中关节处的所述指关节控制模块1中的所述静转动部的集合，即位于小指的中关节处的所述指关节控制模块1中的所述静转动部和第12个所述指关节控制模块1中的所述静转动部连接成一个整体或者一体成型后，与第11个所述指关节控制模块1中的所述转动轴5固定连接，用于带动第11个所述指关节控制模块1中的所述转动轴5转动。
所述第一转动部11和所述第二转动部12(或者，所述动转动部和所述静转动部)总共具有13个，所述手套本体的手掌6主要由第一转动部11和所述第二转动部12组成，13个所述第一转动部11和所述第二转动部12几乎覆盖整个手掌。所述齿轮10、所述第一转动部11和所述第二转动部12均采用铝合金材质制成，铝合金材质在能限制手掌6动作的前提下，能提供更轻的重量。所述手套本体的手背采用透气的皮质材质，可以让手掌6保持透气。13个所述第一转动部11和所述第二转动部12即13块铝合金，分别限制手掌6不同部位间的运动，可以使本发明所述的基于齿轮制动的VR手套装置达到更逼真的效果。12个所述指关节控制模块1的位置结构特征即可控制所有(14个)指关节的运动，能够顺利的完成抓握和松开等各种手指动作，使所述VR主机模拟手指的当前形状及动作时的用户体验更加真实。
所述齿轮10和所述卡齿机构上设有转角传感器用于检测所述齿轮10转动的角度，所述转角传感器通过所述主控制模块3与所述VR主机连接以使所述VR主机模拟出手指的当前形状及动作。
请参考图1和图4，所述转角传感器包括设于所述卡齿8顶端的扫码器18和设有所述齿轮10上的若干条码17，部分所述条码17设于所述齿轮10上每一轮齿101的顶端，部分所述条码17设于相邻二所述轮齿101之间的空间的底部。所述轮齿101具有10个且均匀分布，从而所述条码17具有20个，20个所述条码17等角度设置，每一所述条码17都携带有独一无二的位置信息和角度信息，所述扫码器18通过扫描所述条码17而获取该条码17携带位置信息和角度信息，并将该信息转化为数字信号传至与其通过导线2连接的所述主控制模块3，所述主控制模块3接收各个所述指关节控制模块1中的所述扫码器18传来的数字信号，对这些信息进行识别和区分，判断出各个手指的当前弯曲度，然后将该弯曲度以数字信号的形式传至所述VR主机以使所述VR主机模拟出各指关节的当前形状和个手指的当前动作。
当所述VR主机模拟人手抓握住物体时，由于物体具有一定的空间体积，导致人手在抓握住物体时手指由于被物体阻挡不能继续弯曲，为了模拟该效果，所述VR主机根据模拟出的当前物体的外形和硬度后，向所述主控制模块3发出控制信号，所述主控模块3接收该控制信号后，对该信号进行识别和区分，然后向相应的所述指关节控制模块1中的所述继电器发出信号使所述继电器失电而锁停对应的所述齿轮10，从而使相应的指关节不能继续弯曲，从而使人具有抓握物体时手指被物体抵顶的支撑感。
当需要放开抓握住的物体时，相应的手指反向活动，使相应的所述动转动部带动与之对应的所述转动轴5反向转动，这时由于所述齿轮10被锁停，所述动转动部只能克服所述扭簧13的弹性压力从所述解锁槽的下端槽壁向所述解锁槽的上端槽壁转动，当所述动转动部向上转动3°时，所述第二凸肋16与位于所述解锁槽的上端槽壁上的所述继电器开关14接触，所述继电器得电，所述齿轮10被解锁释放，这时所述齿轮10能够自由转动，位于本发明所述的基于齿轮制动的VR手套装置中手指可以自由活动而释放被抓握的物体。同时，在所述扭簧13的弹性作用下，所述动转动部复位，回到所述解锁槽的下端槽壁。所述手套本体的手腕处设有用于改变手套本体套口的大小的手腕束缚装置4，以供不同大小的手伸入所述手套本体中，且将所述手套本体固定于手腕上，使其不容易脱落。
在本文中，所涉及的前、后、上、下等方位词是以附图中零部件位于图中以及零部件相互之间的位置来定义的，只是为了表达技术方案的清楚及方便。应当理解，所述方位词的使用不应限制本申请请求保护的范围。
在不冲突的情况下，本文中上述实施例及实施例中的特征可以相互结合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (7)

1.一种基于齿轮制动的VR手套装置，其特征在于：包括手套本体、设于所述手套本体的指关节处的若干指关节控制模块和设于所述手套主体的手背处的主控制模块，所述指关节控制模块包括齿轮、用于锁停或者释放所述齿轮的卡齿机构和与所述齿轮的中心连接且可带动所述齿轮转动的转动轴，每一所述转动轴的相对两侧连接有第一转动部和第二转动部，所述第一转动部或者所述第二转动部带动所述转动轴随指关节的弯曲或者伸展而转动，所述齿轮和所述卡齿机构上设有转角传感器用于检测所述齿轮转动的角度，所述转角传感器通过所述主控制模块与VR主机连接以使VR主机模拟出手指的当前形状及动作，VR主机模拟人手抓握住物体时，所述主控制模块控制相应的所述卡齿机构锁停所述齿轮而使相关的指关节不能继续弯曲；
所述卡齿机构包括卡齿和具有收容所述卡齿的收容槽的卡齿座，所述卡齿座内设有继电器，所述卡齿的底端通过弹簧与所述收容槽的底部连接，所述继电器得电时，所述卡齿压缩所述弹簧并缩回所述收容槽内而释放所述齿轮，所述继电器失电时，所述卡齿弹出所述收容槽而锁停所述齿轮；
同一所述指关节控制模块中，所述第一转动部和所述第二转动部中靠近指尖所在端的转动部为与所述转动轴固定连接的动转动部，另一转动部为与所述转动轴转动连接的静转动部，所述动转动部随指关节转动时带动所述转动轴转动，相应的所述卡齿机构固定于所述静转动部，且所述动转动部和所述静转动部位于所述齿轮的同一侧；
所述齿轮朝向所述动转动部的一侧开设有解锁槽，所述解锁槽的槽底横穿有扭簧，所述转动轴穿过所述扭簧，所述动转动部上并列的设有一第一凸肋和一第二凸肋，所述第一凸肋和所述第二凸肋延伸入所述解锁槽中且所述第一凸肋位于所述第二凸肋的内侧，所述扭簧的两个弹片分别向上抵顶所述解锁槽的上端槽壁和向下抵压所述第一凸肋，所述解锁槽的上端槽壁上正对所述第二凸肋处设有继电器开关，所述继电器开关与所述第二凸肋接触时，所述继电器得电。
2.如权利要求1所述的基于齿轮制动的VR手套装置，其特征在于：所述解锁槽为尖角槽，其上端槽壁和下端槽壁之间的张角为3°。
3.如权利要求1所述的基于齿轮制动的VR手套装置，其特征在于：所述转角传感器包括设于所述卡齿顶端的扫码器和设有所述齿轮上的若干条码，部分所述条码设于所述齿轮上每一轮齿的顶端，部分所述条码设于相邻二所述轮齿之间的空间的底部，每一所述条码携带着独一无二的信息，所述扫码器用于扫描旋转中或者静止时与之正对的所述条码并将其通过扫描获取的信息传至所述主控制模块进行识别。
4.如权利要求3所述的基于齿轮制动的VR手套装置，其特征在于：所述轮齿具有10个且均匀分布，所述齿轮、所述第一转动部和所述第二转动部均采用铝合金材质制成，所述卡齿采用铁质材质制成。
5.如权利要求3所述的基于齿轮制动的VR手套装置，其特征在于：连接所述轮齿的顶端和同一所述轮齿的底端的齿壁中朝向与之相邻的所述轮齿的齿壁具有坡度，所述轮齿为等腰梯形。
6.如权利要求1所述的基于齿轮制动的VR手套装置，其特征在于：所述指关节控制模块具有12个，其中8个分布于食指、中指、无名指和小指的上指关节和中指关节处，其中2个分布于大拇指的上指关节和下指关节处，其中1个分布于所述小指的下指关节处且该指关节控制模块的所述转动轴向大拇指所在方向延伸而穿过手掌，最后一个设于所述食指的下指关节处且该指关节控制模块的所述转动轴向小拇指所在方向延伸而依次连接所述食指、中指和无名指的下指关节。
7.如权利要求1所述的基于齿轮制动的VR手套装置，其特征在于：所述手套本体的手腕处设有用于改变手套本体套口的大小的手腕束缚装置，所述手套本体的手背采用透气的皮质材质，所述手套本体的手掌主要由所述第一转动部和所述第二转动部组成。
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