CN109582132A - 手部机械外骨骼及其反馈控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种手部机械外骨骼及其反馈控制方法。该手部机械外骨骼通过控制装置接收上位机生成的一个或多个控制指令，并根据控制指令输出对应的触觉反馈控制信号至第一驱动芯片，使第一驱动芯片驱动对应的第一触觉反馈装置进行触觉反馈，因而，外骨骼主体能够产生触觉反馈，以使用户产生真实的触觉感受。

Description

手部机械外骨骼及其反馈控制方法

技术领域

本发明涉及虚拟现实技术领域，特别是涉及一种手部机械外骨骼及其反馈控制方法。

背景技术

在虚拟现实的场景中，为了增强用户对虚拟世界的感知，常常会用到手部机械外骨骼来捕捉人手的运动信息，手部机械外骨骼具有与人手的五指相适配的五指机构。穿戴后，当用户的手指运动时，手部机械外骨骼便会捕捉人手指的运作情况，实现对人手运动信息的捕捉。随着虚拟现实技术的发展，手部机械外骨骼也开始同时具备力反馈功能。

然而，目前的手部机械外骨骼大多只有动作捕捉或者动作捕捉加力反馈功能，无法模拟触感，从而无法使用户产生真实的触觉感受。

发明内容

基于此，有必要针对手部机械外骨骼存在的无法模拟触感，从而无法使用户产生真实的触觉感受的问题，提供一种手部机械外骨骼及其反馈控制方法。

为了实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种手部机械外骨骼，所述手部机械外骨骼包括外骨骼主体、连接所述外骨骼主体的多个连杆结构、以及用于将所述连杆结构和所述外骨骼主体固定于手部的固定装置，所述手部机械外骨骼还包括：

设置在所述外骨骼主体上的控制装置，所述控制装置被配置为接收上位机生成的一个或多个控制指令，根据所述控制指令输出对应的触觉反馈控制信号；

设置在所述外骨骼主体上的一个或多个第一触觉反馈装置；

连接在所述控制装置和对应的第一触觉反馈装置之间的第一驱动芯片，所述第一驱动芯片被配置为根据接收到的触觉反馈控制信号驱动对应的第一触觉反馈装置进行触觉反馈。

上述手部机械外骨骼，通过控制装置接收上位机生成的一个或多个控制指令，并根据控制指令输出对应的触觉反馈控制信号至第一驱动芯片，使第一驱动芯片驱动对应的第一触觉反馈装置进行触觉反馈，因而，外骨骼主体的特定区域上能够产生触觉反馈，以使用户产生真实的触觉感受。

在其中一个实施例中，所述固定装置包括手指固定装置和手掌固定装置，所述手部机械外骨骼还包括：

设置在所述连杆结构上或者所述手指固定装置上的第二触觉反馈装置；

连接在所述控制装置和对应的第二触觉反馈装置之间的第二驱动芯片，所述第二驱动芯片被配置为根据接收到的触觉反馈控制信号驱动对应的第二触觉反馈装置进行触觉反馈。

在其中一个实施例中，所述触觉反馈为振动反馈，所述第一触觉反馈装置包括第一振动器；所述第二触觉反馈装置包括第二振动器。

在其中一个实施例中，所述固定装置包括手指固定装置和手掌固定装置，所述手部机械外骨骼还包括：

设置在所述手掌固定装置上的第三触觉反馈装置；

连接在所述控制装置和对应的第三触觉反馈装置之间的第三驱动芯片，所述第三驱动芯片被配置为根据接收到的触觉反馈控制信号驱动对应的第三触觉反馈装置进行触觉反馈。

在其中一个实施例中，所述控制装置还被配置为根据所述控制指令输出对应的力反馈控制信号，所述手部机械外骨骼还包括：

设置在所述连杆结构上的力反馈装置，所述力反馈装置被配置为根据所述力反馈控制信号输出力反馈。

在其中一个实施例中，所述控制装置还被配置为根据所述控制指令输出对应的温度反馈控制信号；所述手部机械外骨骼还包括：

设置在所述固定装置上的第一温度反馈装置，所述第一温度反馈装置连接所述控制装置，所述第一温度反馈装置被配置为根据所述温度反馈控制信号进行温度反馈；和/或

设置在所述外骨骼主体上的第二温度反馈装置，所述第二温度反馈装置连接所述控制装置，所述第二温度反馈装置被配置为根据所述温度反馈控制信号进行温度反馈。

在其中一个实施例中，所述第一温度反馈装置包括第一制冷元件和/或第一制热元件；所述第二温度反馈装置包括第二制冷元件和/或第二制热元件。

为了实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于如上所述的手部机械外骨骼的反馈控制方法，包括：

获取手部机械外骨骼各连杆结构的当前角度位置；

根据所述当前角度位置映射虚拟手部模型当前动作，获取虚拟场景中目标接触物的目标接触位置和物理性质；

根据所述物理性质生成一个或多个控制指令；

根据所述控制指令生成对应的反馈控制信号；

根据所述反馈控制信号进行相应反馈。

上述反馈控制方法，通过获取虚拟场景中目标接触物的目标接触位置和物理性质，根据物理性质生成一个或多个控制指令，并根据控制指令生成对应的反馈控制信号以进行相应反馈，因而使手部机械外骨骼在目标接触位置上能够产生反馈，以使用户产生真实的感受。

在其中一个实施例中，所述根据所述控制指令生成对应的反馈控制信号；根据所述反馈控制信号进行相应反馈的步骤，包括：

根据所述控制指令生成对应的触觉反馈控制信号；

根据对应的触觉反馈控制信号生成对应的振动波形；

根据所述振动波形产生振动进行触觉反馈；和/或

根据所述控制指令生成对应的力反馈控制信号；

根据对应的力反馈控制信号生成对应的振动波形；

根据所述振动波形产生振动进行振动力反馈。

在其中一个实施例中，所述根据所述控制指令生成对应的反馈控制信号；根据所述反馈控制信号进行相应反馈的步骤，包括：

根据所述控制指令生成对应的温度反馈控制信号；

根据对应的温度反馈控制信号生成对应的目标温度；

获取目标温度对应的脉冲宽度调制波形；

根据所述脉冲宽度调制波形进行温度反馈。

附图说明

图1为一实施例中手部机械外骨骼的整体结构示意图；

图2为图1中手部机械外骨骼的分解结构示意图；

图3为图1中手部机械外骨骼的分解结构示意图；

图4为图1中手部机械外骨骼的分解结构示意图；

图5为一实施例中手部机械外骨骼的反馈控制方法的流程图；

图6为一实施例对应图5中步骤S104和S105的流程图；

图7为另一实施例对应图5中步骤S104和S105的流程图；

图8为另一实施例对应图5中步骤S104和S105的流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

需要说明的是，当元件被称为“固定于或安装于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接或相接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件，也可以是二者间存在居中元件。当一个元件与另一个元件“接触”，它可以是直接与另一个元件接触，也可能同时存在居中元件，与另一元件间接接触。

参见图1，图1为一实施例中的一种手部机械外骨骼的结构示意图。

在本实施例中，手部机械外骨骼包括外骨骼主体1、连接外骨骼主体1的多个连杆结构2、用于将连杆结构2和外骨骼主体1固定于手部的固定装置3，手部机械外骨骼还包括控制装置(图中未示出)、第一驱动芯片(图中未示出)以及设置在外骨骼主体1上的一个或多个第一触觉反馈装置4(具体参见图2)。详述如下：

控制装置设置在外骨骼主体1上，被配置为接收上位机生成的一个或多个控制指令，根据控制指令输出对应的触觉反馈控制信号。

第一驱动芯片连接在控制装置和对应的第一触觉反馈装置4之间，被配置为根据接收到的触觉反馈控制信号驱动对应的第一触觉反馈装置4进行触觉反馈。

在本发明实施例中，控制装置接收上位机生成的一个或多个控制指令，根据控制指令输出对应的触觉反馈控制信号。其中，上位机生成的一个或多个控制指令包括是否开启触觉反馈、启动哪些触觉反馈装置以及以何种形式和程度进行触觉反馈的指令信息；触觉反馈控制信号包括需要进行触觉反馈的第一触觉反馈装置4的触觉反馈形式和触觉反馈值。由此，控制装置根据对应的控制指令生成对应的触觉反馈控制信号，并输出至需要进行触觉反馈的触觉反馈装置对应的驱动芯片。而其他被上位机判断为不需要开启触觉反馈的触觉反馈装置4，则其对应的驱动芯片并不会接收到触觉反馈控制信号，因而维持当前动作状态。

其中，上位机可以为电脑、手机、游戏机、服务器、计算机设备等。上位机一个或多个控制指令的生成过程具体可以是：根据设置在手部机械外骨骼上的检测元件的检测信号重建手部模型，并且建立每个手指尖与手背之间的相对坐标关系，通过该相对坐标关系，将重建的手部模型映射到虚拟人物的手上，然后开始进行物体交互的碰撞检测和物理性质的判断。其中，物理性质包括表面物理性质。当检测到虚拟人物的手部与目标接触物发生碰撞时，比如，虚拟人物的手部抓住某一个虚拟物体时，判断该虚拟物体对应的目标接触位置及其表面物理性质，根据表面物理性质计算出实际上应该生成的触觉反馈的位置和反馈的属性，并将触觉反馈的位置和属性发送给控制装置。具体地，表面物理性质包括但不限于虚拟环境中的目标接触物预设的表面纹理特征，不同的表面纹理特征对应有不同的触觉反馈属性。在一个实施例中，触觉反馈以振动的形式进行，则触觉反馈属性包括但不限于振动幅度的大小、振动波形以及振动频率，根据触觉反馈属性生成对应的振动。

在一个实施例中，控制装置包括无线通信模块，可以实现无线控制，更加方便利用，该无线通信模块可以是任意进行无线数据传输的模块，包括但不限于蓝牙模块、射频(NRF)模块、无线(Wireless-Fidelity，Wi-Fi)模块、2G模块、红外线模块、3G模块、4G模块等等。在一个实施例中，控制装置可以是微处理器。

在本发明实施例中，第一触觉反馈装置4包括设置在外骨骼主体1上的一个或多个第一触觉反馈装置，用于提供手背部分的触觉反馈。在一个实施例中，参见图2，第一触觉反馈装置4均匀分散在的外骨骼主体1壳体不同位置上，根据触觉反馈控制信号在外骨骼主体1的特定区域产生触觉反馈，以使用户产生真实的触觉感受。

在一个实施例中，触觉反馈为振动反馈，第一触觉反馈装置4包括第一振动器，第一振动器通过导线与第一驱动芯片连接。其中，第一振动器包括但不限于线性振动电机、偏心振动电机等。第一振动器由第一驱动芯片生成的特定的振动波形驱动。第一振动器的振动方向与人体手部表面垂直或近似垂直，从而振动可以以最大程度和最小的损失直接被人手感知到。

在本发明实施例中，第一驱动芯片连接在控制装置和对应的第一触觉反馈装置4之间。在一个实施例中，第一驱动芯片可以设置在外骨骼主体1上，具体地，可以设置在与控制装置相同的位置上，也可以设置在与第一触觉反馈装置4相同的位置上，当然也可以设置在其他位置。第一驱动芯片具体可以是驱动芯片，当触觉反馈为振动反馈时，驱动芯片被配置为能够根据触觉控制信号产生特定振动波形，以驱动第一触觉反馈装置4产生不同振动。

本发明实施例提供的手部机械外骨骼，通过控制装置接收上位机生成的一个或多个控制指令，并根据控制指令输出对应的触觉反馈控制信号至第一驱动芯片，使第一驱动芯片驱动对应的第一触觉反馈装置进行触觉反馈，因而，外骨骼主体1的特定区域上能够产生触觉反馈，以使用户产生真实的触觉感受。

进一步地，固定装置3包括手指固定装置31和手掌固定装置32(参见图3)，为了使用户更多维度地体验触觉感受，手部机械外骨骼还可以包括设置在连杆结构2上或者手指固定装置31的第二触觉反馈装置5和连接在控制装置和对应的第二触觉反馈装置5之间的第二驱动芯片。其中，第二驱动芯片被配置为根据接收到的触觉反馈控制信号驱动对应的第二触觉反馈装置5进行触觉反馈。

在本发明实施例中，第二触觉反馈装置5包括设置在拇指对应的连杆机构2上的触觉反馈装置，还包括设置在其他四指对应的连杆机构2上的触觉反馈装置；或者，包括设置在拇指对应的手指固定装置31上的触觉反馈装置，以及设置在其他四指对应的手指固定装置31上的触觉反馈装置；或者，包括设置在部分手指对应的手指固定装置31上的触觉反馈装置，以及设置在部分手指对应的连杆机构2上的触觉反馈装置。其中，手指固定装置31包括但不限于扎带结构或指套结构。第二触觉反馈装置5根据触觉反馈控制信号在手指部分的特定区域或者在指尖处产生触觉反馈，以使用户产生真实的触觉感受。比如，当虚拟空间中只有食指与虚拟物体接触，那么只有设置在食指对应的连杆结构2上或者食指对应的手指固定装置31上的第二触觉反馈装置5进行触觉反馈。

在一个实施例中，参见图4，连杆机构2包括直连杆21和手指异形连杆22，第二触觉反馈装置5设置在手指异形连杆22上。其中，直连杆21的一端与外骨骼主体1连接，直连杆21的另一端与手指异形连杆22的一端连接，异形连杆22的另一端连接固定装置3。其中，第二触觉反馈装置5可以通过双面胶粘贴加卡槽固定的形式固定在手指异形连杆22，也可以是其他任何方式。在另一个实施例中，第二触觉反馈装置5还可以设置在直连杆21上。

在一个实施例中，触觉反馈为振动反馈，第二触觉反馈装置5包括第二振动器，第二振动器通过导线与第二驱动芯片连接，其中，导线沿连杆结构2走线，不会影响使用。其中，第二振动器包括但不限于线性振动电机、偏心振动电机等。第二振动器由第二驱动芯片生成的特定的振动波形驱动。第二振动器的振动方向与人体手部表面垂直或近似垂直，从而振动可以以最大程度和最小的损失直接被人手感知到。

在本发明实施例中，第二驱动芯片连接在控制装置和对应的第二触觉反馈装置5之间。第二驱动芯片可以设置在外骨骼主体1上，也可以设置在连杆结构2上，具体地，可以设置在与控制装置相同的位置上，也可以设置在与第二触觉反馈装置5相同的位置上，当然也可以设置在其他位置。第二驱动芯片具体可以是驱动芯片，当触觉反馈为振动反馈时，驱动芯片被配置为能够根据触觉控制信号产生特定振动波形，以驱动第二触觉反馈装置5产生不同振动。

进一步地，为了使用户更多维度地体验触觉感受，手部机械外骨骼还可以包括设置在手掌固定装置32上的第三触觉反馈装置和连接在控制装置和对应的第三触觉反馈装置之间的第三驱动芯片，第三驱动芯片被配置为根据接收到的触觉反馈控制信号驱动对应的第三触觉反馈装置进行触觉反馈。

其中，手掌固定装置32包括但不限于绑带结构、手套结构或手环结构。第三触觉反馈装置用于根据触觉反馈控制信号在手掌部分的特定区域产生触觉反馈，以使用户产生真实的触觉感受。

在一个实施例中，触觉反馈为振动反馈，第三触觉反馈装置包括第三振动器，第三振动器通过导线与第三驱动芯片连接，其中，设置在手掌固定装置上的触觉反馈装置的导线可以贴合在手掌固定装置上，具体结合触觉反馈装置的实际设置位置进行走线设计。第三振动器包括但不限于线性振动电机、偏心振动电机等。第三振动器由第三驱动芯片生成的特定的振动波形驱动。第三振动器的振动方向与人体手部表面垂直或近似垂直，从而振动可以以最大程度和最小的损失直接被人手感知到。

在本发明实施例中，第三驱动芯片连接在控制装置和对应的第三触觉反馈装置之间。第三驱动芯片可以设置在外骨骼主体1上，也可以设置在连杆结构2上，还可以设置在固定装置3上。具体地，可以设置在与控制装置相同的位置上，也可以设置在与第三触觉反馈装置相同的位置上，当然也可以设置在其他位置。第三驱动芯片具体可以是驱动芯片，当触觉反馈为振动反馈时，驱动芯片被配置为能够根据触觉控制信号产生特定振动波形，以驱动第三触觉反馈装置产生不同振动。

进一步地，为了使用户多维度地体验触觉感受同时体验力反馈，控制装置还被配置为根据控制指令输出对应的力反馈控制信号，手部机械外骨骼还包括设置在连杆结构上的力反馈装置，力反馈装置被配置为根据力反馈控制信号输出力反馈。

在本发明实施例中，控制装置还被配置为根据控制指令输出对应的力反馈控制信号。其中，控制指令包括是否开启力反馈、启动哪些力反馈装置以及以何种形式和程度进行力反馈的指令信息；力反馈控制信号包括需要进行力反馈的力反馈装置的力反馈值。在一个实施例中，力反馈装置可以通过内置振动器进行振动的形式进行反馈，则力反馈值包括但不限于振动幅度的大小、振动波形以及振动频率，根据力反馈值生成对应的振动；当力反馈值越大时，则对应的振动幅度也越大。在另一个实施例中，力反馈也可以以电机扭矩的形式进行，力反馈的大小对应不同的扭矩，由此，根据力反馈的大小对应产生不同扭矩。

具体地，上位机检测到虚拟人物的手部抓住某一个虚拟物体时，判断该虚拟物体对应的目标接触位置及其物理性质，根据物理性质计算出实际上应该生成的力反馈的位置和力反馈值，并将力反馈的位置和力反馈值发送给控制装置。具体地，物理性质包括刚度值，不同的刚度值对应有不同的力反馈大小。

在本发明实施例中，力反馈装置包括微处理器、驱动机构和驱动连杆，驱动连杆的第一端部与驱动机构连接，驱动连杆的第二端部与连杆结构活动连接。其中，微处理器的设置位置不受限制，用于接收控制装置输出的控制信号，并根据控制信号驱动驱动机构。

本发明实施例还提供了另一种手部机械外骨骼，在上述实施例的基础上，该手部机械外骨骼的控制装置还被配置为根据控制指令输出对应的温度反馈控制信号；该手部机械外骨骼还包括第一温度反馈装置和/或第二温度反馈装置。

在一个实施例中，第一温度反馈装置设置在固定装置3上，第一温度反馈装置连接控制装置，第一温度反馈装置被配置为根据温度反馈控制信号进行温度反馈。具体地，第一温度反馈装置包括设置在手掌固定装置32上的温度反馈装置，和/或设置在手指固定装置31上的温度反馈装置，分别为手掌和手指提供温度反馈。即，第一温度反馈装置可以仅设置在手掌固定装置32上，也可以仅设置在手指固定装置31上，或者，也可以是两者的结合。

在一个实施例中，第二温度反馈装置设置在外骨骼主体1与人体手背接触的区域上，第二温度反馈装置连接控制装置，第二温度反馈装置被配置为根据温度反馈控制信号进行温度反馈。具体地，第二温度反馈装置设置在外骨骼主体的手背软垫6上，为手背提供温度反馈。

在本发明实施例中，第一温度反馈装置和第二温度反馈装置的固定方式包括但不限于缝合、粘合、机械卡扣固定。第一温度反馈装置和第二温度反馈装置分别通过导线同控制装置连接。其中，设置在手指固定装置上的第一温度反馈装置的导线可以沿连杆结构走线，不会影响使用。

需要说明的是，第一温度反馈装置并不限定设置在固定装置3上，第二温度反馈装置也并不限定设置在外骨骼主体1与人体手背接触的区域上，手部外骨骼上任何能够与人体手部相接触的地方，都可以设置温度反馈装置。

在本发明实施例中，第一温度反馈装置包括第一制冷元件和/或第一制热元件；第二温度反馈装置包括第二制冷元件和/或第二制热元件。其中，第一制冷元件和第二制冷元件均包括但不限于半导体制冷片；半导体制冷片的厚度处于毫米级，具体在10毫米以内，其面积大小根据实际进行设定；通电时半导体制冷片均是一面变冷一面变热。在一个实施例中，半导体制冷片可以由PWM波(Pulse-Width Modulation，脉冲宽度调制波形)控制温度变化大小。其中，制热元件包括但不限于加热电阻、电阻丝，当制热元件通电时，制热元件的温度升高。

在本发明实施例中，控制装置还被配置为根据控制指令输出对应的温度反馈控制信号。其中，控制指令包括是否开启温度反馈、启动哪些温度反馈装置以及以何种形式和程度进行温度反馈的指令信息；温度反馈控制信号包括进行温度反馈的第一温度反馈装置和/或第二温度反馈装置的温度反馈值。由此，控制装置根据控制指令生成对应的温度反馈控制信号控制对应的温度反馈装置进行温度反馈。而其他被上位机判断为不需要开启温度反馈的温度反馈装置则维持当前温度。

具体地，当上位机检测到虚拟人物的手部与目标接触物发生碰撞时，判断该虚拟物体对应的目标接触位置及其表面温度参数，根据表面温度参数生成对应目标温度，并将温度反馈的位置和对应目标温度发送给控制装置，控制装置根据目标温度生成不同占空比的PWM波来控制对应的温度反馈装置。其中，占空比越高则温度变化越多，反之占空比越小温度则趋近于室温。

本发明实施例提供的手部机械外骨骼，通过控制装置接收上位机生成的一个或多个控制指令，并根据控制指令输出对应的触觉反馈控制信号至各驱动芯片，使各驱动芯片驱动对应的触觉反馈装置进行触觉反馈，因而，手部机械外骨骼的特定区域上能够产生触觉反馈，以使用户产生真实的触觉感受。在此基础上，控制装置还根据控制指令输出温度反馈控制信号至对应的温度反馈装置，使对应的温度反馈装置进行温度反馈，因而，手部机械外骨骼的特定区域上能够产生温度反馈，使用户同时获得真实的触觉感受和温度感受。

参见图5，本发明实施例还提供了一种基于如上实施例所述的手部机械外骨骼的反馈控制方法。该反馈控制方法包括步骤S101、S102、S103、S104以及S105。

在S101中，建立手部机械外骨骼在虚拟场景中的虚拟手部模型。

在本发明实施例中，S101具体为：根据设置在手部机械外骨骼上的检测元件的检测信号建立虚拟手部模型，并且建立每个手指尖与手背之间的相对坐标关系，通过该相对坐标关系，将建立的手部模型映射到虚拟人物的手上，然后开始进行物体交互的碰撞检测和物理性质的判断。

在S102中，在虚拟手部模型与目标接触物发生碰撞时，获取虚拟场景中目标接触物的目标接触位置和物理性质。

在本发明实施例中，S102在检测到虚拟手部模型与目标接触物发生碰撞时，则获取该目标接触物对应的目标接触位置及其物理性质。

在S103中，根据物理性质生成一个或多个控制指令。

在本发明实施例中，S103根据目标接触位置的物理性质计算出实际上应该生成的反馈的位置和大小，生成与反馈的位置和反馈的属性相关的控制指令。其中，物理性质包括虚拟环境中的目标接触物预设的表面纹理特征，不同的表面纹理特征对应有不同的反馈大小。

在S104中，根据控制指令生成对应的反馈控制信号。

在本发明实施例中，S104具体可以通过控制装置执行，控制装置根据控制指令生成对应的反馈控制信号。

在S105中，根据反馈控制信号进行相应反馈。

在本发明实施例中，S105具体可以通过驱动芯片和各个反馈装置执行，驱动芯片根据触觉反馈控制信号控制各个反馈装置进行触觉反馈。

本实施例的反馈控制方法，通过获取虚拟场景中目标接触物的目标接触位置，根据目标接触位置的物理性质生成一个或多个控制指令，并根据控制指令生成对应的反馈控制信号以进行反馈，因而使手部机械外骨骼在目标接触位置上能够产生相应反馈，以使用户产生真实的感受。

在一实施例中，S103根据目标接触位置的物理性质计算出实际上应该生成的触觉反馈的位置和反馈属性，并对应生成与触觉反馈的位置和反馈属性相关的控制指令。其中，物理性质包括表面纹理特征，不同的表面纹理特征对应有不同的触觉反馈属性。参见图6，S104包括S201，S105包括S202以及S203。

在S201中，根据控制指令生成对应的触觉反馈控制信号。

在S202中，根据对应的触觉反馈控制信号生成对应的振动波形。

在S203中，根据振动波形产生振动进行触觉反馈。

在本发明实施例中，各驱动芯片根据对应的触觉反馈控制信号生成对应的振动波形，以控制触觉反馈装置根据振动波形产生振动进行触觉反馈。因此，手部机械外骨骼在目标接触位置上能够产生触觉反馈，以使用户产生真实的触觉感受。

在一实施例中，S103根据目标接触位置的物理性质计算出实际上应该生成力反馈的位置和力反馈值，并对应生成与力反馈的位置和力反馈值相关的控制指令。其中，物理性质包括刚度值，不同刚度值对应不同的力反馈值。参见图7，S104包括S301，S105包括S302以及S303。

在S301中，根据控制指令生成对应的力反馈控制信号。

在S302中，根据对应的力反馈控制信号生成对应的振动波形。

在S303中，根据振动波形产生振动进行振动力反馈。

在本发明实施例中，S302具体可以通过控制装置获取对应的振动波形，从而S303根据振动波形控制对应的力反馈装置产生振动进行力反馈，用以模拟虚拟物体的形状及刚度。因此，手部机械外骨骼的特定区域上能够产生力反馈，用以模拟虚拟物体的形状及刚度，为用户提供真实的触感体验。

需要说明的是，在其他情况下，步骤S302和S303还可以替换为步骤S312和S313，其中，步骤S312为根据对应的力反馈控制信号生成对应的扭矩，步骤S313为根据扭矩进行力反馈。

在一实施例中，S103根据目标接触位置的物理性质计算出实际上应该生成温度反馈的位置和大小，并对应生成与温度参数相关的控制指令。其中，物理性质包括温度参数，不同的温度参数对应不同的温度反馈大小。参见图8，S104包括S401，S105包括S402、S403以及S404。

在S401中，根据控制指令生成对应的温度反馈控制信号。

在本发明实施例中，S401根据与温度参数相关的控制指令生成对应温度反馈控制信号。

在S402中，根据对应的温度反馈控制信号生成对应的目标温度。

在S403中，获取目标温度对应的脉冲宽度调制波形。

在S404中，根据脉冲宽度调制波形进行温度反馈。

在本发明实施例中，S403具体可以通过控制装置获取目标温度对应的脉冲宽度调制波形，从而S404根据脉冲宽度调制波形控制对应的温度反馈装置进行温度反馈。因此，手部机械外骨骼的特定区域上能够产生温度反馈，使用户同时获得真实的温度感受。

需要说明的是，在其他实施例中，根据实际情况的不同，S103可以单独根据目标接触位置的物理性质计算出实际上应该生成的触觉反馈的位置和反馈属性，温度反馈的位置和大小，以及力反馈的位置和力反馈值中的一种，并生成对应其中一种反馈的控制指令；也可以根据物理性质计算出实际上应该生成的触觉反馈的位置和反馈属性，温度反馈的位置和大小，以及力反馈的位置和力反馈值中的至少两种，并生成相应控制指令，继而S104和S105对应的反馈控制步骤也对应改变，使得用户同时感受多种真实体验。且，多种反馈控制共存时，可以同时进行，也可以先后进行。同时，各反馈控制对应的步骤，可以根据位置或时间的不同先后进行或者同时进行。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种手部机械外骨骼，其特征在于，所述手部机械外骨骼包括外骨骼主体、连接所述外骨骼主体的多个连杆结构、以及用于将所述连杆结构和所述外骨骼主体固定于手部的固定装置，所述手部机械外骨骼还包括：

设置在所述外骨骼主体上的控制装置，所述控制装置被配置为接收上位机生成的一个或多个控制指令，根据所述控制指令输出对应的触觉反馈控制信号；

设置在所述外骨骼主体上的一个或多个第一触觉反馈装置；

连接在所述控制装置和对应的第一触觉反馈装置之间的第一驱动芯片，所述第一驱动芯片被配置为根据接收到的触觉反馈控制信号驱动对应的第一触觉反馈装置进行触觉反馈。

2.根据权利要求1所述的手部机械外骨骼，其特征在于，所述固定装置包括手指固定装置和手掌固定装置，所述手部机械外骨骼还包括：

设置在所述连杆结构上或者所述手指固定装置上的第二触觉反馈装置；

连接在所述控制装置和对应的第二触觉反馈装置之间的第二驱动芯片，所述第二驱动芯片被配置为根据接收到的触觉反馈控制信号驱动对应的第二触觉反馈装置进行触觉反馈。

3.根据权利要求2所述的手部机械外骨骼，其特征在于，所述触觉反馈为振动反馈，所述第一触觉反馈装置包括第一振动器；所述第二触觉反馈装置包括第二振动器。

4.根据权利要求1所述的手部机械外骨骼，其特征在于，所述固定装置包括手指固定装置和手掌固定装置，所述手部机械外骨骼还包括：

设置在所述手掌固定装置上的第三触觉反馈装置；

连接在所述控制装置和对应的第三触觉反馈装置之间的第三驱动芯片，所述第三驱动芯片被配置为根据接收到的触觉反馈控制信号驱动对应的第三触觉反馈装置进行触觉反馈。

5.根据权利要求1所述的手部机械外骨骼，其特征在于，所述控制装置还被配置为根据所述控制指令输出对应的力反馈控制信号，所述手部机械外骨骼还包括：

设置在所述连杆结构上的力反馈装置，所述力反馈装置被配置为根据所述力反馈控制信号输出力反馈。

6.根据权利要求1-5任一项所述的手部机械外骨骼，其特征在于，所述控制装置还被配置为根据所述控制指令输出对应的温度反馈控制信号；所述手部机械外骨骼还包括：

设置在所述固定装置上的第一温度反馈装置，所述第一温度反馈装置连接所述控制装置，所述第一温度反馈装置被配置为根据所述温度反馈控制信号进行温度反馈；和/或

设置在所述外骨骼主体上的第二温度反馈装置，所述第二温度反馈装置连接所述控制装置，所述第二温度反馈装置被配置为根据所述温度反馈控制信号进行温度反馈。

7.根据权利要求6所述的手部机械外骨骼，其特征在于，所述第一温度反馈装置包括第一制冷元件和/或第一制热元件；所述第二温度反馈装置包括第二制冷元件和/或第二制热元件。

8.一种基于如权利要求1-7任一项所述的手部机械外骨骼的反馈控制方法，其特征在于，包括：

建立手部机械外骨骼在虚拟场景中的虚拟手部模型；

在虚拟手部模型与目标接触物发生碰撞时，获取目标接触物的目标接触位置和物理性质；

根据所述物理性质生成一个或多个控制指令；

根据所述控制指令生成对应的反馈控制信号；

根据所述反馈控制信号进行相应反馈。

9.根据权利要求8所述的反馈控制方法，其特征在于，所述根据所述控制指令生成对应的反馈控制信号；根据所述反馈控制信号进行相应反馈的步骤，包括：

根据所述控制指令生成对应的触觉反馈控制信号；

根据对应的触觉反馈控制信号生成对应的振动波形；

根据所述振动波形产生振动进行触觉反馈；和/或

根据所述控制指令生成对应的力反馈控制信号；

根据对应的力反馈控制信号生成对应的振动波形；

根据所述振动波形产生振动进行振动力反馈。

10.根据权利要求8或9所述的反馈控制方法，其特征在于，所述根据所述控制指令生成对应的反馈控制信号；根据所述反馈控制信号进行相应反馈的步骤，包括：

根据所述控制指令生成对应的温度反馈控制信号；

根据对应的温度反馈控制信号生成对应的目标温度；

获取目标温度对应的脉冲宽度调制波形；

根据所述脉冲宽度调制波形进行温度反馈。