CN110703920A

CN110703920A - 一种展品碰触临场感反馈设备

Info

Publication number: CN110703920A
Application number: CN201910976594.2A
Authority: CN
Inventors: 余安奇; 张志胜
Original assignee: Nanjing Post and Telecommunication University
Current assignee: Nanjing Post and Telecommunication University; Nanjing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2019-10-15
Filing date: 2019-10-15
Publication date: 2020-01-17
Anticipated expiration: 2039-10-15
Also published as: CN110703920B

Abstract

一种展品碰触临场感反馈设备，包括VR眼镜、主体支架及顶板旋转机构、位置感应反馈设备，软硬感应反馈设备和表面滑移触感感应反馈设备；主体支架及顶板旋转机构包含圆环形状的底部支撑、顶部支撑、旋转支撑架和顶板旋转机构；位置感应反馈设备为二自由度跑步机和腰带；软硬感应反馈设备通过手部力反馈支撑固定在力反馈上部支撑的下方；表面滑移触感感应反馈设备安装在旋转支撑架一侧的上方。本发明通过位置感应反馈设备，软硬感应反馈设备，以及表面滑移触感感应反馈设备来获得模拟展品的位置、软硬以及滑觉感受，并将三个元素相互结合再配合VR眼镜所得到的画面，得到真实展品碰触临场感，从而提高整体互动性。

Description

一种展品碰触临场感反馈设备

技术领域

本发明涉及临场反馈设备领域，特别是涉及一种展品碰触临场感反馈设备。

背景技术

展馆是一个活动场所，用予展示商品、会议交流、信息传播、经济贸易等的场所；展馆又是一种建筑物，表达与展示某种文化内涵的建筑产品；展馆客观上也是一个经管的经济组织、社会组织，应用知识与技术进行管理、生产、经营，提供产品和服务，创造经济效益、社会效益，为了防止损坏往往将其放置在展柜中，这样互动往往不足，目前为了提高体验感，很多展馆通过AR技术进行相应的互动，但是有些展品，尤其是立体感很强的展品仅仅通过立体感官仍然不能满足需求，最佳的体验模式还是用手触碰，但是展馆中很多展品都非常珍贵，即使使用仿制品也非常昂贵，而随着相关技术的不断成熟，可以考虑设计一种展品碰触临场感反馈设备。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供一种展品碰触临场感反馈设备，通过位置感应反馈设备，软硬感应反馈设备，以及表面滑移触感感应反馈设备来获得模拟展品的位置、软硬以及滑觉感受，并将三个元素相互结合再配合VR眼镜所得到的画面，得到真实展品碰触临场感，从而提高整体互动性，为达此目的，本发明提供一种展品碰触临场感反馈设备，包括VR眼镜、主体支架及顶板旋转机构、位置感应反馈设备，软硬感应反馈设备和表面滑移触感感应反馈设备；

所述VR眼镜配套眼镜带且通过眼镜带固定在使用者头部；

所述主体支架及顶板旋转机构包含圆环形状的底部支撑、顶部支撑、旋转支撑架和顶板旋转机构，所述底部支撑和顶部支撑之间通过支撑杆相连且支撑杆绕底部支撑和顶部支撑的中心线等角度分布，所述顶部支撑上有旋转支撑架，所述旋转支撑架的中部有力反馈上部支撑，所述顶板旋转机构有3-6个且绕底部支撑和顶部支撑的中心线等角度分布在顶部支撑上，所述顶板旋转机构包括旋转支撑架卡轮、卡轮驱动电机和卡轮支撑外壳，所述卡轮支撑外壳上安装有卡轮驱动电机，所述卡轮支撑外壳内安装有旋转支撑架卡轮，所述卡轮驱动电机的主轴与旋转支撑架卡轮的转轴相连，所述旋转支撑架卡在旋转支撑架卡轮的槽内由旋转支撑架卡轮推动旋转；

所述位置感应反馈设备为二自由度跑步机和腰带，所述位置感应反馈设备设置在底部支撑内的中心位置供使用者站在上面，所述腰带中部贴有肌电传感器和加速度传感器，所述腰带固定在使用者腰部；

所述软硬感应反馈设备有一对，所述软硬感应反馈设备通过手部力反馈支撑固定在力反馈上部支撑的下方，所述软硬感应反馈设备包括手部力反馈支撑、大配重块、大支撑臂、虎克铰侧面电机、虎克铰底部电机、小配重块、小支撑臂、虎克铰、小支撑臂控制电机、腕部电机、手指固定带和手腕固定带，所述大支撑臂中部通过虎克铰安装在手部力反馈支撑下端，所述虎克铰下方有虎克铰底部电机，所述虎克铰一侧有虎克铰侧面电机，所述虎克铰底部电机的转轴从底部穿过手部力反馈支撑控制大支撑臂左右摆动，所述虎克铰侧面电机的转轴从一侧穿过手部力反馈支撑控制大支撑臂上下摆动，所述大支撑臂后端有大配重块，所述小支撑臂控制电机安装在大支撑臂前端，所述小支撑臂控制电机的转轴穿过大支撑臂前端于小支撑臂中部相连，所述小支撑臂一端有小配重块，所述小支撑臂另一端有腕部电机，所述手指固定带和手腕固定带通过支架固定在腕部电机的转轴上；

所述表面滑移触感感应反馈设备有3个，所述表面滑移触感感应反馈设备安装在旋转支撑架一侧的上方，每个表面滑移触感感应反馈设备均包括机械手、机械臂末端振动板、隔振橡胶和压电陶瓷片组，所述机械手通过主驱动电机固定在旋转支撑架上，所述机械手的活动端通过隔振橡胶安装有机械臂末端振动板，所述机械臂末端振动板后侧贴覆有压电陶瓷片组。

本发明的进一步改进，所述二自由度跑步机包括皮带跑步机、跑步机支撑板、旋转盘、径向固定、跑步机底部支撑、径向支撑轴承、转向驱动电机和转向轮，所述皮带跑步机通过支架安装在跑步机支撑板上，所述跑步机支撑板固定在旋转盘上，所述跑步机底部支撑中部通过径向支撑轴承固定在旋转盘中部径向固定的下方，所述旋转盘的外环底部有滑轨，所述转向轮有3-6个且绕旋转盘的中心线等角度分布后安装在跑步机底部支撑的外环上，所述转向轮与对应转向驱动电机的转轴相连，所述转向轮在旋转盘外环底部的滑轨内推动旋转盘带动皮带跑步机旋转，由于本申请使用中会不断移动，因此不能采用普通单向皮带跑步机，而是使用二自由度跑步机，这样保证人可以自由移动。

本发明的进一步改进，所述机械手为五轴机械手，所述五轴机械手有5个机械臂和5个机械臂驱动电机，所述机械臂驱动电机的转轴与对应机械臂的端部相连，由于本申请表面滑移触感感应反馈设备对自由度要求极高因此使用具有极高自由度的五轴机械手。

本发明的进一步改进，所述VR眼镜的型号为HTC vive，本申请使用常用的HTCvive型号的VR眼镜即可。

本申请一种展品碰触临场感反馈设备，包括位置感应反馈设备，软硬感应反馈设备，以及表面滑移触感感应反馈设备，其中位置感应反馈设备通过人在跑步设备上实现，其跑步设备有二自由度，人可以自由移动，再配合肌电传感器贴于腰部让类似跑步机的东西及时工作，其软硬感应反馈设备通过一套带电机设备穿戴在手上，通过电机作动实现手感觉到的软硬，通过电机作动实现手感觉到的软硬，其表面滑移触感感应反馈设备通过控制压电振动板的振幅，振动板与人手接触，振幅不同实现手感应到滑觉感受不同，再将位置、软硬以及滑觉感受三者结合再配合VR眼镜所得到的画面，得到类似真实展品的展品碰触临场感，这样无需使用仿制品就可以到的展品的碰触临场感的真实体验。

附图说明

图1为本发明示意图；

图2为本发明跑步机部分示意图；

图3为本发明跑步机支撑部分示意图；

图4为本发明VR眼镜部分示意图；

图5为本发明支架旋转部分示意图；

图6为本发明支架旋转部分局部示意图；

图7为本发明旋转支撑架部分示意图；

图8为本发明旋转支撑架部分局部示意图；

图9为本发明机械臂部分示意图；

图10为本发明力反馈部分示意图；

图11为本发明力反馈部分局部示意图；

图12为本发明工作原理示意图；

附图说明：

1，底部支撑；2，皮带跑步机；3，支撑杆；4，顶部支撑；5，旋转支撑架；6，腰带；7，VR眼镜；8，跑步机支撑板；9，旋转盘；10，径向固定；11，跑步机底部支撑；12，径向支撑轴承；13，转向驱动电机；14，转向轮；15，眼镜带；16，肌电传感器；17，力反馈上部支撑；18，旋转支撑架卡轮；19，卡轮驱动电机；20，卡轮支撑外壳；21，手部力反馈支撑；22，机械臂；23，机械臂驱动电机；24，机械臂末端振动板；25，隔振橡胶；26，压电陶瓷片组；27，大配重块；28，大支撑臂；29，虎克铰侧面电机；30，虎克铰底部电机；31，小配重块；32，小支撑臂；33，虎克铰；34，小支撑臂控制电机；35，腕部电机；36，手指固定带；37，手腕固定带；38，加速度传感器。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

本发明提供一种展品碰触临场感反馈设备，通过位置感应反馈设备，软硬感应反馈设备，以及表面滑移触感感应反馈设备来获得模拟展品的位置、软硬以及滑觉感受，并将三个元素相互结合在配合VR眼镜所得到的画面，得到真实展品碰触临场感，从而提高整体互动性。

作为本发明一种实施例，本发明提供一种展品碰触临场感反馈设备，包括VR眼镜7、主体支架及顶板旋转机构、位置感应反馈设备，软硬感应反馈设备和表面滑移触感感应反馈设备：

本申请所述VR眼镜7配套眼镜带15且通过眼镜带15固定在使用者头部；

本申请所述主体支架及顶板旋转机构包含圆环形状的底部支撑1、顶部支撑4、旋转支撑架5和顶板旋转机构，所述底部支撑1和顶部支撑4之间通过支撑杆3相连且支撑杆3绕底部支撑1和顶部支撑4的中心线等角度分布，所述顶部支撑4上有旋转支撑架5，所述旋转支撑架5的中部有力反馈上部支撑17，所述顶板旋转机构有3-6个且绕底部支撑1和顶部支撑4的中心线等角度分布在顶部支撑4上，所述顶板旋转机构包括旋转支撑架卡轮18、卡轮驱动电机19和卡轮支撑外壳20，所述卡轮支撑外壳20上安装有卡轮驱动电机19，所述卡轮支撑外壳20内安装有旋转支撑架卡轮18，所述卡轮驱动电机19的主轴与旋转支撑架卡轮18的转轴相连，所述旋转支撑架5卡在旋转支撑架卡轮18的槽内由旋转支撑架卡轮18推动旋转；

本申请所述位置感应反馈设备为二自由度跑步机和腰带6，所述位置感应反馈设备设置在底部支撑1内的中心位置供使用者站在上面，所述腰带6中部贴有肌电传感器16和加速度传感器38，所述腰带6固定在使用者腰部；

本申请所述软硬感应反馈设备有一对，所述软硬感应反馈设备通过手部力反馈支撑21固定在力反馈上部支撑17的下方，所述软硬感应反馈设备包括手部力反馈支撑21、大配重块27、大支撑臂28、虎克铰侧面电机29、虎克铰底部电机30、小配重块31、小支撑臂32、虎克铰33、小支撑臂控制电机34、腕部电机35、手指固定带36和手腕固定带37，所述大支撑臂28中部通过虎克铰33安装在手部力反馈支撑21下端，所述虎克铰33下方有虎克铰底部电机30，所述虎克铰33一侧有虎克铰侧面电机29，所述虎克铰底部电机30的转轴从底部穿过手部力反馈支撑21控制大支撑臂28左右摆动，所述虎克铰侧面电机29的转轴从一侧穿过手部力反馈支撑21控制大支撑臂28上下摆动，所述大支撑臂28后端有大配重块27，所述小支撑臂控制电机34安装在大支撑臂28前端，所述小支撑臂控制电机34的转轴穿过大支撑臂28前端于小支撑臂32中部相连，所述小支撑臂32一端有小配重块31，所述小支撑臂32另一端有腕部电机35，所述手指固定带36和手腕固定带37通过支架固定在腕部电机35的转轴上；

本申请所述表面滑移触感感应反馈设备有3个，所述表面滑移触感感应反馈设备安装在旋转支撑架5一侧的上方，每个表面滑移触感感应反馈设备均包括机械手、机械臂末端振动板24、隔振橡胶25和压电陶瓷片组26，所述机械手通过主驱动电机固定在旋转支撑架5上，所述机械手的活动端通过隔振橡胶25安装有机械臂末端振动板24，所述机械臂末端振动板24后侧贴覆有压电陶瓷片组26。

作为本发明一种具体实施例，本发明提供如图1-11所示的一种展品碰触临场感反馈设备，包括VR眼镜7、主体支架及顶板旋转机构、位置感应反馈设备，软硬感应反馈设备和表面滑移触感感应反馈设备：

本申请所述VR眼镜7配套眼镜带15且通过眼镜带15固定在使用者头部，所述VR眼镜7的型号为HTC vive，本申请使用常用的HTC vive型号的VR眼镜即可；

本申请所述位置感应反馈设备为二自由度跑步机和腰带6，所述二自由度跑步机包括皮带跑步机2、跑步机支撑板8、旋转盘9、径向固定10、跑步机底部支撑11、径向支撑轴承12、转向驱动电机13和转向轮14，所述皮带跑步机2通过支架安装在跑步机支撑板8上，所述跑步机支撑板8固定在旋转盘9上，所述跑步机底部支撑11中部通过径向支撑轴承12固定在旋转盘9中部径向固定10的下方，所述旋转盘9的外环底部有滑轨，所述转向轮14有3-6个且绕旋转盘9的中心线等角度分布后安装在跑步机底部支撑11的外环上，所述转向轮14与对应转向驱动电机13的转轴相连，所述转向轮14在旋转盘9外环底部的滑轨内推动旋转盘9带动皮带跑步机2旋转，由于本申请使用中会不断移动，因此不能采用普通单向皮带跑步机，而是使用二自由度跑步机，这样保证人可以自由移动，所述位置感应反馈设备设置在底部支撑1内的中心位置供使用者站在上面，所述腰带6中部贴有肌电传感器16和加速度传感器38，所述腰带6固定在使用者腰部；

本申请所述表面滑移触感感应反馈设备有3个，所述表面滑移触感感应反馈设备安装在旋转支撑架5一侧的上方，每个表面滑移触感感应反馈设备均包括机械手、机械臂末端振动板24、隔振橡胶25和压电陶瓷片组26，所述机械手为五轴机械手，所述五轴机械手有5个机械臂22和5个机械臂驱动电机23，所述机械臂驱动电机23的转轴与对应机械臂22的端部相连，由于本申请表面滑移触感感应反馈设备对自由度要求极高因此使用具有极高自由度的五轴机械手，所述机械手通过主驱动电机固定在旋转支撑架5上，所述机械手的活动端通过隔振橡胶25安装有机械臂末端振动板24，所述机械臂末端振动板24后侧贴覆有压电陶瓷片组26。

工作原理如图12所示，当人穿戴好之后，人的行走速度通过腰带上的加速度传感器测得传给处理器，处理器控制跑步机速度与人行走速度相匹配。人的姿态信息通过姿态传感器传给处理器，处理器进而控制转向驱动电机作动，使得跑步机转向进而让跑步机朝向与人的朝向匹配，同时处理器控制卡轮驱动电机带动旋转支撑架旋转，进而带动五轴机械臂和穿戴机械臂与人的位姿相适应。手腕的姿态与位置通过穿戴机械臂上各个电机上的编码器测出角度传给处理器，当人手位置快要接触到展品时，处理器控制五轴机械臂动作，带动机械臂末端振动板接触人手，五轴机械臂上有六轴传感器，六轴传感器与五轴机械臂上的各个电机共同作用在手指上使得手指受到反向作用力，同时处理器振动板上的压电陶瓷作用，从而引起机械臂末端振动板共振，通过控制施加在压电陶瓷上的电压，电压越大，振动板振幅越大，人手的滑腻感越强，也就是表面越光滑，振动板材料与展品表面材料一样。这样人手就感受到按压和摩擦两种触觉，VR眼镜将场景实时展示给人眼，视觉触觉信息同时传递给人，这样人就与整个装置统一起来。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims

1.一种展品碰触临场感反馈设备，包括VR眼镜（7）、主体支架及顶板旋转机构、位置感应反馈设备，软硬感应反馈设备和表面滑移触感感应反馈设备，其特征在于：

所述VR眼镜（7）配套眼镜带（15）且通过眼镜带（15）固定在使用者头部；

所述主体支架及顶板旋转机构包含圆环形状的底部支撑（1）、顶部支撑（4）、旋转支撑架（5）和顶板旋转机构，所述底部支撑（1）和顶部支撑（4）之间通过支撑杆（3）相连且支撑杆（3）绕底部支撑（1）和顶部支撑（4）的中心线等角度分布，所述顶部支撑（4）上有旋转支撑架（5），所述旋转支撑架（5）的中部有力反馈上部支撑（17），所述顶板旋转机构有3-6个且绕底部支撑（1）和顶部支撑（4）的中心线等角度分布在顶部支撑（4）上，所述顶板旋转机构包括旋转支撑架卡轮（18）、卡轮驱动电机（19）和卡轮支撑外壳（20），所述卡轮支撑外壳（20）上安装有卡轮驱动电机（19），所述卡轮支撑外壳（20）内安装有旋转支撑架卡轮（18），所述卡轮驱动电机（19）的主轴与旋转支撑架卡轮（18）的转轴相连，所述旋转支撑架（5）卡在旋转支撑架卡轮（18）的槽内由旋转支撑架卡轮（18）推动旋转；

所述位置感应反馈设备为二自由度跑步机和腰带（6），所述位置感应反馈设备设置在底部支撑（1）内的中心位置供使用者站在上面，所述腰带（6）中部贴有肌电传感器（16）和加速度传感器（38），所述腰带（6）固定在使用者腰部；

所述软硬感应反馈设备有一对，所述软硬感应反馈设备通过手部力反馈支撑（21）固定在力反馈上部支撑（17）的下方，所述软硬感应反馈设备包括手部力反馈支撑（21）、大配重块（27）、大支撑臂（28）、虎克铰侧面电机（29）、虎克铰底部电机（30）、小配重块（31）、小支撑臂（32）、虎克铰（33）、小支撑臂控制电机（34）、腕部电机（35）、手指固定带（36）和手腕固定带（37），所述大支撑臂（28）中部通过虎克铰（33）安装在手部力反馈支撑（21）下端，所述虎克铰（33）下方有虎克铰底部电机（30），所述虎克铰（33）一侧有虎克铰侧面电机（29），所述虎克铰底部电机（30）的转轴从底部穿过手部力反馈支撑（21）控制大支撑臂（28）左右摆动，所述虎克铰侧面电机（29）的转轴从一侧穿过手部力反馈支撑（21）控制大支撑臂（28）上下摆动，所述大支撑臂（28）后端有大配重块（27），所述小支撑臂控制电机（34）安装在大支撑臂（28）前端，所述小支撑臂控制电机（34）的转轴穿过大支撑臂（28）前端于小支撑臂（32）中部相连，所述小支撑臂（32）一端有小配重块（31），所述小支撑臂（32）另一端有腕部电机（35），所述手指固定带（36）和手腕固定带（37）通过支架固定在腕部电机（35）的转轴上；

所述表面滑移触感感应反馈设备有3个，所述表面滑移触感感应反馈设备安装在旋转支撑架（5）一侧的上方，每个表面滑移触感感应反馈设备均包括机械手、机械臂末端振动板（24）、隔振橡胶（25）和压电陶瓷片组（26），所述机械手通过主驱动电机固定在旋转支撑架（5）上，所述机械手的活动端通过隔振橡胶（25）安装有机械臂末端振动板（24），所述机械臂末端振动板（24）后侧贴覆有压电陶瓷片组（26）。

2.根据权利要求1所述的一种展品碰触临场感反馈设备，其特征在于：所述二自由度跑步机包括皮带跑步机（2）、跑步机支撑板（8）、旋转盘（9）、径向固定（10）、跑步机底部支撑（11）、径向支撑轴承（12）、转向驱动电机（13）和转向轮（14），所述皮带跑步机（2）通过支架安装在跑步机支撑板（8）上，所述跑步机支撑板（8）固定在旋转盘（9）上，所述跑步机底部支撑（11）中部通过径向支撑轴承（12）固定在旋转盘（9）中部径向固定（10）的下方，所述旋转盘（9）的外环底部有滑轨，所述转向轮（14）有3-6个且绕旋转盘（9）的中心线等角度分布后安装在跑步机底部支撑（11）的外环上，所述转向轮（14）与对应转向驱动电机（13）的转轴相连，所述转向轮（14）在旋转盘（9）外环底部的滑轨内推动旋转盘（9）带动皮带跑步机（2）旋转。

3.根据权利要求1所述的一种展品碰触临场感反馈设备，其特征在于：所述机械手为五轴机械手。

4.根据权利要求3所述的一种展品碰触临场感反馈设备，其特征在于：所述五轴机械手有5个机械臂（22）和5个机械臂驱动电机（23），所述机械臂驱动电机（23）的转轴与对应机械臂（22）的端部相连。

5.根据权利要求1所述的一种展品碰触临场感反馈设备，其特征在于：所述VR眼镜（7）的型号为HTC vive。