CN114377381A - 应用于vr设备的三相线性磁轴力反馈装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了应用于VR设备的三相线性磁轴力反馈装置，包括安装壳套和固设在安装壳套侧端的对接壳套，所述对接壳套的内部活动设置有传导块，所述对接壳套的内部设置有控制传导块同步缩扩的部件，所述安装壳套的内部贯穿开设有呈环形分布的弧形槽，所述转接臂位于安装壳套内部的一端固设有以限制从动套滑动的定位辊。本发明中，首先，采用往复传动机构，克服了传统振动反馈受弹簧影响较大的缺陷，保障该控制和反馈电路的简单高效，从而能够为VR设备提供及时有效的力反馈，其次，通过对传导块之间位置的调整，为使用人员提供不同力度和频率的振动反馈，当使用人员在使用VR设备进行射击游戏时，能够通过控制力反馈，体验到丰富且真实的游戏体验。

Description

应用于VR设备的三相线性磁轴力反馈装置

技术领域

本发明涉及VR设备反馈装置技术领域，尤其涉及应用于VR设备的三相线性磁轴力反馈装置。

背景技术

虚拟现实技术囊括计算机、电子信息、仿真技术，其基本实现方式是计算机模拟虚拟环境从而给人以环境沉浸感。随着社会生产力和科学技术的不断发展，各行各业对VR技术的需求日益旺盛。

基于VR的仿真枪在进行使用体验时需要有真实且实时的力反馈，目前常见VR仿真枪的力反馈多使用推拉式电磁铁（电磁阀）或者单相磁轴往复式电磁铁的方式实现，其中，推拉式电磁铁的复位需要依靠其自身的弹簧实现，其最佳往复频率受弹簧的参数影响较大，若弹簧弹性较弱，在需要高频往复时往往难以完全复位或根本就不会复位，动子一直被吸引在末端，这种情况下不仅不会产生任何力反馈，并且会造成电路的短路和电磁铁的发热，造成电路的损坏；若弹簧的弹性较强，则需要使用较强的驱动电流来驱动动子，对设备的供电部分要求较高，容易造成数电部分的供电不稳定，动子到达末端的时候力量不足，力反馈不明显并且耗电量较高，并且当使用人员在进行VR体验时，由于控制定子产生磁力的功率恒定，现有的反馈装置其提供的反馈力和反馈频率大多处于固定不变的状态，当使用人员在使用VR仿真枪进行射击游戏体验时，仿真枪所提供的力反馈也始终处于恒定状态，因此，现有的反馈装置难以为使用人员提供在不同虚拟情形下，不同枪型的使用体验，从而影响使用人员对VR设备的使用体验。

发明内容

本发明的目的在于：为了解决上述问题，而提出的应用于VR设备的三相线性磁轴力反馈装置。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：应用于VR设备的三相线性磁轴力反馈装置，包括安装壳套和固设在安装壳套侧端的对接壳套，所述安装壳套的内侧滑动设置有从动套，所述安装壳套的内部安装有驱使从动套径向移动的转子，所述安装壳套的内部安装有控制转子转动的定子，所述安装壳套的内部位于定子之间安装有位置传感器，所述对接壳套的内部活动设置有多个呈环形分布的传导块，所述对接壳套的内部设置有控制传导块同步缩扩的部件，所述从动套靠近对接壳套的外端固设有反馈环，所述反馈环和传导块相对端面呈相互适配的倾斜坡面结构，所述安装壳套的内部贯穿开设有呈环形分布的弧形槽，所述弧形槽中转动设置有转接臂，所述安装壳套的外侧转动设置有控制转接臂转动的旋环，所述转接臂位于安装壳套内部的一端固设有以限制从动套滑动的定位辊，所述定位辊位于安装壳套外侧的一端固设有管贯穿旋环的支杆，所述旋环的内部具有配合支杆滑动的滑槽，所述安装壳套的外端安装有控制旋环转动的部件。

优选地，所述转子的输出轴外端转动设置有传动块，所述从动套的内部具有配合传动块滑动的滑轨。

优选地，所述滑轨呈连环的波浪形结构分布在从动套的内壁上。

优选地，所述从动套的外端固设有侧接齿，所述安装壳套的内部具有配合侧接齿滑动的滑接架。

优选地，所述控制传导块同步缩扩的部件包括固设在对接壳套内部的第一架盘和第二架盘，所述对接壳套的内部位于第一架盘和第二架盘之间转动设置有旋盘，所述旋盘的外端固设有贯穿第二架盘的转轴，且转轴与第二架盘转动连接。

优选地，所述传导块相背于反馈环的一端固设有轴杆，所述轴杆的延伸端依次贯穿第一架盘和第二架盘，且轴杆的延伸端固设有滑块。

优选地，所述第一架盘的内部具有配合轴杆滑动的条形槽，所述旋盘的内部具有配合轴杆滑动的传动槽，所述第二架盘的内端固设有配合滑块滑动的保持架。

优选地，所述控制旋环转动的部件包括滑动设置在安装壳套外侧的滑接套、控制滑接套径向移动的组件，所述滑接套和旋环相对的一端分别固设有呈环形分布的抵接凸块和从动凸块。

优选地，所述旋环背于从动凸块的一端固定有呈环形分布的对接架板，所述安装壳套的外端固设有对应对接架板的挡板，所述挡板与对接架板之间设置有压缩弹簧，且压缩弹簧的两个端部分别与对接架板和挡板固定连接。

优选地，所述控制滑接套径向移动的组件为安装在安装壳套外端的伸缩机构，所述滑接套的外端固设有支架，所述伸缩机构的输出端与支架固定设置。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

本申请通过在安装壳套中设有定子、转子和从动套，在转子上设有传动块，在从动套上设有反馈环，在对接壳套中设有传导块，转子在转动的过程中通过传动块对滑轨的压迫传动，反馈环做往复的移动，反馈环在往复移动的过程中会对传导块的内端面进行一定频率的撞击，为VR体验人员提供振动反馈，采用该往复传动机构，克服了传统振动反馈受弹簧影响较大的缺陷，且其振动反馈的控制仅依赖于转子的均速转动，保障了该控制和反馈电路的简单高效，有利于电路控制，从而能够为VR设备提供及时有效的力反馈。

本申请通过在对接壳体中设有第一架盘、第二架盘和旋盘，在传导块上设有轴杆，在轴杆上设有滑块，控制转轴带动旋盘进行转动，使得四个传导块做同步移动，当传导块之间的距离缩小时，反馈环与传导块内端面接触的路径缩短，反馈环在短时间内对传导块的内端面进行连续冲击，产生频率较快且力度较大的振动反馈，当传导块之间的距离扩大时，反馈环与传导块内端面接触的路径延长，会产生频率较低且力度较小的振动反馈，通过对传导块之间位置的调整，能够为使用人员提供不同力度和频率的振动反馈，当使用人员在使用VR设备进行射击游戏时，能够通过控制力反馈，为使用人员提供更为丰富且真实的游戏体验。

本申请通过在安装壳套中设有转接臂，在转接臂上设有定位辊和支杆，在安装壳套上设有旋环和滑接套，通过伸缩机构带动滑接套向旋环的方向滑动，抵接凸块通过压动从动凸块，使得旋环进行旋动，转接臂带动定位辊进行偏转，当定位辊与从动套的外端面紧密贴合后，即可限制从动套在惯性作用下继续移动，通过对从动套的及时制动，使得装置的振动反馈完全取决于使用人员的控制，从而达到进一步提高使用人员虚拟现实体验的目的。

附图说明

图1示出了根据本发明实施例提供的立体图；

图2示出了根据本发明实施例提供的爆炸图；

图3示出了根据本发明实施例提供的剖视图；

图4示出了根据本发明实施例提供的安装壳套与从动套之间的剖视爆炸图。

图例说明：

1、安装壳套；101、弧形槽；2、定子；3、位置传感器；4、滑接架；5、转子；6、传动块；7、从动套；701、滑轨；8、侧接齿；9、反馈环；10、转接臂；11、定位辊；12、支杆；13、旋环；1301、滑槽；14、从动凸块；15、滑接套；16、抵接凸块；17、支架；18、伸缩机构；19、对接架板；20、压缩弹簧；21、挡板；22、传导块；23、轴杆；24、滑块；25、第一架盘；2501、条形槽；26、旋盘；2601、传动槽；27、第二架盘；28、保持架；29、对接壳套；30、转轴。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：应用于VR设备的三相线性磁轴力反馈装置，包括安装壳套1和固设在安装壳套1侧端的对接壳套29，安装壳套1的内侧滑动设置有从动套7，安装壳套1的内部安装有驱使从动套7径向移动的转子5，安装壳套1的内部安装有控制转子5转动的定子2，安装壳套1的内部位于定子2之间安装有位置传感器3，对接壳套29的内部活动设置有多个呈环形分布的传导块22，对接壳套29的内部设置有控制传导块22同步缩扩的部件，从动套7靠近对接壳套29的外端固设有反馈环9，反馈环9和传导块22相对端面呈相互适配的倾斜坡面结构，安装壳套1的内部贯穿开设有呈环形分布的弧形槽101，弧形槽101中转动设置有转接臂10，安装壳套1的外侧转动设置有控制转接臂10转动的旋环13，转接臂10位于安装壳套1内部的一端固设有以限制从动套7滑动的定位辊11，定位辊11位于安装壳套1外侧的一端固设有管贯穿旋环13的支杆12，旋环13的内部具有配合支杆12滑动的滑槽1301，安装壳套1的外端安装有控制旋环13转动的部件，将安装外壳上的接头与接电导线相连，控制定子2产生磁力，此时转子5在磁场力的作用下进行转动，转子5在转动的过程中将带动传动块6沿着从动套7内部的滑轨701滑动，通过传动块6对滑轨701的压迫传动，使得从动套7带动反馈环9沿水平方向做往复的移动，反馈环9在往复移动的过程中将会对传导块22的内端面进行一定频率的撞击，从而为VR体验人员提供振动反馈，增强使用人员对虚拟现实的体验，采用该往复传动机构，克服了传统振动反馈受弹簧影响较大的缺陷，且其振动反馈的控制仅依赖于转子5的均速转动，保障了该控制和反馈电路的简单高效，有利于电路控制，从而有利于为VR设备提供及时有效的力反馈，该转子5采用强磁性稀土磁铁进行有序均匀的排布，相邻的单个稀土永磁体磁力相同方向相反这种方式可以有效降低磁性的传导距离，有利于磁屏蔽，在整个设备的尺度上，磁性能够互相抵消，避免形成一个较强的单向磁性对VR设备造成的影响，使用单片机发生三相PWM，并通过多级放大电路再由大电流低内阻的MOS管构成的逆变驱动电路进行驱动，其对供电模块的冲击较小，可有效的防止数电受模电干扰的问题，有利于单片机和VR设备的通信，该位置传感器3采用三相霍尔编码器获取磁轴动子的实时运动位置。

具体的，如图2和图4所示，转子5的输出轴外端转动设置有传动块6，从动套7的内部具有配合传动块6滑动的滑轨701，滑轨701呈连环的波浪形结构分布在从动套7的内壁上，从动套7的外端固设有侧接齿8，安装壳套1的内部具有配合侧接齿8滑动的滑接架4，当转子5在转动时，传动块6将会沿着从动套7内部的滑轨701滑动，由于滑轨701呈连环的波浪形结构，传动块6在其内部滑动时，会通过对滑轨701的压迫传动，使得从动套7在安装壳套1内做往复的径向移动，固定在从动套7外端的侧接齿8沿着安装壳套1内部的滑接架4滑动，通过滑接架4的设置限制从动套7的转动，从而保障转子5对从动套7的有限传动。

具体的，如图1-3所示，控制传导块22同步缩扩的部件包括固设在对接壳套29内部的第一架盘25和第二架盘27，对接壳套29的内部位于第一架盘25和第二架盘27之间转动设置有旋盘26，旋盘26的外端固设有贯穿第二架盘27的转轴30，且转轴30与第二架盘27转动连接，传导块22相背于反馈环9的一端固设有轴杆23，轴杆23的延伸端依次贯穿第一架盘25和第二架盘27，且轴杆23的延伸端固设有滑块24，第一架盘25的内部具有配合轴杆23滑动的条形槽2501，旋盘26的内部具有配合轴杆23滑动的传动槽2601，第二架盘27的内端固设有配合滑块24滑动的保持架28，将转轴30与控制转动的电机的输出端传动连接，控制转轴30带动旋盘26进行转动，旋盘26在转动的过程中通过传动槽2601以及条形槽2501的配合，对轴杆23进行压迫传动，从而使得与轴杆23固定的四个传导块22做同步内缩或扩张运动，当传导块22之间的距离缩小时，反馈环9与传导块22内端面接触的路径将会缩短，反馈环9将会随着从动套7在短时间内对传导块22的内端面进行连续冲击，产生频率较快且力度较大的振动反馈，当传导块22之间的距离扩大时，反馈环9与传导块22内端面接触的路径将会延长，反馈环9对传导块22时，将会产生频率较低且力度较小的振动反馈，需要说明的是，反馈环9由柔性的胶环制成，其端面在受到压迫时具有一定的压缩空间，通过对传导块22之间位置的调整，能够为使用人员提供不同力度和频率的振动反馈，当使用人员在使用VR设备进行射击游戏时，能够通过控制力反馈，为使用人员提供更为丰富且真实的游戏体验。

具体的，如图1-4所示，控制旋环13转动的部件包括滑动设置在安装壳套1外侧的滑接套15、控制滑接套15径向移动的组件，滑接套15和旋环13相对的一端分别固设有呈环形分布的抵接凸块16和从动凸块14，旋环13背于从动凸块14的一端固定有呈环形分布的对接架板19，安装壳套1的外端固设有对应对接架板19的挡板21，挡板21与对接架板19之间设置有压缩弹簧20，且压缩弹簧20的两个端部分别与对接架板19和挡板21固定连接，控制滑接套15径向移动的组件为安装在安装壳套1外端的伸缩机构18，滑接套15的外端固设有支架17，伸缩机构18的输出端与支架17固定设置，伸缩机构18采用液压、气动或电动的伸缩方式，当定子2停止对转子5的传动时，通过伸缩机构18带动滑接套15向旋环13的方向滑动，固定在滑接套15上的抵接凸块16通过压动从动凸块14，使得旋环13进行旋动，固定在转接臂10内侧的支杆12将会沿着滑槽1301进行滑动，通过滑槽1301对支杆12的压迫作用，使得转接臂10带动定位辊11进行偏转，当定位辊11与从动套7的外端面紧密贴合后，即可限制从动套7在惯性作用下继续移动，通过对从动套7的及时制动，使得装置的振动反馈完全取决于使用人员的控制，从而达到进一步提高使用人员虚拟现实体验的目的，当滑接套15远离旋环13时，抵接凸块16将会解除对从动凸块14的抵接状态，此时抵接凸块16将会在压缩弹簧20的作用下带动旋环13进行转动，转接臂10将会带动定位辊11脱离从动套7的外端面，从而解除对从动套7的定位状态,滑块24在随着轴杆23移动的过程中，将会沿着第二架盘27内端的保持架28滑动，通过保持架28的设置，以限制滑块24在移动的过程中发生偏转的现象，从而保障传导块22在调整好位置后能够保持稳定的架设状态。

实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.应用于VR设备的三相线性磁轴力反馈装置，包括安装壳套（1）和固设在安装壳套（1）侧端的对接壳套（29），其特征在于，所述安装壳套（1）的内侧滑动设置有从动套（7），所述安装壳套（1）的内部安装有驱使从动套（7）径向移动的转子（5），所述安装壳套（1）的内部安装有控制转子（5）转动的定子（2），所述安装壳套（1）的内部位于定子（2）之间安装有位置传感器（3），所述对接壳套（29）的内部活动设置有多个呈环形分布的传导块（22），所述对接壳套（29）的内部设置有控制传导块（22）同步缩扩的部件，所述从动套（7）靠近对接壳套（29）的外端固设有反馈环（9），所述反馈环（9）和传导块（22）相对端面呈相互适配的倾斜坡面结构，所述安装壳套（1）的内部贯穿开设有呈环形分布的弧形槽（101），所述弧形槽（101）中转动设置有转接臂（10），所述安装壳套（1）的外侧转动设置有控制转接臂（10）转动的旋环（13），所述转接臂（10）位于安装壳套（1）内部的一端固设有以限制从动套（7）滑动的定位辊（11），所述定位辊（11）位于安装壳套（1）外侧的一端固设有管贯穿旋环（13）的支杆（12），所述旋环（13）的内部具有配合支杆（12）滑动的滑槽（1301），所述安装壳套（1）的外端安装有控制旋环（13）转动的部件。

2.根据权利要求1所述的应用于VR设备的三相线性磁轴力反馈装置，其特征在于，所述转子（5）的输出轴外端转动设置有传动块（6），所述从动套（7）的内部具有配合传动块（6）滑动的滑轨（701）。

3.根据权利要求2所述的应用于VR设备的三相线性磁轴力反馈装置，其特征在于，所述滑轨（701）呈连环的波浪形结构分布在从动套（7）的内壁上。

4.根据权利要求3所述的应用于VR设备的三相线性磁轴力反馈装置，其特征在于，所述从动套（7）的外端固设有侧接齿（8），所述安装壳套（1）的内部具有配合侧接齿（8）滑动的滑接架（4）。

5.根据权利要求1所述的应用于VR设备的三相线性磁轴力反馈装置，其特征在于，所述控制传导块（22）同步缩扩的部件包括固设在对接壳套（29）内部的第一架盘（25）和第二架盘（27），所述对接壳套（29）的内部位于第一架盘（25）和第二架盘（27）之间转动设置有旋盘（26），所述旋盘（26）的外端固设有贯穿第二架盘（27）的转轴（30），且转轴（30）与第二架盘（27）转动连接。

6.根据权利要求5所述的应用于VR设备的三相线性磁轴力反馈装置，其特征在于，所述传导块（22）相背于反馈环（9）的一端固设有轴杆（23），所述轴杆（23）的延伸端依次贯穿第一架盘（25）和第二架盘（27），且轴杆（23）的延伸端固设有滑块（24）。

7.根据权利要求6所述的应用于VR设备的三相线性磁轴力反馈装置，其特征在于，所述第一架盘（25）的内部具有配合轴杆（23）滑动的条形槽（2501），所述旋盘（26）的内部具有配合轴杆（23）滑动的传动槽（2601），所述第二架盘（27）的内端固设有配合滑块（24）滑动的保持架（28）。

8.根据权利要求1所述的应用于VR设备的三相线性磁轴力反馈装置，其特征在于，所述控制旋环（13）转动的部件包括滑动设置在安装壳套（1）外侧的滑接套（15）、控制滑接套（15）径向移动的组件，所述滑接套（15）和旋环（13）相对的一端分别固设有呈环形分布的抵接凸块（16）和从动凸块（14）。

9.根据权利要求8所述的应用于VR设备的三相线性磁轴力反馈装置，其特征在于，所述旋环（13）背于从动凸块（14）的一端固定有呈环形分布的对接架板（19），所述安装壳套（1）的外端固设有对应对接架板（19）的挡板（21），所述挡板（21）与对接架板（19）之间设置有压缩弹簧（20），且压缩弹簧（20）的两个端部分别与对接架板（19）和挡板（21）固定连接。

10.根据权利要求9所述的应用于VR设备的三相线性磁轴力反馈装置，其特征在于，所述控制滑接套（15）径向移动的组件为安装在安装壳套（1）外端的伸缩机构（18），所述滑接套（15）的外端固设有支架（17），所述伸缩机构（18）的输出端与支架（17）固定设置。

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