CN117270683A - 一种可穿戴力反馈设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可穿戴力反馈设备，属于力反馈技术领域。可穿戴力反馈设备包括设备主体和设于所述设备主体上的变刚度组件，所述变刚度组件包括低玻璃化转变材料层、加热件和制冷件；所述加热件设于所述低玻璃化转变材料层上；所述制冷件包括制冷侧和与所述制冷侧相对的发热侧，所述制冷件的制冷侧贴附于所述低玻璃化转变材料层的一表面上，所述发热侧则背离所述低玻璃化转变材料层；所述低玻璃化转变材料层的另一表面贴附于所述设备主体的表面。本发明通过调节温度变化控制所述低玻璃化转变材料层的刚度变化，由此控制变刚度组件的刚度变化，并传递给可穿戴力反馈设备，使可穿戴力反馈设备具有较好的活动灵活性，能让操作者获得真实感和沉浸感。
Description
技术领域
本发明涉及力反馈技术领域，尤其涉及一种可穿戴力反馈设备。
背景技术
力反馈设备在机器人与人机交互等领域具有广阔的应用前景，通过力反馈设备能够极大地增强人机交互的真实体验，在人机交互中发挥着重要作用，操作者可以利用力反馈设备在人机交互中体验到物体的真实属性，提高人机交互系统的沉浸感。
目前，从驱动原理上分类，力反馈设备主要分为两种形式，一种是刚性连杆机构驱动的力反馈设备；另一种是气压驱动的力反馈设备。刚性机构的力反馈设备由于自身的刚性结构难以实现柔性穿戴，而且体积笨重，降低了交互的自然性；气压驱动的力反馈设备需要配备额外的气泵作为气压动力源，气泵的体积极为沉重，对于一些可穿戴的力反馈设备来说，灵活性较差，例如，对于可穿戴的力反馈手套来说，要在每个手指上配备独立的气管，这些气管对力反馈设备的灵活性造成了极大的束缚。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种可穿戴力反馈设备，解决可穿戴力反馈设备灵活性较差，而且在人机交互过程中难以获得真实感和沉浸感的技术问题。
为实现上述目的，一种可穿戴力反馈设备，所述可穿戴力反馈设备包括设备主体和设于所述设备主体上的变刚度组件，所述变刚度组件包括低玻璃化转变材料层、加热件和制冷件；
所述加热件设于所述低玻璃化转变材料层上；
所述制冷件包括制冷侧和与所述制冷侧相对的发热侧，所述制冷件的制冷侧贴附于所述低玻璃化转变材料层的一表面上，所述发热侧则背离所述低玻璃化转变材料层；
所述低玻璃化转变材料层的另一表面贴附于所述设备主体的表面。
在本申请的一些实施例中，多个所述变刚度组件呈阵列结构排布形成变刚度组件阵列，所述变刚度组件阵列设于所述设备主体的表面；
和/或，多个所述制冷件呈阵列结构排布形成制冷件阵列，所述制冷件阵列设于所述玻璃化转换材料层的一表面上。
在本申请的一些实施例中，所述加热件设于所述低玻璃化转变材料层的内部；
和/或，控制所述低玻璃化转变材料层刚度变化的温度范围为25℃-70℃；
和/或，所述低玻璃化转变材料层包括低玻璃化转变材料，所述低玻璃化转变材料包括聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)中的至少一种。
在本申请的一些实施例中，所述制冷件包括帕尔贴。
在本申请的一些实施例中，制备所述加热件的材料包括碳纤维、金属和导电复合物；
和/或，所述加热件的类型包括柔性加热件；
和/或，所述加热件包括加热丝、加热贴、加热管和液态金属。
在本申请的一些实施例中，所述变刚度组件还包括散热保护件，所述散热保护件套设于所述加热件的外围。
在本申请的一些实施例中，制备所述散热保护件的材料包括硅胶；
和/或，所述散热保护件为硅胶管。
在本申请的一些实施例中，所述设备本体包括手套、指套和腕带。
在本申请的一些实施例中，所述变刚度组件设于所述手套的各个手指上。
在本申请的一些实施例中，所述可穿戴力反馈设备包括平面触觉反馈设备和手持式触觉反馈设备。
本发明所能实现的有益效果：
(1)本申请利用了低玻璃化转变材料层在受热时会由低温的玻璃态转变为高温的高弹态，物理特性由硬变软；遇冷时会从高弹态转变为玻璃态，物理特性由软变硬的原理制备得到变刚度组件，再在变刚度组件中设置加热件和制冷件，通过加热件和制冷件控制刚度变化。由此得到的变刚度组件的组成较为轻便，而且刚度变化较为灵敏，有利于实现对刚度变化的连续控制。将其设于设备主体上形成可穿戴力反馈设备，通过变刚度组件来控制可穿戴力反馈设备的刚度变化，使其更加轻便、更具运动灵活性，并能连续控制其刚度变化，操作者可以通过可穿戴力反馈设备在人机交互过程中体验到物体的真实属性，提高人机交互过程中的沉浸感。
(2)本申请的制冷件包括了制冷侧和发热侧，通电工作时，制冷件的制冷侧通过制冷令低玻璃化转变材料层直接快速冷却，使其从高弹态转变为玻璃态，物理特性从软变成硬，由此控制可穿戴力反馈设备的刚度变化，而发热侧因背离低玻璃化转变材料层，可以及时将制冷产生的热量散发到环境中，实现在对低玻璃化转变材料层进行制冷的同时，将产生的热量快速释放到外面，防止制冷件产生的热量对设备主体造成损坏。
(3)本申请将多个制冷件或多个变刚度组件进行阵列结构排布，使变刚度组件整体获得较好的柔性，能实现可穿戴力反馈设备的柔性穿戴，并提高可穿戴力反馈设备的运动灵活性。
(4)变刚度组件的加热件套设有散热保护件，用散热保护件将加热件包裹起来，可以促进加热件的均匀散热，避免加热件局部温度过高损坏低玻璃化转变材料层。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
图1为本申请一实施例可穿戴力反馈设备的平面结构示意图。
图2为本申请一实施例变刚度组件的爆炸图。
图3为本申请一实施例变刚度组件的平面示意图。
图4为本申请一实施例变刚度组件的内部结构图。
图5为本申请一实施例加热件和低玻璃化转变材料层的位置关系剖面图。
图6为本申请又一实施例可穿戴力反馈设备的平面结构示意图。
附图标记如下：
| 100 | 可穿戴力反馈设备 | 121 | 低玻璃化转变材料层 |
| 110 | 设备主体 | 122 | 加热件 |
| 120 | 变刚度组件 | 123 | 制冷件 |
| 124 | 散热保护件 |
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
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的一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
目前，从驱动原理上分类，力反馈设备主要分为两种形式，一种是刚性连杆机构驱动的力反馈设备；另一种是气压驱动的力反馈设备。刚性机构的力反馈设备由于自身的刚性结构难以实现柔性穿戴，而且体积笨重，降低了交互的自然性；气压驱动的力反馈设备需要配备额外的气泵作为气压动力源，气泵的体积极为沉重，对于一些可穿戴的力反馈设备来说，灵活性较差，例如，对于可穿戴的力反馈手套来说，要在每个手指上配备独立的气管，这些气管对力反馈设备的灵活性造成了极大的束缚。
鉴于此，本申请提供一种可穿戴力反馈设备，所述可穿戴力反馈设备包括设备主体和设于所述设备主体上的变刚度组件，所述变刚度组件包括低玻璃化转变材料层、加热件和制冷件；
所述加热件设于所述低玻璃化转变材料层上；
所述制冷件包括制冷侧和与所述制冷侧相对的发热侧，所述制冷件的制冷侧贴附于所述低玻璃化转变材料层的一表面上，所述发热侧则背离所述低玻璃化转变材料层；
所述低玻璃化转变材料层的另一表面贴附于所述设备主体的表面。
本申请利用了低玻璃化转变材料层在受热时会由低温的玻璃态转变为高温的高弹态，物理特性由硬变软；遇冷时会从高弹态转变为玻璃态，物理特性由软变硬的原理制备得到变刚度组件，再在变刚度组件中设置加热件和制冷件，通过加热件使低玻璃化转变材料层从玻璃态转变为高弹态，物理特性由硬变软，通过制冷件使低玻璃化转变材料层从高弹态转变为玻璃态，物理特性由软变硬，由此控制变刚度组件的软硬物理特性，变刚度组件的组成较为轻便，而且刚度变化较为灵敏，将其设于设备主体上形成可穿戴力反馈设备，通过变刚度组件来控制可穿戴力反馈设备的刚度变化，使可穿戴力反馈设备更加轻便、更具运动灵活性，操作者可以通过该可穿戴力反馈设备在人机交互过程中体验到物体的真实属性，提高人机交互过程中的沉浸感。
本申请变刚度组件中的低玻璃化转变材料层贴附于设备主体上，与设备主体直接紧密接触，有利于提高可穿戴力反馈设备对变刚度组件刚度变化的接收灵敏度，能够通过可穿戴力反馈设备极大地增强人机交互的真实体验和沉浸感，让人体验到物体的真实属性。
本申请的低玻璃化转变材料层包括低玻璃化转变材料，所述低玻璃化转变材料应满足受热时由玻璃态转变为高弹态，物理特性由硬变软，以及遇冷时可由高弹态转变为玻璃态，物理特性由硬变软的要求。在一些实施例中，低玻璃化转变材料层包括聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)中的至少一种。
以上种类的材料既可以满足上述物理特性变化的要求以实现刚度变化，还具有较好的柔性，重量较轻，能实现对可穿戴力反馈设备的柔性穿戴，提高人机交互的自然性，而且，上述种类的低玻璃化转变材料的玻璃态和高弹态之间的变化温度范围大概为25℃-70℃，不会因为所需加热温度过高或所需制冷温度过低而损坏变刚度组件，甚至带给操作者不好的体验。
在一些实施例中，控制所述低玻璃化转变材料层刚度变化的温度变化范围为25℃-70℃，以上控制刚度变化的温度范围较为温和，不会因为所需加热温度过高或所需制冷温度过低而损坏变刚度组件，甚至带给操作者不好的体验。
本申请的变刚度组件还设置了制冷件和加热件，制冷件和加热件可以分别与电源连接，通电后进入工作状态。制冷件通电后，可对低玻璃化转变材料层进行制冷，使其由高弹态转变为玻璃态，物理特性由软变硬；加热件通电后，可对低玻璃化转变材料层进行加热，使其由玻璃态转变为高弹态，物理特性由硬变软，从而控制可穿戴力反馈设备的刚度变化。本申请变刚度组件的加热件设于低玻璃化转变材料层上，有利于将热量快速传递到低玻璃化转变材料层，可快速改变低玻璃化转变材料层的物理特性，提高可穿戴力反馈设备刚度变化的灵敏度。
本申请并不限制加热件设于低玻璃化转变材料层上的具体位置，可以设于低玻璃化转变材料层的表面或内部。
在一些实施例中，加热件设于低玻璃化转变材料层的表面四周，从而实现对地玻璃化转变材料的均匀加热。
在一些实施例中，加热件设于低玻璃化转变材料层的内部，可以实现对低玻璃化转变材料层的均匀加热，使低玻璃化转变材料层从玻璃态快速转变为高弹态，并使低玻璃化转变材料层整体的物理特性在刚度变化的过程中具有同时性和一致性，传递到可穿戴力反馈设备，能够极大地增强人机交互的自然感和沉浸感，让人更能体验到物体的真实属性。此外，加热件设于低玻璃化转变材料层的内部，还不易和制冷件发生直接接触，不会减弱制冷件对低玻璃化转变材料层刚度的控制效果，和制冷件配合，有利于实现从低温的玻璃态到高温的高弹态的灵活调节，实现对可穿戴力反馈设备刚度变化的连续控制。
本申请不限制制备加热件的材料，在一些实施例中，制备加热件的材料包括碳纤维、金属和导电复合物。
在一些实施例中，制备加热件的材料为碳纤维，碳纤维不仅具有优异的导热性能，还是一种高性能纤维增强材料，具有高强度，高模量，耐高温，耐磨，抗疲劳，耐腐蚀，抗蠕变等诸多优异性能，此外，碳纤维还可以可减轻变刚度组件的重量，从而提高可穿戴力反馈设备的技术性能例如运动灵活性，从而增强操作者在人机交互中的真实体验和自然感。
本申请也不限制加热件的类型，在一些实施例中，加热件包括了柔性加热件，柔性的加热件有利于提高变刚度组件的柔性，从而改善可穿戴力反馈设备运动的灵活性，而且可塑性强，易于设计成各种形状，由此可以均匀布设于低玻璃化转变材料层上，实现对低玻璃化转变材料层的均匀加热。
在一些实施例中，加热件为柔性金属导丝，金属具有较好的导热效果，柔性金属导丝有利于提高变刚度组件的柔性，从而改善可穿戴力反馈设备运动的灵活性，而且可塑性强，易于设计成各种形状，由此可以均匀布设于低玻璃化转变材料层上，实现对低玻璃化转变材料层的均匀加热。
本申请也不限制加热件的具体形状，可以根据低玻璃化转变材料层的形状来设计，使加热件均匀布设在低玻璃化转变材料层上，对低玻璃化转变材料层加热得更加均匀，提高低玻璃化转变材料层各个部位刚度变化的一致性和同时性。在一些实施例中，加热件包括丝状加热件即加热丝，片状加热件即加热贴等。
在一些实施例中，加热件为加热丝，加热丝的柔性相对较好，可塑性强，易于设计成各种形状，由此可以均匀布设于低玻璃化转变材料层上，实现对低玻璃化转变材料层的均匀加热，而且有利于提高变刚度组件的柔性，从而改善可穿戴力反馈设备运动的灵活性。
在一些实施例中，加热件为加热丝，参考图2，图2为一实施例变刚度组件的爆炸图，将加热丝设计成蛇形，再迂回弯折穿设于低玻璃化转变材料层的内部，由此实现对低玻璃化转变材料层的均匀加热。
在一些实施例中，加热件为液态金属，液态金属可塑性强，易于设计成各种形状，由此可以均匀布设于低玻璃化转变材料层上，实现对低玻璃化转变材料层的均匀加热，而且有利于提高变刚度组件的柔性，从而改善可穿戴力反馈设备运动的灵活性。
在一些实施例中，变刚度组件还包括散热保护件，散热保护件件套设于所述加热件的外围。用散热保护件将加热件包裹起来，可以促进加热件的均匀散热，避免加热件局部温度过高损坏低玻璃化转变材料层。参照图2和图4，图2为一实施例变刚度组件的爆炸图，图4为一实施例变刚度组件的内部结构图，散热保护套124套设于该加热件122的外围，可以促进加热件122的均匀散热，避免加热件局部温度过高损坏低玻璃化转变材料层。
本申请并不限制制备散热保护件的材料，在一些实施例中，散热保护件的材料包括了硅胶，硅胶有利于促进加热件的均匀散热，使低玻璃化转变材料层受热更加均匀，使低玻璃化转变材料层的刚度变化更趋向一致性和同时性，可改善使用可穿戴力反馈设备刚度变化的自然感，还能防止加热件局部温度过高损坏低玻璃化转变材料层。
在一些实施例中，继续参照图2和图4，加热件122为加热丝，散热保护套124为硅胶套，硅胶套套设于该加热丝的外围，可以促进加热丝的均匀散热，避免加热丝局部温度过高损坏低玻璃化转变材料层。
本申请变刚度组件中的制冷件用于对低玻璃化转变材料层进行制冷，使低玻璃化转变材料层从高弹态转变为玻璃态，物理特性从软变硬。
变刚度组件的制冷件包括了制冷侧和发热侧，制冷侧贴附于低玻璃化转变材料层的一表面上，发热侧则背离低玻璃化转变材料层。制冷件可外接电源，通电工作时，制冷件的制冷侧通过制冷令低玻璃化转变材料层直接快速冷却，使其从高弹态转变为玻璃态，物理特性从软变成硬，由此控制变刚度组件的刚度变化并反馈给可穿戴力反馈设备，而发热侧则因背离低玻璃化转变材料层，可以及时将制冷产生的热量散发到环境中，在对低玻璃化转变材料层进行制冷的同时，将产生的热量快速释放到外面，防止制冷件产生的热量对设备主体造成损坏。
本申请不限制制冷件的种类，在一些实施例中，制冷件包括了帕尔贴，帕尔贴为半导体制冷件，帕尔贴具有制冷侧和发热侧，通上电源后，制冷侧的热量被移到发热侧，令制冷侧的温度降低从而使变刚度组件发生刚度变化，物理特性从软变硬，发热侧的温度则升高，将制冷产生的热量散发出去。
制冷件的物理特性通常为刚性，例如帕尔贴自身就为刚性元件，如果单个刚性的制冷件的面积过大，则变刚度组件整体的柔性就会变差，会导致设备主体的运动灵活性变差，通过可穿戴力反馈设备进行的人机交互的体验感也会随之变差。
在一些实施例中，将多个制冷件覆盖于低玻璃化转变材料层的一表面上，通过将制冷件制作成较小的单元来减弱制冷件自身给变刚度组件带来的刚性，使变刚度组件整体具有较好的柔性。进一步地，还可以使上述多个制冷件进行阵列化排布形成制冷件阵列后再覆盖于低玻璃化转变材料层的表面，使可穿戴力反馈设备的运动性更加灵活。
在另一些实施例中，以单个变刚度组件为一个单元，缩小单个变刚度组件在设备主体上的面积占比，再将多个单个变刚度组件贴附于设备主体的表面，通过将单个变刚度组件制作成较小的单元来减弱制冷件产生的刚度影响。进一步地，多个单个变刚度组件呈阵列结构排布形成变刚度组件阵列，再将变刚度组件阵列设于设备主体的表面，变刚度组件阵列获得了较好的柔性，能提高可穿戴力反馈设备的运动灵活性。
本申请并不限制可穿戴力反馈设备中设备主体的种类，包括但不限于手套、指套和腕带等。例如，当设备主体为手套，则可穿戴力反馈设备为可穿戴力反馈手套，当设备主体为指套，则可穿戴力反馈设备为可穿戴力反馈指套，当设备主体为腕带，则可穿戴力反馈设备为可穿戴力反馈腕带。通过在上述主体设备手套、指套、腕带的表面布设变刚度组件，利用变刚度组件的刚度变化来控制手套、指套、腕带的刚度变化，使其更加轻便、更具运动灵活性，还能提高人机交互过程中的沉浸感和真实属性。
在一些实施例中，设备主体为手套，变刚度组件设于手套的各个手指上，并且每个手指上的变刚度组件可以分别独立控制，由此可以提高可穿戴力反馈设备的运动灵活性。
可以理解的是，变刚度组件设于手指和手套掌心同一面的表面上，并覆盖手指的各个关节，由此可以实现手指的自由弯曲，提高可穿戴力反馈设备的运动灵活性。
示例性地，参考图1，可穿戴力反馈设备100为可穿戴力反馈手套，设备主体为手套本体110，每个手指的表面都设有变刚度组件120，变刚度组件120整体设计成长条状，其长度可覆盖其对应的手指。
继续参照图2至图4，变刚度组件120由低玻璃化转变材料层121、加热件122、套设于加热件122外围的散热保护件124以及多个呈阵列结构排布的制冷件123组成。
在一些实施例中，上述加热件122设于低玻璃化转变材料层121的内部，由此可以实现对低玻璃化转变材料层121的均匀加热，使低玻璃化转变材料层121能从玻璃态快速转变为高弹态，操作者能够通过可穿戴力反馈手套极大地增强人机交互的真实体验和沉浸感，体验到物体的真实属性。加热件122可以外接电源，通过接通电源进行工作，通过工作后，使低玻璃化转变材料层从玻璃态转变为高弹态，物理特性从硬变成软，由此控制变刚度组件120的刚度变化，并传递给可穿戴力反馈手套。
在一些实施例中，上述散热保护件124套设于加热件122的外围，加热件122被散热保护件124包裹起来，可以促进加热件122的均匀散热，避免加热件122局部温度过高损坏低玻璃化转变材料层121。
在一些实施例中，多个呈阵列结构排布的制冷件123则铺设于低玻璃化转变材料层121的一表面上，通过减小单个制冷件123的面积，并进行阵列设计，使变刚度组件120整体获得较好的柔性，能实现可穿戴力反馈手套的柔性穿戴，并提高可穿戴力反馈手套的运动灵活性，使手指可以自由弯曲，从而可以提高人机交互的真实感和自然感。
由此组装起来的变刚度组件120一表面为制冷件123的发热侧，另一表面则为低玻璃化转变材料层121，制冷件123的制冷侧紧贴在低玻璃化转变材料层121的表面上，发热侧则暴露在环境中。制冷件123可外接电源，通电工作时，制冷件的制冷侧通过制冷使低玻璃化转变材料层121直接快速冷却，使其从高弹态转变为玻璃态，物理特性从软变成硬，并反馈给可穿戴力反馈手套，而发热侧因背离低玻璃化转变材料层121并暴露在环境中，可以及时将制冷产生的热量散发到空气中，实现在对低玻璃化转变材料层121进行制冷的同时，将产生的热量快速释放到外面，防止制冷件123产生的热量对手套主体110造成损坏。而低玻璃化转变材料层121则紧贴在手套主体110的表面，有利于提高手套主体110对变刚度组件120刚度变化的接受灵敏度。
在一些实施例中，每根手指上的变刚度组件120可以分别独立控制，有利于增强可穿戴力反馈设备运动的灵活性。
本申请不限制可穿戴力反馈设备的种类，可穿戴力反馈设备包括但不仅限于平面触觉反馈设备、手持式触觉反馈设备等。
以下结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明，应当理解，以下具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
参考图1，可穿戴力反馈设备100为可穿戴力反馈手套，设备主体为手套本体110，每个手指的表面都设有变刚度组件120，变刚度组件120整体设计成长条状，其长度可覆盖其对应的手指，每根手指上的变刚度组件120可以分别独立控制，以增强可穿戴力反馈设备运动的灵活性。
继续参照图2至图4，变刚度组件120由低玻璃化转变材料层121、加热件122、套设于加热件122上的散热保护套124以及多个呈阵列排布的制冷件123组成。
上述低玻璃化转变材料层121中的低玻璃化转变材料为PLA，控制本实施例低玻璃化转变材料层121刚度变化的温度范围为25℃-70℃；加热件122为碳纤维加热丝，散热保护件124为硅胶管，制冷件123为帕尔贴。
上述加热件122设于低玻璃化转变材料层121的内部，由此可以实现对低玻璃化转变材料层121的均匀加热，使低玻璃化转变材料层121能从玻璃态快速转变为高弹态，操作者能够通过可穿戴力反馈手套极大地增强人机交互的真实体验和沉浸感，体验到物体的真实属性。加热件122可以外接电源，通过接通电源进行工作，通过工作后，使低玻璃化转变材料层从玻璃态转变为高弹态，物理特性从硬变成软，由此控制变刚度组件120的刚度变化，并传递给可穿戴力反馈手套。
上述散热保护套124件设于加热件122的外围，加热件122被散热保护件124包裹起来，可以促进加热件122的均匀散热，避免加热件122局部温度过高损坏低玻璃化转变材料层121。
而多个呈阵列排布的制冷件123则铺设于低玻璃化转变材料层121的一表面上，通过减小单个制冷件123的面积，并进行阵列设计，使变刚度组件120整体获得较好的柔性，能实现可穿戴力反馈手套的柔性穿戴，并提高可穿戴力反馈手套的运动灵活性，使手指可以自由弯曲，从而可以提高人机交互的真实感和自然感。
由此组装起来的变刚度组件120一表面为制冷件123的发热侧，另一表面则为低玻璃化转变材料层121，制冷件123的制冷侧紧贴在低玻璃化转变材料层121的表面上，发热侧则暴露在环境中，制冷件123可外接电源，通电工作时，制冷件的制冷侧通过制冷使低玻璃化转变材料层121直接快速冷却，使其从高弹态转变为玻璃态，物理特性从软变成硬，控制可穿戴力反馈手套的刚度变化，而发热侧因背离低玻璃化转变材料层121并暴露在环境中，可以及时将制冷产生的热量散发到空气中，实现在对低玻璃化转变材料层121进行制冷的同时，将产生的热量快速释放到外面，防止制冷件123产生的热量对手套主体110造成损坏。而低玻璃化转变材料层121则紧贴在手套主体110的表面，有利于提高手套主体110对变刚度组件120刚度变化的接受灵敏度。
实施例2
实施例2可穿戴力反馈设备100为可穿戴力反馈手套，其设计参考实施例1，不同的是，实施例2中低玻璃化转变材料层121的制备材料为聚己内酯(PCL)，控制本实施例低玻璃化转变材料层121刚度变化的温度范围为25℃-70℃。
实施例3
实施例3可穿戴力反馈设备100为可穿戴力反馈手套，其设计参考实施例1，不同的是，加热件122为加热丝，加热件122环绕在低玻璃化转变材料层121的四周，具体参考图5，图5为四周环绕了加热件122的低玻璃化转变材料层121的剖面图。
实施例4
实施例4可穿戴力反馈设备100为可穿戴力反馈手套，其设计参考实施例1，但是不同的是，参照图6，实施例4将多个变刚度组件120呈阵列结构排布形成变刚度组件阵列，变刚度组件阵列贴附于可穿戴力反馈手套中每个手指上，每个手指上的变刚度组件阵列分别独立控制。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种可穿戴力反馈设备，其特征在于，所述可穿戴力反馈设备包括设备主体和设于所述设备主体上的变刚度组件，所述变刚度组件包括低玻璃化转变材料层、加热件和制冷件；
所述加热件设于所述低玻璃化转变材料层上；
所述制冷件包括制冷侧和与所述制冷侧相对的发热侧，所述制冷件的制冷侧贴附于所述低玻璃化转变材料层的一表面上，所述发热侧则背离所述低玻璃化转变材料层；
所述低玻璃化转变材料层的另一表面贴附于所述设备主体的表面。
2.根据权利要求1所述的可穿戴力反馈设备，其特征在于，多个所述变刚度组件呈阵列结构排布形成变刚度组件阵列，所述变刚度组件阵列设于所述设备主体的表面；
和/或，多个所述制冷件呈阵列结构排布形成制冷件阵列，所述制冷件阵列设于所述玻璃化转换材料层的一表面上。
3.根据权利要求1所述的可穿戴力反馈设备，其特征在于，所述加热件设于所述低玻璃化转变材料层的内部；
和/或，控制所述低玻璃化转变材料层刚度变化的温度范围为25℃-70℃；
和/或，所述低玻璃化转变材料层包括低玻璃化转变材料，所述低玻璃化转变材料包括包括聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的可穿戴力反馈设备，其特征在于，所述制冷件包括帕尔贴。
5.根据权利要求1所述可穿戴力反馈设备，其特征在于，制备所述加热件的材料包括碳纤维、金属和导电复合物；
和/或，所述加热件的类型包括柔性加热件；
和/或，所述加热件包括加热丝、加热贴、加热管和液态金属。
6.根据权利要求1所述的可穿戴力反馈设备，其特征在于，所述变刚度组件还包括散热保护件，所述散热保护件套设于所述加热件的外围。
7.根据权利要求6所述的可穿戴力反馈设备，其特征在于，制备所述散热保护件的材料包括硅胶；
和/或，所述散热保护件为硅胶管。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的可穿戴力反馈设备，其特征在于，所述设备本体包括手套、指套和腕带。
9.根据权利要求8所述的可穿戴力反馈设备，其特征在于，所述变刚度组件设于所述手套的各个手指上。
10.根据权利要求1所述的可穿戴力反馈设备，其特征在于，所述可穿戴力反馈设备包括平面触觉反馈设备和手持式触觉反馈设备。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311128484.3A CN117270683A (zh) | 2023-08-30 | 2023-08-30 | 一种可穿戴力反馈设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311128484.3A CN117270683A (zh) | 2023-08-30 | 2023-08-30 | 一种可穿戴力反馈设备 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117270683A true CN117270683A (zh) | 2023-12-22 |
Family
ID=89199899
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311128484.3A Pending CN117270683A (zh) | 2023-08-30 | 2023-08-30 | 一种可穿戴力反馈设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117270683A (zh) |
-
2023
- 2023-08-30 CN CN202311128484.3A patent/CN117270683A/zh active Pending
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