CN211044788U - 演示系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种演示系统，该演示系统包括：演示装置、控制装置以及跟随演示装置，所述演示装置与所述跟随演示装置相互独立，所述演示装置与所述控制装置之间能够相互通信，所述跟随演示装置与所述控制装置之间能够相互通信，在所述控制装置的控制下，所述演示装置与所述跟随演示装置能够进行同步演示。通过这种方式，本实用新型能够保证演示装置与跟随演示装置同步相互反馈，同步演示。

Description

演示系统

技术领域

本实用新型涉及演示技术领域，尤其涉及一种演示系统。

背景技术

随着虚拟现实技术(VR，Virtual Reality)的不断发展，此项技术在越来多的领域发挥着重要的作用，例如医疗领域的远程手术、机器人代替人进入危险环境同步进行特种作业，远程同步示教实验等等。

但是本申请的发明人在长期的研发过程中发现，目前同步演示系统只是演示装置单方向主动演示，控制装置单方向控制跟随演示装置实时被驱动，而跟随演示装置无法反方向进行实时反馈而保证演示装置与跟随演示装置同步演示。

实用新型内容

本实用新型主要解决的技术问题是提供一种演示系统，能够保证演示装置与跟随演示装置同步相互反馈，同步演示。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的一个技术方案是：提供一种演示系统，所述演示系统包括：演示装置、控制装置以及跟随演示装置，所述演示装置与所述跟随演示装置相互独立，所述演示装置与所述控制装置之间能够相互通信，所述跟随演示装置与所述控制装置之间能够相互通信，在所述控制装置的控制下，所述演示装置与所述跟随演示装置能够进行同步演示。

其中，所述演示装置是用于人穿戴的虚拟现实装置；所述演示装置是可穿戴的虚拟现实手套；所述跟随演示装置是机械手；所述演示装置与所述控制装置之间、所述跟随演示装置与所述控制装置之间均通过串口通信协议相互通信；所述控制装置是可视控制装置，所述可视控制装置是上位机。

其中，所述虚拟现实手套包括：手套盖板，用于套设在手背上，其包括相对的第一端和第二端；指套，与所述手套盖板可转动连接，用于套设在手指上，所述手套盖板的第一端是靠近所述指套的一端；自适应弹性部件，包括相对的第三端和第四端，所述第四端设置在靠近所述手套盖板的第二端的位置；非弹性部件，设置在所述指套上，其包括相对的第五端和第六端，所述第五端固定在所述指套上，所述非弹性部件能够跟随所述指套同步活动；姿态采集模块，设置在靠近所述手套盖板的第一端的位置，分别与所述自适应弹性部件的第三端和所述非弹性部件的第六端连接，所述姿态采集模块能够将施加在所述非弹性部件上的作用力传递到所述自适应弹性部件，并能够采集所述自适应弹性部件的状态信息，以供所述控制装置通过所述自适应弹性部件的状态信息判断所述虚拟现实手套的姿态；其中，当所述姿态采集模块采集到所述自适应弹性部件处于自然长度的状态信息时，所述控制装置能够判断出所述虚拟现实手套处于张开姿态，当所述姿态采集模块采集到所述自适应弹性部件处于拉伸长度的状态信息时，所述控制装置能够判断出所述虚拟现实手套处于抓握姿态。

其中，所述虚拟现实手套还包括：空间位置感知模块，用于感知所述虚拟现实手套的空间位置；其中，所述控制装置根据所述虚拟现实手套的姿态、所述虚拟现实手套的空间位置、所述跟随演示装置的当前空间位置以及所述跟随演示装置的当前姿态，生成对所述跟随演示装置的控制指令，以驱动所述跟随演示装置与所述虚拟现实手套保持同步演示；其中，所述上位机根据所述虚拟现实手套的姿态、所述虚拟现实手套的空间位置在其可视化界面实时生成所述虚拟现实手套当前姿态动画，并根据所述跟随演示装置的当前空间位置以及所述跟随演示装置的当前姿态，生成对所述跟随演示装置的控制指令，以驱动所述跟随演示装置与所述虚拟现实手套保持同步演示；其中，所述虚拟现实手套还包括：模拟部件，用于执行所述控制装置的模拟指令，使所述虚拟现实手套模拟出虚拟环境下的受力状态；压力传感器，设置在所述指套上，用于感知施加在所述指套上的压力大小；当所述跟随演示装置抓握到物体时向所述控制装置发送反馈信号，所述控制装置获得所述反馈信号后，向所述虚拟现实手套的所述模拟部件发送所述模拟指令，同时向所述虚拟现实手套的所述压力传感器发送反馈指令，所述模拟部件执行所述模拟指令，使所述虚拟现实手套模拟出虚拟环境下的受力状态，同时所述压力传感器根据所述反馈指令向所述控制装置反馈此时所述指套上的压力大小；其中，所述虚拟现实手套还包括：手指姿态固定模块，用于根据所述所述控制装置的固定指令控制所述非弹性部件保持当前位置，进而定位所述指套；当所述控制装置获得所述反馈信号后，同时向所述虚拟现实手套的所述手指姿态固定模块发送所述固定指令，所述手指姿态固定模块根据所述固定指令控制所述非弹性部件保持当前位置，进而定位所述指套；其中，所述虚拟现实手套还包括控制电路板，所述控制电路板与所述手套盖板固定连接，所述姿态采集模块、所述手指姿态固定模块、所述空间位置感知模块均设置在所述控制电路板上；其中，所述控制电路板上还设置有通信模块和电源管理模块；所述通信模块用于传输通信信号，所述姿态采集模块、所述手指姿态固定模块、所述空间位置感知模块、所述压力传感器、所述模拟部件均通过所述通信模块与所述控制装置进行通信；所述电源管理模块用于供电，其分别与所述姿态采集模块、所述手指姿态固定模块、所述空间位置感知模块以及所述通信模块连接；其中，所述姿态采集模块是电位器；所述手指姿态固定模块是微型电机，所述微型电机与所述电位器同轴连接；所述空间位置感知模块是电子陀螺仪；其中，所述模拟部件是振动产生器，所述振动产生器设置在所述指套上；所述模拟部件是微型偏振器；其中，所述自适应弹性部件是自适应拉簧。

其中，所述指套的数量是五个；所述自适应弹性部件的数量是五个，五个所述自适应弹性部件间隔设置在对应每个所述指套的位置；所述非弹性部件的数量是五个；所述姿态采集模块的数量是五个，每个所述姿态采集模块分别与每个所述自适应弹性部件和每个所述非弹性部件连接，每个所述姿态采集模块用于感知各自所述自适应弹性部件的状态信息，以供所述控制装置判断各自对应的所述指套的姿态。

其中，每个所述指套包括：近指节连杆、远指节连杆、多个竖连杆、近指节耦合连杆、远指节耦合连杆、销钉以及远指节手指套，除拇指指套外的其它四个所述指套均还分别包括近指节手指套；所述近指节连杆一端与第一个所述竖连杆一端通过销钉连接；所述近指节连杆另一端与所述远指节连杆一端、第二个所述竖连杆一端通过销钉连接，所述远指节连杆另一端与第三个所述竖连杆一端通过销钉连接，所述远指节耦合连杆一端与第三个所述竖连杆另一端通过销钉连接，所述远指节耦合连杆另一端与第二个所述竖连杆另一端、所述近指节耦合连杆一端通过销钉连接，所述近指节耦合连杆另一端与第一个所述竖连杆另一端通过销钉连接；所述近指节连杆一端还与所述手套盖板可转动连接；所述近指节手指套固定设置在所述近指节连杆的下面；所述远指节手指套固定设置在所述远指节连杆的下面；其中，所述非弹性部件是指套驱动连杆，所述指套驱动连杆一端与所述近指节耦合连杆另一端、第一个所述竖连杆另一端通过销钉连接，所述指套驱动连杆另一端与对应的所述姿态采集模块连接。

其中，所述压力传感器设置在所述远指节手指套内的下底面；所述振动发送器设置在所述近指节手指套内的下底面。

其中，所述指套通过万向节与所述手套盖板连接；其中，所述手套盖板的上表面是平面，所述控制电路板通过螺栓固定连接在所述手套盖板的上表面；所述手套盖板的下表面是弧面，且与手背形状贴合；其中，所述虚拟现实手套还包括：粘带，设置在所述手套盖板上，用于将所述虚拟现实手套固定在人手上；其中，所述手套盖板的第二端设置有固定部件，所述自适应弹性部件的第四端与所述手套盖板的固定部件连接。

其中，所述机械手与人手的机构相同；其中，所述机械手能够与标准的六自由度机械臂连接或者与三维空间运动的导轨架装配连接；其中，所述机械手包括五根机械手指，每根所述机械手指包括三个顺序连接的机械指节，且所述机械指节之间设置有限位装置，所述限位装置使所述机械手的活动范围和人手的关节相同。

其中，所述机械手的每个所述机械手指设置有多个微型柱状电机，每个所述微型柱状电机包括位置编码器和驱动器；其中，每个所述机械手指设置有两个所述微型柱状电机；其中，五根所述机械手指的运动均相互独立。

本实用新型的有益效果是：区别于现有技术的情况，本实用新型演示系统包括：演示装置、控制装置以及跟随演示装置，演示装置与跟随演示装置相互独立，演示装置与控制装置之间能够相互通信，跟随演示装置与控制装置之间能够相互通信，在控制装置的控制下，演示装置与跟随演示装置能够进行同步演示。由于演示装置与控制装置之间能够双向通信，跟随演示装置与控制装置之间能够双向通信，在控制装置的控制下，跟随演示装置在演示过程中，也能够通过控制装置向演示装置同步反馈信息，使得演示装置的演示也实时与跟随演示装置的演示保持同步，演示装置与跟随演示装置之间相互保持同步，而不是跟随演示装置单方向保持同步，通过这种方式，能够保证演示装置与跟随演示装置同步相互反馈，同步演示。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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获得其他的附图。其中：

图1是本实用新型演示系统一实施例的组成示意图；

图2是图1的演示系统中虚拟现实手套的总体结构示意图；

图3是图1的演示系统中虚拟现实手套的详细结构示意图；

图4是图1的演示系统中虚拟现实手套的指套的结构示意图；

图5和图6是图1的演示系统中机械手在两个不同方向的结构示意图；

图7是图1的演示系统一实施例的控制通信原理示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

参见图1，图1是本实用新型演示系统一实施例的组成示意图，演示系统包括：演示装置100、控制装置200以及跟随演示装置300，演示装置100与跟随演示装置300相互独立，演示装置100与控制装置200之间能够相互通信，跟随演示装置300与控制装置200之间能够相互通信，在控制装置200的控制下，演示装置100与跟随演示装置200能够进行同步演示。

其中，演示装置100是用于人穿戴的虚拟现实装置100；进一步，演示装置100是可穿戴的虚拟现实手套100；跟随演示装置300是机械手300。

演示装置100与控制装置200之间、跟随演示装置300与控制装置200之间均通过串口通信协议相互通信，还能够支持有线及无线WiFi两种连接方式，在一实际应用中，可实现虚拟现实手套100、机械手300同步演示。

其中，控制装置200是可视控制装置200，可视控制装置200是上位机200。

本实用新型实施例演示系统包括：演示装置100、控制装置200以及跟随演示装置300，演示装置100与跟随演示装置300相互独立，演示装置100与控制装置200之间能够相互通信，跟随演示装置300与控制装置200之间能够相互通信，在控制装置200的控制下，演示装置100与跟随演示装置300能够进行同步演示。由于演示装置100与控制装置200之间能够双向通信，跟随演示装置300与控制装置200之间能够双向通信，在控制装置200的控制下，跟随演示装置300在演示过程中，也能够通过控制装置200向演示装置100同步反馈信息，使得演示装置100的演示也实时与跟随演示装置300的演示保持同步，演示装置100与跟随演示装置300之间相互保持同步，而不是跟随演示装置300单方向保持同步，通过这种方式，能够保证演示装置100与跟随演示装置300同步相互反馈，同步演示。

在一实际应用中，上位机200具有可视化控制系统，负责虚拟现实手套100与机械手300之间的数据通信，采集虚拟现实手套100的空间位置、姿态、抓取力等信息，经过处理后，传输给机械手300；机械手300在操作过程中抓握到物体后实时反馈给上位机200，上位机200同步发送给虚拟现实手套100，虚拟现实手套100与手指之间产生振动，使操作者有触觉的体验。该实际应用具体请参见下面的详细说明。

结合参见图2至图4，在一实施例中，上述的演示装置100是虚拟现实手套100，具体地，该虚拟现实手套100包括：手套盖板1、指套5、自适应弹性部件3、非弹性部件4以及姿态采集模块202。

手套盖板1用于套设在手背上，其包括相对的第一端和第二端，手套盖板1的第一端是靠近指套5的一端。为了增强佩戴舒适感，手套盖板1的下表面为弧面，且该弧面与手背的形状贴合。为了使手套盖板1和操作者的手由可重复使用，在一实施例中，手套盖板1上还设置有粘带(图未示出)，粘带用于将虚拟现实手套100固定在人手上。手套盖板1在满足承载量的情况下，为了减小虚拟现实手套100的重量，其可以采用轻质材料，例如轻质塑料，等等。

指套5与手套盖板1可转动连接，指套5用于套设在手指上。本实施例中的指套5的数量可以是2-5个，为了达到真实的用户体检，虚拟现实手套100包括五根指套5。指套5与手套盖板1之间可以通过铰链连接。本实施例对指套5的具体结构不做限定，现有技术中虚拟现实手套的指套均可应用于本实用新型实施例中。

自适应弹性部件3包括相对的第三端和第四端，第四端固定在靠近手套盖板1的第二端的位置，第三端与姿态采集模块202连接；在一实施例中，手套盖板1的第二端设置有固定部件(例如固定桩)，自适应弹性部件3的第四端与手套盖板1的固定部件连接。在本实施例中，自适应弹性部件3有两种状态，即无拉力作用下处于自然长度的状态和拉力作用下处于拉伸长度状态，分别对应虚拟现实手套100张开姿态和抓握姿态；在拉力作用下，自适应弹性部件3能够被拉伸，当拉力作用消失时，能够立即恢复到自然长度的状态。在一实施例中，自适应弹性部件3是自适应拉簧3，拉簧即为拉力弹簧，是承受轴向拉力的螺旋弹簧，在不承受负荷时，拉簧的圈与圈之间一般都是并紧的没有间隙。

非弹性部件4设置在指套5上，包括相对的第五端和第六端，非弹性部件4的第五端固定在指套5上，第六端与姿态采集模块202连接。非弹性部件4能够跟随指套5同步活动，因此，当控制非弹性部件4保持当前位置时，即可固定指套5，防止指套5进一步弯曲。

姿态采集模块202设置在靠近手套盖板1的第一端的位置，分别与自适应弹性部件3的第三端和非弹性部件4的第六端连接，姿态采集模块202能够将施加在非弹性部件4上的作用力传递到自适应弹性部件3，使自适应弹性部件3在拉力作用下拉伸。姿态采集模块202还能够采集自适应弹性部件3的状态信息，以供控制装置200通过自适应弹性部件3的状态信息判断虚拟现实手套100的姿态；其中，当姿态采集模块202采集到自适应弹性部件3处于自然长度的状态信息时，控制装置200能够判断出虚拟现实手套100处于张开姿态，当姿态采集模块202采集到自适应弹性部件3处于拉伸长度的状态信息时，控制装置200能够判断出虚拟现实手套100处于抓握姿态。

本实施例的虚拟现实手套100包括手套盖板1、指套5、自适应弹性部件3、非弹性部件4以及姿态采集模块202，姿态采集模块202连接自适应弹性部件3和非弹性部件4，姿态采集模块202设置在手套盖板1与指套5连接的位置附件，大致在人手手指的根部关节位置处，自适应弹性部件3设置在手套盖板1，大致在手背的位置，非弹性部件4设置在指套5，大致在手指的位置，手套伸直时(即人手手指没有弯曲)非弹性部件4处于自然状态，不会收缩，自适应弹性部件3处于自然长度的状态，佩戴的人手手指弯曲时，带动手套弯曲，由于非弹性部件4没有弹性，会收缩产生作用力，该作用力通过姿态采集模块202传递到自适应弹性部件3，使自适应弹性部件3拉伸，处于拉伸长度状态，自适应弹性部件3的自然长度的状态信息和拉伸长度状态信息均通过姿态采集模块202采集，控制装置200通过姿态采集模块202采集到的自适应弹性部件3的状态信息能够判断出虚拟现实手套100的姿态，即张开姿态或抓握姿态。如果每个指套5均设置独立的非弹性部件4、对应的姿态采集模块202以及自适应弹性部件3，那么控制装置200通过各自姿态采集模块202采集到的自适应弹性部件3的状态信息能够判断出虚拟现实手套100每个指套5的姿态，进而为判断每个指套5是否抓握到虚拟目标物提供技术支持，进一步为准确模拟抓握触觉体验提供技术支持；另外，非弹性部件4、对应的姿态采集模块202以及自适应弹性部件3，该结构较为简单，能够为减小手套的体积提供技术支持，如果非弹性部件4、对应的姿态采集模块202以及自适应弹性部件3采用轻质材料制作的简单或微型部件或模块，能够为减小手套的重量提供技术支持。

其中，虚拟现实手套100还包括：空间位置感知模块201。空间位置感知模块201用于感知虚拟现实手套100的空间位置。

其中，为了保证跟随演示装置300与演示装置100同步演示，控制装置200根据虚拟现实手套100的姿态、虚拟现实手套100的空间位置、跟随演示装置300的当前空间位置以及跟随演示装置300的当前姿态，能够获得当前跟随演示装置300与虚拟现实手套100之间的差别，为了控制该差别，保持跟随演示装置300与虚拟现实手套100同步，控制装置200针对跟随演示装置300生成控制指令，跟随演示装置300接收到该控制指令后，立即调整，以与虚拟现实手套100保持同步演示。

进一步，如果控制装置200是上位机200，上位机200具有可视控制系统，能够将虚拟现实手套100当前姿态以动画的形式显示出来，更加形象生动。具体地，上位机200根据虚拟现实手套100的姿态、虚拟现实手套100的空间位置在其可视化界面实时生成虚拟现实手套100当前姿态动画，并根据跟随演示装置300的当前空间位置以及跟随演示装置300的当前姿态，生成对跟随演示装置300的控制指令，以驱动跟随演示装置300与虚拟现实手套100保持同步演示。上述的跟随演示装置300可以是机械手300。

在一实施例中，虚拟现实手套100还包括：模拟部件509和压力传感器508。模拟部件509用于执行控制装置200的模拟指令，使虚拟现实手套100模拟出虚拟环境下的受力状态，即模拟出触觉体验；压力传感器508设置在指套5上，用于感知施加在指套5上的压力大小。

当跟随演示装置300抓握到物体时向控制装置200发送反馈信号，控制装置200获得反馈信号后，向虚拟现实手套100的模拟部件509发送模拟指令，同时向虚拟现实手套100的压力传感器508发送反馈指令，模拟部件509执行模拟指令，使虚拟现实手套100模拟出虚拟环境下的受力状态，同时压力传感器508根据反馈指令向控制装置200反馈此时指套5上的压力大小。

具体地，以机械手300、上位机200为例，当机械手300的五根机械手指301都完全包络住物体，不能继续运动，上位机200收到机械手300的反馈信号，确认机械手300已经抓取到物体，上位机200给虚拟现实手套100的振动发生器509发送模拟指令，虚拟现实手套100和手指之间的振动可以模拟虚拟现实手套100抓到虚拟目标物的触觉感知情况，给人以真实的抓取体验。同时上位机200提取到此时的压力传感器508(例如：应变片)上传的压力大小(即抓取力信息)，确定虚拟现实手套100抓住虚拟目标物时的抓取力大小。

其中，该虚拟现实手套100还包括：手指姿态固定模块203，手指姿态固定模块203用于根据控制装置200的固定指令控制非弹性部件4保持当前位置，进而定位指套5。由于非弹性部件4设置在指套4上，且没有弹性，当使非弹性部件4保持当前位置时，指套5无法弯曲，即可使指套5定位。当人手抓握到物体时，手指与物体接触后，无法再进一步弯曲，同样为了模拟出虚拟现实手套100抓握到虚拟目标物，需要对指套5进行定位，防止指套5进一步弯曲。

当控制装置200获得反馈信号后，同时向虚拟现实手套100的手指姿态固定模块203发送固定指令，手指姿态固定模块203根据固定指令控制非弹性部件4保持当前位置，进而定位指套5。

在一实施例中，虚拟现实手套100还包括控制电路板2，控制电路板2与手套盖板1固定连接，姿态采集模块202、手指姿态固定模块203、空间位置感知模块201均设置在控制电路板2上。

进一步，控制电路板2上还设置有通信模块204和电源管理模块205；通信模块204用于传输通信信号，姿态采集模块202、手指姿态固定模块203、空间位置感知模块201、压力传感器512、模拟部件513均通过通信模块204与控制装置200(例如上位机200)进行通信；通信模块204可采用无线WIFI通信或串口通信。电源管理模块205用于供电，其分别与姿态采集模块202、手指姿态固定模块203、空间位置感知模块201以及通信模块204连接，为这些模块供电。

其中，手套盖板1的上表面是平面，控制电路板2通过螺栓固定连接在手套盖板1的上表面。通过这种方式，能够充分利用并节约空间，从而能够减小虚拟现实手套100的体积。

空间位置感知模块201可以是常用的电子陀螺仪，例如微型电子陀螺仪。

同样，姿态采集模块202可以是电位器或微型编码器。

其中，手指姿态固定模块203可以是舵机或微型伺服电机。

自适应弹性部件3一端与姿态采集模块202相连接，另一端与手套盖板1上表面的固定部件相连接，当自适应弹性部件3处于自然长度时虚拟现实手套处于张开状态，当自适应弹性部件3处于拉伸状态时虚拟现实手套处于抓握姿态，电位器是一个旋转角度量和电位器阻值成正相关的元器件，可以将指套5的姿态变化转换成电位器的电信号的变化。

模拟部件509可以采用现有技术中模拟触觉体检的各种部件，在一实施例中，为了减小虚拟现实手套100的体积和重量，模拟部件509为振动产生器509，振动产生器509设置在指套5上；进一步，模拟部件509为微型偏振器509。微型偏振器509在虚拟现实手套100与虚拟目标物接触时会产生一定频率的振动，给手指以真实的3D触觉体验。

其中，自适应弹性部件3是自适应拉簧3；非弹性部件4没有弹性，且需要满足拉伸机械强度，非弹性部件4可以是线状非弹性部件，例如：钢丝、细绳，等等；进一步，为了同时减小虚拟现实手套100的重量，非弹性部件4可以是尼龙细绳；自适应拉簧3和尼龙细绳4均可以减轻虚拟现实手套100的重量。非弹性部件4还可以是杆状部件。

为了模拟和增加更为真实的用户体检，指套5的数量是五个；自适应弹性部件3的数量是五个，五个自适应弹性部件3间隔设置在对应每个指套5的位置；非弹性部件4的数量是五个；姿态采集模块202的数量是五个，每个姿态采集模块202分别与每个自适应弹性部件3和每个非弹性部件4连接，每个姿态采集模块202用于采集各自自适应弹性部件3的状态信息，以供控制装置判断各自对应的指套5的姿态。

在一实施例中，具体请结合参见图4，为了充分模拟人手的抓握的运动特点，每个指套5包括：近指节连杆501、远指节连杆502、多个竖连杆505、近指节耦合连杆506、远指节耦合连杆507、销钉511以及远指节手指套504，除拇指指套外的其它四个指套均还分别包括近指节手指套503。

具体地，近指节连杆501的一端与第一个竖连杆505的一端通过销钉511连接；近指节连杆501的另一端与远指节连杆502的一端、第二个竖连杆505的一端通过销钉511连接，远指节连杆502的另一端与第三个竖连杆505的一端通过销钉511连接，远指节耦合连杆507的一端与第三个竖连杆505的另一端通过销钉511连接，远指节耦合连杆507的另一端与第二个竖连杆505的另一端、近指节耦合连杆506的一端通过销钉511连接，近指节耦合连杆506的另一端与第一个竖连杆505的另一端通过销钉511连接。近指节手指套503固定设置在近指节连杆501的下面；远指节手指套504固定设置在远指节连杆502的下面。

其中，指套5通过铰链与手套盖板1的第一端可转动连接；进一步，指套5通过万向节510与手套盖板1的第一端连接。具体地，近指节连杆501的一端与手套盖板1的第一端通过万向节510实现可转动连接，能够使指套5具有五个自由度，与人手指运动的自由度基本相同，符合人手的抓握习惯。

其中，非弹性部件4是指套驱动连杆4，指套驱动连杆4的一端与近指节耦合连杆506的另一端、第一个竖连杆505的另一端通过销钉511连接，指套驱动连杆4的另一端与对应的姿态采集模块202连接。

其中，压力传感器508设置在远指节手指套504内的下底面；振动发送器509设置在近指节手指套503内的下底面。虚拟现实手套100抓握虚拟目标物时，远指节手指套504内的受力更加准确，压力传感器508设置在远指节手指套504内的下底面，能够获得更为准确的力反馈。近指节手指套503靠近指套5根部，靠近指套5根部的振动更能使用户得到更为真实的触觉体检。当拇指指套只设置远指节手指套504时，可以只将振动发送器509设置在拇指指套的远指节手指套504内的下底面。

参见图5和图6，在一实施例中，机械手300与人手的机构相同。机械手300能够与标准的六自由度机械臂连接或者与三维空间运动的导轨架装配连接，通过这种方式，能够保证机械手300在三维空间运动及精确定位的能力。

其中，机械手300包括五根机械手指301，每根机械手指301包括三个顺序连接的机械指节302，且机械指节302之间设置有限位装置(图未示出)，限位装置使机械手300的活动范围和人手的关节相同。机械手300的每个机械手指301设置有多个微型柱状电机，每个微型柱状电机包括位置编码器和驱动器。

参见图7，在一实施例中，该演示系统包括虚拟现实手套、上位机以及机械手。虚拟现实手套包括微型陀螺仪、电位器、用于模拟触觉的振动发生器、用于力反馈的压力传感器以及串口信号收发装置(即通信模块，用于与上位机同步通信)。上位机具有可视化通信控制程序。机械手包括10个微型柱状电机、电子陀螺仪(用于获取机械手的空间位置)以及串口信号收发装置(与上位机同步通信)；每个机械手指(即拇指、食指、中指、无名指、小指)有2个微型柱状电机，每个微型柱状电机包括位置编码器和驱动器，通过这种方式，可以知道各手指与手掌的相对位置，且5根机械手指的运动均保持独立，一根机械手指停止运动，其他机械手指可继续根据上位机的驱动指令继续运动，这给机械手抓取不规则外形的物体提供可能性，使机械手的抓取能力更强，更类似于人手的抓取运动。

总的来说：

第一、本实用新型从结构、控制以及通信三个层面提出一整套用于虚拟现实同步运动演示技术的演示系统。该套演示系统拥有广泛的应用前景，例如远程医疗手术，危险环境下机器人的同步介入危险处置，远程教学同步演示等等。只需要将本演示系统的虚拟现实手套及机械手根据不同的应用场景进行相应的改装及个性化定制，即可发挥很好的作用；

第二、本实用新型演示系统中的虚拟现实手套相对于其他VR设备具有以下优点：虚拟现实手套的结构较为精巧，主要是复合材料加工而成的连杆机构，整体体积和重量较小，人手佩戴的体验较好，适合长时间佩戴虚拟现实手套工作的需求；同时，该虚拟现实手套在精简结构的同时最大化的保留各指套的自由度，使虚拟现实手套与人手的运动习惯能够保持一致；该虚拟现实手套装配多种传感器，可以精确及时的采集手套的位置、动作姿态及抓取力的相关信息；

第三、虚拟现实手套、上位机以及机械手的双向通信及同步控制技术是此套演示系统的优点之一。虚拟现实手套、机械手与上位机通过串口通信实现双向联通，三者可以通过USB接口或者WIFI无线网络保持实时通信，通信过程效率高，硬件成本低，可靠性较好；

第四、该套演示系统中的机械手整体结构紧凑精巧，整个机械手一共装配有10个微型柱状电机，全主动式手指运动关节运动精度好，每根机械手指都可独立控制，可以完成不规则外形物体的自适应抓取操作，而且实时响应性能好。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型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，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种演示系统，其特征在于，所述演示系统包括：演示装置、控制装置以及跟随演示装置，所述演示装置与所述跟随演示装置相互独立，所述演示装置与所述控制装置之间能够相互通信，所述跟随演示装置与所述控制装置之间能够相互通信，在所述控制装置的控制下，所述演示装置与所述跟随演示装置能够进行同步演示。

2.根据权利要求1所述的演示系统，其特征在于，所述演示装置是用于人穿戴的虚拟现实装置；所述演示装置是可穿戴的虚拟现实手套；

所述跟随演示装置是机械手；所述演示装置与所述控制装置之间、所述跟随演示装置与所述控制装置之间均通过串口通信协议相互通信；所述控制装置是可视控制装置，所述可视控制装置是上位机。

3.根据权利要求2所述的演示系统，其特征在于，所述虚拟现实手套包括：

手套盖板，用于套设在手背上，其包括相对的第一端和第二端；

指套，与所述手套盖板可转动连接，用于套设在手指上，所述手套盖板的第一端是靠近所述指套的一端；

自适应弹性部件，包括相对的第三端和第四端，所述第四端设置在靠近所述手套盖板的第二端的位置；

非弹性部件，设置在所述指套上，其包括相对的第五端和第六端，所述第五端固定在所述指套上，所述非弹性部件能够跟随所述指套同步活动；

姿态采集模块，设置在靠近所述手套盖板的第一端的位置，分别与所述自适应弹性部件的第三端和所述非弹性部件的第六端连接，所述姿态采集模块能够将施加在所述非弹性部件上的作用力传递到所述自适应弹性部件，并能够采集所述自适应弹性部件的状态信息，以供所述控制装置通过所述自适应弹性部件的状态信息判断所述虚拟现实手套的姿态；

其中，当所述姿态采集模块采集到所述自适应弹性部件处于自然长度的状态信息时，所述控制装置能够判断出所述虚拟现实手套处于张开姿态，当所述姿态采集模块采集到所述自适应弹性部件处于拉伸长度的状态信息时，所述控制装置能够判断出所述虚拟现实手套处于抓握姿态。

4.根据权利要求3所述的演示系统，其特征在于，所述虚拟现实手套还包括：

空间位置感知模块，用于感知所述虚拟现实手套的空间位置；

其中，所述控制装置根据所述虚拟现实手套的姿态、所述虚拟现实手套的空间位置、所述跟随演示装置的当前空间位置以及所述跟随演示装置的当前姿态，生成对所述跟随演示装置的控制指令，以驱动所述跟随演示装置与所述虚拟现实手套保持同步演示；

其中，所述上位机根据所述虚拟现实手套的姿态、所述虚拟现实手套的空间位置在其可视化界面实时生成所述虚拟现实手套当前姿态动画，并根据所述跟随演示装置的当前空间位置以及所述跟随演示装置的当前姿态，生成对所述跟随演示装置的控制指令，以驱动所述跟随演示装置与所述虚拟现实手套保持同步演示；

其中，所述虚拟现实手套还包括：

模拟部件，用于执行所述控制装置的模拟指令，使所述虚拟现实手套模拟出虚拟环境下的受力状态；

压力传感器，设置在所述指套上，用于感知施加在所述指套上的压力大小；

当所述跟随演示装置抓握到物体时向所述控制装置发送反馈信号，所述控制装置获得所述反馈信号后，向所述虚拟现实手套的所述模拟部件发送所述模拟指令，同时向所述虚拟现实手套的所述压力传感器发送反馈指令，所述模拟部件执行所述模拟指令，使所述虚拟现实手套模拟出虚拟环境下的受力状态，同时所述压力传感器根据所述反馈指令向所述控制装置反馈此时所述指套上的压力大小；

其中，所述虚拟现实手套还包括：

手指姿态固定模块，用于根据所述控制装置的固定指令控制所述非弹性部件保持当前位置，进而定位所述指套；

当所述控制装置获得所述反馈信号后，同时向所述虚拟现实手套的所述手指姿态固定模块发送所述固定指令，所述手指姿态固定模块根据所述固定指令控制所述非弹性部件保持当前位置，进而定位所述指套；

其中，所述虚拟现实手套还包括控制电路板，所述控制电路板与所述手套盖板固定连接，所述姿态采集模块、所述手指姿态固定模块、所述空间位置感知模块均设置在所述控制电路板上；

其中，所述控制电路板上还设置有通信模块和电源管理模块；所述通信模块用于传输通信信号，所述姿态采集模块、所述手指姿态固定模块、所述空间位置感知模块、所述压力传感器、所述模拟部件均通过所述通信模块与所述控制装置进行通信；所述电源管理模块用于供电，其分别与所述姿态采集模块、所述手指姿态固定模块、所述空间位置感知模块以及所述通信模块连接；

其中，所述姿态采集模块是电位器；所述手指姿态固定模块是微型电机，所述微型电机与所述电位器同轴连接；所述空间位置感知模块是电子陀螺仪；

其中，所述模拟部件是振动产生器，所述振动产生器设置在所述指套上；所述模拟部件是微型偏振器；

其中，所述自适应弹性部件是自适应拉簧。

5.根据权利要求4所述的演示系统，其特征在于，所述指套的数量是五个；所述自适应弹性部件的数量是五个，五个所述自适应弹性部件间隔设置在对应每个所述指套的位置；所述非弹性部件的数量是五个；所述姿态采集模块的数量是五个，每个所述姿态采集模块分别与每个所述自适应弹性部件和每个所述非弹性部件连接，每个所述姿态采集模块用于感知各自所述自适应弹性部件的状态信息，以供所述控制装置判断各自对应的所述指套的姿态。

6.根据权利要求5所述的演示系统，其特征在于，每个所述指套包括：近指节连杆、远指节连杆、多个竖连杆、近指节耦合连杆、远指节耦合连杆、销钉以及远指节手指套，除拇指指套外的其它四个所述指套均还分别包括近指节手指套；所述近指节连杆一端与第一个所述竖连杆一端通过销钉连接；所述近指节连杆另一端与所述远指节连杆一端、第二个所述竖连杆一端通过销钉连接，所述远指节连杆另一端与第三个所述竖连杆一端通过销钉连接，所述远指节耦合连杆一端与第三个所述竖连杆另一端通过销钉连接，所述远指节耦合连杆另一端与第二个所述竖连杆另一端、所述近指节耦合连杆一端通过销钉连接，所述近指节耦合连杆另一端与第一个所述竖连杆另一端通过销钉连接；所述近指节连杆一端还与所述手套盖板可转动连接；所述近指节手指套固定设置在所述近指节连杆的下面；所述远指节手指套固定设置在所述远指节连杆的下面；

其中，所述非弹性部件是指套驱动连杆，所述指套驱动连杆一端与所述近指节耦合连杆另一端、第一个所述竖连杆另一端通过销钉连接，所述指套驱动连杆另一端与对应的所述姿态采集模块连接。

7.根据权利要求6所述的演示系统，其特征在于，所述压力传感器设置在所述远指节手指套内的下底面；所述振动发送器设置在所述近指节手指套内的下底面。

8.根据权利要求6所述的演示系统，其特征在于，所述指套通过万向节与所述手套盖板连接；

其中，所述手套盖板的上表面是平面，所述控制电路板通过螺栓固定连接在所述手套盖板的上表面；所述手套盖板的下表面是弧面，且与手背形状贴合；

其中，所述虚拟现实手套还包括：

粘带，设置在所述手套盖板上，用于将所述虚拟现实手套固定在人手上；

其中，所述手套盖板的第二端设置有固定部件，所述自适应弹性部件的第四端与所述手套盖板的固定部件连接。

9.根据权利要求2所述的演示系统，其特征在于，所述机械手与人手的机构相同；

其中，所述机械手能够与标准的六自由度机械臂连接或者与三维空间运动的导轨架装配连接；

其中，所述机械手包括五根机械手指，每根所述机械手指包括三个顺序连接的机械指节，且所述机械指节之间设置有限位装置，所述限位装置使所述机械手的活动范围和人手的关节相同。

10.根据权利要求9所述的演示系统，其特征在于，所述机械手的每个所述机械手指设置有多个微型柱状电机，每个所述微型柱状电机包括位置编码器和驱动器；其中，每个所述机械手指设置有两个所述微型柱状电机；其中，五根所述机械手指的运动均相互独立。

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