CN216319922U - 力反馈装置和电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种力反馈装置和电子设备。其中，该力反馈装置包括固定支架、扳机、驱动电机以及连杆结构，扳机与固定支架转动连接；驱动电机设于固定支架，并与扳机间隔设置；连杆结构的两端分别与扳机和驱动电机转动连接，驱动电机驱动连杆结构移动，以对扳机提供作用力。本实用新型通过设置连杆结构可以将驱动电机的输出力放大一定的倍数传递到扳机上，提高力反馈效果。

Description

力反馈装置和电子设备

技术领域

本实用新型涉及人机交互技术领域，特别涉及一种力反馈装置和应用该力反馈装置的电子设备。

背景技术

随着近年来例如各类操作手柄、玩具枪、虚拟现实设备、增强现实设备等外设的不断发展，用户对使用外设时的感官要求也越来越高。正因如此，如何能够满足用户对相关设备(例如各类操作手柄、玩具枪、虚拟现实设备、增强现实设备等)的感官要求，也成为了研发人员亟待解决的问题。

相关技术中，游戏设备厂商为提升用户操作体验，在游戏手柄中增加力反馈装置来模拟特定游戏场景的临场感，如拉弓射箭、各种枪械的扳机扣动等带有力反馈的游戏操作。但现有的力反馈装置机械结构复杂，力的输出源为旋转电机，经过驱动涡轮、连杆和推动杆等减速机构传递到手柄扳机上，传递过程中造成一定的传动损耗。

实用新型内容

本实用新型的主要目的是提出一种力反馈装置和电子设备，旨在提高力反馈效果。

为实现上述目的，本实用新型提出的力反馈装置包括：

固定支架；

扳机，所述扳机与所述固定支架转动连接；

驱动电机，所述驱动电机设于所述固定支架，并与所述扳机间隔设置；以及

连杆结构，所述连杆结构的两端分别与所述扳机和所述驱动电机转动连接，所述驱动电机驱动所述连杆结构移动，以对所述扳机提供作用力。

在本实用新型的一实施例中，所述驱动电机为直驱电机。

在本实用新型的一实施例中，所述连杆结构为一个直杆，所述直杆的延伸方向与所述驱动电机的输出端的移动方向呈夹角设置。

在本实用新型的一实施例中，所述驱动电机包括：

电机本体，所述电机本体设于所述固定支架；

伸缩件，所述伸缩件可移动地设于所述电机本体的输出端，所述电机本体驱动所述伸缩件做直线运动；所述伸缩件与所述连杆结构转动连接。

在本实用新型的一实施例中，所述伸缩件面向所述电机本体的一侧设有限位凸台，所述伸缩件可移动至所述限位凸台与所述电机本体抵接；

且/或，所述伸缩件背离所述电机本体的一侧设有连接凸台，所述连接凸台与所述连杆结构转动连接。

在本实用新型的一实施例中，所述力反馈装置还包括电位器，所述电位器安装在所述固定支架上；

所述伸缩件上设有触发部，所述触发部用于在移动过程中触发所述电位器，所述电位器用于检测所述伸缩件的位置。

在本实用新型的一实施例中，所述扳机包括扳机本体和扭簧，所述扳机本体与所述固定支架转动连接，并与所述连杆结构转动连接；所述扭簧的两端分别与所述固定支架和所述扳机本体连接；所述扭簧和所述连杆结构连接于所述扳机本体的同一侧。

在本实用新型的一实施例中，所述扳机本体通过第一转轴与所述固定支架连接，所述扭簧套设于所述第一转轴

在本实用新型的一实施例中，所述力反馈装置还包括磁性件和霍尔元件，所述霍尔元件和所述磁性件的其中之一设于所述固定支架，所述霍尔元件和所述磁性件的其中之另一设于所述扳机，所述磁性件用于在所述扳机的移动过程中与所述霍尔元件耦合，以触发所述霍尔元件。

本实用新型还提出一种电子设备，所述电子设备包括上述的力反馈装置。

本实用新型技术方案，采用了扳机通过连杆结构与驱动电机连接的结构，驱动马达通过连杆结构直接推作用于扳机，连杆结构可以将驱动电机的输出力放大一定的倍数传递到扳机上。当电机通正向电时，在用户按压扳机时得以使得驱动电机通过连杆结构传递的作用力具有阻碍扳机下压的趋势，从而产生力反馈作用；当电机通负向电时，在用户按压扳机时得以使得驱动电机通过连杆结构传递的作用力具有拉动扳机下压的趋势，从而产生力反馈作用；也就是说，通过对电机通不同波形的电控制电机的运行，可以在用户按压扳机过程中根据模拟场景需求产生对用户的不同程度的力反馈，以此便可完成与用户手指的交互行为，为用户提供更为优质的触觉反馈体验，从而满足用户对相关设备(例如各类操作手柄、玩具枪、虚拟现实设备、增强现实设备等)的感官要求。本实用新型由于连杆结构的放大作用，放大了力的传递，使得作用在扳机的力差范围增大，可以实现一定区间内任意力的输出，力反馈效果更加明显。同时，本实用新型驱动电机的作用力直接通过连杆结构传递至扳机，传动损耗减少，反馈清晰度和响应速度均得到提高，且结构紧凑简单，组装方便，占用空间更小。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，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为本实用新型力反馈装置一实施例的分解结构示意图；

图2为图1的装配示意图；

图3为图2中扳机处于初始位置时的结构示意图；

图4为图2中扳机处于终止位置时的结构示意图；

图5为图2的俯视图。

附图标号说明：

本实用新型的实现、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

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“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，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B为例”，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。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，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

针对背景技术所反映的技术问题，本实用新型提出一种力反馈装置，旨在提高反馈效果，以给用户提供更为优质的触觉反馈体验，从而满足用户对相关设备(例如各类操作手柄、玩具枪、虚拟现实设备、增强现实设备等)的感官要求。

下面将在具体实施例中对本实用新型提出的力反馈装置的具体结构进行说明：

在本实用新型实施例中，如图1、图2、图3、图4和图5所示，该力反馈装置，包括固定支架1、扳机2、驱动电机3以及连杆结构4，所述扳机2与所述固定支架1转动连接；所述驱动电机3设于所述固定支架1，并与所述扳机2间隔设置；所述连杆结构4的两端分别与所述扳机2和所述驱动电机3转动连接，所述驱动电机3驱动所述连杆结构4移动，以对所述扳机2提供作用力。

可以理解地，固定支架1可为扳机2和驱动电机3等提供稳定的安装基础；固定支架1既可以是为了安装扳机2和驱动电机3等而专门设置的独立于电子设备外壳的部件，也可以由电子设备的外壳充当。

扳机2，既可以是各类操作手柄(例如游戏手柄等)的按键，也可以是玩具枪的扳机2，还可以是虚拟现实设备(简称VR设备)的按键，亦或者是增强现实设备(简称AR设备)的按键。扳机2用于与用户的手指接触，以实现力反馈，具体地：扳机2具有初始位置和终止位置，扳机2具有相连接的固定端和移动端，扳机2的固定端与固定支架1转动连接，使得扳机2的移动端可绕固定端进行转动而发生位移，从而能够“弹起”至最高处而获得“初始位置”，或者“下压”至最低处而获得“终止位置”，进而使得扳机2可向用户的手指反馈作用力，或者撤销反馈在用户手指上的作用力，进而完成与用户的交互。

连杆结构4是一种刚性结构，能传递并放大驱动电机3输出的作用力。

驱动电机3，可通过控制通电的大小和方向控制驱动电机3输出的作用力的大小和方向。

本实施例的技术方案，采用了扳机2通过连杆结构4与驱动电机3连接的结构，驱动马达通过连杆结构4直接推作用于扳机2，连杆结构4可以将驱动电机3的输出力放大一定的倍数传递到扳机2上。当电机通正向电时，在用户按压扳机2时得以使得驱动电机3通过连杆结构4传递的作用力具有阻碍扳机2下压的趋势，从而产生力反馈作用；当电机通负向电时，在用户按压扳机2时得以使得驱动电机3通过连杆结构4传递的作用力具有拉动扳机2下压的趋势，从而产生力反馈作用；也就是说，通过对电机通不同波形的电控制电机的运行，可以在用户按压扳机2过程中根据模拟场景需求产生对用户的不同程度的力反馈；以此便可完成与用户手指的交互行为，为用户提供更为优质的触觉反馈体验，从而满足用户对相关设备(例如各类操作手柄、玩具枪、虚拟现实设备、增强现实设备等)的感官要求。本实用新型由于连杆结构4的放大作用，放大了力的传递，使得作用在扳机2的力差范围增大，可以实现一定区间内任意力的输出，力反馈效果更加明显。同时，本实用新型驱动电机3的作用力直接通过连杆结构4传递至扳机2，传动损耗减少，反馈清晰度和响应速度均得到提高，且结构紧凑简单，组装方便，占用空间更小。

本实施例中，所述驱动电机3的输出端做直线运动。可以理解的是，驱动电机3的输出端做直线运动，可确保连杆结构4以及扳机2的顺利移动，避免产生干涉。

在本实用新型的一实施例中，如图3和图4所示，所述驱动电机3为直驱电机。

直驱电机，直接驱动式电机的简称。主要指电机在驱动负载时，不需经过传动装置(如传动皮带等)。直驱电机具有静音、节能、平稳、动力强劲的特点。

可以理解的是，通过直驱电机驱动连杆结构4，可进一步减小传动损耗，提高反馈清晰度和响应速度，且构紧凑简单，组装方便，占用空间更小。同时，

在本实用新型的一实施例中，如图1、图2、图3和图4所示，所述连杆结构4为一个直杆，所述直杆的延伸方向与所述驱动电机3的输出端的移动方向呈夹角设置。

可以理解的是，连杆结构4采用单一直杆的结构，结构简单，组装方便，占用空间更小，且可减小传动损耗。同时直杆的延伸方向与驱动电机3的输出端的移动方向呈夹角，可降低扳机2和直杆安装位置的设计难度，可以确保扳机2的顺利转动，避免扳机2与连杆发生碰撞。

在本实用新型的一实施例中，如图1、图2、图3和图4所示，所述驱动电机3包括：

电机本体31，所述电机本体31设于所述固定支架1；

伸缩件32，所述伸缩件32可移动地设于所述电机本体31的输出端，所述电机本体31驱动所述伸缩件32做直线运动；所述伸缩件32与所述连杆结构4转动连接。

可以理解的是，通过电机本体31提供驱动力，以驱动伸缩件32靠近或远离所述电机本体31。伸缩件32移动的过程中可带动连杆结构4，也即对连杆结构4产生作用力。

在一些实施例中，扳机2移动至终止位置时，扳机2与伸缩件32抵接，伸缩件32可对扳机2起到限位作用。

在本实用新型的一实施例中，如图1、图2、图3和图4所示，所述伸缩件32面向所述电机本体31的一侧设有限位凸台321，所述伸缩件32可移动至所述限位凸台321与所述电机本体31抵接。

可以理解的是，伸缩件32朝向电机本体31移动至与限位凸台321抵接时，电机本体31对伸缩件32起到限位作用。

在本实用新型的一实施例中，如图1、图2、图3和图4所示，所述伸缩件32背离所述电机本体31的一侧设有连接凸台322，所述连接凸台322与所述连杆结构4转动连接。

可以理解的是，连接凸台322提供安装空间，可实现连杆结构4的快速组装。

在本实用新型的一实施例中，所述力反馈装置还包括电位器，所述电位器安装在所述固定支架1上；

所述伸缩件32上设有触发部，所述触发部用于在移动过程中触发所述电位器，所述电位器用于检测所述伸缩件32的位置。

可以理解地，伸缩件32在移动的过程中可以拨动电位器的拨杆，从而触发电位器，实现对伸缩件32位置的记录。即，通过电位器，便可对伸缩件32的移动情况予以监测，从而便于控制系统获知伸缩件32当前的位置信息，进而便于控制系统对驱动电机3的运行进行精确控制，实现更加精确的传动动作，实现限伸缩件32的更加精确的位置控制，实现扳机2的更加精确的力反馈输出，以为用户提供更为优质的触觉反馈体验。

需要说明的是，本实施例中的电位器是直滑式电位器，其拨杆的滑动方向与伸缩件32的滑动方向一致。并且，本实施例中，触发部包括两相对设置限位部，电位器的拨杆插设在两限位部之间。可以理解地，利用两限位部形成的夹持空间对电位器的拨杆进行限制，不仅可以实现双向的拨动，便于控制系统获知伸缩件32当前的位置信息；而且还可以使伸缩件32与电位器的配合稳定性得以提升，使控制系统获知的伸缩件32当前的位置信息更加准确，从而有利于实现伸缩件32的更加精确的位置控制，实现扳机2的更加精确的力反馈输出，以为用户提供更为优质的触觉反馈体验。

需要说明的是，电位器和电机均与控制系统连接。

在本实用新型的一实施例中，如图1、图2、图3和图5所示，所述扳机2还包括扳机本体21和扭簧22，所述扳机本体21与所述固定支架1转动连接，并与所述连杆结构4转动连接；所述扭簧22的两端分别与所述固定支架1和所述扳机本体21连接；所述扭簧22和所述连杆结构4连接于所述扳机本体21的同一侧。

可以理解的是，通过设置扭簧2222，并使扭簧2222的两端分别与扳机本体21和固定支架1连接，在用户按压本体21时得以使得扭簧22形变并产生弹性力，产生阻碍扳机本体21下压的趋势，从而产生力反馈作用。并且，扳机本体21转动的角度不同，扭簧22的弹性力也相应变化，从而得以在用户按压扳机本体21过程中根据按压程度产生对用户的不同程度的力反馈。

本实施例中，当电机未通电时，在用户按压扳机本体21时得以使得扭簧22形变并产生弹性力，产生阻碍扳机本体21下压的趋势，从而产生力反馈作用，也即，扳机本体21产生的力反馈作用仅来自于扭簧22的回复力。

当电机通正向电时，在用户按压扳机本体21时得以使得驱动电机3通过连杆结构4传递的作用力具有阻碍扳机本体21下压的趋势，从而产生力反馈作用，也即，扳机本体21产生的力反馈作用来自于扭簧22的回复力加上连杆结构4对扳机本体21的作用力，该连杆结构4对扳机本体21的作用力是放大后的驱动电机3的输出力；

当电机通负向电时，在用户按压扳机本体21时得以使得驱动电机3通过连杆结构4传递的作用力具有拉动扳机本体21下压的趋势，从而产生力反馈作用，也即，扳机本体21产生的力反馈作用来自于扭簧22的回复力减去连杆结构4对扳机本体21的作用力，该连杆结构4对扳机本体21的作用力是放大后的驱动电机3的输出力；

也就是说，本实施例可以实现(扭簧22的回复力±放大后的驱动电机3的输出力)区间内任意力的输出，力反馈效果更加明显。

在本实用新型的一实施例中，如图1、图2、图3、图4和图5所示，所述扳机本体21通过第一转轴5与所述固定支架1连接，所述扭簧22套设于所述第一转轴5。

可以理解的是，扭簧22和扳机本体21均通过第一转轴5与固定支架1连接，可以减小零部件的使用，简化结构，减小占用空间。

在本实用新型的一实施例中，如图1、图2、图3和图4图所示，连杆通过第二转轴6与扳机本体21转动连接，连杆通过第三转轴7与驱动电机3转动连接。

在本实用新型的一实施例中，所述力反馈装置还包括磁性件和霍尔元件，所述霍尔元件和所述磁性件的其中之一设于所述固定支架1，所述霍尔元件和所述磁性件的其中之另一设于所述扳机2，所述磁性件用于在所述扳机2的移动过程中与所述霍尔元件耦合，以触发所述霍尔元件。

可以理解的是，通过磁性件和霍尔元件的配合，便可对扳机2的转动情况予以监测，从而便于控制系统了解扳机2当前的位置信息，从而得以根据不同的使用模式和扳机2的位置信息控制驱动电机3的运行，以在扳机2的运动过程中与扳机2配合调整驱动电机3的输出力，进而改变扳机2转动过程中的反馈力，最终实现不同力的反馈状态，为用户提供更为优质的触觉反馈体验。同时，通过磁性件和霍尔元件的设置，得以通过扳机2的转动角度判断扭簧此时产生的弹性力的大小，从而控制驱动电机3的运行状态。

此外，可以理解地，霍尔元件即霍尔传感器；磁性件既可以是自身带有磁性的物质，例如永磁材料(具体可以是铝镍钴系永磁合金、铁铬钴系永磁合金、永磁铁氧体、稀土永磁材料、复合永磁材料等)，也可以是由软磁材料(具体可以是铁、铁合金、镍、镍合金、钴、钴合金等)配合线圈构成。

本实用新型还提出一种电子设备，所述电子设备包括上述的力反馈装置。该力反馈装置的具体结构参照前述实施例。由于本电子设备采用了前述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有前述所有实施例的全部技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。

可以理解地，电子设备可以是各类操作手柄(例如游戏手柄等)、虚拟现实设备、增强现实设备等。

以上所述仅为本实用新型的可选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的创造构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种力反馈装置，其特征在于，所述力反馈装置包括：

固定支架；

扳机，所述扳机与所述固定支架转动连接；

驱动电机，所述驱动电机设于所述固定支架，并与所述扳机间隔设置；以及

连杆结构，所述连杆结构的两端分别与所述扳机和所述驱动电机转动连接，所述驱动电机驱动所述连杆结构移动，以对所述扳机提供作用力。

2.如权利要求1所述的力反馈装置，其特征在于，所述驱动电机为直驱电机。

3.如权利要求1所述的力反馈装置，其特征在于，所述连杆结构为一个直杆，所述直杆的延伸方向与所述驱动电机的输出端的移动方向呈夹角设置。

4.如权利要求1所述的力反馈装置，其特征在于，所述驱动电机包括：

电机本体，所述电机本体设于所述固定支架；

伸缩件，所述伸缩件可移动地设于所述电机本体的输出端，所述电机本体驱动所述伸缩件做直线运动；所述伸缩件与所述连杆结构转动连接。

5.如权利要求4所述的力反馈装置，其特征在于，所述伸缩件面向所述电机本体的一侧设有限位凸台，所述伸缩件可移动至所述限位凸台与所述电机本体抵接；

且/或，所述伸缩件背离所述电机本体的一侧设有连接凸台，所述连接凸台与所述连杆结构转动连接。

6.如权利要求4所述的力反馈装置，其特征在于，所述力反馈装置还包括电位器，所述电位器安装在所述固定支架上；

所述伸缩件上设有触发部，所述触发部用于在移动过程中触发所述电位器，所述电位器用于检测所述伸缩件的位置。

7.如权利要求1至6中任一项所述的力反馈装置，其特征在于，所述扳机包括扳机本体和扭簧，所述扳机本体与所述固定支架转动连接，并与所述连杆结构转动连接；所述扭簧的两端分别与所述固定支架和所述扳机本体连接；所述扭簧和所述连杆结构连接于所述扳机本体的同一侧。

8.如权利要求7所述的力反馈装置，其特征在于，所述扳机本体通过第一转轴与所述固定支架连接，所述扭簧套设于所述第一转轴。

9.如权利要求1至6中任一项所述的力反馈装置，其特征在于，所述力反馈装置还包括磁性件和霍尔元件，所述霍尔元件和所述磁性件的其中之一设于所述固定支架，所述霍尔元件和所述磁性件的其中之另一设于所述扳机，所述磁性件用于在所述扳机的移动过程中与所述霍尔元件耦合，以触发所述霍尔元件。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括权利要求1至9中任意一项所述的力反馈装置。

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