CN106774905A - 反作用力模拟手套 - Google Patents

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Abstract

一种反作用力模拟手套，包括一手套、多个致动器、多个活动板以及多个关节限位装置。手套具有一手指部以及一手掌部。致动器设置于手指部及手掌部，致动器朝向手套内部提供一作用力，以回应一触感信号。活动板设置于手指部。关节限位装置分别包括一关节枢接轴、一调整件以及一驱动器，关节枢接轴连接于相邻两个活动板，调整件连接于驱动器且套设在关节枢接轴上，驱动器控制调整件与关节枢接轴之间的松紧度，以限制关节枢接轴的旋转角度。

Description

反作用力模拟手套
技术领域
本发明是有关于一种手套，且特别是有关于一种反作用力模拟手套。
背景技术
在虚拟游戏中，使用者对虚拟物体的触觉回馈大多通过体感震动器或超音波震动器来模拟触觉，但超音波产生的震波容易伤害人体且触感微弱，而体感震动器仅能模拟触碰时产生的震动，但无法模拟使用者以手握持虚拟物体时的力回馈。以至于使用者无法完全沉浸在虚拟游戏当中，得到更多的乐趣。
发明内容
本发明有关于一种反作用力模拟手套，其内部设有多个致动器以及多个关节限位装置，能将对虚拟物体的触感信号反馈给使用者，并能通过关节弯曲的程度来模拟使用者握持虚拟物体时的手部姿态。
根据本发明的一方面，提出一种反作用力模拟手套，包括一手套、多个致动器、多个活动板以及多个关节限位装置。手套具有一手指部以及一手掌部。致动器设置于手指部及手掌部，致动器朝向手套内部提供一作用力，以回应一触感信号。活动板设置于手指部。关节限位装置分别包括一关节枢接轴、一调整件以及一驱动器，关节枢接轴连接于相邻两个活动板，调整件连接于驱动器且套设在关节枢接轴上，驱动器控制调整件与关节枢接轴之间的松紧度，以限制关节枢接轴的旋转角度。
为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
附图说明
图1绘示依照本发明一实施例的反作用力模拟手套内部的局部示意图。图2绘示依照本发明一实施例的反作用力模拟手套的外观示意图。
图3绘示手套内部的关节限位装置的示意图。
图4绘示手指关节限位装置的作动示意图。
图5绘示关节限位装置的立体结构图。
图6绘示反作用力模拟手套应用于虚拟实境***中的方块图。
【符号说明】
10：手指
11：关节部分
100：反作用力模拟手套
110：手套
111：手指部
112：手掌部
120：致动器
121：压力片
122：压力阀
123：阀座
124：阀杆
142：虚拟影像检测器
126：震动器
133：关节枢接轴
134：调整件
135：驱动器
136：螺丝
137：压盘
138：马达
139：压力泵
144：角度检测器
150：虚拟实境***
F：作用力
St：触感信号
Sa：反应信号
S1：力回馈信号
S2：力反应信号
S3：关节角度信号
具体实施方式
以下提出实施例进行详细说明，实施例仅用以作为范例说明，并非用以限缩本发明欲保护的范围。
请参照图1及图2，依照本发明一实施例的反作用力模拟手套100包括一手套110以及多个致动器120，致动器120设置在手套本体的手指部111及手掌部112。使用者的五根手指及手掌可分别***手套的五个手指部111及手掌部112中，并与致动器120接触，如图1所示。致动器120分布的位置可在每个手指部111的三个小节的指腹上以及手掌部112的掌心及/或手掌周围区域上，其数量不限，致动器120的数量越多，分布的范围越广，手指10能感受到的触感越明显，也越精确。
请参照图1及2，致动器120包括分布在手指部111及手掌部112内部的多个压力片121以及连接此些压力片121的多个压力阀122，此些压力阀122根据使用者的手指或手掌触碰一虚拟物件时对应产生的触感信号，提供一作用力F至相对应的压力片121。压力片121例如为矩形或圆形，其大小可依照区域不同而改变，例如设置在手掌部112的压力片121的面积可大于设置在手指部111的压力片121的面积。当使用者穿戴手套110时，压力片121用以接触(直接接触或间接接触)使用者的手指或手掌，并可朝向使用者的手指或手掌的部位移动而向内挤压到使用者的手指或手掌，以产生一实体触感。
在一实施例中，压力片121可为刚性的金属片或塑胶片，例如是铁片或压克力片，压力片121也可以是软性的材料，例如是硅胶片或气囊。刚性的材质对手部产生的实体触感可模拟使用者触摸到的虚拟物体为刚性，而软性的材质对手部产生的实体触感可模拟使用者触摸到的虚拟物体为软性，以体验不同的触觉感受。
上述的压力阀122可为以气泵驱动的气压阀或是以电磁线圈驱动的电磁阀，本发明不以此为限。在一实施例中，压力阀122可包括一阀座123以及一阀杆124，阀杆124设置在阀座123内，且阀杆124的一端连接压力片121。在一实施例中，当阀座123的进气管路开启，且阀座123的泄气管路关闭时，阀杆124受到加压气体推动而移动并朝向手套内部提供一作用力F至压力片121，以使使用者的手指或手掌受到压力片121挤压。此外，当阀座123的进气管路关闭，且阀座123的泄气管路开启时，加压气体被释放，且阀杆124不再受到加压气体推动因而被回弹至原点。因此，本实施例的致动器120可通过阀杆124的运动而持续或间续提供一作用力F至使用者的手指或手掌，以回应一触感信号。
例如，在图6的虚拟实境***150中或扩增实境***中，反作用力模拟手套100包括一压力给予装置，也就是提供压力的致动器120等相关组件。当以使用者的手指或手掌触碰或推动一虚拟物件时，虚拟影像检测器142根据使用者的手部姿态对应产生一触感信号St。接着，虚拟影像检测器142将触感信号传输给信号处理器140，再根据触感信号产生一力回馈信号S1至致动器120，以提供所需的作用力F。
或是，当以使用者的手指或手掌握持或接到一虚拟物件时，信号处理器140也能根据触感信号St产生一力回馈信号S1至致动器120，以提供所需的作用力F。
此外，上述的作用力F不限定为压力阀122提供的压力，亦可包括由震动器提供的震动力。请参照图6，反作用力模拟手套100更可包括至少一个震动器126，其设置于手套内部或表面。以打击游戏或射击游戏为例，当以使用者的手部握持一虚拟物件(例如棒球或***)并进行挥棒或射击动作时，虚拟影像检测器142根据使用者的手部姿态对应产生一触感信号St及一反应信号Sa(例如挥棒反应或射击反应信号)。接着，虚拟影像检测器142将触感信号St及反应信号Sa传输给信号处理器140，再根据触感信号St及反应信号Sa分别产生一力回馈信号S1及一力反应信号S2至致动器120与震动器126，以提供所需的作用力(包含压力及震动力)。
接着，请参照图3、4及5，依照本发明一实施例的反作用力模拟手套100更包括多个活动板130以及多个关节限位装置132，每个关节限位装置132对应位于使用者的手指10关节部分11的两侧。为方便说明，第3、4及5图仅示意性地绘示设置于其中一手指部111上的关节限位装置132，其包括一关节枢接轴133、一调整件134以及一驱动器135。关节枢接轴133连接于相邻两个活动板130。驱动器135例如是马达138，其可设置在关节枢接轴133中。调整件134例如为螺丝136或卡榫，其套设在关节枢接轴133上并与驱动器135连接。此外，关节限位装置132还可包括一角度检测器144，例如设置在活动板130上，用以检测关节枢接轴133相对于活动板130的旋转角度，并将旋转角度的信号传输至驱动器135。
请参照图4及5，当角度检测器144检测到关节枢接轴133的旋转角度符合一预定角度(例如二活动板130之间夹120度或150度)时，驱动器135带动螺丝136旋转并使螺丝136与关节枢接轴133处于紧压状态，以使螺丝136与关节枢接轴133之间因为摩擦力增加而止动。当驱动器135带动调整件134反向旋转并使螺丝136与关节枢接轴133处于释放状态时，螺丝136与关节枢接轴133之间因为摩擦力减少而可自由转动。因此，驱动器135可通过控制螺丝136与关节枢接轴133之间的松紧度，以限制关节枢接轴133的旋转角度，进而限制使用者的手指10关节部分11的弯曲程度或角度。
除了采用螺丝136旋紧或放松之外，调整件134亦可为具有摩擦片的压盘137(或煞车盘)，而驱动器135例如是压力泵139或电磁线圈，用以驱动压盘137并使压盘137与关节枢接轴133处于紧压状态，以使压盘137与关节枢接轴133之间因为摩擦力增加而止动。当驱动器135带动压盘137反向移动并使压盘137与关节枢接轴133处于释放状态时，压盘137与关节枢接轴133之间因为摩擦力减少而可自由转动。因此，驱动器135可通过控制压盘137与关节枢接轴133之间的松紧度，以限制关节枢接轴133的旋转角度，进而限制使用者的手指关节部分的弯曲程度或角度。
请参照图6，在虚拟实境***150中或扩增实境***中，反作用力模拟手套100更包括一关节限位装置132。当以使用者的手指或手掌握持一虚拟物件时，虚拟影像检测器142检测使用者的手部动作及虚拟物件的形状，并将影像数据传输给信号处理器140。接着，信号处理器140根据影像数据产生一关节角度信号S3至驱动器135，并以驱动器135控制调整件134与关节枢接轴133之间的松紧度，以限制关节枢接轴133的旋转角度，进而限制使用者的手指10关节部分11的弯曲程度或角度。例如，当使用者握持一虚拟物件(例如球棒或***)时，手指关节部分的姿态被关节限位装置132固定在特定角度，以模拟使用者的手指握持虚拟物件时的弯曲程度或角度。
本发明上述实施例所揭露的反作用力模拟手套，利用设置于所述手指部及所述手掌部上的致动器提供压力，以模拟使用者的手指或手掌触碰一虚拟物件时对应产生的触感信号，以及利用设置在手指部上的关节限位装置，控制所述调整件与所述关节枢接轴之间的松紧度，以模拟使用者的手指握持一虚拟物件时手指关节部分的弯曲程度或角度。因此，使用者能感觉如同触碰或握持真实物件一样并沉浸在虚拟游戏当中，以增加沉浸感和真实感。
综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明的本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (10)

1.一种反作用力模拟手套，其特征在于，包括：
一手套，具有一手指部以及一手掌部；
多个致动器，设置于所述手指部及所述手掌部，所述多个致动器朝向所述手套内部提供一作用力，以回应一触感信号；
多个活动板，设置于所述手指部；以及
多个关节限位装置，分别包括一关节枢接轴、一调整件以及一驱动器，所述关节枢接轴连接于相邻两个活动板，所述调整件连接于所述驱动器且套设在所述关节枢接轴上，所述驱动器控制所述调整件与所述关节枢接轴之间的松紧度，以限制所述关节枢接轴的旋转角度。
2.如权利要求1所述的反作用力模拟手套，其特征在于，所述多个致动器包括分布在所述手指部及所述手掌部内部的多个压力片以及连接所述多个压力片的多个压力阀，所述多个压力阀根据使用者的手指或手掌触碰一虚拟物件时对应产生的所述触感信号，提供所述作用力至所述多个压力片。
3.如权利要求2所述的反作用力模拟手套，其特征在于，所述多个压力片用以接触所述使用者的手指或手掌，并可朝向所述使用者的手指或手掌的部位移动而向内挤压到所述使用者的手指或手掌，以产生一实体触感。
4.如权利要求3所述的反作用力模拟手套，其特征在于，所述多个压力片为刚性材质，其产生的所述实体触感用以模拟所述使用者触摸到的所述虚拟物体为刚性。
5.如权利要求4所述的反作用力模拟手套，其特征在于，所述述多个压力片为金属片或塑胶片。
6.如权利要求3所述的反作用力模拟手套，其特征在于，所述多个压力片为软性材质，其产生的所述实体触感用以模拟所述使用者触摸到的所述虚拟物体为软性。
7.如权利要求6所述的反作用力模拟手套，其特征在于，所述多个压力片为软性的硅胶片或气囊。
8.如权利要求1所述的反作用力模拟手套，其特征在于，所述驱动器控制所述调整件与所述关节枢接轴处于紧压状态时，所述调整件与所述关节枢接轴之间因为摩擦力增加而止动；当所述调整件与所述关节枢接轴处于释放状态时，所述调整件与所述关节枢接轴之间因为摩擦力减少而可自由转动。
9.如权利要求8所述的反作用力模拟手套，其特征在于，所述调整件为螺丝或压盘。
10.如权利要求8所述的反作用力模拟手套，其特征在于，更包括一角度检测器，用以检测所述关节枢接轴的旋转角度，且所述驱动器根据检测到的旋转角度是否符合一预定角度，控制所述调整件与所述关节枢接轴之间的松紧度。
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