CN108614639A - 用于虚拟现实的反馈手套 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于虚拟现实的反馈手套，包括：外骨骼手套、连杆机构、指套及驱动机构。所述外骨骼手套用于套设在小臂上。所述连杆机构与所述外骨骼手套可转动相连，所述连杆机构还与所述指套可转动相连。所述驱动机构与所述连杆机构传动相连，所述驱动机构用于驱动所述连杆机构。上述的用于虚拟现实的反馈手套，增设了连杆机构，并将外骨骼手套由手背转移到小臂上，即将外骨骼手套的在手背上的支撑点转移到小臂上，这样指套的自由度满足于手指本身的自由度，提升了产品性能。另外，手指在进行抓握动作时可将支撑力传递到小臂上而非手背上，这样可以使得手背无需受到与实际情况不符的作用力。

Description

用于虚拟现实的反馈手套

技术领域

本发明涉及一种手套，特别是涉及一种用于虚拟现实的反馈手套。

背景技术

传统的用于虚拟现实的反馈手套包括外骨骼手套、指套与微型气缸。外骨骼手套设置在手背上，微型气缸设置在外骨骼手套上并用来驱动指套动作，指套作用于手指时能模拟出手指在虚拟环境中的受力情况。然而，外骨骼手套设置在手背上时会导致指套的自由度小于手指本身所具有的自由度，使得实际穿戴体验与真实情况不符。

发明内容

基于此，有必要克服现有技术的缺陷，提供一种用于虚拟现实的反馈手套，它能够使得指套的自由度满足于手指本身的自由度，提升产品性能。

其技术方案如下：一种用于虚拟现实的反馈手套，包括：外骨骼手套，所述外骨骼手套用于套设在小臂上；连杆机构、指套，所述连杆机构与所述外骨骼手套可转动相连，所述连杆机构还与所述指套可转动相连；及驱动机构，所述驱动机构与所述连杆机构传动相连，所述驱动机构用于驱动所述连杆机构。

上述的用于虚拟现实的反馈手套，驱动机构驱动连杆机构动作时，连杆机构相应驱动指套使指套作用于手指，从而能够模拟出手指在虚拟环境中的受力情况。其次，增设了连杆机构，并将外骨骼手套由手背转移到小臂上，即将外骨骼手套的在手背上的支撑点转移到小臂上，这样指套的自由度满足于手指本身的自由度，提升了产品性能。另外，手指在进行抓握动作时可将支撑力传递到小臂上而非手背上，这样可以使得手背无需受到与实际情况不符的作用力。

进一步地，所述连杆机构包括第一转动杆、第二转动杆、第三转动杆、第四转动杆及连杆组件；所述第一转动杆分别与所述第二转动杆一端、所述第三转动杆一端可转动相连，所述第二转动杆另一端、所述第三转动杆另一端均与所述第四转动杆可转动相连；所述第四转动杆一端与所述指套可转动相连，所述第四转动杆另一端与所述连杆组件可转动相连；所述连杆组件还与所述指套可转动相连；所述第一转动杆一端可转动连接有第一转轴，所述第一转动杆另一端可转动连接有第二转轴，且所述第一转动杆能以所述第一转动杆的轴心为中心进行自转；所述第一转轴与所述驱动机构的驱动端可转动相连，所述第二转轴可转动地装设在所述外骨骼手套上。

进一步地，所述指套为食指指套、中指指套、无名指指套或者小拇指指套；所述指套包括依次转动连接的第一壳套、第二壳套与第三壳套；所述连杆组件包括第一连杆、第二连杆与第三连杆；所述第一连杆一端与所述第四转动杆相连，所述第一连杆另一端分别与所述第二连杆一端、所述第三连杆一端可转动相连；所述第二连杆另一端与所述第二壳套可转动相连，所述第三连杆另一端与所述第三壳套可转动相连，所述第四转动杆与所述第一壳套可转动相连。

进一步地，所述指套为大拇指指套，所述指套包括依次转动连接的第四壳套与第五壳套；所述连杆组件包括第四连杆；所述第四连杆一端与所述第四转动杆相连，所述第四连杆另一端所述第五壳套可转动相连；所述第四转动杆与所述第四壳套可转动相连。

进一步地，所述驱动机构包括位置输出机构、牵拉件、储油仓、滑块、油缸、油管与活塞杆；所述位置输出机构与所述牵拉件相连，所述牵拉件与所述滑块相连，所述滑块可滑动地设置在所述储油仓中，所述滑块与所述储油仓密封配合；所述油缸通过所述油管与所述储油仓相连通，所述活塞杆可移动地设置在所述油缸中，所述活塞杆一端设有与所述油缸密封配合的活塞头，所述活塞杆另一端用于与所述连杆机构传动相连。

进一步地，所述牵拉件包括弹性件及分别连接在所述弹性件两端的两个拉绳，其中一个所述拉绳与所述位置输出机构相连，另一个所述拉绳与所述滑块相连。

进一步地，所述的用于虚拟现实的反馈手套还包括两个以上阀门与两个以上支管，所述油缸、所述连杆机构及所述指套均为两个以上，所述支管、所述阀门、所述连杆机构、所述指套均与所述油缸一一相应设置，所述油管通过所述支管与所述油缸相连，所述阀门设置在所述支管上。

进一步地，所述外骨骼手套包括套体与导向板，所述套体一端与所述导向板相连，所述套体另一端与所述连杆机构可转动相连，所述套体用于套设在小臂上；所述位置输出机构、所述牵拉件、所述储油仓及所述油管均装设在所述导向板的板面上，所述油缸设置在所述套体上。

进一步地，所述的用于虚拟现实的反馈手套还包括振动发生器、力传感器、惯性导航仪及若干个陀螺仪传感器，所述振动发生器与所述力传感器布置在所述指套上；所述惯性导航仪及若干个所述陀螺仪传感器分布在所述指套、所述连杆机构及所述外骨骼手套上。

进一步地，所述的用于虚拟现实的反馈手套还包括控制器，所述控制器设置在外骨骼手套上，所述控制器与所述驱动机构电性连接。

附图说明

图1为本发明一实施例所述的用于虚拟现实的反馈手套未穿戴时的结构示意图；

图2为本发明一实施例所述的用于虚拟现实的反馈手套穿戴时的结构示意图；

图3为本发明一实施例所述的用于虚拟现实的反馈手套的俯视图；

图4为本发明一实施例所述的用于虚拟现实的反馈手套的仰视图；

图5为本发明一实施例所述的用于虚拟现实的反馈手套中连杆机构与指套的结构示意图；

图6为本发明一实施例所述的用于虚拟现实的反馈手套中连杆机构与指套的剖视图；

图7为本发明另一实施例所述的用于虚拟现实的反馈手套中连杆机构与指套的结构示意图；

图8为本发明另一实施例所述的用于虚拟现实的反馈手套中连杆机构与指套的剖视图；

图9为本发明另一实施例所述的用于虚拟现实的反馈手套中驱动机构装设在外骨骼手套的示意图；

图10为本发明一实施例所述的用于虚拟现实的反馈手套中驱动机构的示意图；

图11为本发明一实施例所述的用于虚拟现实的反馈手套中驱动机构的剖视示意图。

附图标记：

10、外骨骼手套，11、套体，12、导向板，13、定滑轮，20、连杆机构，21、第一转动杆，22、第二转动杆，23、第三转动杆，24、第四转动杆，25、第一转轴，26、第二转轴，27、第一连杆，28、第二连杆，29、第三连杆，291、第四连杆，30、指套，31、第一壳套，32、第二壳套，33、第三壳套，34、第四壳套，35、第五壳套，40、驱动机构，41、位置输出机构，42、牵拉件，421、弹性件，422、拉绳，43、储油仓，44、滑块，45、油缸，46、油管，47、活塞杆，471、活塞头，48、阀门，49、支管，50、振动发生器，60、力传感器，70、惯性导航仪，80、陀螺仪传感器，90、控制器。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要理解的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在中间元件。相反，当元件为称作“直接”与另一元件连接时，不存在中间元件。

在一个实施例中，请参阅图1、图2、图3或图4，一种用于虚拟现实的反馈手套，包括：外骨骼手套10、连杆机构20、指套30及驱动机构40。所述外骨骼手套10用于套设在小臂上。所述连杆机构20与所述外骨骼手套10可转动相连，所述连杆机构20还与所述指套30可转动相连。所述驱动机构40与所述连杆机构20传动相连，所述驱动机构40用于驱动所述连杆机构20。

上述的用于虚拟现实的反馈手套，驱动机构40驱动连杆机构20动作时，连杆机构20相应驱动指套30使指套30作用于手指，从而能够模拟出手指在虚拟环境中的受力情况。其次，增设了连杆机构20，并将外骨骼手套10由手背转移到小臂上，即将外骨骼手套10的在手背上的支撑点转移到小臂上，这样指套30的自由度满足于手指本身的自由度，提升了产品性能。另外，手指在进行抓握动作时可将支撑力传递到小臂上而非手背上，这样可以使得手背无需受到与实际情况不符的作用力。

此外，进一步地，请参阅图5至图8中任意一幅，所述连杆机构20包括第一转动杆21、第二转动杆22、第三转动杆23、第四转动杆24及连杆组件。所述第一转动杆21分别与所述第二转动杆22一端、所述第三转动杆23一端可转动相连。所述第二转动杆22另一端、所述第三转动杆23另一端均与所述第四转动杆24可转动相连。所述第四转动杆24一端与所述指套30可转动相连，所述第四转动杆24另一端与所述连杆组件可转动相连。所述连杆组件还与所述指套30可转动相连。所述第一转动杆21一端可转动连接有第一转轴25，所述第一转动杆21另一端可转动连接有第二转轴26，且所述第一转动杆21能以所述第一转动杆21的轴心为中心进行自转。所述第一转轴25与所述驱动机构40的驱动端可转动相连，所述第二转轴26可转动地装设在所述外骨骼手套10上。

如此，连杆机构20位于手背正上方，能够将手指按压指套30的作用力传递到驱动机构40的驱动端，且不会接触作用于手背。另外，请对比参阅图3与图4，由于第一转动杆21能以所述第一转动杆21的轴心为中心进行自转，这样手指不仅带动指套30能弯曲伸展，还能够带动指套30左右活动张开，用于虚拟现实的反馈手套灵活性较好。具体地，第一转动杆21与第四转动杆24长度相等，第二转动杆22与第三转动杆23长度相等。这样，第一转动杆21、第二转动杆22、第三转动杆23及第四转动杆24相应组成平行四边形结构。

在一个实施例中，请再参阅图5及图6，所述指套30为食指指套30、中指指套30、无名指指套30或者小拇指指套30。所述指套30包括依次转动连接的第一壳套31、第二壳套32与第三壳套33。所述连杆组件包括第一连杆27、第二连杆28与第三连杆29。所述第一连杆27一端与所述第四转动杆24相连，所述第一连杆27另一端分别与所述第二连杆28一端、所述第三连杆29一端可转动相连。所述第二连杆28另一端与所述第二壳套32可转动相连，所述第三连杆29另一端与所述第三壳套33可转动相连，所述第四转动杆24与所述第一壳套31可转动相连。如此，第一壳套31、第二壳套32、第三壳套33能够分别装设在食指、中指、无名指或小拇指的三个关节外，能对食指、中指、无名指或小拇指的三个关节分别施加作用力，能较好地模拟出手指在虚拟环境中的受力情况。

在另一个实施例中，请参阅图7及图8，所述指套30为大拇指指套30，所述指套30包括依次转动连接的第四壳套34与第五壳套35。所述连杆组件包括第四连杆291。所述第四连杆291一端与所述第四转动杆24相连，所述第四连杆291另一端所述第五壳套35可转动相连。所述第四转动杆24与所述第四壳套34可转动相连。如此，第四壳套34、第五壳套35能够分别装设在大拇指的两个关节外，能对大拇指的两个关节分别施加作用力，能较好地模拟出手指在虚拟环境中的受力情况。

进一步地，请一并参阅图9、图10及图11，所述驱动机构40包括位置输出机构41、牵拉件42、储油仓43、滑块44、油缸45、油管46与活塞杆47。所述位置输出机构41与所述牵拉件相连，能转动缠绕、拉动或反向松开所述牵拉件42。具体地，所述位置输出机构41为电机、舵机或直线移动机构。所述牵拉件42与所述滑块44相连，具体地，所述牵拉件42为弹性牵拉件42。所述滑块44可滑动地设置在所述储油仓43中，所述滑块44与所述储油仓43密封配合。所述油缸45通过所述油管46与所述储油仓43相连通。所述活塞杆47可移动地设置在所述油缸45中，所述活塞杆47一端设有与所述油缸45密封配合的活塞头471，所述活塞杆47另一端用于与所述连杆机构20传动相连。如此，位置输出机构41转动缠绕牵拉件42时，牵拉件42带动储油仓43内的滑块44移动，滑块44移动过程中将油缸45中的液压油通过油管46抽送到储油仓43中，液压油使得活塞杆47收缩动作，活塞杆47便相应拉动指套30，指套30作用于手指能模拟出手指在虚拟环境中的受力情况。如此可见，无需采用管道连接到气源装置，这样能便于穿戴后移动行走。

进一步地，所述牵拉件42包括弹性件421及分别连接在所述弹性件421两端的两个拉绳422。其中一个所述拉绳422与所述位置输出机构41相连，另一个所述拉绳422与所述滑块44相连。具体地，弹性件421为弹簧或弹性绳。此外，牵拉件42也可以整体为弹性绳。如此，在滑块44固定状态时，由于牵拉件42能够发生弹性伸缩，这样位置输出机构41能继续转动动作拉伸牵拉件42，从而能实现调控储油仓43内部压力，这样便能配合模拟出手指特定姿态下的不同大小的受力。

进一步地，所述的用于虚拟现实的反馈手套还包括两个以上阀门48与两个以上支管49。所述油缸45、所述连杆机构20及所述指套30均为两个以上。所述支管49、所述阀门48、所述连杆机构20、所述指套30均与所述油缸45一一相应设置。所述油管46通过所述支管49与所述油缸45相连，所述阀门48设置在所述支管49上。如此，两个以上油缸45能够分别与两个以上指套30传动相连，能驱动两个以上指套30动作，这样便无需设置两套以上位置输出机构41与储油仓43，从而能够使得结构简化并节省电力。另外，通过调节阀门48开度大小来调节进入到油缸45中液压油的流速，这样手指的受力通过相应的阀门48单独进行控制，不同手指的受力状态不同，能实现模拟手指在各种姿态下的受力情况。具体地，阀门48为电控阀门48。油缸45、连杆机构20、指套30、阀门48与支管49的数量可以根据手指的数量均设置为5个，这样虚拟现实力反馈手套的拉力机构便能够同步控制模拟5个手指的受力情况。此外，油缸45、连杆机构20、指套30、阀门48与支管49的数量也可以均设置为3个，这样虚拟现实力反馈手套的拉力机构便能够同步控制模拟3个手指的受力情况。

进一步地，所述外骨骼手套10包括套体11与导向板12。所述套体11一端与所述导向板12相连，所述套体11另一端与所述连杆机构20可转动相连，所述套体11用于套设在小臂上。所述位置输出机构41、所述牵拉件42、所述储油仓43及所述油管46均装设在所述导向板12的板面上，所述油缸45设置在所述套体11上。如此，经导向板12导向，手便于***到套体11中，穿戴方便。另外，可以将位置输出机构41、牵拉件42、储油仓43、油管46、支管49及阀门48装设到导向板12的板面上，在套体11的上表面上方设置油缸45。为了节省导向板12板面空间，可以在导向板12板面上设置定滑轮13，牵拉件42绕过定滑轮13后分别连接位置输出机构41与滑块44。

进一步地，请再参阅图1、图2、图4及图6，所述的用于虚拟现实的反馈手套还包括振动发生器50、力传感器60、惯性导航仪70及若干个陀螺仪传感器80。所述振动发生器50与所述力传感器60布置在所述指套30上。所述惯性导航仪70及若干个所述陀螺仪传感器80分布在所述指套30、所述连杆机构20及所述外骨骼手套10上。如此，可以通过调整震动频率及震动强度来模拟手指触碰，可以通过力传感器60来感应手指的受力大小。通过惯性导航仪70可以检测到用于虚拟现实的反馈手套所在空间位置，通过惯性导航仪70及若干个陀螺仪传感器80能够获取到手指姿态信息与手指位置信息，对手指姿态与手指位置进行实时反馈，进而实现位置全闭环控制。

进一步地，所述的用于虚拟现实的反馈手套还包括控制器90。所述控制器90设置在外骨骼手套10上，所述控制器90与所述驱动机构40电性连接。具体地，控制器90分别与阀门48、位置输出机构41电性连接。

此外，控制器90还分别与振动发生器50、力传感器60、惯性导航仪70及陀螺仪传感器80电性连接。控制器90采用无线方式与上位机进行通讯。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种用于虚拟现实的反馈手套,其特征在于，包括：

外骨骼手套，所述外骨骼手套用于套设在小臂上；

连杆机构、指套，所述连杆机构与所述外骨骼手套可转动相连，所述连杆机构还与所述指套可转动相连；及

驱动机构，所述驱动机构与所述连杆机构传动相连，所述驱动机构用于驱动所述连杆机构。

2.根据权利要求1所述的用于虚拟现实的反馈手套，其特征在于，所述连杆机构包括第一转动杆、第二转动杆、第三转动杆、第四转动杆及连杆组件；所述第一转动杆分别与所述第二转动杆一端、所述第三转动杆一端可转动相连，所述第二转动杆另一端、所述第三转动杆另一端均与所述第四转动杆可转动相连；所述第四转动杆一端与所述指套可转动相连，所述第四转动杆另一端与所述连杆组件可转动相连；所述连杆组件还与所述指套可转动相连；所述第一转动杆一端可转动连接有第一转轴，所述第一转动杆另一端可转动连接有第二转轴，且所述第一转动杆能以所述第一转动杆的轴心为中心进行自转；所述第一转轴与所述驱动机构的驱动端可转动相连，所述第二转轴可转动地装设在所述外骨骼手套上。

3.根据权利要求2所述的用于虚拟现实的反馈手套，其特征在于，所述指套为食指指套、中指指套、无名指指套或者小拇指指套；所述指套包括依次转动连接的第一壳套、第二壳套与第三壳套；所述连杆组件包括第一连杆、第二连杆与第三连杆；所述第一连杆一端与所述第四转动杆相连，所述第一连杆另一端分别与所述第二连杆一端、所述第三连杆一端可转动相连；所述第二连杆另一端与所述第二壳套可转动相连，所述第三连杆另一端与所述第三壳套可转动相连，所述第四转动杆与所述第一壳套可转动相连。

4.根据权利要求2所述的用于虚拟现实的反馈手套，其特征在于，所述指套为大拇指指套，所述指套包括依次转动连接的第四壳套与第五壳套；所述连杆组件包括第四连杆；所述第四连杆一端与所述第四转动杆相连，所述第四连杆另一端所述第五壳套可转动相连；所述第四转动杆与所述第四壳套可转动相连。

5.根据权利要求1所述的用于虚拟现实的反馈手套，其特征在于，所述驱动机构包括位置输出机构、牵拉件、储油仓、滑块、油缸、油管与活塞杆；

所述位置输出机构与所述牵拉件相连，所述牵拉件与所述滑块相连，所述滑块可滑动地设置在所述储油仓中，所述滑块与所述储油仓密封配合；

所述油缸通过所述油管与所述储油仓相连通，所述活塞杆可移动地设置在所述油缸中，所述活塞杆一端设有与所述油缸密封配合的活塞头，所述活塞杆另一端用于与所述连杆机构传动相连。

6.根据权利要求5所述的用于虚拟现实的反馈手套，其特征在于，所述牵拉件包括弹性件及分别连接在所述弹性件两端的两个拉绳，其中一个所述拉绳与所述位置输出机构相连，另一个所述拉绳与所述滑块相连。

7.根据权利要求5所述的用于虚拟现实的反馈手套，其特征在于，还包括两个以上阀门与两个以上支管，所述油缸、所述连杆机构及所述指套均为两个以上，所述支管、所述阀门、所述连杆机构、所述指套均与所述油缸一一相应设置，所述油管通过所述支管与所述油缸相连，所述阀门设置在所述支管上。

8.根据权利要求5所述的用于虚拟现实的反馈手套，其特征在于，所述外骨骼手套包括套体与导向板，所述套体一端与所述导向板相连，所述套体另一端与所述连杆机构可转动相连，所述套体用于套设在小臂上；所述位置输出机构、所述牵拉件、所述储油仓及所述油管均装设在所述导向板的板面上，所述油缸设置在所述套体上。

9.根据权利要求1所述的用于虚拟现实的反馈手套，其特征在于，还包括振动发生器、力传感器、惯性导航仪及若干个陀螺仪传感器，所述振动发生器与所述力传感器布置在所述指套上；所述惯性导航仪及若干个所述陀螺仪传感器分布在所述指套、所述连杆机构及所述外骨骼手套上。

10.根据权利要求1至9任意一项所述的用于虚拟现实的反馈手套，其特征在于，还包括控制器，所述控制器设置在外骨骼手套上，所述控制器与所述驱动机构电性连接。