CN110794953A - 使用仿生韧带的触觉回馈*** - Google Patents

使用仿生韧带的触觉回馈*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种应用于虚拟现实的触觉回馈***，其包括集线装置、回馈点穿戴装置组、仿生韧带组、动力装置，以及微控制单元。回馈点穿戴装置组包括多个穿戴装置，由用户穿戴在多个回馈部位。仿生韧带组包括多条仿生韧带，其第一端固定在一相对应回馈点穿戴装置，而其第二端收纳在集线装置内。动力装置用来对多条仿生韧带施加多组拉力。微控制单元用来根据虚拟现实情境来指示动力装置调整多组拉力的值，进而对每一回馈部位提供相对应的触觉回馈。因此，本发明虚拟现实触觉回馈***使用重量轻盈的仿生韧带，不会因为汗水而影响施加触觉回馈的准确度，也不会对用户的身体造成任何伤害。

Description

使用仿生韧带的触觉回馈***
技术领域
本发明涉及一种触觉回馈***，尤其涉及一种使用仿生韧带的虚拟现实触觉回馈***。
背景技术
虚拟现实(virtual reality,VR)是利用计算机技术仿真出一个立体且高拟真的三维空间，当用户穿戴特殊显示设备进入后，会产生好像处在现实中的错觉。在这虚拟现实空间中，操作者可以和虚拟对象或其他玩家互动。
除了虚拟现实头戴装置外，有厂商更推出虚拟现实手套，旨在以更精准手势辨识来取代手把操作控制。另一方面，为了模拟虚拟现实游戏中开枪后座力、提取物品的重量，或赛车时方向盘的回馈力道等情境，有厂商使用肌电流(electrical musclestimulation,EMS)技术来提供虚拟现实触觉回馈。肌电流的原理类似医疗应用中的电疗，利用导电贴片给予肌肉一定程度的刺激产生肌肉收缩的行为，例如当用户在虚拟现实世界中拿取重物时，控制器即发出指令刺激虚拟现实手套中的特定电极以刺激特定区域肌纤维收缩，如此用户便可得到被重物拉扯的触觉回馈。然而，肌电流技术应用在虚拟现实领域有其局限，除了汗水容易造成电极贴片与肌肤之间导电能力改变而影响准确度外，电极贴片的材质对有些人会造成不舒适的过敏反应。此外，由于用户多半会长时间进行虚拟现实游戏，频繁地以肌电流技术来提供触觉回馈可能会对肌肉造成灼伤，对身上有安装植入式心脏去颤器(implantable defibrillator,ICD)等医疗仪器的用户也可能导致意外发生。
发明内容
鉴于上述现有技术的问题，本发明的目的在于提供一种重量轻盈。不会因为汗水而影响施加触觉回馈的准确度，以及不会对用户的身体造成任何伤害的触觉回馈***。
为达到上述目的，本发明公开一种使用仿生韧带的触觉回馈***，其包括一集线装置、一回馈点穿戴装置组、一仿生韧带组、一动力装置，以及一微控制单元。所述回馈点穿戴装置组包括一回馈点穿戴装置，由一用户穿戴在一回馈部位。所述仿生韧带组包括一仿生韧带，其第一端固定在所述回馈点穿戴装置，而其第二端收纳在所述集线装置内。所述动力装置用来对所述仿生韧带施加一拉力。所述微控制单元用来根据一虚拟现实情境来指示所述动力装置调整所述拉力的值，进而对所述回馈部位提供一触觉回馈。
附图说明
图1为本发明实施例中一种应用于虚拟现实的触觉回馈***的功能方块图。
图2至图4为本发明实施例中触觉回馈***实作方式的示意图。
图5为本发明实施例中触觉回馈***中各装置链接方式的示意图。
图6为本发明实施例中用户在虚拟现实应用中可能手部动作的示意图。
图7和图8为本发明实施例中中继穿戴装置组实作方式的示意图。
其中，附图标记说明如下：
5 套管
6 缝线
10 仿生韧带组
11～18 仿生韧带
20 回馈点穿戴装置组
21 左腕套
22 右腕套
23 左踝套
24 右踝套
30 中继穿戴装置组
31 左手肘套
32 右手肘套
40 光学尺
50 动力装置
60 集线装置
70 微控制单元
100 触觉回馈***
S1～S3 箭头
具体实施方式
图1为本发明实施例中一种应用于虚拟现实的触觉回馈***100的功能方块图。触觉回馈***100包括一仿生韧带(bionic tendon)组10、回馈点穿戴装置组20、一中继穿戴装置组30、一光学尺40、一动力装置50、一集线装置60，以及一微控制单元(microcontroller unit,MCU)70。
回馈点穿戴装置组20可包括多个穿戴装置，由用户穿戴在身上不同回馈部位。仿生韧带组10包括多条仿生韧带，每一仿生韧带的第一端固定在回馈点穿戴装置组20中一相对应的穿戴装置，第二端收纳在集线装置60内。根据虚拟现实的情境，微控制单元70可指示动力装置50去拉扯或放松仿生韧带组10中相对应仿生韧带，搭配不同的频率和力道的拉力便可让用户在身体不同部位感觉到震动/冲击/重量等触觉回馈。中继穿戴装置组30包括多个中继穿戴装置，分别由用户穿戴在身上的不同回馈部位和集线装置60之间，用来让仿生韧带组10能与人体紧贴而不会脱离，但又不会影响到拉扯或放松仿生韧带的过程。在特定拉力下，光学尺40可记录动力装置50和仿生韧带组10之间的受力状态，以让微控制单元70判断用户目前的动作。
在本发明实施例中，回馈点穿戴装置组20可包括腕套、踝套、或胸带等穿戴装置，而中继穿戴装置组30可包括膝套或肘套等穿戴装置。然而，回馈点穿戴装置组20和中继穿戴装置组30的类型并不限定本发明的范畴。
图2至图4为本发明实施例中触觉回馈***100实作方式的示意图。图2显示了用户穿戴触觉回馈***100时的正面图，图3显示了用户穿戴触觉回馈***100时的背面图，而图5显示了用户穿戴触觉回馈***100时的侧面图。
在图2至图4所示的实施例中，仿生韧带组10包括仿生韧带11～18，回馈点穿戴装置组20包括一左腕套21、一右腕套22、一左踝套23、一右踝套24，以及一胸带25，而中继穿戴装置组30包括一左手肘套31和一右手肘套32。集线装置60可实作成一后背包，并能收纳光学尺40、动力装置50和微控制单元70(未显示于图2至图4)。
图5为本发明实施例中触觉回馈***100中各装置链接方式的示意图。仿生韧带11～12的第一端固定于左腕套21，中央部分穿过左手肘套31，而第二端收纳在集线装置60内。仿生韧带13～14的第一端固定于右腕套22，中央部分穿过右手肘套32，而第二端收纳在集线装置60内。仿生韧带15的第一端固定于左踝套23，而第二端收纳在集线装置60内。仿生韧带16的第一端固定于右踝套24，而第二端收纳在集线装置60内。当动力装置50以不同的频率和力道的拉力去拉扯仿生韧带11～16时(如箭头S1～S3所示)，即可让用户在左右手和左右腿感觉到震动/冲击/重量等触觉回馈。
同理，如图4所示，当动力装置50以不同的频率和力道的拉力去拉扯仿生韧带17～18以改变胸带25对前胸施加的压力时，即可让用户在前胸感觉到震动/冲击/重量等触觉回馈。
图6为本发明实施例中用户在虚拟现实应用中可能手部动作的示意图。中继穿戴装置组30的左手肘套31和右手肘套32可确保仿生韧带11～14能与用户的左手臂和右手臂紧贴，而不会因为不同手部动作而脱离。
图7和图8为本发明实施例中中继穿戴装置组30实作方式的示意图。图7和图8显示了图5的左手肘套31或右手肘套32沿着箭头S1或S2的上视图。为了让仿生韧带11～14可在左手肘套31和右手肘套32内自由移动，因此在中继穿戴装置组30设置内侧具有平滑表面的套管5。在图7所示的实施例中，可将套管5和中继穿戴装置组30以缝线6组合而成，因此仿生韧带11～14可因应动力装置50的拉扯力道在相对应套管5内移动。在图8所示的实施例中，可以采用用嵌入式射出成形的技术将套管5直接埋入中继穿戴装置组30的材料内，因此仿生韧带11～16可因应动力装置50的拉扯力道在相对应套管5内移动。然而，套管5和中继穿戴装置组30的结合方式和材质并不限定本发明的范畴。
在图2至图4所示的实施例中，中继穿戴装置组30包括左手肘套31和右手肘套32。在本发明其它实施例中，中继穿戴装置组30可另包括一左膝套和一右膝套，由用户分别穿戴在左膝盖和右膝盖上以分别让仿生韧带15和16穿过，进而确保仿生韧带15和16能与用户的左腿和右腿紧贴，而不会因为不同腿部动作而脱离。
在本发明实施例中，动力装置50可包括一齿轮组，根据虚拟现实的情境来以不同的频率和力道的拉力去拉扯相对应仿生韧带，进而提供相对应的手部回馈、脚部回馈或胸部回馈。在本发明另一实施例中，动力装置50的齿轮组另可提供阻尼功能，根据虚拟现实的情境来增加或减少用户动作的阻力。举例来说，在虚拟游戏中当玩家受伤或背负重物时，动力装置50可透过阻尼功能来增加用户身体各部分拉扯仿生韧带时受到的阻力。在一实施例中，动力装置50的齿轮组可利用类似自行车变速机构的多组齿轮来提供阻尼功能。在另一实施例中，动力装置50可利用类似机车变速机构的开闭盘来提供阻尼功能。然而，动力装置50提供阻尼功能的方式并不限定本发明的范畴。
在本发明实施例中，在特定拉力下，光学尺40可记录动力装置50和仿生韧带组10之间的受力状态，以让微控制单元70执行一校正程序或判断用户目前的动作。
针对不同用户的身型或动作差异，本发明实施例中触觉回馈***100可先执行一校正程序。当用户穿戴上触觉回馈***100后，微控制单元70指示动力装置50对仿生韧带组10施加固定拉力，再指示用户作出一些基础动作。光学尺40可记录动力装置50中齿轮刻度以求出不同基础动作下不同部位仿生韧带的形变量，进而在执行虚拟现实应用时依此调整施加触觉回馈时的力道。此外，在执行虚拟现实应用的过程中，微控制单元70也可根据光学尺40记录下的信息和先前校正程序得到的数据来判别用户的动作。
综上所述，本发明提供一种使用仿生韧带的触觉回馈***，多条仿生韧带可透过多个穿戴装置组固定在用户身上不同回馈点，利用动力装置以不同的频率和力道的拉力去拉扯仿生韧带即可让用户在相对应回馈点感觉到震动/冲击/重量等触觉回馈。仿生韧带的重量轻盈，不会因为汗水而影响施加触觉回馈的准确度，也不会对用户的身体造成任何伤害。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种使用仿生韧带的触觉回馈***，其特征在于，包括：
一集线装置；
一回馈点穿戴装置组，其包括一第一回馈点穿戴装置，由一用户穿戴在一第一回馈部位；
一仿生韧带组，其包括一第一仿生韧带，所述第一仿生韧带的第一端固定在所述第一回馈点穿戴装置，而所述第一仿生韧带的第二端收纳在所述集线装置内；
一动力装置，用来对所述第一仿生韧带施加一第一拉力；以及
一微控制单元，用来根据一虚拟现实情境来指示所述动力装置调整所述第一拉力的值，进而对所述第一回馈部位提供一第一触觉回馈。
2.如权利要求1所述的触觉回馈***，其特征在于，所述第一回馈点穿戴装置为一腕套或一踝套，而所述第一回馈部位为所述用户的一手腕或一脚踝。
3.如权利要求1所述的触觉回馈***，其特征在于：
所述仿生韧带组另包括一第二仿生韧带，所述第二仿生韧带的第一端固定在所述第一回馈点穿戴装置，而所述第二仿生韧带的第二端收纳在所述集线装置内；且
所述动力装置另用来对所述第二仿生韧带施加所述第一拉力。
4.如权利要求3所述的触觉回馈***，其特征在于，所述第一回馈点穿戴装置为一腕套或一胸带，而所述第一回馈部位为所述用户的一手腕或一前胸。
5.如权利要求3所述的触觉回馈***，其特征在于，另包括一中继穿戴装置，由所述用户穿戴在一中继部位，用来提供一第一信道和一第二信道以分别让所述第一仿生韧带和所述第二仿生韧带穿过，其中所述中继部位位于所述第一回馈部位和所述集线装置之间。
6.如权利要求5所述的触觉回馈***，其特征在于，所述第一回馈点穿戴装置为一腕套或一踝套，所述中继穿戴装置为一肘套或一膝套，而所述第一回馈部位为所述用户的一手腕或一脚踝。
7.如权利要求5所述的触觉回馈***，其特征在于，另包括一第一套管和一第二套管，以缝纫方式结合至所述中继穿戴装置以分别提供所述第一信道和所述第二信道，或是以嵌入式射出成形技术来埋入所述中继穿戴装置的材料内以分别提供所述第一信道和所述第二信道。
8.如权利要求1所述的触觉回馈***，其特征在于：
所述回馈点穿戴装置组另包括一第二回馈点穿戴装置，由所述用户穿戴在一第二回馈部位；
所述仿生韧带组另包括一第二仿生韧带，所述第二仿生韧带的第一端固定在所述第二回馈点穿戴装置，而所述第二仿生韧带的第二端收纳在所述集线装置内；
所述动力装置另用来对所述第二仿生韧带施加一第二拉力；且
所述微控制单元另用来根据所述虚拟现实情境来指示所述动力装置调整所述第二拉力的值，进而对所述第二回馈部位提供一第二触觉回馈。
9.如权利要求1所述的触觉回馈***，其特征在于，所述动力装置包括一齿轮组，所述齿轮组采用多组齿轮或一开闭盘结构来提供一阻尼。
10.如权利要求9所述的触觉回馈***，其特征在于，另包括：
一光学尺，用来记录所述齿轮组的刻度以得到所述第一仿生韧带的形变量。
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