CN114385001B - 一种触觉反馈组件及其力反馈装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于力反馈交互技术领域，具体涉及一种触觉反馈组件及其力反馈装置。包括：主体；支撑部，所述支撑部与所述主体滑动安装；第一弹性件，一端与所述主体连接，另一端与所述支撑部连接；电磁组件，包括磁路组件和对应设置的线圈，所述磁路组件和所述线圈中一个与所述主体连接，另一个与所述支撑部连接；平衡磁组，设于所述主体或支撑部上，包括成对布设的永磁体，且组对的两个所述永磁体的充磁方向相反且均平行于所述主体与支撑部的滑动方向；所述主体与所述支撑部之间相吸引。上述结构降低了触觉反馈组件的多种工作模式之间的控制误差，进而实现精准控制，以提供丰富的力反馈体验。

Description

一种触觉反馈组件及其力反馈装置

技术领域

本发明属于力反馈交互技术领域，具体涉及一种触觉反馈组件及其力反馈装置。

背景技术

随着游戏和VR系列产品的推广，扳机的交互变得越来越多，进而对于手指的触觉反馈设计也提出了新的需求。实际应用中，在没有力反馈的场景时，扳机反馈力越小体验效果越好，如此则手指不容易疲劳；而需要力反馈的场景时，需要扳机反馈给人手更大更丰富的力值体验。应对不同的体验需求，需要给力反馈装置做分离机构，在不需要大的力反馈时断电脱离自吸保持；需要大的力反馈时自弹出发挥作用。但是现有分离机构的控制精度尚存在问题，进而无法实现精准控制以应对不同的需求。

因此，针对以上不足，本发明急需提供一种触觉反馈组件及其力反馈装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种触觉反馈组件及其力反馈装置，以解决现有技术中分离机构无法实现精准控制以应对不同力反馈场景需求的问题。

本发明提供的一种触觉反馈组件，包括：主体；支撑部，所述支撑部与所述主体滑动安装；第一弹性件，一端与所述主体连接，另一端与所述支撑部连接；电磁组件，包括磁路组件和对应设置的线圈，所述磁路组件和所述线圈中一个与所述主体连接，另一个与所述支撑部连接；平衡磁组，设于所述主体或支撑部上，包括成对布设的永磁体，且组对的两个所述永磁体的充磁方向相反且均平行于所述主体与支撑部的滑动方向；所述主体与所述支撑部之间相吸引。

如上所述的触觉反馈组件，进一步优选为，所述主体为壳体，所述支撑部包括连接部、滑动部以及连接杆，所述滑动部滑动安装于所述主体内，并通过所述连接杆与设于所述主体外侧的所述连接部连接。

如上所述的触觉反馈组件，进一步优选为，所述滑动部呈环状，并套装于所述永磁体的外侧，且所述滑动部的外侧面上开设有环形槽，所述环形槽上绕设有所述线圈。

如上所述的触觉反馈组件，进一步优选为，所述磁路组件包括第一磁性件和第二磁性件，所述第一磁性件、第二磁性件异极相对，并沿所述滑动部的中心轴线依次间隔固设于所述主体内。

如上所述的触觉反馈组件，进一步优选为，所述磁路组件还包括导磁板，所述导磁板设于所述第一磁性件和所述第二磁性件之间。

如上所述的触觉反馈组件，进一步优选为，所述第一弹性件为弹簧；所述连接部的中部设有限位柱，所述限位柱上套装有所述弹簧。

如上所述的触觉反馈组件，进一步优选为，所述平衡磁组安装于所述支撑部上，所述主体为导磁材料制成，所述平衡磁组与所述主体相吸引。

如上所述的触觉反馈组件，进一步优选为，所述平衡磁组的数量为多个，多个所述平衡磁组均匀布设于所述支撑部远离所述主体的侧面上。

本发明还公开了一种力反馈装置，包括上述任意一项所述的触觉反馈组件，还包括：扳机，包括支架、触发器和第二弹性件，所述触发器转动式安装于所述支架上；所述第二弹性件分别与所述支架、所述触发器连接；所述主体与所述支撑部中的一个安装于所述支架上，另一个与所述触发器可分离式接触。

如上所述的力反馈装置，进一步优选为，还包括导杆，所述导杆安装于所述触觉反馈组件上，并与所述触发器可分离式接触。

本发明与现有技术相比具有以下的优点：

本发明公开的触觉反馈组件中通过平衡磁组中成对布设的永磁体的充磁方向，使组对的两个永磁体的充磁方向相反且均平行于所述主体与支撑部的滑动方向，使其能够在主体和支撑部相距较远时磁感线自成回路，而在主体和支撑部相距较近时与对应的主体或支撑部相吸引，进而使得由平衡磁组带来的磁作用力在主体与支撑部相距较远时数值较小且数值变化与行程相关性小，而在主体与支撑部相距较近时，磁作用力数值较大且数值变化与行程相关性较大，利用平衡磁组的上述特性，降低了触觉反馈组件的多种工作模式之间的控制误差，进而实现精准控制，以提供丰富的力反馈体验。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。

图1为本发明中触觉反馈组件的结构示意图；

图2为图1的剖视图；

图3为图1的俯视图；

图4为图1中触觉反馈组件的于位置A、B、C处的状态示意图；

图5为本发明中一种力反馈装置的结构示意图；

图6为力反馈装置中各作用力大小与行程的关系图。

附图标记说明：

1-连接部，2-主体，3-第一弹性件，4-第一磁性件，5-第二磁性件，6-线圈，7-滑动部，8-连接杆，9-限位柱，10-导磁板，11-平衡磁组，12-支架，13-触发器，14-导杆。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解所述术语在本发明中的具体含义。

本实施例提供了一种力反馈装置，其包括扳机和触觉反馈组件两部分。

其中扳机包括支架12、触发器13和第二弹性件，触发器13通过铰接轴转动式安装于支架12上；第二弹性件为套装于铰接轴上的扭簧，扭簧的一个扭臂与支架12连接，另一个扭臂与触发器13连接。

触觉反馈组件包括主体2、支撑部、第一弹性件3、平衡磁组11和电磁组件；其中支撑部滑动安装于主体2上，且支撑部和主体中的一个安装于支架12上，另一个通过导杆14与触发器13可分离式接触。第一弹性件3、平衡磁组11和电磁组件则分别作用于主体2和支撑部上，以驱动主体2与支撑部按照预设方式发生相对移动，进而实现对触发器13的力反馈控制，从而为触发器13提供丰富的力反馈。

主体2为柱状壳体结构，包括一端封底的圆筒以及与圆筒适配连接的端盖，适于提供安装空间。支撑部包括连接部1、滑动部7以及连接杆8，滑动部7呈环状，且高度小于圆筒高度，适于通过外侧面与主体2中圆筒的内侧面贴合以实现相对滑动；连接杆8为多个，多个连接杆8的一端均连接于滑动部7的环状端面上，另一端自主体2端盖上设置的避让孔伸出并与圆形的连接部1连接。实际应用时，可使主体2和支撑部中的任意一个与支架12固定安装，另一个与所述触发器13可分离式接触，具体的，本实施例中，支撑部与支架12固定连接，主体2与触发器13可分离式接触。

第一弹性件3为弹簧，弹簧的一端与连接部1抵接，另一端与主体2的端盖抵接，且工作状态下，弹簧处于压缩状态，适于为主体2和支撑部施加方向相背的支撑力。为了保证弹簧的状态，连接部1朝向端盖的侧面上还竖立有用于套装弹簧的限位柱9。具体的，限位柱9的长度大于弹簧完全压缩长度并小于弹簧自然长度，以用于限定支撑部与主体2之间的相对活动范围，同时避免弹簧完全压缩失去弹性。弹簧为支撑部及主体2施加的支撑力大小与其形变长度呈正比，即与主体2支撑部的相对位移呈正比。

电磁组件包括磁路组件和对应设置的线圈6，其中磁路组件和线圈6中的一个与主体2连接，另一个与支撑部连接，线圈6位于永磁体所形成的磁场中，通电时受安培力作用，进而能够在通电时为主体2和支撑部施加能够驱使其相对移动的驱动力，且驱动力大小与其相对位移呈正比。本实施例中，永磁体与主体2连接，并固定设置于主体2的内腔中。具体的，磁路组件包括第一磁性件4、第二磁性件5，第一磁性件4、第二磁性件5均呈柱状，并以异极相对的方式沿滑动部7的中心轴线依次间隔故设于主体内。第一磁性件4和第二磁性件5可通过粘接等方式与主体2固定连接，还可以通过设置于第一磁性件4和第二磁性件5之间的导磁板10，使第一磁性件4与主体2的底面抵接，第二磁性件5与端盖抵接。第一磁性件4和第二磁性件5用于提供稳定的磁场，且磁场方向与支撑部、主体2的相对滑动方向平行。线圈6与支撑部连接，并具体绕设于滑动部7外侧环面上的环形槽中，从而套装于磁组组件的外侧。通电时，线圈6以安培力为驱动力，进而带动滑动部7在主体2内移动，进而实现支撑部与主体2的相对滑动，且通过电流方向和电流的大小的控制可实现驱动力大小和方向的控制。

平衡磁组11设于主体2或支撑部上，并与另一个相吸引，以使主体2和支撑部之间存在相吸引的磁作用力，平衡磁组11包括成对布设的永磁体，且组对的两个永磁体的充磁方向相反且均平行于主体与支撑部的滑动方向。具体的，成对布设的两个永磁体均为长方体，两个长方体的非磁极所在的侧面相贴合。具体的，平衡磁组11的数量为多个，并均匀镶嵌于支撑部的连接部1上，优选的，为了避免平衡磁组11影响支撑部与主体2之间的相对位移，多个平衡磁组11均匀布设于连接部1远离主体2的平面上，且布设时。为了实现与平衡磁组11相吸，本实施例中，端盖为导磁材质，以与平衡磁组11相吸引。上述平衡磁组11的布设方式使得两个永磁体能够在支撑部和主体2相距较远时磁感线基本上自成回路，而在支撑部和主体2相距较近时与主体2相吸引，进而使得由平衡磁组带来的磁作用力在主体与支撑部相距较远时数值较小且数值变化与行程相关性小，而在主体与支撑部相距较近时，磁作用力数值较大且数值变化与行程相关性较大，即主体2与支撑部之间由平衡磁组11提供的磁作用力与相对位移之间的关系如图6c所示。

因支撑部固定于支架12上，且主体2与触发器13可分离式接触，当主体2与触发器13的接触，则触觉反馈组件处于工作模式，当主体2与触发器13分离，则触觉反馈组件处于无反馈模式。对应的，以主体2的最大行程位置为A，此时触发器13处于初始位置并与主体2抵接；以主体2的中间行程位置为B，此时触发器13处于运动末位置并与主体2抵接；以主体2与支撑部贴合位置为C，此时触发器13与主体2完全分离。则主体2在A到B之间时，触觉反馈组件为力反馈模式，当主体2在在B到C之间时，触觉反馈组件为无反馈模式。

此时，可通过设置主体2与支撑部之间的支撑力、驱动力和磁作用力的大小和方向，实现对触觉反馈组件的工作模式的控制和切换。具体的，以F1表示扭簧的反馈力、F2表示驱动力、F3表示磁作用力、F4表示支撑力。

设置扭簧，使得扭簧的反馈力F1的大小如图6a所示。

设置电磁组件，使其具有两种工作状态，一种是正常状态，此时驱动力F2的力值为F2-1；一种是切换状态，此时驱动力F2的力值为F2-2，且F2-2是F2-1的倍数。两种工作状态驱动力F2的方向均可以自由调节。具体驱动力F2的大小与行程曲线如图6b所示。

设置平衡磁组11，使其数值突变位于位置B-C之间，即磁作用力F3的大小与行程曲线如图6c所示。

设置支撑力F4，使其大小与行程曲线如图6d所示。

设置F2、F3、F4的大小关系，使得F3在位置A到位置B之间时，F4-F2-1＞F3＞F4-F2-2，而在位置C处时，F4+F2-2＞F3＞F4。

通过上述设置，使得上述力反馈装置具有以下工作模式：

无力反馈模式：触觉反馈组件与触发器13脱离，触发器13仅受扭簧反馈力F1作用；

有力反馈模式：触觉反馈组件介入，扳机行程位置A-B之间时，由于F4-F2-1＞F3＞F4-F2-2，主体2无法越过位置B而回到位置C处自保持，并可在位置A到位置B之间为触发器13提供力反馈，触发器13的力反馈阈值范围为F1+F4-F2-1到F1+F4+F2-1。

模式切换：

退出反馈模式：将F2切换到F2-2模式，并使其方向指向支撑部，此时F3＞F4-F2-2，动子回缩，且在位置C处F3＞F4，使得主体2能够在触觉反馈组件的电磁组件停止运转后实现断电后自保持；

介入反馈模式：启动电磁组件并将F2配置到F2-2模式，且方向与磁作用力F3相反，在位置C处，F3＜F4+F2-2，主体2与支撑部脱开，进入力反馈模式。

且由于磁作用力的数值大小在位置B-C之间发生突变，使得磁作用力F3在A-B段很小，但接近C点时陡然增大，进而避免触觉反馈组件在位置B处出现误吸现象，进而能够精准地实现上述控制，以提供丰富的力反馈体验。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种触觉反馈组件，其特征在于，包括：

主体；

支撑部，所述支撑部与所述主体滑动安装；

第一弹性件，一端与所述主体连接，另一端与所述支撑部连接；

电磁组件，包括磁路组件和对应设置的线圈，所述磁路组件和所述线圈中一个与所述主体连接，另一个与所述支撑部连接；

平衡磁组，设于所述主体或支撑部上，包括成对布设的永磁体，且组对的两个所述永磁体的充磁方向相反且均平行于所述主体与支撑部的滑动方向；

所述平衡磁组适于使所述主体与所述支撑部之间相吸引，并且所述平衡磁组与所述主体或支撑部之间的最大吸引力大于所述第一弹性件的支撑力。

2.根据权利要求1所述的触觉反馈组件，其特征在于，所述主体为壳体，所述支撑部包括连接部、滑动部以及连接杆，所述滑动部滑动安装于所述主体内，并通过所述连接杆与设于所述主体外侧的所述连接部连接。

3.根据权利要求2所述的触觉反馈组件，其特征在于，所述滑动部呈环状，并套装于所述永磁体的外侧，且所述滑动部的外侧面上开设有环形槽，所述环形槽上绕设有所述线圈。

4.根据权利要求3所述的触觉反馈组件，其特征在于，所述磁路组件包括第一磁性件和第二磁性件，所述第一磁性件、第二磁性件异极相对，并沿所述滑动部的中心轴线依次间隔固设于所述主体内。

5.根据权利要求4所述的触觉反馈组件，其特征在于，所述磁路组件还包括导磁板，所述导磁板设于所述第一磁性件和所述第二磁性件之间。

6.根据权利要求2所述的触觉反馈组件，其特征在于，所述第一弹性件为弹簧；所述连接部的中部设有限位柱，所述限位柱上套装有所述弹簧。

7.根据权利要求1所述的触觉反馈组件，其特征在于，所述平衡磁组安装于所述支撑部上，所述主体为导磁材料制成，所述平衡磁组与所述主体相吸引。

8.根据权利要求1所述的触觉反馈组件，其特征在于，所述平衡磁组的数量为多个，多个所述平衡磁组均匀布设于所述支撑部远离所述主体的侧面上。

9.一种力反馈装置，其特征在于，包括权利要求1-8中任意一项所述的触觉反馈组件，还包括：

扳机，包括支架、触发器和第二弹性件，所述触发器转动式安装于所述支架上；所述第二弹性件分别与所述支架、所述触发器连接；

所述主体与所述支撑部中的一个安装于所述支架上，另一个与所述触发器可分离式接触。

10.根据权利要求9所述的力反馈装置，其特征在于，还包括导杆，所述导杆安装于所述触觉反馈组件上，并与所述触发器可分离式接触。