本發(fā)明屬于虛擬現(xiàn)實技術領域，尤其是涉及一種虛擬現(xiàn)實觸感反饋裝置及其方法。

背景技術：

虛擬現(xiàn)實是走在科技前沿的技術，此技術為人們帶來前所無比的沉浸感，幾大廠商爭相推出虛擬現(xiàn)實頭盔硬件設備，如Facebook，索尼，三星，HTC。但虛擬現(xiàn)實頭盔的輸入設備卻仍停滯不前。目前的虛擬現(xiàn)實頭盔所提供的輸入設備僅能追蹤到手部的動作，如Oculus Touch，索尼和HTC的運動手柄和監(jiān)測器基站都只能檢測到手部或整個人體的運動軌跡，而無法讓人真正觸摸到虛擬現(xiàn)實中的物品。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問題是提供一種虛擬現(xiàn)實觸感反饋裝置及其方法，在運動軌跡的基礎上擬補虛擬現(xiàn)實觸感的缺失，能真正讓穿戴此設備的人感覺到虛擬現(xiàn)實中所有場景的存在。

為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是：一種虛擬現(xiàn)實觸感反饋裝置，包括觸覺反饋手套和虛擬環(huán)境組成，所述的觸覺反饋手套內(nèi)置有九軸慣性測量單元傳感器系統(tǒng)，所述的觸覺反饋手套的手掌、大拇指、食指、以及中指上設有可以監(jiān)測彼此間交互的傳感器，觸覺反饋手套的背部安裝集成電路板及主控芯片，集成電路板及主控芯片通過超細導線連通手掌、大拇指、食指、以及中指上傳感器和壓電傳動器。

作為本方案的優(yōu)選實施例，所述的壓電傳動器包括一個壓電薄長條，壓 電薄長條安裝至手套的各個部位，壓電薄長條的中心連接至設備殼，設備殼裝在一個外殼中。

作為本方案的優(yōu)選實施例，所述的壓電傳動器由具有集成增壓轉(zhuǎn)換器的200-Vp-p壓電觸覺驅(qū)動器驅(qū)動。

一種虛擬現(xiàn)實觸感反饋方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、觸覺反饋手套利用其上設置在傳感器測量操作者的運動和位置信息數(shù)據(jù)，并將測得的信息數(shù)據(jù)輸入主控計算機；

S2、主控計算機控制虛擬環(huán)境，根據(jù)虛擬環(huán)境接受的傳感器輸入的數(shù)據(jù)，用碰撞算法和觸覺聲稱算法生成三維圖像，以及觸覺反饋手套的力感和觸感控制信號；

S3、虛擬環(huán)境生成的觸覺反饋手套的力感和觸感控制信號反饋給操作者。

作為本方案的優(yōu)選實施例，所述步驟S1中操作者的運動和位置信息數(shù)據(jù)包括力、力矩、位置、姿態(tài)以及其他體征信息數(shù)據(jù)。

作為本方案的優(yōu)選實施例，所述步驟S2中虛擬環(huán)境通過視頻顯示設備生成三維圖像。

本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是：在運動軌跡的基礎上擬補虛擬現(xiàn)實觸感的缺失，能真正讓穿戴此設備的人感覺到虛擬現(xiàn)實中所有場景的存在。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明的觸覺反饋手套手背結構示意圖；

圖2是本發(fā)明的觸覺反饋手套手心結構示意圖；

圖3是本發(fā)明的操作流程圖。

圖中：1、觸覺反饋手套，2、九軸慣性測量單元傳感器系統(tǒng)，3、傳感器，4、集成電路板及主控芯片，5、壓電傳動器。

具體實施方式

為了更好的理解上述技術方案，下面將結合說明書附圖以及具體的實施方式對上述技術方案進行詳細的說明。

如圖1、2所示，本發(fā)明所述的一種虛擬現(xiàn)實觸感反饋裝置，包括觸覺反饋手套1和虛擬環(huán)境組成，所述的觸覺反饋手套1內(nèi)置有九軸慣性測量單元傳感器系統(tǒng)2，所述的觸覺反饋手套1的手掌、大拇指、食指、以及中指上設有可以監(jiān)測彼此間交互的傳感器3，觸覺反饋手套1的背部安裝集成電路板及主控芯片4，集成電路板及主控芯片4通過超細導線連通手掌、大拇指、食指、以及中指上傳感器3和壓電傳動器5。

其中，在本實施例中，所述的壓電傳動器5包括一個壓電薄長條，壓電薄長條安裝至手套的各個部位，壓電薄長條的中心連接至設備殼，設備殼裝在一個外殼中。

觸覺反饋主要是以一個手套的形式存在，手套內(nèi)置了九軸慣性測量單元傳感器，用戶可以利用相關數(shù)據(jù)進一步提升使用體驗。此外，用戶只需簡單地觸碰一下手指，就可以執(zhí)行操作命令。在手掌、大拇指、食指、以及中指上有四個傳感器，可以監(jiān)測彼此間的交互，所以用戶只要帶上手套就能在虛擬環(huán)境中做很多操作，比如在虛擬場景中開槍，抓住掉落的花瓣，或是控制操作菜單。相對于手勢操作，這種手指操控精準度更高。手掌和手指部分內(nèi)置有16個壓電傳動器，每個壓電傳動器都可以通過產(chǎn)生不同頻率和震動強度制造觸感。手套背部安裝集成電路板及主控芯片，通過超細導線連通手掌、 大拇指、食指、以及中指上傳感器和壓電傳動器。壓電傳動器的震動頻率可根據(jù)虛擬物體參數(shù)加上電腦的運算結果給出最合適的頻率，再由通過無線wifi傳輸?shù)街骺匦酒缓髠鬟_到手掌及手指部分的各個壓電傳動器從而模擬真實觸碰效果。

觸覺反饋最主要的部分是壓電傳動器，它將帶來最為復雜、精細的觸覺反饋體驗。全新的應用把這種成熟的技術引入了一個新的領域。標準壓電傳動器技術使用一個很薄的長條或者一個圓盤，讓它們彎曲然后再反彈回去，通過在兩端施加電壓形成震動。使用薄長條的一種方法是將壓電長條端安裝至手套的各個部位，然后再將長條的中心連接至設備殼。之后，再把長條裝到一個外殼中，這樣長條便可以“浮動”，從而讓人們可以明顯地感覺到手套的壓電震動。這種體驗我們稱之為“局部觸覺”。

壓電型觸覺技術沒有任何頻率或者振幅限制，可以達到比使用LRA和ERM所達不到的波形。盡管無法感受到觸碰虛擬物品所獲得的精確觸覺反饋，但利用壓電型觸覺技術會讓兩者之間的感受非常接近。在某個設計中嵌入多個壓電模塊后，可產(chǎn)生高精度的觸覺反饋體驗，它可以讓手套的局部而非全部區(qū)域產(chǎn)生震動。每個觸摸點(手指)都可以感受到其獨有的波響應，而非整個手套都震動。

采用一款具有集成增壓轉(zhuǎn)換器的200-Vp-p壓電觸覺驅(qū)動器。這種壓電驅(qū)動器擁有1.5ms的快速啟動時間，具備多種功能，可用于任何高端壓電觸覺系統(tǒng)設計。輸入電壓可以為單端或者差分，并可以使用3.0-5.5V電源。由于集成了電源開關和二極管，不再需要變壓器。這樣一來我們可以使用體積更小的電路板空間。

觸覺反饋在人機交互過程中，計算機對操作者的輸入做出相應，并通過觸覺反饋手套作用于操作者的過程。帶有觸覺反饋的虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)由操作者、觸覺反饋手套和虛擬環(huán)境組成，如圖3所示。觸覺反饋設備的主要功能 是利用傳感器測量操作者的運動和位置，將數(shù)據(jù)實時、準確地輸入人主控計算機。并且將虛擬環(huán)境中生成的力感和觸感反饋給操作者，使操作者產(chǎn)生身歷其境的沉浸感。虛擬環(huán)境接受由傳感器輸入的數(shù)據(jù)，根據(jù)碰撞算法和觸覺生成算法生成三維圖像和觸覺反饋手套的控制信號。分辨?zhèn)鬏斀o顯示設備和觸覺反饋手套。

以上對本發(fā)明的一個實施例進行了詳細說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施例，不能被認為用于限定本發(fā)明的實施范圍。凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進等，均應仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。