[发明专利]一种多用途三自由度力反馈末端装置

说明书

一种多用途三自由度力反馈末端装置，包括连接盖、十字连接件、第一连接件、第二连接件、数字陀螺仪、拓展配件，十字连接件具有两对安装端，两对安装端所在方向互相垂直，连接盖与十字连接件的一对安装端铰接，第一连接件上端与十字连接件的另一对安装端铰接，第一连接件下端和第二连接件上端转动式连接，数字陀螺仪安装于第二连接件内，拓展配件和第二连接件下端可拆卸式连接。本发明具有简单、高效、适用场景多、能在多个应用场景和其他设备配合使用等优点。本发明属于虚拟技术领域。

技术领域

本发明属于虚拟技术领域，尤其涉及一种多用途三自由度力反馈末端装置。

背景技术

力反馈是指在人机交互的过程中，操作设备、计算机对操作者指令做出响应，再通过力反馈设备作用于操作者的过程。作为虚拟现实系统中操作者和虚拟环境的交互接口，力反馈设备将操作者的行为(包括位置、加速度和角度等)通过传感器实时监测，把数据输入到计算机，然后将虚拟环境生成的力感反馈给操作者，使操作者获得真实的力感知，实现临场感。反馈设备末端负责获取操作者姿态，是力反馈设备的一个重要结构。目前，市面上的力反馈设备末端大多数是固定的结构，一般为圆柱型手持长杆，能够获取三个方向的角度信息；由于他们的末端结构固定，无法再和其他的交互设备连接，只能应用于固定的场景，无法开发更多的应用。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种适用场景广泛的多用途三自由度力反馈末端装置。

一种多用途三自由度力反馈末端装置，包括连接盖、十字连接件、第一连接件、第二连接件、数字陀螺仪、拓展配件，十字连接件具有两对安装端，两对安装端所在方向互相垂直，连接盖与十字连接件的一对安装端铰接，第一连接件上端与十字连接件的另一对安装端铰接，第一连接件下端和第二连接件上端转动式连接，数字陀螺仪安装于第二连接件内，拓展配件和第二连接件下端可拆卸式连接。

进一步的，十字连接件呈十字架形，十字连接件包括中心部、杆部，两对杆部分别对称设于中心部的两个互相垂直方向上；十字连接件的一对杆部通过轴承和连接盖上的轴承孔连接，十字连接件的另一对杆部通过轴承和第一连接件上端的轴承孔连接。

进一步的，第一连接件下端的轴承孔通过轴承和第二连接件上端的凸起连接。

进一步的，第一连接件包括底板和侧板，底板两端分别和两侧板下端连接，侧板对称设于底板两端；侧板上端开设有对称的轴承孔，底板下端开设有轴承孔。

进一步的，第二连接件上端设有凸起，第二连接件中部开设有凹槽以安装数字陀螺仪，第二连接件下端设有拓展安装部，拓展安装部呈圆筒状。

进一步的，连接盖包括左连接盖、右连接盖，左连接盖和右连接盖固定连接，右连接盖下端设有一对对称的延伸板，延伸板上开设有一对对称的轴承孔。

进一步的，所述拓展部件为力反馈数据手套、手术钳、扳手、注射器、方向盘、数据手套、微型电钻、手术刀、签字笔中的一种。

进一步的，数字陀螺仪与外部电脑采用有线连接或无线连接方式连接。

进一步的，无线连接方式为WIFI连接、蓝牙连接或Zigbee连接的一种，通过虚拟串口和外部电脑进行通讯。

进一步的，有线连接为先将数字陀螺仪与MCU电连接，再将MCU与外部电脑通过串口通讯。

本发明的有益效果：通过十字连接件的配合连接，使得本装置能够做绕Z轴方向的转动、能够绕Y轴方向转动，再通过第一连接件和第二连接件的转动式连接，使得本装置能够绕X轴方向转动，由于具有三个自由度，运动范围大，因此本装置能在多个应用场景和其他设备配合使用；并且，可更换的拓展配件，使得本发明具有更多地用途,具有简单、高效、多用途的特点；本发明中采用数字陀螺仪，相对于采用三个霍尔角度传感器的装置，使用时无需每次校准，因此简化了使用流程，且数字陀螺仪芯片体积小，减小了装置体积；本发明结构紧凑、质量轻，操作产生的惯性力小，有利于增大设备刚度。