运动平台、触觉反馈设备及人机互动系统转让专利
申请号 : CN202010320603.5
文献号 : CN111506197B
文献日 : 2021-12-03
发明人 : 张东胜 , 魏磊 , 陈科 , 李强 , 张正友
申请人 : 腾讯科技(深圳)有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种运动平台,包括第一平台、第二平台和连杆组件,所述第一平台和所述第二平台通过所述连杆组件连接,所述第二平台被配置为相对于所述第一平台运动,其中,所述第一平台包括:
第一动力输出装置,包括第一输出轴;
第二动力输出装置,包括第二输出轴;
所述连杆组件包括:
相互连接且具有相同或相平行的运动平面的第一平行四边形连杆机构和第二平行四边形连杆机构,所述第一平行四边形连杆机构与所述第一输出轴固定连接,所述第二平行四边形连杆机构与所述第二平台固定连接,所述第一输出轴被配置为驱动所述第一平行四边形连杆机构和所述第二平行四边形连杆机构做平面运动;以及二连杆机构,与所述第一平行四边形连杆机构具有相同的运动平面,所述二连杆机构的一端与所述第二输出轴固定连接,所述二连杆机构的另一端与所述第二平台铰接,所述第二输出轴被配置为驱动所述二连杆机构运动。
2.根据权利要求1所述的运动平台,其中,所述第一平行四边形连杆机构的第一转动点与所述第一输出轴固定连接,与所述第一转动点相邻的第二转动点与所述第一平台铰接,所述第一输出轴被配置为通过所述第一转动点驱动所述第一平行四边形连杆机构做平面运动;
所述第二平行四边形连杆机构的第一边与所述第一平行四边形连杆机构连接,且所述第二平行四边形连杆机构的所述第一边与所述第一平行四边形连杆机构的所述第一转动点和所述第二转动点的连线平行,所述第二平行四边形连杆机构的与所述第一边平行的第二边与所述第二平台固定连接。
3.根据权利要求2所述的运动平台,其中,所述连杆组件包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆、第七连杆和第八连杆,所述第一连杆的第一端部与所述第一输出轴固定连接于所述第一转动点,所述第一连杆的第二端部与所述第二连杆的第一端部铰接以形成第一转动副,所述第二连杆的第二端部与所述第三连杆的第一端部铰接以形成第二转动副,所述第三连杆的第二端部与所述第一平台铰接于所述第二转动点以形成第三转动副,所述第一连杆、所述第二连杆、所述第三连杆以及所述第一输出轴的轴线与所述第三转动副的轴线的连线形成所述第一平行四边形连杆机构,
所述第四连杆的第一端部铰接于所述第一转动副,所述第四连杆的第二端部与所述第五连杆的第一端部铰接以形成第四转动副,所述第五连杆的第二端部与所述第六连杆的第一端部铰接以形成第五转动副,所述第六连杆的第二端部铰接于所述第二转动副,所述第二连杆、所述第四连杆、所述第五连杆以及所述第六连杆形成所述第二平行四边形连杆机构,所述第五连杆与所述第二平台固定连接,所述第七连杆的第一端部与所述第二输出轴固定连接,所述第七连杆的第二端部与所述第八连杆的第一端部铰接以形成第六转动副,所述第八连杆的第二端部与所述第二平台铰接以形成第七转动副,所述第七连杆和所述第八连杆形成所述二连杆机构。
4.根据权利要求3所述的运动平台,其中,所述第一输出轴和所述第二输出轴平行设置。
5.根据权利要求4所述的运动平台,其中,所述第二平台包括:第三动力输出装置,包括第三输出轴;
第一连接件,所述第一连接件的第一端部与所述第三输出轴固定连接;以及第二连接件,与所述第一连接件的第二端部铰接以形成第八转动副,所述第八转动副的轴线与所述第三输出轴的轴线具有一夹角。
6.根据权利要求5所述的运动平台,其中,所述第三输出轴与所述第一输出轴平行设置。
7.根据权利要求5所述的运动平台,其中,所述第八转动副的轴线与所述第三输出轴的轴线大致垂直。
8.根据权利要求5所述的运动平台,其中,所述第一动力输出装置、所述第二动力输出装置和所述第三动力输出装置均为电机。
9.根据权利要求3所述的运动平台,其中,所述第一输出轴的轴线、所述第二输出轴的轴线以及所述第三转动副的轴线位于同一平面。
10.根据权利要求3所述的运动平台,其中,所述第四转动副的轴线、所述第五转动副的轴线以及所述第七转动副的轴线位于同一平面。
11.根据权利要求10所述的运动平台,其中,所述第五转动副的轴线和所述第七转动副的轴线重合。
12.根据权利要求5所述的运动平台,其中,在所述第一输出轴的轴线方向,所述第七连杆和所述第八连杆位于所述第一连杆、所述第二连杆、所述第三连杆、所述第四连杆、所述第五连杆和所述第六连杆靠近所述第二连接件的一侧。
13.一种触觉反馈设备,包括至少两个根据权利要求1‑12任一项所述的运动平台和连接所述至少两个运动平台的平台连接件,其中,所述至少两个运动平台通过对应的所述第一平台固定在所述平台连接件上。
14.根据权利要求13所述的触觉反馈设备,其中,所述至少两个运动平台的设置有所述第二平台的一侧彼此面对。
15.一种人机互动系统,包括根据权利要求13或14所述的触觉反馈设备以及控制装置,所述控制装置与所述触觉反馈设备连接,被配置为根据作用力信息控制所述触觉反馈设备运动。
说明书 :
运动平台、触觉反馈设备及人机互动系统
技术领域
背景技术
技术可以将远程或虚拟世界的场景反馈给用户,触觉反馈技术可以将远程或虚拟世界的作
用力反馈给用户。触觉反馈技术配合视觉反馈技术,可以进一步增强用户的临场感。
发明内容
组件驱动动平台运动,从而将远程或虚拟世界的作用力传递给动平台。触觉反馈设备包括
至少两个运动平台和连接上述至少两个运动平台的平台连接件。当用户的拇指和食指,分
别放置在两个运动平台的动平台上时,两个动平台通过相对运动,可以实现拇指和食指之
间的捏、搓等相对运动,从而将远程或虚拟世界的作用力传递给用户,实现触觉反馈的作
用。该运动平台和触觉反馈设备具有刚度大、结构简单紧凑、动态性能好的特点。
一平台运动。所述第一平台包括:第一动力输出装置,包括第一输出轴;第二动力输出装置,
包括第二输出轴。所述连杆组件包括:相互连接且具有相同或相平行的运动平面的第一平
行四边形连杆机构和第二平行四边形连杆机构,所述第一平行四边形连杆机构与所述第一
输出轴固定连接,所述第二平行四边形连杆机构与所述第二平台固定连接,所述第一输出
轴被配置为驱动所述第一平行四边形连杆机构和所述第二平行四边形连杆机构做平面运
动;以及二连杆机构,与所述第一平行四边形连杆机构具有相同的运动平面,所述二连杆机
构的一端与所述第二输出轴固定连接,所述二连杆机构的另一端与所述第二平台铰接,所
述第二输出轴被配置为驱动所述二连杆机构运动。
置为通过所述第一转动点驱动所述第一平行四边形连杆机构做平面运动;所述第二平行四
边形连杆机构的第一边与所述第一平行四边形连杆机构连接,且所述第二平行四边形连杆
机构的所述第一边与所述第一平行四边形连杆机构的所述第一转动点和所述第二转动点
的连线平行,所述第二平行四边形连杆机构的与所述第一边平行的第二边与所述第二平台
固定连接。
接于所述第一转动点,所述第一连杆的第二端部与所述第二连杆的第一端部铰接以形成第
一转动副,所述第二连杆的第二端部与所述第三连杆的第一端部铰接以形成第二转动副,
所述第三连杆的第二端部与所述第一平台铰接于所述第二转动点以形成第三转动副,所述
第一连杆、所述第二连杆、所述第三连杆以及所述第一输出轴的轴线与所述第三转动副的
轴线的连线形成所述第一平行四边形连杆机构,所述第四连杆的第一端部铰接于所述第一
转动副,所述第四连杆的第二端部与所述第五连杆的第一端部铰接以形成第四转动副,所
述第五连杆的第二端部与所述第六连杆的第一端部铰接以形成第五转动副,所述第六连杆
的第二端部铰接于所述第二转动副,所述第二连杆、所述第四连杆、所述第五连杆以及所述
第六连杆形成所述第二平行四边形连杆机构,所述第五连杆与所述第二平台固定连接,所
述第七连杆的第一端部与所述第二输出轴固定连接,所述第七连杆的第二端部与所述第八
连杆的第一端部铰接以形成第六转动副,所述第八连杆的第二端部与所述第二平台铰接以
形成第七转动副,所述第七连杆和所述第八连杆形成所述二连杆机构。
一连接件的第二端部铰接以形成第八转动副,所述第八转动副的轴线与所述第三输出轴的
轴线具有一夹角。
连杆靠近所述第二连接件的一侧。
对应的所述第一平台固定在所述平台连接件上。
制所述触觉反馈设备运动。
附图说明
具体实施方式
开的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例,本领域普通技术
人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本公开保护的范围。
不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等
类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件
及其等同,而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理
的或者机械的连接,而是可以包括电性的连接,不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、
“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系,当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关
系也可能相应地改变。
组件驱动动平台运动,从而将远程或虚拟世界的作用力传递给动平台。触觉反馈设备包括
至少两个运动平台和连接上述至少两个运动平台的平台连接件。当用户的肢体,例如拇指
和食指,分别放置在两个运动平台的动平台上时,两个动平台通过相对运动,可以实现拇指
和食指之间的捏、搓等相对运动,从而将远程或虚拟世界的作用力传递给用户,实现触觉反
馈的作用。另外,该运动平台和触觉反馈设备具有刚度大、结构简单紧凑、动态性能好的特
点。
的转动轴线相对转动。
意图。例如,如图1‑图4所示,本公开至少一实施例提供的运动平台10包括静平台100、动平
台200和连杆组件300(如图1中虚线框所示)。静平台100和动平台200通过连杆组件300连
接,动平台200可以相对于静平台100做平面运动。
别称为“第一平台”和“第二平台”。
力输出装置102包括第二输出轴1021(图1未示出,可参见图3),第一输出轴1011和第二输出
轴1021平行设置。例如,第一动力输出装置101和第二动力输出装置102为电机,电机可以通
过螺钉连接在安装架103上。本公开的实施例不限定电机的类型,例如可以为伺服电机或步
进电机等。
接,第二平行四边形连杆机构与动平台200固定连接,第一输出轴1011被配置为驱动第一平
行四边形连杆机构和第二平行四边形连杆机构做平面运动。
点相邻的第二转动点(后文的第三连杆303的第二端部3032与静平台100的连接点)与静平
台100铰接。第一输出轴1011被配置为通过第一转动点驱动第一平行四边形连杆机构做平
面运动。
一平行四边形连杆机构连接,且第二平行四边形连杆机构的第一边与第一平行四边形连杆
机构的第一转动点和第二转动点的连线(即第一输出轴1011与第二输出轴1021在运动平面
上的连线)平行,第二平行四边形连杆机构的与第一边平行的第二边(如后文图1所示的第
五连杆305)与动平台200固定连接。
四边形连杆机构也可以不共用同一连杆,后文有进一步的描述。
固定连接,二连杆机构的另一端(后文的第八连杆308的第二端部3082)与动平台200铰接。
第二输出轴1021被配置为驱动二连杆机构做平面运动。
的第一端部3011与第一输出轴固定连接,第一连杆301的第二端部3012与第二连杆302的第
一端部3021铰接以形成第一转动副311,第二连杆302的第二端部3022与第三连杆303的第
一端部3031铰接以形成第二转动副312,第三连杆303的第二端部3032与静平台100铰接以
形成第三转动副313。第一连杆301、第二连杆302、第三连杆303以及第一输出轴的轴线与第
三转动副313的轴线的连线形成第一平行四边形连杆机构。第一动力输出装置101可以驱动
该第一平行四边形连杆机构做平面运动,并且在运动过程中,第二连杆302的延伸方向始终
保持不变。
连杆305的第二端部3052与第六连杆306的第一端部3061铰接以形成第五转动副315。第六
连杆306的第二端部3062铰接于第二转动副312。第二连杆302、第四连杆304、第五连杆305
以及第六连杆306形成第二平行四边形连杆机构。如此,第二平行四连形连杆机构与第一平
行四边形连杆机构共用第二连杆202,可以节省转动副的数量,简化运动平台的结构。第一
平行四边形连杆机构可以带动第二平行四边形连杆机构做平面运动,并且在运动过程中,
第五连杆305的延伸方向始终保持不变。
六连杆306的第二端部3062铰接在第三连杆303的中间部位。中间部位是指连杆两个端部之
间的某一部位,并不限定为连杆的中点位置。又例如,第二连杆302在图1中示出的结构基础
上第一端部和第二端部分别增加延伸部分,第四连杆304的第一端部铰接在第二连杆302的
第一端部的延伸部分上,第六连杆306的第二端部铰接在第二连杆302的第二端部的延伸部
分上。上述的第四连杆304的第一端部3041的铰接位置和第六连杆306的第二端部3062的铰
接位置,同样可实现第二平行四边形连杆机构的平面运动。
能做旋转运动。
连杆308的第二端部3082与动平台200铰接以形成第七转动副317(图1未示出,可参见图3)。
第七连杆307和第八连杆308形成二连杆机构。如此,第二动力输出装置102与第一动力输出
装置101共同驱动动平台200在运动平面内做平移运动并可以精确控制动平台200的位置。
接。如此,第一动力输出装置101和第二动力输出装置102能够分别驱动第一连杆301和第七
连杆307做旋转运动。当然,第一连杆与第一动力输出装置或第七连杆与第二动力输出装置
也可以通过联轴器等其他方式连接,本公开对此不做限定。
精度。当然,第一输出轴1011的轴线、第二输出轴1021的轴线以及第三转动副313的轴线也
可以不位于同一平面。
例如,第五转动副315的轴线和第七转动副317的轴线重合。当然,第四转动副314的轴线、第
五转动副315的轴线和第七转动副317的轴线也可以不位于同一平面。
另一端与第二连接件203的壁面铰接以形成第八转动副318(图1未示出,可参见图4)。第三
动力输出装置201被配置为驱动第一连接件202转动,第一连接件202转动带动第二连接件
203转动。第二连接件203可围绕第八转动副318的轴线相对于第一连接件202转动。
电机。例如,第三输出轴2011与第一输出轴1011和第二输出轴1021平行设置。
形成第八转动副318。第八转动副318的轴线与第三输出轴2011的轴线不平行。例如,第八转
动副318的轴线与第三输出轴2011的轴线大致垂直。
一连接件202的第一端部2021与第三动力输出装置201的第三输出轴2011也可以通过联轴
器等其他方式连接,本公开对此不做限定。
二连接件203能够允许手指伸入,并且与第一连接件202不会发生运动干涉即可。
可以进一步增加第二连接件203的自由度,以增强第二连接件与手指的适应性。
装置101驱动第一连杆301转动,以及第二动力输出装置102驱动第七连杆307转动,第一连
杆301和第七连杆307带动其他连杆运动,以实现对动平台200的运动控制,从而将远程或虚
拟世界的作用力传递给动平台。
动自由度以及围绕第八转动副318的轴线的转动自由度。
连杆304、第五连杆305和第六连杆306位于上侧,第七连杆307和第八连杆308位于下侧,即
第七连杆307和第八连杆308位于第一连杆301、第二连杆302、第三连杆303、第四连杆304、
第五连杆305和第六连杆306靠近第二连接件203的一侧。如此设置,有利于节省运动平台占
用的空间。
六连杆306远离第二连接件203的一侧。
3012、第二连杆302的第一端部3021以及第四连杆304的第一端部3041通过轴承实现相对转
动。当然,第一转动副311也可以不设置轴承,第一连杆301的第二端部3012、第二连杆302的
第一端部3021以及第四连杆304的第一端部3041通过直接的转动配合实现相对转动。例如,
第二转动副312、第三转动副313、第四转动副314、第五转动副315、第六转动副316、第七转
动副317和第八转动副318与第一转动副311的结构类似。
觉反馈设备包括两个运动平台10和连接两个运动平台的平台连接件20。
而两个运动平台10的静平台相互远离。也就是,两个运动平台的设置有动平台200的一侧彼
此面对,从而适合于两个手指能够彼此更加靠近,或者能够使得手指方便地插入第二连接
件中。
可以实现拇指指尖和食指指尖之间的相对运动,从而将远程或虚拟世界的作用力传递给用
户,实现触觉反馈的作用。例如,两个运动平台的第二连接件203相互靠近或分离,可以实现
拇指指尖和食指指尖之间的接触(捏合)或分离运动;两个运动平台的第二连接件203沿平
行于第五连杆305的延伸方向相对运动,可以实现拇指指尖和食指指尖之间的揉搓运动。
所示,在该状态下,第二连接件203的中心轴线与连杆组件的运动平面大致平行。如图7所
示,在该状态下,第二连接件203的中心轴线与连杆组件的运动平面大致垂直。
置。控制装置与触觉反馈设备连接,可以根据作用力信息控制触觉反馈设备运动,从而将作
用力反馈给人,以实现人机互动。例如,作用力信息可以是控制装置本身存储的信息或从远
程或虚拟世界接收到的信息。
强人机互动的效果。
触觉和视觉反馈功能的设备。
本公开的保护范围之内。因此,本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。