基于磁流變技術(shù)的觸覺再現(xiàn)裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種基于磁流變技術(shù)的觸覺再現(xiàn)裝置，包括操縱機(jī)構(gòu)和阻尼裝置；操縱機(jī)構(gòu)至少包括操縱筒，阻尼裝置包括外殼和設(shè)置于外殼內(nèi)的阻尼機(jī)構(gòu)，阻尼機(jī)構(gòu)包括阻尼桿和設(shè)置于剛性殼體內(nèi)與阻尼桿底端固定連接并用于阻尼桿擺動時產(chǎn)生擺動阻尼力的擺動阻尼件；阻尼裝置還包括固定于阻尼桿位于筒體的部分外側(cè)設(shè)置的第一勵磁線圈，當(dāng)?shù)谝粍畲啪€圈通電時產(chǎn)生對操作筒軸向移動或繞自身軸線轉(zhuǎn)動的阻尼力；本發(fā)明專利技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單，可結(jié)合傳感控制系統(tǒng)同時使用，不但可方便快捷的實(shí)現(xiàn)體現(xiàn)觸覺力的大小，而且可滿足多自由度的觸覺模擬，且體積較小，具有相當(dāng)高的市場推廣性。

Haptic reproduction device based on Magnetorheological Technology

The invention discloses a device for reproducing magneto rheological technology based on tactile, including control mechanism and damping device; operating mechanism includes at least a control cylinder, the damping device comprises a casing and a damping mechanism arranged in the casing, the damping mechanism comprises a swing swing damping damping force and damping rod is arranged on the rigid shell and bottom damping rod the end is fixedly connected and used for damping rod swing; damping device also comprises a first coil fixed on the outer part of the damping rod in cylinder set, when the first excitation coil is energized to generate damping force on the operation of axial move or rotate around its axis; the invention has the advantages of simple structure, can be combined with the sensing and control system at the same time, not only can easily reflect the tactile force, and can satisfy the multi degree of freedom haptic simulation, and the small size is When high marketing.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
基于磁流變技術(shù)的觸覺再現(xiàn)裝置
本專利技術(shù)涉及觸覺再現(xiàn)
，特別涉及一種基于磁流變技術(shù)的觸覺再現(xiàn)裝置。
技術(shù)介紹
高效自然的觸覺再現(xiàn)技術(shù)能夠加強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)的沉浸感和真實(shí)感，能夠提供更為真實(shí)和直接的交互體驗(yàn)，將人類與虛擬世界的交流推向一個新的階段，是目前虛擬現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的熱點(diǎn)。觸覺再現(xiàn)技術(shù)在科學(xué)教育、工業(yè)設(shè)計(jì)、盲人看圖和遠(yuǎn)程醫(yī)療等領(lǐng)域起著重要的輔助作用，如在遠(yuǎn)程手術(shù)過程中，需要機(jī)械臂上的手術(shù)刀實(shí)現(xiàn)實(shí)時的移動，此時在移動過程中醫(yī)生有臨場感知模擬需要，就需要使用到觸覺再現(xiàn)技術(shù)。目前，觸覺再現(xiàn)技術(shù)大多是基于機(jī)械力的，比較典型的有針型接觸式陣列、氣體壓力觸覺再現(xiàn)裝置和基于鋸齒表面的觸覺再現(xiàn)裝置，這些機(jī)械式的方式雖然可以實(shí)現(xiàn)多自由度的觸覺再現(xiàn)，但是由于結(jié)構(gòu)極其復(fù)雜、體積較大、設(shè)備笨重很難在日常生活中應(yīng)用推廣。為解決上述問題，適應(yīng)使用的小型化要求，現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)了通過靜電力、電流變?yōu)榻橘|(zhì)，通過控制介質(zhì)的不同狀態(tài)與行為使觸覺再現(xiàn)的方式，此種方式可通過改變接觸表面的形狀或摩擦系數(shù)，使得操作者通過觸摸表面直接感受摩擦力的變化從而使得觸覺再現(xiàn)，雖可滿足小型化的需求，但實(shí)現(xiàn)多自由度的觸覺模擬難度很大，仍然不具有廣泛使用性。因此，需要對現(xiàn)有的觸覺再現(xiàn)裝置進(jìn)行改進(jìn)，使其不但結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，使用方便，而且可滿足多自由度的觸覺模擬，提高其使用推廣性。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
有鑒于此，本專利技術(shù)提供一種觸覺再現(xiàn)裝置，其不但結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，使用方便，而且可滿足多自由度的觸覺模擬，提高其使用推廣性。本專利技術(shù)的基于磁流變技術(shù)的觸覺再現(xiàn)裝置，包括操縱機(jī)構(gòu)和與操縱機(jī)構(gòu)配合并用于提供阻尼力以實(shí)時再現(xiàn)觸覺力的阻尼裝置；操縱機(jī)構(gòu)至少包括操縱筒，阻尼裝置包括外殼和設(shè)置于外殼內(nèi)的阻尼機(jī)構(gòu)，外殼包括剛性殼體和與剛性殼體上端連接并外套固定于操縱筒外側(cè)對操縱筒形成支撐并用于補(bǔ)償空間的柔性殼體，阻尼機(jī)構(gòu)包括阻尼桿和設(shè)置于剛性殼體內(nèi)與阻尼桿底端固定連接并用于阻尼桿擺動時產(chǎn)生擺動阻尼力的擺動阻尼件，阻尼桿上部位于操縱筒內(nèi)并操縱筒以可產(chǎn)生軸向移動的方式與阻尼桿配合，外殼和操縱筒的空腔內(nèi)填充有磁流變液；阻尼裝置還包括固定于阻尼桿位于筒體的部分外側(cè)設(shè)置的第一勵磁線圈，當(dāng)?shù)谝粍畲啪€圈通電時產(chǎn)生對操作筒軸向移動或繞自身軸線轉(zhuǎn)動的阻尼力。進(jìn)一步，擺動阻尼件包括與阻尼桿固定連接的連接球體、設(shè)置在連接球體上的至少一個接觸盤和固定于接觸盤上設(shè)置用于提供通電時提供磁場的第二勵磁線圈，每一接觸盤與剛性殼體的內(nèi)壁間設(shè)有用于磁流變液流動的間隙。進(jìn)一步，每一接觸盤包括連接桿和與連接桿一體成型的盤體，連接桿沿連接球體的徑向設(shè)置，第二勵磁線圈設(shè)置在連接桿上，剛性殼體內(nèi)壁為內(nèi)球面結(jié)構(gòu)，盤體為與內(nèi)球面結(jié)構(gòu)相適形的弧形結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，每一接觸盤的盤體的外側(cè)弧面上設(shè)置有用于控制與剛性殼體內(nèi)壁間間隙的鋼球。進(jìn)一步，第一勵磁線圈通過線圈座固定于阻尼桿上端外側(cè)，操縱筒內(nèi)與阻尼桿上端和線圈座配合還設(shè)置有用于提供軸向阻尼和復(fù)位的壓縮彈簧。進(jìn)一步，阻尼桿位于操縱筒內(nèi)部分上還設(shè)置有用于操縱筒滑動配合并圓周密封的導(dǎo)向件。進(jìn)一步，柔性殼體為上小下大的錐臺形結(jié)構(gòu)。進(jìn)一步，操縱機(jī)構(gòu)還包括操縱球和上部與操縱球連接并下部與操縱筒螺紋連接的螺紋筒。進(jìn)一步，剛性殼體包括相互連接的左半球殼和右半球殼。本專利技術(shù)的有益效果：本專利技術(shù)的基于磁流變技術(shù)的觸覺再現(xiàn)裝置，本裝置在使用時，通過傳感器感知與觸覺再現(xiàn)裝置相連的執(zhí)行裝置的位移和壓力變化信號，使用者通過操縱機(jī)構(gòu)操縱運(yùn)動，當(dāng)操縱筒沿軸向移動或繞自身軸線轉(zhuǎn)動時，第一勵磁線圈和第二勵磁線圈通電，磁感線分別由接觸盤與剛性殼體內(nèi)壁間的間隙、阻尼桿與操縱筒之間的間隙引出，使得間隙內(nèi)的磁流變液成為半固體，阻礙運(yùn)動，由于接觸盤處產(chǎn)生阻尼力較大，接觸盤和阻尼桿相當(dāng)于靜止，操縱筒與阻尼桿之間的相對運(yùn)動即受到半固態(tài)的磁流變液的阻礙產(chǎn)生阻尼力并反饋給使用者的手部；當(dāng)產(chǎn)生擺動時，同樣由于接觸盤與剛性殼體內(nèi)壁間間隙內(nèi)的磁流變液在磁場作用下產(chǎn)生阻尼力阻礙運(yùn)動，并沿原路反饋給操作者；本專利技術(shù)結(jié)構(gòu)簡單，可結(jié)合傳感控制系統(tǒng)同時使用，不但可方便快捷的實(shí)現(xiàn)體驗(yàn)觸覺力的大小，而且可滿足多自由度的觸覺模擬，且體積較小，具有相當(dāng)高的市場推廣性。附圖說明下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本專利技術(shù)作進(jìn)一步描述。圖1為本專利技術(shù)外部結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本專利技術(shù)結(jié)構(gòu)剖視圖。具體實(shí)施方式圖1為本專利技術(shù)外部結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本專利技術(shù)結(jié)構(gòu)剖視圖，如圖所示：本實(shí)施例的基于磁流變技術(shù)的觸覺再現(xiàn)裝置，包括操縱機(jī)構(gòu)和與操縱機(jī)構(gòu)配合并用于提供阻尼力以實(shí)時再現(xiàn)觸覺力的阻尼裝置；操縱機(jī)構(gòu)至少包括操縱筒1，阻尼裝置包括外殼和設(shè)置于外殼內(nèi)的阻尼機(jī)構(gòu)，外殼包括剛性殼體2和與剛性殼體2上端連接并外套固定于操縱筒1外側(cè)對操縱筒1形成支撐并用于補(bǔ)償空間的柔性殼體3，阻尼機(jī)構(gòu)包括阻尼桿5和設(shè)置于剛性殼體2內(nèi)與阻尼桿5底端固定連接并用于阻尼桿5擺動時產(chǎn)生擺動阻尼力的擺動阻尼件，阻尼桿5上部位于操縱筒1內(nèi)并操縱筒1以可產(chǎn)生軸向移動的方式與阻尼桿5配合，外殼和操縱筒1的空腔內(nèi)填充有磁流變液；其中，柔性殼體3的上部形成環(huán)套結(jié)構(gòu)，環(huán)套的外側(cè)通過緊固件4使其內(nèi)側(cè)緊貼在操縱筒1的外側(cè)形成固定，柔性殼體3的底部形成與剛性殼體2上部連接的凸緣，剛性殼體2上部開口與柔性殼體3相連，操縱筒1的下端在柔性殼體3內(nèi)部；阻尼裝置還包括固定于阻尼桿5位于筒體的部分外側(cè)設(shè)置的第一勵磁線圈6，當(dāng)?shù)谝粍畲啪€圈6通電時產(chǎn)生對操作筒軸向移動或繞自身軸線轉(zhuǎn)動的阻尼力；擺動阻尼件包括與阻尼桿5固定連接的連接球體7、設(shè)置在連接球體7上的至少一個接觸盤和固定于接觸盤上設(shè)置用于提供通電時提供磁場的第二勵磁線圈8，每一接觸盤與剛性殼體2的內(nèi)壁間設(shè)有用于磁流變液流動的間隙9；本專利技術(shù)在使用時，第一勵磁線圈6和第二勵磁線圈8通電，使得阻尼桿5上的線圈座14兩翼與操縱筒1之間的間隙10內(nèi)的磁流變液和接觸盤與剛性殼體2內(nèi)壁間的間隙內(nèi)的磁流變液發(fā)生變化，由液體變成類固體，從而使得接觸盤與剛性殼體2之間、阻尼桿5與操縱筒1之間產(chǎn)生相對阻礙運(yùn)動的阻尼力，至于阻尼力的大小則根據(jù)外部傳感器與控制系統(tǒng)通過控制勵磁線圈通電電流大小以使得阻尼力的大小與實(shí)時狀態(tài)下的末端執(zhí)行器所受到的阻尼力一致，從而完成觸覺再現(xiàn)模擬；本實(shí)施例中，接觸盤對應(yīng)剛性殼體2的內(nèi)壁沿連接球體7的外圓均勻布置，兩相鄰接觸盤間的距離相等，每一接觸盤與剛性殼體2的內(nèi)壁間均設(shè)置有間隙用于磁流變液通過，并在第二勵磁線圈8通電時使其改變狀態(tài)以提供阻尼力。本實(shí)施例中，每一接觸盤包括連接桿11和與連接桿11一體成型的盤體12，連接桿11沿連接球體7的徑向設(shè)置，第二勵磁線圈8設(shè)置在連接桿11上，剛性殼體2內(nèi)壁為內(nèi)球面結(jié)構(gòu)，盤體12為與內(nèi)球面結(jié)構(gòu)相適形的弧形結(jié)構(gòu)；連接球體7的外側(cè)設(shè)置有徑向插槽，連接桿11的端部插入插槽內(nèi)形成固定，本實(shí)施例中，接觸盤設(shè)置四個，且四個接觸盤的盤體12的外弧面總和不小于剛性殼體2內(nèi)球面面積的四分之三。本實(shí)施例中，每一接觸盤的盤體12的外側(cè)弧面上設(shè)置有用于控制與剛性殼體2內(nèi)壁間間隙的非導(dǎo)磁性鋼球13；非導(dǎo)磁性鋼球13固定在對應(yīng)接觸盤的盤體12上設(shè)置的凹槽內(nèi)，非導(dǎo)磁性鋼球外側(cè)與剛性殼體2的內(nèi)壁相接觸，以確保剛性殼體2內(nèi)壁與接觸盤間的間隙恒定。本實(shí)施例中，第一勵磁線圈6通過線圈座14固定于阻尼桿5上端外側(cè)，操縱筒1內(nèi)與本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于磁流變技術(shù)的觸覺再現(xiàn)裝置，其特征在于：包括操縱機(jī)構(gòu)和與操縱機(jī)構(gòu)配合并用于提供阻尼力以實(shí)時再現(xiàn)觸覺力的阻尼裝置；所述操縱機(jī)構(gòu)至少包括操縱筒，所述阻尼裝置包括外殼和設(shè)置于外殼內(nèi)的阻尼機(jī)構(gòu)，所述外殼包括剛性殼體和與剛性殼體上端連接并外套固定于所述操縱筒外側(cè)對操縱筒形成支撐并用于補(bǔ)償空間的柔性殼體，所述阻尼機(jī)構(gòu)包括阻尼桿和設(shè)置于剛性殼體內(nèi)與阻尼桿底端固定連接并用于阻尼桿擺動時產(chǎn)生擺動阻尼力的擺動阻尼件，所述阻尼桿上部位于所述操縱筒內(nèi)并所述操縱筒以可產(chǎn)生軸向移動的方式與阻尼桿配合，所述外殼和所述操縱筒的空腔內(nèi)填充有磁流變液；所述阻尼裝置還包括固定于阻尼桿位于筒體的部分外側(cè)設(shè)置的第一勵磁線圈，當(dāng)?shù)谝粍畲啪€圈通電時產(chǎn)生對操作筒軸向移動或繞自身軸線轉(zhuǎn)動的阻尼力；所述擺動阻尼件包括與阻尼桿固定連接的連接球體、設(shè)置在連接球體上的至少一個接觸盤和固定于接觸盤上設(shè)置用于提供通電時提供磁場的第二勵磁線圈，每一所述接觸盤與所述剛性殼體的內(nèi)壁間設(shè)有用于磁流變液流動的間隙。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于磁流變技術(shù)的觸覺再現(xiàn)裝置，其特征在于：包括操縱機(jī)構(gòu)和與操縱機(jī)構(gòu)配合并用于提供阻尼力以實(shí)時再現(xiàn)觸覺力的阻尼裝置；所述操縱機(jī)構(gòu)至少包括操縱筒，所述阻尼裝置包括外殼和設(shè)置于外殼內(nèi)的阻尼機(jī)構(gòu)，所述外殼包括剛性殼體和與剛性殼體上端連接并外套固定于所述操縱筒外側(cè)對操縱筒形成支撐并用于補(bǔ)償空間的柔性殼體，所述阻尼機(jī)構(gòu)包括阻尼桿和設(shè)置于剛性殼體內(nèi)與阻尼桿底端固定連接并用于阻尼桿擺動時產(chǎn)生擺動阻尼力的擺動阻尼件，所述阻尼桿上部位于所述操縱筒內(nèi)并所述操縱筒以可產(chǎn)生軸向移動的方式與阻尼桿配合，所述外殼和所述操縱筒的空腔內(nèi)填充有磁流變液；所述阻尼裝置還包括固定于阻尼桿位于筒體的部分外側(cè)設(shè)置的第一勵磁線圈，當(dāng)?shù)谝粍畲啪€圈通電時產(chǎn)生對操作筒軸向移動或繞自身軸線轉(zhuǎn)動的阻尼力；所述擺動阻尼件包括與阻尼桿固定連接的連接球體、設(shè)置在連接球體上的至少一個接觸盤和固定于接觸盤上設(shè)置用于提供通電時提供磁場的第二勵磁線圈，每一所述接觸盤與所述剛性殼體的內(nèi)壁間設(shè)有用于磁流變液流動的間隙。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁流變技術(shù)的觸覺再現(xiàn)裝置，其特征在于：每一所述接觸盤包括連接桿和與連接桿一體成...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：董小閔，席軍，陳平根，王金戈，李文峰，
申請(專利權(quán))人：重慶大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：重慶,50