專利名稱：液壓伺服式虛擬力覺提示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種虛擬力覺提示裝置，尤其是一種液壓伺服式虛擬力覺提示裝置， 適用于自行車模擬器的力覺提示交互接口。
背景技術(shù)：
人類通過5種感官來感知外部世界，即聽覺、視覺、嗅覺、觸覺、味覺。如果一種或多種感覺是通過機(jī)器產(chǎn)生，那么人類就一定程度進(jìn)入虛擬現(xiàn)實環(huán)境了。飛行器模擬器、汽車模擬器、船只模擬器、摩托車和自行車模擬器用來輔助設(shè)計、駕駛培訓(xùn)、人-車交互研究以及娛樂等。與物理原型相比，采用運動模擬器實驗具有很多優(yōu)點，例如經(jīng)濟(jì)、安全、不受天氣和環(huán)境影響等。國外一些科研機(jī)構(gòu)已經(jīng)開始著手自行車模擬器的研制，用于娛樂、健身、運動員訓(xùn)練等領(lǐng)域。對于自行車模擬器來說，為了實現(xiàn)自行車駕駛的真實性，應(yīng)設(shè)計虛擬力覺提示裝置。力提示裝置是模擬器與操作者的交互接口，它一方面實時采集操作者對自行車的操控信息并將其傳給實時仿真系統(tǒng)，另一方面又依據(jù)仿真系統(tǒng)的計算結(jié)果對操作者產(chǎn)生力的提示。發(fā)明專利“機(jī)電式虛擬力覺提示裝置”(專利號031^388. 3)采用電流控制電路來驅(qū)動控制電機(jī)的輸出力矩，通過齒輪嚙合傳動帶動慣性輪來實現(xiàn)虛擬力覺。通過分析發(fā)現(xiàn)，至少存在四種不足，一是采用齒輪傳動對于模擬自行車“急剎車”狀況是非常不利的，容易對齒輪的接觸面產(chǎn)生沖擊，甚至發(fā)生齒輪的斷裂；二是由于電機(jī)齒輪和慣性輪齒輪一直處于嚙合狀態(tài)，電機(jī)有時被慣性輪帶動，處于發(fā)電機(jī)狀態(tài)，有時候電機(jī)通電產(chǎn)生負(fù)載，處于電機(jī)工作狀態(tài)，電機(jī)經(jīng)常處于被反轉(zhuǎn)，啟動工作，停止工作的非正常工作狀態(tài)，這種使用方式對電機(jī)壽命非常不利；三是電機(jī)齒輪和慣性輪齒輪需要經(jīng)常維護(hù)，以保持齒輪的良好潤滑狀態(tài)，維護(hù)工作不能缺少；四是虛擬力覺由電機(jī)產(chǎn)生反向力矩并由齒輪傳給慣性輪，電機(jī)做功不僅要克服騎車者的腳踏轉(zhuǎn)矩，而且要克服齒輪傳動的效率損失，電機(jī)功耗大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種液壓伺服式虛擬力覺提示裝置，根據(jù)虛擬現(xiàn)實環(huán)境中自行車腳踏板力覺提示的要求，實現(xiàn)自行車腳踏板力覺的實時提示，完成自行車模擬器腳踏板的力覺提示交互接口。本發(fā)明解決技術(shù)問題的技術(shù)方案是一種液壓伺服式虛擬力覺提示裝置
，主要包括剎車基座、帶光電編碼器的慣性輪、小鏈輪、剎車環(huán)、大鏈輪、腳踏板、剎車墊片、螺釘、剎車閘、電磁閥、液壓活塞以及上位機(jī)和DSP數(shù)字信號處理器。剎車環(huán)固定在慣性輪上，剎車環(huán)嵌入剎車墊片之間，液壓活塞推動剎車閘向剎車基座一側(cè)運動，剎車環(huán)的剎車墊片擠壓下獲得摩擦阻力。本發(fā)明的技術(shù)原理是
上位機(jī)實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實模型的計算，計算出模擬場景所需得力控制信息，上位機(jī)將力控制信息傳遞給數(shù)字信號處理器DSP，DSP輸出脈寬調(diào)制信號給電磁閥以控制電磁閥的開啟，
3液壓活塞在液壓腔壓力的驅(qū)動下伸出，推動剎車間向一側(cè)運動，慣性輪上的兩個剎車環(huán)受到剎車墊片的摩擦阻力，模擬自行車在行駛過程中的阻力。慣性輪上的光電編碼器傳遞信號給DSP，DSP計算出自行車慣性輪的轉(zhuǎn)速并反饋給上位機(jī)。本發(fā)明的優(yōu)點是
1、阻力模擬直接，直接通過剎車環(huán)和剎車墊片接觸形成自行車的行駛阻力。2、響應(yīng)速度快，上位機(jī)的指令通過DSP控制器發(fā)給電磁閥，高頻電磁閥能迅速完成指令。3、系統(tǒng)可靠，力覺提示裝置沒有齒輪傳動，能可靠模擬“急剎車”環(huán)境。4、系統(tǒng)維護(hù)要求低，齒輪傳動需要精心維護(hù)，剎車環(huán)和剎車墊片之間通過接觸摩擦生成阻力，使用周期長，當(dāng)剎車墊片和剎車環(huán)之間的間隙過大時，只需要重新更換剎車環(huán)和剎車墊片。


圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明剎車基座內(nèi)部剖面圖。圖3為本發(fā)明慣性輪與剎車環(huán)剖面圖。圖4為本發(fā)明液壓伺服控制示意圖。圖中
1、剎車基座；2、帶光電編碼器的慣性輪；3、小鏈輪；4、剎車環(huán)；5、大鏈輪；6、腳踏板； 7、剎車墊片；8、螺釘；9、剎車閘；10、電磁閥；11、液壓活塞。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步描述。如圖1所示，本發(fā)明所述自液壓伺服式虛擬力覺提示裝置整體結(jié)構(gòu)包括剎車基座 1、帶光電編碼器的慣性輪2、小鏈輪3、剎車環(huán)4、大鏈輪5、腳踏板6。駕駛者踩踏腳踏板6 帶動大鏈輪5，大鏈輪5通過鏈條帶動小鏈輪3，小鏈輪3帶動同軸的慣性輪2，慣性輪2上固定的剎車環(huán)4嵌入剎車基座1的凹槽內(nèi)。如圖2、圖3所示，本發(fā)明虛擬力覺提示裝置的核心部件在剎車基座內(nèi)，剎車墊片7 固定在剎車基座1和剎車閘9上，形成兩個矩形凹槽。通過電磁閥10的開啟頻率來控制液壓腔內(nèi)的壓力，從而控制液壓活塞11上的推力，液壓活塞11推動液壓閘9向剎車基座1的一側(cè)移動，嵌在矩形凹槽內(nèi)的剎車環(huán)4在兩側(cè)的剎車墊片7的擠壓下獲得摩擦阻力。剎車環(huán)4通過螺釘8固定在慣性輪2凸緣上。如圖4所示，上位機(jī)將力控制信息傳遞給數(shù)字信號處理器DSP，DSP輸出脈寬調(diào)制信號(PWM)給電磁閥以控制電磁閥的開啟頻率，從而控制液壓腔內(nèi)液壓油的壓力，液壓活塞在液壓腔壓力的驅(qū)動下伸出，推動剎車閘向一側(cè)運動，慣性輪上的兩個剎車環(huán)受到剎車墊片的阻力，實時模擬自行車在行駛過程中受到的阻力。同時，慣性輪上的光電編碼器傳遞信號給DSP，DSP計算出自行車慣性輪的轉(zhuǎn)速并反饋給上位機(jī)。最后應(yīng)說明的是以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。 凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種液壓伺服式虛擬力覺提示裝置，主要包括剎車基座、帶光電編碼器的慣性輪、小鏈輪、剎車環(huán)、大鏈輪、腳踏板、剎車墊片、螺釘、剎車閘、電磁閥、液壓活塞、上位機(jī)、數(shù)字信號處理器DSP，其特征是，剎車環(huán)通過螺釘固定在慣性輪的兩側(cè)，剎車環(huán)嵌入剎車基座的凹槽內(nèi)，凹槽由剎車基座和剎車閘構(gòu)成，剎車墊片固定在凹槽的內(nèi)側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓伺服式虛擬力覺提示裝置，其特征是，剎車環(huán)為圓環(huán)形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓伺服式虛擬力覺提示裝置，其特征是，慣性輪周邊為雙向凸緣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的液壓伺服式虛擬力覺提示裝置，其特征是，剎車閘固定在剎車基座的底部，并能有間隙向基座一側(cè)作微小移動。
全文摘要
一種液壓伺服式虛擬力覺提示裝置，主要包括剎車基座、帶光電編碼器的慣性輪、小鏈輪、剎車環(huán)、大鏈輪、腳踏板、剎車墊片、螺釘、剎車閘、電磁閥、液壓活塞、上位機(jī)、數(shù)字信號處理器DSP。上位機(jī)將力控制信息傳遞給數(shù)字信號處理器DSP，DSP輸出脈寬調(diào)制信號給電磁閥以控制電磁閥的開啟頻率，液壓活塞在液壓腔壓力的驅(qū)動下伸出，推動剎車閘向一側(cè)運動，慣性輪上的兩個剎車環(huán)受到剎車墊片的磨擦阻力，模擬自行車在行駛過程中的阻力。慣性輪上的光電編碼器傳遞信號給DSP，DSP計算出自行車慣性輪的轉(zhuǎn)速并反饋給上位機(jī)。本發(fā)明響應(yīng)速度快、可靠性好、維護(hù)簡單，適合于自行車模擬器的腳踏板虛擬力覺提示。
文檔編號G05B17/02GK102445903SQ20101029844
公開日2012年5月9日 申請日期2010年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月7日
發(fā)明者俞建峰 申請人:俞建峰