[发明专利]一种具有高精度力反馈的可穿戴柔性XR体感手套

说明书

本发明公开一种具有高精度力反馈的可穿戴柔性XR体感手套，包括括机械结构和可变尺寸的布织材质手套，所述机械结构由手背底板、拇指底板、手指结构组成，手背底板与拇指底板相互独立；手指结构由指节结构和关节结构组成，手指结构由根部至指尖分别是：根指节、第一关节、第一指节、第二关节、第二指节；食指、中指、无名指和小拇指通过根指节连接于手背底板，拇指的根指节连接于拇指底板。本发明通过增加力反馈点的数量，提高反馈效果的强度和精度机械结构设计较为稳固、空间利用率高，因此可以使用更少更轻的材料来满足强度要求，降低了手套的重量，减少佩戴着的疲劳感，提升佩戴者的使用舒适度。

技术领域

本发明涉及一种可以提供力反馈的体感手套，尤其是一种具有高精度力反馈的可穿戴柔性XR体感手套，可在AR和VR的各种需要提供力反馈的应用场景中使用；属于人机交互技术领域。

背景技术

目前随着XR(Extended Reality增强现实及虚拟现实)技术的逐渐发展，XR已经在娱乐、工业、教育等领域有了广泛的应用。用户通过使用AR屏幕或佩戴VR头盔，使用屏幕或VR手柄操作，可以获得沉浸的使用体验，但目前大多数XR只是基于视觉的沉浸式反馈，且这些操作方式沉浸程度和操作精度欠佳。对于很多应用场景，用户需要更精细的操作方式，尤其是手部的操作，并获得虚拟场景中触觉的反馈，如当用户拿起虚拟场景中的“物体”时，需要感受到触碰、抓握的力。对此，目前已经有通过集成角度传感器或弯曲传感器等方式实现的体感手套，能够监测到手部以及每根手指的运动状态，实现更精细的操作。进一步的，一些体感手套还集成了电机、震动马达或电肌肉等电动单元来实现力反馈的功能。

对于目前的力反馈体感手套，有三种技术实现方案。一是通过在手套上安装多个震动单元，使用户能感受到触感，但这种方案无法实现抓握、按压等动作产生的压力或阻断感；二是通过在手背或手指根关节位置安放电机，通过皮带传动到指尖部位，使用户在指尖部位能感受到反馈力，这种皮带传动的结构一般会导致手套体积较大，结构较为脆弱，每根手指能够独立提供力反馈的位置较少，精细度较低；三是在手套上布置由极微型电机组成的电肌肉，这种方案能够独立提供力反馈的位置较多，精细程度较高，但难以实现较大的反馈力，同时电动单元的成本也较高。对于后两者能提供力矩反馈的方案，也面临着一个固有的问题：由于采用电机直驱产生反馈力的方案，导致用户在移动手指时会不可避免地受到电机悬空阻力的影响。该阻力与电机额定扭矩正相关，导致能够提供的反馈力越大，手指移动所受的影响也越大。

总结上述，目前能够提供足够反馈力的体感手套面临着以下问题：

手套体积较大、较为笨重，同时力反馈点数量少，力反馈效果精细度低。

电机能够提供的反馈力与电机悬空阻力正相关，能够提供较大反馈力的手套将影响阻塞手指的正常移动。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种具有高精度力反馈的可穿戴柔性XR体感手套。

所述的XR体感手套按照人体工程学设计，包括机械结构和可变尺寸的布织材质手套，通过布织材质手套贴合佩戴者的手指、手背、手心部位，其机械结构与布织材质手套固定，贴合于手背和手指上方。机械结构在手指的每个关节均有活动部位，其尺寸符合大多数人的手掌骨骼与关节位置，对应的机械部位在每个指节相对固定的位置通过涤纶条带和粘扣带组成的绑带与指腹接触并固定，用于在这些位置给手指提供力反馈。