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假想现实感和远程现实感系统

假想现实感和远程现实感系统

本发明为一种虚拟及远程现实感系统,该系统使利用计算机形成的图像(虚拟世界)、以机器人为媒体的实际存在的世界(远程世界)和随外加电场强度而变化的电粘滞性流体的流动阻力按实时间连动,从而向操作者显示由于流动阻力的变化而产生的力学感觉的变化。

通过采用使用了电粘滞性流体的力学感觉显示设备1和张力传感器2,即使是短的刚性的钓杆,也可以具有现实感地显示与鱼的种类及大小对应的手劲的感觉。例如,通过将电粘滞性流体封入到2块平行的转动圆盘电极间,控制加到该电粘滞性流体上的电场强度,便可使用改变传递转矩、调整张力的力学感觉显示设备本发明是以实时间使利用计算机制作的图像(虚拟世界)、以机器人等作为媒体的实际存在的远程地的世界(远程世界)和电粘滞性流体连动从而向操作者显示力学感觉的系统,简便、紧凑并且可以以接近现实的感觉现实多自由度的活动。作为所谓的虚拟现实和远程现实的系统,可以应用于设计、教育、训练、娱乐、危险作业、微细/超微细作业领域。例如,在娱乐领域,有滑雪、钓鱼、空中飞行、海中游泳、高尔夫、棒球、自行车运动等;在训练领域,有汽车驾驶、宇宙作业等;在教育领域,有熟练作业的规格及标准化等;在危险作业及微细作业领域,有核物质处理作业、深海作业、微细的加工、组装、处理等作业;在医疗领域,有肌肉等的功能恢复、在摄像机监视下的手术等;在设计领域,有机器类及住宅室内设备的操作性的设计等。另外,作为利用高速网络的多媒体的基础技术之一,本发明的力学感觉显示设备作为与鼠标器、键盘、显示器及扬声器同等的信息终端的输入输出设备,除了先有的文字、图像、声音等信息的传递外,,还可以传递关于触、握、抚等体性感觉的信息。

为了达到上述目的,本发明者不是单纯地将通过电场作用可以改变其粘性的电粘滞性流体使用于机械输出的控制,而是想到将基于粘性变化的流体阻力的变化应用于感觉显示,对该方法进行锐意研究的结果,实现了本发明。

图3是表示被动力学感觉显示设备的动作形式的框图。

上述的现有力学感觉显示设备存在各种各样的问题。例如,使用电机的装置,体积庞大,自由度的数有限,应答性差。另外,使用螺旋管及空气压汽缸的装置,控制性差,难于显示微妙的感觉。

本发明的力学的感觉显示设备,可以用模拟人的手脚和身体的手套、指状物、臂状物、夹子、弯管等形式使用。使用电粘滞性流体的本发明的力学的感觉显示设备,与先有的纯机械装置相比,可以单纯地采用紧密的结构。

(5)拉多加斯大学的服部在“人工现实感的世界”(工业调查会、151、1991)上发表了机械地发生指尖触及虚拟的物体时产生的力、将宛如该处存在物体的感觉传递给手指的技术。这就是将微型汽缸安装到大拇指、食指、中指上,将实时地送入空气的泵与这些微型汽缸连接,当指尖触及虚拟的物体时送入空气压,发生挤压和放松手指的力的技术。

图20是表示本发明的远程存在系统的实施例8的简略图,是将本发明应用于虚拟钓鱼游戏的例子。

(3)桥本等人在“日本机器人学会志、Vol.10、903、1992”上发表了用于分析人的手的动作的手套。该手套具有3指10个自由度,是金属丝传递电机驱动的手套,称为传感器手套。

下面,参照附图详细说明本发明的实施例。

假想现实感和远程现实感系统

本发明为一种虚拟及远程现实感系统,该系统使利用计算机形成的图像(虚拟世界)、以机器人为媒体的实际存在的世界(远程世界)和随外加电场强度而变化的电粘滞性流体的流动阻力按实时间连动,从而向操作者显示由于流动阻力的变化而产生的力学感觉的变化。

以图像的形式给定的上述环境是远程世界,具有拍摄该远程世界并输出上述图像信号的摄影装置和检测该远程世界的力学作用并将该输出信号反馈给上述计算机的远程世界传感器。

图5是表示作为使用于本发明的远程存在系统的实施例1的手套式力学感觉显示设备的基本部分的形状再生球的结构的斜视图。

本发明涉及利用于设计、教育、训练、娱乐、危险作业、细微/超细微作业等领域的所谓的虚拟现实和远程现实,特别是使用使电粘滞性流体的流动电阻变化的控制机构将使用计算机制作的虚拟世界或实际存在的远程世界的力学感觉实时地呈现给操作者的虚拟现实感系统和远程现实感系统。

实施例5图14和15是表示本发明的远程存在系统的实施例5的图,图14是是表示可以显示XY平面上的力学感觉的力学感觉显示设备1的斜视图,图15是表示使用该力学感觉显示设备1的虚拟现实感系统的框图。本实施例的力学感觉显示设备1采用使用了2台安装皮带轮131的平行链的形式,取代图13的方向盘110。

皮带轮131a和131b分别安装在平行链(形成平行四边形)的4条框架条内相邻的2条框架条133和134上。这两个皮带轮131a和131b通过皮带128与另外的皮带轮131接续,将它们的转动力分别传递给平行链的相邻框架条133和134。框架条133和134固定在同心双重转轴135上,可以自由转动。另外,平行链的4条框架条安装成相互可以自由转动,控制杆136安装在与转轴135相对的位置。因此,当未从皮带轮131传递转动力时,控制杆136在框架长度的范围内,可以在转轴135周围的XY平面内自由地移动。

由于图8所示的力学感觉显示设备具有非常多的自由度,所以,不仅对指尖而且对指腹部和手掌部分都可以显示虚拟物体的接触及握持的感觉。特别是由于手指未约束为被机械地包裹的状态,所以,佩带感也很好。此外,由于本力学感觉显示设备是紧凑的,所以,可以在实空间自由地移动使用。

实施例7图19是在本发明的远程存在系统的实施例7中使用的力学感觉显示设备。图中,电极单元150具有金属薄膜电极138、平行板电极139和封入到它们之间的间隙内的电粘滞性流体106。在各金属薄膜电极138上,力感传感器(应变传感器)2安装在手指的附近部分。另外,电机129安装在电极单元150的手腕一侧。

作为主动力学感觉显示设备的驱动系统,可以单独或组合使用电机、螺旋管、气压、油压、导线等外部驱动式的驱动系统和利用弹簧、板簧、线簧、橡皮、弹性体等的自形状恢复力的内部驱动式的驱动系统。

图6是形状再生球101的表面部分的剖面结构。球102使用柔软的橡皮球状的橡胶107将整个球包裹,支杆104的平钉头与橡皮107的内壁面接触。橡皮107的直径为55mm。如上所述,电粘滞性流体106填充在利用衬套105保持一定间隔的支杆104与洞穴103的间隙和洞穴103的底部,同时,还填充到橡皮107的内壁面与球102的表面之间的间隙内。

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