力反馈按工作空间分类介绍
目前,力反馈技术已经成为虚拟现实技术的研究热点之一。近年来,许多公司推出了一些商业化的力反馈设备,一些大学和科研机构也进行了开发。力反馈设备根据整体尺寸和工作范围空间大致可分为三种类型:手指型、手臂型和全身型。


手指类型:


手指式力反馈装置的活动空间相对较小,作用范围仅限于手指关节。控制系统根据手指的伸展程度向手指施加适度的力,并模拟手握时的情况。抓手是一种手指型力反馈装置。例如,赛博抓可以像盔甲一样附着在赛博手套上。它是一种外骨骼装置,通过钢丝绳传递力,由电机驱动。它可以在每个手指上获得12N的最大阻尼力,允许操作者的手在任何范围内移动;缺点是它会导致很大的反弹和摩擦,而且它很重,长时间穿着会让人感到疲劳。Rutgers大学开发了一种内置的多指力反馈手套—— (Master  II-ND),它可以在工作时向每个手指提供16N的反馈力,并可以同时测量手的姿势和反馈力。与赛博抓相比,它具有重量轻、动态范围大、摩擦力小的优点,但缺点是安装在手掌上,操作时手掌不能完全握紧,手指的活动范围有限。


手臂类型


臂式设备具有较大的工作空间和较大的运动自由度,是目前发展最快的设备。根据Delta并联机构图,Force  Dimension公司根据该机构原理先后开发了三自由度、六自由度和七自由度力反馈装置,可实现较高的力和输出刚度,已广泛应用于纳米微操作、医学、航空、娱乐等领域。产品的工作空间一般在300-400毫米之间,扭矩范围为1毫米。价格相对昂贵。除了商业化的力反馈设备外,日本筑波大学还开发了一种6自由度触觉主力反馈设备,其机械部分由三个伸缩连杆组成,每个连杆由一个电机驱动,运动范围为半径为40厘米的球形空间。该机构实现了低惯性、低摩擦和可逆驱动,整个系统的动态响应较高。


臂式力反馈设备的研究还包括韩国汉阳大学开发的六自由度并联主手,美国, 迪斯特大学机械工程系的PHS-I系统与遥操作中的主手相似,可以跟踪手臂和肩膀的运动;英国;索尔福德大学设计的七自由度外骨骼力觉再现装置和加拿大麦吉尔大学开发的触笔力反馈装置基本上类似于幻影系统。


全身型


全身力觉交互设备结构最复杂,运动自由度大,运动范围广。工作时可以活动的关节不仅包括手臂关节,还包括人体下肢的髋关节、膝关节和踝关节。因此,全身力感交互设备通常体积大且操作不方便。代表性的是由德国柏林理工大学开发的用于中风患者康复训练的触觉沃克系统。美国虚拟球公司近年来开发并投放市场的虚拟球运动平台是一个10英尺高的空心球。球体被放置在一个特殊的平台上。工作时,操作员进入在球体内部佩戴无线头盔显示器,球体根据操作员的步伐自由移动,同时操作员沉浸在虚拟环境中。Virtusphere体育平台价格价格低廉,可应用于安防培训、游戏、虚拟旅游等领域。类似的运动平台是虚拟空间设备公司开发的全向跑步机(ODT)技术,主要用于军事领域,价格昂贵。
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