一种手握式触觉交互装置的制作方法

1.本技术属于运动器械技术领域，特别涉及一种手握式触觉交互装置。


背景技术：

2.随着人口的变化，现代社会的老年人比例在接下来的几十年里将会逐渐增加，基于这种趋势，随之而来的是患有与年龄相关的认知功能下降和神经退行性疾病如阿尔兹海默病(alzheimer's disease，ad)和帕金森病(parkinson’s disease,pd)的老年人数量相应增加，这将不可避免地对社会、职业以及卫生保健系统产生进一步的影响，给社会带来巨大的压力。
3.健身球是我国民间的传统健身保健器具之一，常见的健身球有铁球、核桃、石球等类型，人们利用手指、手掌和手腕的力量，可以让健身球在手中旋转、犯规，尤其适用于供老年人使用，能够防止和纠正老年人的神经退行性病变所致的上肢麻木无力、颤抖、握力减退等症状，可以提升手部的灵活性，锻炼到大脑神经中枢，改善老年人的认知能力。
4.相关技术中，一些健身球内设有传感器单元，能够采集健身球在被使用者旋转时的角速度、加速度等信息，并且可以通过无线通信模块将信息发送给电子设备，电子设备可以对信息进行显示，或者使用信息供进一步地研究所用。然而，目前带有传感器单元的健身球的内部结构设计往往不够合理，结构和装配工艺都较为复杂，并且容易出现质量分布不均的现象，使得健身球在转动的过程中容易出现偏转甚至滑落的现象，给使用者带来不好的使用体验。


技术实现要素：

5.本技术提供了一种手握式触觉交互装置，该手握式触觉交互装置包括的健身球的结构简单，组装容易，并且质量分布更加均匀，使用者在转动时更加舒适、称手，使用体验更好。
6.本技术提供一种手握式触觉交互装置，包括两个相互独立并且供用户握持的健身球，每个所述健身球均包括：呈半球形结构的上球壳以及呈半球形结构的下球壳，并且所述上球壳与所述下球壳能够固定对接以形成所述健身球；
7.所述上球壳内设有第一安装架，电路板通过所述第一安装架被固定于所述上球壳内，所述电路板上设置有用于采集所述健身球的运动数据的传感器模块以及用于向电子设备无线传输所述运动数据的无线通信模块；
8.所述下球壳内设有第二安装架，电池通过所述第二安装架被固定于所述下球壳内并用于向所述电路板供电。
9.根据本技术提供的手握式触觉交互装置，该手握式触觉交互装置包括两个独立的供用户握持的健身球，符合使用者的使用习惯。在每个健身球内部，电路板通过上球壳内设置的第一安装架被固定于上球壳内，电池通过下球壳内设置的第二安装架被固定于下球壳内，每个健身球由上球壳和下球壳对接固定而形成，结构简单，组装容易，生产效率高，进而
可以降低生产成本，有利于提高本产品在市场上的竞争力。
10.健身球内设置的电路板和电池构成健身球内部的主要重量来源，本技术实施例通过将两个构成主要重量来源的部件分别设于上球壳内和下球内，而非集中设置于一个半球结构内，当上球壳和下球壳固定对接后，健身球的上半部分和下半部分都有一定的质量分布，因此，健身球整体的质量分布更加均匀，进而健身球在旋转的过程中不易偏转、滑落，提升了用户握持旋转时的使用体验。并且，将电路板和电池分开两侧设置，健身球内部的必要电路走线位于电路板和电池之间，更有利于内部的走线和质量的均匀分布。
11.在一种可能的实现方式中，所述电路板与所述电池均呈平板状结构，所述电路板邻近所述上球壳的开口端面并与所述上球壳的开口端面平行设置；所述电池邻近所述下球壳的开口端面并与所述下球壳的开口端面平行设置；所述电路板与所述电池相对并居中设置。
12.在一种可能的实现方式中，所述电路板与所述电池均呈矩形，所述第一安装架与所述第二安装架均呈“井”字形，所述电路板和所述电池被固定于所述“井”字形的中心内。
13.在一种可能的实现方式中，围成所述“井”字形的中心的四条边均向内延伸形成用于抵接所述电路板和所述电池的底面的抵接沿。
14.在一种可能的实现方式中，所述健身球的直径为45mm～57mm。
15.可选地，所述上球壳和所述下球壳由聚乳酸材料、abs塑料或者热塑性聚氨酯弹性体制成。
16.在一种可能的实现方式中，所述上球壳和所述下球壳分别通过注塑工艺制成一体结构。
17.在一种可能的实现方式中，所述传感器模块包括陀螺仪和加速度计，所述运动数据包括所述健身球的自转减速度、公转角速度以及角加速度。
18.在一种可能的实现方式中，所述电路板上还设置有无线充电模块。
19.在一种可能的实现方式中，所述无线通信模块包括蓝牙芯片。
附图说明
20.图1是本技术实施例提供的手握式触觉交互装置的整体示意图；
21.图2是本技术实施例提供的健身球的爆炸结构示意图；
22.图3是本技术实施例提供的健身球的上球壳的结构示意图；
23.图4是图3示出的上球壳的正视图；
24.图5是本技术实施例提供的健身球的下球壳的结构示意图；
25.图6是图5示出的下球壳的正视图；
26.图7是本技术实施例提供的健身球的模块示意图。
27.附图标记：
28.10、上球壳；11、第一安装架；20、下球壳；21、第二安装架；30、电路板；31、传感器模块；32、无线通信模块；33、无线充电模块；40、电池；50、抵接沿；60、容纳槽。
具体实施方式
29.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例
中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
30.在本技术实施例的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。在本技术中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
31.在本技术中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
32.在本技术的描述中，需要理解的是，术语“内”、“外”、“上”、“底”、“前”、“后”等指示的方位或者位置关系(若有的话)为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
33.当健身球的内部设置传感器模块和无线通信模块时，健身球的传感器模块可以采集自身转动时的运动信息并无线通信模块向电子设备传输信息，电子设备可以进一步对信息进行处理并展示。例如，可以得到在预定时间内使用者转动健身球的次数，进而可以判断使用者的手部灵活性；或者对使用者的运动状态进行评分。如此，健身球能够作为一种触觉交互装置，使用者在有意识的旋转健身球时(例如执行一些触觉注意任务)，健身球能够向电子设备传送反映使用者的运动状态的信息。由健身球构成的触觉交互装置可以作为手部的康复训练装置或者日常锻炼装置。
34.本技术实施例提供一种手握式触觉交互装置，该手握式触觉交互装置包括独立的两个供使用者握持于手掌内进行旋转的健身球，健身球的结构简单，并且质量分布更加均匀，使用者在转动时更加舒适、称手，使用体验更好。
35.图1是本技术实施例提供的手握式触觉交互装置的整体示意图，图2是本技术实施例提供的健身球的爆炸结构示意图，图3是本技术实施例提供的健身球的上球壳的结构示意图，图4是图3示出的上球壳的正视图，图5是本技术实施例提供的健身球的下球壳的结构示意图，图6是图5示出的下球壳的正视图，如图1～图6所示，本技术实施例提供的手握式触觉交互装置包括两个相互独立并且供用户握持的健身球，每个健身球均包括呈半球结构的上球壳10以及呈半球形结构的下球壳20，并且上球壳10与下球壳20能够固定对接以形成前述的健身球。
36.其中，上球壳10内设有第一安装架11，电路板30通过第一安装架11被固定于上球壳10内，电路板30上设置有用于采集健身球的运动数据的传感器模块31以及用于向电子设
备传输运动数据的无线通信模块32；下球壳20内设有第二安装架21，电池40通过第二安装架21被固定于下球壳20内并用于向电路板30供电。
37.在本技术的实施例中，手握式触觉交互装置包括的两个健身球完全相同(即尺寸、材料、内部结构等都相同)，并且相互独立(即二者之间没有连接关系)。使用者在旋转普通的健身球(即未设置传感器模块)时，通常使用一对(两个)同时旋转，本技术提供的手握式触觉交互装置包括两个健身球更加符合使用者的使用习惯，并且两个健身球内均设有电路板30，从而使得电子设备能够接收到两个健身球的运动数据。
38.在本技术的实施例中，针对于每一个健身球，上球壳10和下球壳20的半径相等，从而能够对接拼成完整的球形，并且上球壳10和下球壳20相当于半球面，即具有开口分别供电路板30和电池40进入其内部。具体地，电路板30和电池40分别安装于上球壳10和下球壳20内后，建立二者的电性连接关系，以使得电池40能够向电路板30供电，然后将上球壳10和下球壳20对接，上球壳10和下球壳20可以通过粘接、焊接或者螺接等方式固定在一起，形成完整的球体，并保护内部的结构。
39.本技术实施例提供的手握式触觉交互装置通过无线通信模块32可以向电子设备传输两个健身球的运动数据，使得电子设备可以对运动数据进行进一步地处理进而可以反映使用者的运动状态。
40.根据本技术实施例提供的手握式触觉交互装置，该手握式触觉交互装置包括两个独立的供用户握持的健身球，符合使用者的使用习惯。在每个健身球内部，电路板30通过上球壳10内设置的第一安装架11被固定于上球壳10内，电池40通过下球壳20内设置的第二安装架21被固定于下球壳20内，每个健身球由上球壳10和下球壳20对接固定而形成，结构简单，组装容易，生产效率高，进而可以降低生产成本，有利于提高本产品在市场上的竞争力。
41.健身球内设置的电路板30和电池40构成健身球内部的主要重量来源，本技术实施例通过将两个构成主要重量来源的部件分别设于上球壳10内和下球壳20内，而非集中设置于一个半球结构内，当上球壳10和下球壳20固定对接后，健身球的上半部分和下半部分都有一定的质量分布，因此，健身球整体的质量分布更加均匀，进而健身球在旋转的过程中不易偏转、滑落，提升了用户握持旋转时的使用体验。并且，将电路板30和电池40分开两侧设置，健身球内部的必要电路走线位于电路板30和电池40之间，更有利于内部的走线和质量的均匀分布。
42.在本技术的实施例中，如图2所示，电路板30和电池40均呈平板状结构，电路板30邻近上球壳10的开口端面并与上球壳10的开口端面平行设置；电池40邻近下球壳20的开口端面并与下球壳20的开口端面平行设置；电路板30与电池40相对并居中设置。
43.上球壳10的开口端面和下球壳20的开口端面即对接固定后重叠的面，电路板30和电池40均通过开口进入上球壳10和下球壳20内进行安装。
44.如图3所示，第一安装架11靠近上球壳10的开口设置以使得电路板30安装后也靠近开口端面；类似地，如图5所示，第二安装架21靠近下球壳20的开口设置以使得电池40安装后也靠近开口端面。
45.电路板30平行于上球壳10的开口端面设置，电池40平行于下球壳20的开口端面设置，上球壳10与下球壳20对接后，电路板30与电池40相对并且二者相互平行。如此的设置方式使得上球壳10和下球壳20提供的容纳空间较为充足，安装时也更加容易操作。
46.在这里，电路板30居中设置是指，电路板30的中心点在上球壳10的开口端面上的正投影位置与开口端面(呈圆形)的圆心重合；电池40居中设置是指，电池40的中心点在下球壳20的开口端面上的正投影位置与圆心重合，上球壳10和下球壳20对接形成球形后，开口端面的圆心位置也即健身球球心(自身的几何中心)。
47.示例性地，电路板30与电池40呈规则的平板状结构，例如圆形、矩形、菱形、三角形等。
48.通过上述设置，上球壳10和下球壳20固定对接之后，电池40与电路板30均靠近健身球的球心，电池40的质心、电路板30的质心分别位于健身球球心的两侧并且能够投影至同一位置，使得健身球整体的质心与自身的几何中心靠近或者重合，更加不易偏转、滑落，使用者在转动两个健身球时更加容易控制。
49.在本技术的实施例中，电路板30与电池40的重量接近，优选地，电路板30和电池40中质量略大的一者可以相对更加靠近开口端面设置，以使得健身球的质量分布更均匀。
50.具体地，如图2～图6所示，电路板30与电池40均呈矩形，第一安装架11与第二安装架21均呈“井”字形，电路板30和电池40被固定于“井”字形的中心内，“井”字形的中心即为中间形成的“口”部分。
51.具体的，第一安装架11形成的“井”字形的中心为空心结构，并且中心的大小与电路板30的大小匹配，即电路板30被固定于“井”字形的中心内时，恰好填满空心部分；第二安装架21形成的“井”字形的中心的大小也与电池40的大小相匹配。
52.可选地，当电路板30或者电池40的尺寸较大时，第一安装架11或者第二安装架21也可以呈“口”字形。
53.通过上述设置，“井”字形的第一安装架11在上球壳10内均匀对称分布，第二安装架21在下球壳20内均匀对称分布，并且两个安装架都为空心的架体结构，不会提供过多重量，故而能够尽量降低对健身球的质量分布均匀性的影响，结构简单且合理。
54.进一步地，如图3～图6所示，围成上述“井”字形的中心的四条边向内延伸形成用于抵接所述电路板30和所述电池40的底面的抵接沿50。
55.在这里，电路板30和电池40的底面是指二者相互背离的一面。
56.具体地，构成“井”字形的中心的四条边中的每一条边均向内延伸，延伸的距离可以为2mm～5mm，即依然保证空心的结构。
57.以上球壳10中的第一安装架11为例，如图3所示，抵接沿50与第一安装架11围成“井”字形中心的四条边形成用于容纳电路板30的容纳槽60，此时，第一安装架11构成容纳槽60的侧壁，抵接沿50构成容纳槽60的底壁，在安装电路板30时，将电路板30放入容纳槽60内，抵接沿50能够抵接电路板30的底面。
58.类似地，如图5所示，第二安装架21与抵接沿50也形成有用于容纳电池40的容纳槽60。
59.通过形成抵接沿50并进而形成容纳槽60，电路板30和电池40可以直接卡接进容纳槽60内；电路板30和电池40也可以先放置进容纳槽60内再通过螺接、粘接等方式被进一步地被固定，在旋转的过程中更加稳固、不易脱落，并且安装过程都简单且容易操作。
60.可选地，本技术实施例提供的健身球的直径为45mm～57mm。
61.一方面，健身球的直径不应过小，否则使用者握起来不称手，影响转动两球时的使
用舒适度，并且健身球的直径需要足够容纳内部的电路板30、电池40等部件。示例性地，矩形的电路板30的对角线长度约为43mm，为了不影响电路板30的安装，并给其他部件预留空间，健身球的最小直径为45mm。并且45mm的尺寸与日常使用的文玩核桃的尺寸相近，使用体验较好。
62.另一反面，健身球的直径也不应过大，否则使用者将无法单手握持。对于老年使用者来说，根据调研结果，我国老年人平均身高为160.2cm，根据人机工程学公式：手掌长度≈0.11
×
身高，由此求得老年人的平均手掌长约为17.5cm，手掌宽度≈0.6
×
手掌长度，求得老年人的平均手掌宽约为10.5cm，而除去手掌边缘尺寸，老年人实际手掌抓取有效长度约为15～17cm，宽度8～10cm，由此尺寸，健身球的直径最大值≈(手长/2 手宽/2)/2＝(15cm/2 8cm/2)/2＝5.75cm。因此，健身球的直径不应超过57mm。
63.健身球的直径大小可以为46mm、48mm、50mm、55mm、57mm等，优选地，健身球的直径大小为52mm。
64.健身球的尺寸在上述范围内，使用者在握持本技术实施例提供的手握式触觉交互装置进行转动时，既不会握持困难，容易滑落，也不会空余过大，不称手，转动的使用体验更好，符合人机工程学规律，并且也能够给内部的电路板30等电器元件提供足够的容纳空间。
65.可选地，上球壳10和下球壳20由聚乳酸(又称聚丙交酯，polylactic acid，简称pla)材料、abs(acrylonitrile butadiene styrene)塑料或者热塑性聚氨酯弹性体(thermoplastic polyurethanes，简称tpu)制成。
66.pla、tpu和abs材料在硬度、耐磨、耐溶剂、耐菌、热稳定性等方面都有较好的表现，并且成本低廉，适用于制作需要被长时间握持、摩擦的健身球。
67.优选地，使用pla材料制作上球壳10和下球壳20，pla材料具有良好的生物相容性，亲肤、不伤手且环保，使用pla材料制作上球壳10和下球壳20可以给使用者带到更好的握持触觉体验。
68.可选地，本技术实施例提供的上球壳10和下球壳20均通过注塑工艺制成一体结构。具体地，上球壳10和下球壳20的半球形结构以及其内部的第一安装架11和第二安装架21均通过注塑工艺一体成型，生产工艺简单，成本低，适用于大规模的生产。一体成型后，第一安装架11与上球壳10、第二安装架21与下球壳20的连接牢固性都较好，进而可以保证对电路板30和电池40的固定性都较好。
69.在其他实施例中，上球壳10和下球壳20也可以通过3d打印技术打印成型。
70.图7是本技术实施例提供的健身球的模块示意图，如图7所示，健身球内部的电路板30上设置有传感器模块31、无线通信模块32以及无线充电模块33。
71.进一步地，电路板30上还设有数据处理模块，传感器模块31采集的数据经数据处理模块进行处理后通过无线通信模块32传输给电子设备。示例性地，电子设备可以是手机、平板电脑、智能手表、服务器等。
72.使用者握持手握式触觉交互转置旋转时，两个健身球绕自身的球心发生自转，并且沿一定的轨迹(例如弧形轨迹)在使用者的手掌范围内发生公转。传感器模块31包括陀螺仪和加速度计，陀螺仪和加速度计采集的健身球的运动数据包括所述健身球的自转角速度、公转角速度以及加速度(例如角加速度)等数据。
73.具体地，传感器模块31为mpu6050芯片，该芯片为整合性6轴运动处理组件。
mpu6050芯片具有低功耗、低成本和高性能的特点，mpu6050芯片在单一芯片上集成了三轴陀螺仪和三轴加速度计，免除了组合陀螺仪和加速度计之间的时间轴之差的问题，并且大大减少了封装空间，能够节约电路板30上的空间。而且mpu6050支持mpu的dmp官方结算库，可以直接输出四元数和欧拉角等数据，无需额外算法，处理速度快。
74.在本技术的实施例中，电路板30上还设有无线充电模块33。
75.具体地，无线充电模块33为bq51050芯片。bq51050器件符合qi标准，是一款高效无线电源接收器，具有集成的锂离子/锂聚合物电池充电控制器。bq5105x器件集成了符合qi v1.2通信协议所需的数字控制器，提供高效交流/直流电源转换，并提供了锂离子和锂聚合物电池充电的必备算法，十分安全高效。搭配使用bq500212a发送器侧控制器，bq5105x可提供完整的无线电源传输系统。通过使用近场感应式电力传输，bq51050的接收器线圈能够接收发送器线圈所发出的电能，来自接收器线圈的交流信号继而被整流和调节以将电能直接应用到电池40，从而对电池40进行充电。
76.通过设置无线充电模块33，本技术实施例提供的手握式触觉交互装置可以通过放置于无线充电器上进行充电，使用方便。并且，上球壳10和下球壳20上无需开设充电接口，整体为封闭结构，更加美观，还能够放置灰尘、水汽等进入健身球内部，对内部的电气结构有更好的保护作用。
77.具体地，无线通信模块32包括蓝牙芯片。示例性地，蓝牙芯片的型号可以为nrf52840。nrf52840是一种高灵活的用于无线通信的单芯片解决方案，功耗低能够节省电能，并且数据传输性能较好。
78.本技术实施例提供的手握式触觉交互装置通过与电子设备建立通信连接传输运动数据，进而可以对使用者的运动状态进行反馈。示例性地，电子设备可以向使用者下发触觉注意任务，例如顺时针、逆时针旋转手握式触觉交互装置等，电子设备可以通过在屏幕上播放视频、图片等方式发布触觉注意任务。使用者在接收到触觉注意任务时开始集中注意力，并通过旋转手中的手握式触觉交互装置完成触觉注意任务，手握式触觉交互装置内的传感器模块采集旋转时两个健身球的运动数据，并传输给电子设备，电子设备可以根据两个健身球的运动数据判定使用者的运动完成度，在此基础上对本次触觉注意任务进行评分，并生成训练报告，将数据反馈给使用者，使得使用者对自身的训练情况能够有直观的了解。本技术实施例提供的手握式触觉交互装置采集的运动数据也可以用于进行未来关于神经调控的研究。应理解，电子设备对运动数据进行处理并生成评分、报告等一系列过程通过现有技术可以实现。
79.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。