一种VR触觉感知虚拟手套的制作方法

一种vr触觉感知虚拟手套
技术领域
1.本发明属于虚拟手套技术领域，更具体的说是涉及一种vr触觉感知虚拟手套。


背景技术：

2.随着电网规模的不断扩大，设备复杂程度的不断提高，由运行人员违章作业导致的电力安全事故时有发生，可见确保电力企业的安全生产对于电力工业发展具有重要意义。安全生产培训作为减少违章作业的重要途径，电力企业投入了大量的人力物力来拓展和探索培训的新思路和新方法。
3.现有存在虚拟现实(vr)技术在使用的过程中完全的体现在纯虚拟环境中的交互，根据不同的行业和科技环境因素，只存在通过vr硬件设备将模型结构表现在虚拟环境中，通过硬件设备将物体与物体之间、虚拟人物与物体之间进行交互使用，达到模拟现实环境中人物物体之间、物体和物体之间交互沟通。由于虚拟环境中人物所进行的所有交互使用都是通过视觉和听觉进行完成，视觉完成场景和物体的真实性、模拟现实中的效果的粒子特效表现，听觉模拟现实中的声音环境，增加人物在虚拟环境中的沉浸感和真实性，视觉和听见两方面的实现并不能完成的体现现实人物对虚拟环境的真实性。
4.因此，如何提供一种vr触觉感知虚拟手套成为了本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明提供了一种vr触觉感知虚拟手套，可以帮助体验者在虚拟环境中的部分触觉体验，在视觉和听觉的基础上，增加虚拟环境的沉浸感和真实性。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种vr触觉感知虚拟手套，包括：手套本体、陀螺仪传感器、主控电路板、数据传输模块、处理器和输出电路，所述陀螺仪传感器安装在所述手套本体的关节位置处，用于采集手型数据，所述陀螺仪传感器通过数据传输模块将手型数据传输至电脑终端，实现在虚拟环境中对手型动作的模拟；在虚拟环境中手套本体对虚拟部件发生触碰以及违章作业导致的触电事故发生时，所述电脑终端将触碰信息和触电信息通过数据传输模块通信发送给主控电路板，主控电路板通过处理器与输出电路相连，在虚拟环境中模拟触觉以及触电感知。
8.进一步的，所述处理器包括电击处理器和振动处理器；所述输出电路包括振动输出电路和电击输出电路，所述振动输出电路设置在所述手套本体的手指处，所述电击输出电路设置在所述手套本体的手掌处；所述主控电路板通过所述电击处理器与所述电击输出电路电连接；所述主控电路板通过所述振动处理器与所述振动输出电路电连接。
9.进一步的，所述主控电路板、所述电击处理器和所述振动处理器均设置在所述手套本体的手腕处。
10.进一步的，还包括电源，所述电源设置在所述手套本体的手腕处；所述主控电路板、所述数据传输模块、所述电击处理器、所述振动处理器、所述振动输出电路和所述电击
输出电路均与所述电源电连接。
11.进一步的，所述手套本体的手腕处安装有充电接口，所述充电接口与所述电源电连接。
12.进一步的，所述数据传输模块采用蓝牙模块。
13.本发明的有益效果在于：
14.本发明vr触觉感知虚拟手套可以帮助体验者在虚拟环境中的部分触觉体验，在视觉和听觉的基础上，增加虚拟环境的沉浸感和真实性。通过手部振动、触电效果来满足项目的实际研发需要，虚拟环境中人物手部接触到固态模型出现“穿模”等现象，通过手部振动效果可以完成工器具以及相关电器设备的操作；再结合到虚拟环境中的人物操作带电体设备的过程中，通过场景中虚拟电流特效结合手套微弱电流的产生来刺激皮肤进行伪真实环境的体验，来达到现实环境中的实际体验。
附图说明
15.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
16.图1为本发明的整体结构示意图一；
17.图2为本发明的整体结构示意图二；
18.图3为本发明主控电路板的电路图；
19.图4为本发明蓝牙模块的电路图；
20.图5为本发明振动输出电路的电路图；
21.图6为本发明电击输出电路的电路图。
22.其中，图中：
23.1-手套本体；2-陀螺仪传感器；3-主控电路板；4-数据传输模块；5-电击处理器；6-振动处理器；7-振动输出电路；8-电击输出电路；9-电源；10-充电接口。
具体实施方式
24.下面将结合本发明的实施例中，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.参考图1-2，本发明提供了一种vr触觉感知虚拟手套，包括：手套本体1、陀螺仪传感器2、主控电路板3、数据传输模块4、处理器和输出电路，所述陀螺仪传感器2安装在所述手套本体1的关节位置处，用于采集手型数据，所述陀螺仪传感器2通过数据传输模块4将手型数据传输至电脑终端，实现在虚拟环境中对手型动作的模拟；在虚拟环境中手套本体1对虚拟部件发生触碰以及违章作业导致的触电事故发生时，所述电脑终端将触碰信息和触电信息通过数据传输模块4通信发送给主控电路板3，主控电路板3通过处理器与输出电路相连，在虚拟环境中模拟触觉以及触电感知。所述数据传输模块4采用蓝牙模块，蓝牙模块用
来接收电脑终端发送的数据。
26.陀螺仪传感器2，为固定在手套本体1的关节位置处的跟踪装置，它将向系统提供运动物体运动的位置信息，一般会随着捕捉的细致程度确定跟踪器的数目。
27.需要实时效果的系统需要将大量的运动数据从陀螺仪传感器2快速准确地传输到电脑终端进行处理，而数据传输模块4就是用来完成此项工作的。
28.所述处理器包括电击处理器5和振动处理器6；所述输出电路包括振动输出电路7和电击输出电路8，所述振动输出电路设置在所述手套本体1的手指处，所述电击输出电路8设置在所述手套本体1的手掌处；所述主控电路板3通过所述电击处理器5与所述电击输出电路8电连接；所述主控电路板3通过所述振动处理器6与所述振动输出电路7电连接。电击处理器5将数据分解成电新号，输送到电击输出电路8，产生电触击感；振动处理器6将数据分解成电新号，输送到振动输出电路7，产生振动感。
29.本实施例中，所述主控电路板3、所述电击处理器5和所述振动处理器6均设置在所述手套本体1的手腕处。
30.本发明还包括电源9，所述电源9设置在所述手套本体1的手腕处；所述主控电路板3、所述数据传输模块4、所述电击处理器5、所述振动处理器6、所述振动输出电路7和所述电击输出电路8均与所述电源9电连接。主控电路板3也是数据处理器，连接各个部件，将数据解包处理，发送到各个部件。
31.本实施例中，所述手套本体1的手腕处安装有充电接口10，所述充电接口10与所述电源9电连接，通过充电接口10对电源9进行充电。
32.参考图3，主控电路板，主要完成对vr上位机命令的解析和驱动下面电路，实现在虚拟环境中物体的触碰、触电过程的模拟，使培训人员在虚拟环境中沉浸式体验作业过程和违章作业导致的触电事故。主控电路板连接蓝牙模块、电击处理器、振动处理器和陀螺仪传感器。其工作过程为：首先在系统运行过程中，接收培训人员作业过程中的手型数据，将数据发送到主控电路板，并通过蓝牙模块通信上传至vr软件，实现在虚拟环境中对培训人员作业动作的模拟，当在虚拟环境中，作业人员在虚拟环境中对虚拟部件发生触碰，以及违章作业导致的额触电事故发生，此时vr软件将触碰信息和触电信息通过蓝牙模块通信发送给主控电路板，主控电路板通过对指令的解析，当发现为触碰，则发送相应指令给振动处理器，驱动相应的振动电机，使作业人员在虚拟环境中沉浸式体验触碰，当发现为触电指令，则发送相应指令给电击处理器，启动电击输出电路，使作业人员在虚拟环境中沉浸式体验触电感觉，达到沉浸式体验的目的。
33.参考图4，蓝牙模块通过串口rxd和txd连接，实现vr上位机和主控电路之间数据的通信。
34.该系统主要完成根据陀螺仪传感器数据完成对手型数据的计算、虚拟环境中物体触碰过程中振动体感的控制和触电过程控制，使作业人员在虚拟环境中实现对作业动作的模拟和沉浸式体验。其数据处理过程中为：首先在系统运行过程中，通过对接收的陀螺仪传感器数据进行分析，得到相应的手型数据，并通过蓝牙模块通信上传至vr软件，实现在虚拟环境中对培训人员作业动作的模拟，当在虚拟环境中，作业人员在虚拟环境中对虚拟部件发生触碰，以及违章作业导致的额触电事故发生，此时vr软件将触碰信息和触电信息通过蓝牙模块通信发送给主控电路板，主控电路板通过对指令的解析，当发现为触碰，则发送相
应指令给振动处理模块，驱动相应的振动电机，使作业人员在虚拟环境中沉浸式体验触碰，当发现为触电指令，则发送相应指令给电击输出电路，启动电击输出电路，使作业人员在虚拟环境中沉浸式体验触电感觉，达到沉浸式体验的目的。
35.参考图5，振动输出电路：用于控制振动电机振动，来利用振动电机的振动模拟体验者在虚拟环境中模拟物体的触碰过程，使体验者沉浸式体验作业过程。整振动输出电路如图5所示。整个振动输出电路由控制信号、电阻、mosfet管和振动马达组成，共5路，模拟振动过程。其控制过程为：首先根据空间位置判断体验者是否在虚拟空间中触碰到物体，当判断触碰到物体，并判断那个手指触碰到，然后发出相应的控制信号，控制mosfet管导通，振动马达工作，实现对虚拟环境中触碰动作的模拟。
36.参考图6，电击输出电路：通过控制电机输出电路的输出电流使体验者感受到各种触电事故的刺痛感，加深对违规操作的印象，实现对触电过程的模拟和体验，整个电机输出电路如图6所示。整个电机输出电路由控制信号、变压器、mosfet管和电阻组成。其工作过程为：首先判断是否发生触电事故，当发生触电，vr软件向手套发送触电信息，主控电路通过对信息的解析，发出触电控制命令，控制mosfet管导通，发出触电信号，并通过电阻的大小调节触电强度，实现对电力触电事故的体验。
37.本发明vr触觉感知虚拟手套可以帮助体验者在虚拟环境中的部分触觉体验，在视觉和听觉的基础上，增加虚拟环境的沉浸感和真实性。通过手部振动、触电效果来满足项目的实际研发需要，虚拟环境中人物手部接触到固态模型出现“穿模”等现象，通过手部振动效果可以完成工器具以及相关电器设备的操作；再结合到虚拟环境中的人物操作带电体设备的过程中，通过场景中虚拟电流特效结合手套微弱电流的产生来刺激皮肤进行伪真实环境的体验，来达到现实环境中的实际体验。
38.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。