力反馈的实现系统及方法
【专利摘要】本发明的实施例提供一种力反馈的实现系统及方法，其中，力反馈的实现系统包括：力反馈记录装置，用于记录目标对象的敏感区域的传感器的原始震动数据以及所述目标对象的运动轨迹，并根据所述原始震动数据和运动轨迹获取力反馈数据；力反馈执行装置，用于对所述力反馈数据进行处理，产生与所述原始震动数据相对应的力反馈震动。本发明的实施例可以获取真实场景中的力反馈数据和最终力反馈震动效果。
【专利说明】力反馈的实现系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及力反馈【技术领域】，特别是指一种力反馈的实现系统及方法。
【背景技术】
[0002]力反馈技术是一种利用机械应力在触觉上给予人真实感受的交互技术。目前在大部分低端应用中，采用的是偏心马达来实现的力反馈，振动单一，甚至有些连振幅都不能调整。在一些高端应用中，采用齿轮传动或者钢缆传动作为力反馈器件来进行细腻的力反馈效果。
[0003]要实现真实的力反馈触觉效果，不是简单依靠普通的机械震荡来产生，而是一段有方向性的连续的机械应力过程。
[0004]如同人们多年研究声音的原理，可以对声音进行各种处理，却依然很难利用计算机直接产生人类的语音，最后普遍采取录音和后期处理的方式。同理连续的力反馈作为一种人类感知外界的信息，人们难以凭空捏造出这样的信息。
[0005]目前在力反馈领域里较少的涉及到如何获得逼真的力反馈数据，就像拥有高级的音响设备却没有好的录制设备，始终无法得到完美的用户体验。
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是提供一种力反馈的实现系统及方法，可以获取真实场景中的力反馈数据和最终力反馈震动效果。
[0007]为解决上述技术问题，一方面，本发明的实施例提供一种力反馈的实现系统，包括:
[0008]力反馈记录装置，用于记录目标对象的敏感区域的传感器的原始震动数据以及所述目标对象的运动轨迹，并根据所述原始震动数据和运动轨迹获取力反馈数据；
[0009]力反馈执行装置，用于对所述力反馈数据进行处理，产生与所述原始震动数据相对应的力反馈震动。
[0010]其中，所述力反馈记录装置包括:
[0011]传感器模块，设置于目标对象的敏感区域，用于获取原始震动数据；
[0012]运动跟踪模块，用于对目标对象的运动轨迹进行记录处理；
[0013]数据采集模块，用于对所述原始震动数据以及所述运动轨迹进行预处理，得到预处理结果；
[0014]力反馈处理模块，用于对所述预处理结果进行处理，得到力反馈数据文件。
[0015]其中，所述敏感区域为多个，所述传感器模块包括:每个敏感区域中设置的至少一个传感器，其中，所述传感器为多轴机械应力传感器。
[0016]其中，所述多轴机械应力传感器具体为:电磁式机械应力传感器、压电式机械应力传感器或者加速计。
[0017]其中，所述多轴机械应力传感器具体为:电磁式机械应力传感器或者压电式机械应力传感器时，所述数据采集模块具体包括:
[0018]信号调理电路，用于对所述原始震动数据进行放大处理，得到放大后的信号；
[0019]模数转换器，用于对所述放大后的信号进行模数转换，得到数字信号；
[0020]第一数据通信接口，用于将所述数字信号传输给所述力反馈处理模块。
[0021]其中，当所述多轴机械应力传感器具体为加速计时，所述数据采集模块具体包括:
[0022]加速数据处理器，用于对所述加速计的数据进行转换处理，得到加速度数据；
[0023]第二数据通信接口，用于将所述数字信号传输给所述力反馈处理模块。
[0024]其中，所述运动跟踪模块包括:运动轨迹记录模块，用于对所述目标对象的运动轨迹进行记录，得到运动轨迹记录数据。
[0025]其中，所述运动跟踪模块还包括:缓冲模块，用于滤除所述运动轨迹记录数据中的小尺度震动数据。
[0026]其中，所述力反馈执行装置包括:
[0027]力反馈执行应用模块，用于根据实际应用场景的情况，对所述力反馈数据进行选择，得到选择的力反馈数据；
[0028]力反馈执行控制模块，用于将所述选择的力反馈数据转换为多轴力反馈执行模块所需的信号，并驱动所述多轴力反馈执行模块；
[0029]多轴力反馈执行模块，用于产生与所述原始震动数据相对应的力反馈震动。
[0030]其中，所述多轴力反馈执行模块包括:与所述目标对象的敏感区域的传感器一一对应的力反馈执行器，所述力反馈执行器包括:置于一线圈内的永磁体以及与所述永磁体连接的联轴杆，以及连接所述联轴杆的配重块，所述每个力反馈执行器至少包括三个联轴杆，所述三个联轴杆以三维坐标轴中x、y、z轴朝向的形式设置在所述目标对象设备的基座上。
[0031]另一方面，本发明的实施例还提供一种力反馈的实现方法，包括:
[0032]记录目标对象的敏感区域的传感器的原始震动数据以及所述目标对象的运动轨迹，并根据所述原始震动数据和运动轨迹获取力反馈数据；
[0033]对所述力反馈数据进行处理，产生与所述原始震动数据相对应的力反馈震动。
[0034]其中，所述记录目标对象的敏感区域的传感器的原始震动数据以及所述目标对象的运动轨迹，并根据所述原始震动数据和运动轨迹获取力反馈数据的步骤包括:
[0035]通过敏感区域的传感器模块获取原始震动数据；
[0036]对目标对象的运动轨迹进行记录处理；
[0037]对所述原始震动数据以及所述运动轨迹进行预处理，得到预处理结果；
[0038]对所述预处理结果进行处理，得到力反馈数据文件。
[0039]其中，所述对所述力反馈数据进行处理，产生与所述原始震动数据相对应的力反馈震动的步骤包括:
[0040]根据实际应用场景的情况，对所述力反馈数据进行选择，得到选择的力反馈数据；
[0041]根据所述选择的力反馈数据,产生与所述原始震动数据相对应的力反馈震动。
[0042]本发明的上述实施例具有如下有益效果:[0043]本发明的上述方案通过记录目标对象的敏感区域的传感器的原始震动数据以及所述目标对象的运动轨迹，并根据所述原始震动数据和运动轨迹获取力反馈数据；对所述力反馈数据进行处理，产生与所述原始震动数据相对应的力反馈震动。可以获取真实场景中的力反馈数据和最终力反馈震动效果，从而帮助力反馈设备的结构设计者提供快速的设计和测试手段，为力反馈应用程序的设计者提供获取真实场景中的力反馈数据和最终力反馈效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0044]图1为本发明的力反馈的实现系统的整体结构框图；
[0045]图2为图1所示的系统中的力反馈记录装置的结构框图；
[0046]图3为图2所示的力反馈执行装置中的数据采集模块的第一实施例结构框图；
[0047]图4为图2所示的力反馈执行装置中的数据采集模块的第二实施例结构框图；
[0048]图5为图1所示的系统中的力反馈执行装置的结构框图；
[0049]图6为图2所示的力反馈记录装置的一具体实现实例示意图；
[0050]图7为图5所示的力反馈执行装置的一具体实现实例示意图；
[0051]图8为本发明的力反馈的实现方法的一具体实现过程示意图；
[0052]图9为一具体目标对象(以G36步枪为例)实现力反馈的示意图；
[0053]图10为另一具体目标对象(以汽车驾驶器为例)实现力反馈的示意图。
【具体实施方式】
[0054]为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
[0055]本发明的目的在于提供一种泛用的力反馈的实现系统，帮助力反馈设备的结构设计者提供快速的设计和测试手段，为力反馈应用程序的设计者提供获取真实场景中的力反馈数据和最终力反馈效果。
[0056]本发明的核心思想是:采用一种分布式的采集方式，将若干个易于安装和拆卸的震动传感器，安装于人体接触目标对象的关键敏感位置上，忠实的记录这些人体所接触的位置的震动数据，在需要力反馈时，在同样的敏感位置上用力反馈执行装置将这些记录好的数据“播放”出来，还原人体真实的感受。
[0057]如图1所示，本发明的实施例提供一种力反馈的实现系统，包括:
[0058]力反馈记录装置11，用于记录目标对象的敏感区域的传感器的原始震动数据以及所述目标对象的运动轨迹，并根据所述原始震动数据和运动轨迹获取力反馈数据；
[0059]力反馈执行装置12，用于对所述力反馈数据进行处理，产生与所述原始震动数据相对应的力反馈震动。
[0060]该实施例通过记录目标对象的敏感区域的传感器的原始震动数据以及所述目标对象的运动轨迹，并根据所述原始震动数据和运动轨迹获取力反馈数据；对所述力反馈数据进行处理，产生与所述原始震动数据相对应的力反馈震动。可以获取真实场景中的力反馈数据和最终力反馈震动效果，从而帮助力反馈设备的结构设计者提供快速的设计和测试手段，为力反馈应用程序的设计者提供获取真实场景中的力反馈数据和最终力反馈效果。[0061]在本发明的一具体实施例中，如图2所示,所述力反馈记录装置11包括:
[0062]传感器模块21，设置于目标对象的敏感区域，用于获取原始震动数据；
[0063]运动跟踪模块25，用于对目标对象的运动轨迹进行记录处理；
[0064]数据采集模块22，用于对所述原始震动数据以及所述运动轨迹进行预处理，得到预处理结果；
[0065]力反馈处理模块23，用于对所述预处理结果进行处理，得到力反馈数据文件24。对所述预处理结果进行处理的过程包括:定义和声明传感器-力反馈执行装置的绑定关系；定义和声明传感器各轴数据和力反馈执行装置的通道绑定关系；对原始数据进行降噪和滤波，去除大位移数据对震动真实性的影响，获得真实震动数据；对降噪和滤波后的数据进行压缩编码；对力反馈效果进行后期人工编辑等处理。通过上述处理，得到力反馈数据文件24。
[0066]其中，所述敏感区域为多个，所述传感器模块21包括:每个敏感区域中设置的至少一个传感器，其中，所述传感器为多轴机械应力传感器。
[0067]多轴机械应力传感器:用于检测X、y、z轴上的震动。它的数量与力反馈装置的机构(即几何结构)有关系，安装在需要采集力反馈数据的装置上人体所能接触到的敏感关键位置。将安装好传感器的装置放置在应用场景中，开启数据采集，此时装置在应用场景内所经历的位移、震动和碰撞等过程中，人体皮肤所接触到的敏感区域的触觉原始数据将被它所感知。
[0068]再如图2所示，多轴机械应力传感器具体可以包括:多轴机械应力传感器1，2，3......N ;该传感器的数量可以根据实际的应用场景有所改变。
[0069]其中，所述多轴机械应力传感器具体可以为:电磁式机械应力传感器、压电式机械应力传感器或者加速计。
[0070]电磁式机械应力传感器:由连接了永磁体的配重块和线圈构成核心(即一个单轴传感器)。配重块和永磁体只能轴向运动，当发生振动时，配重块受震动影响在轴向上运动，带动永磁体在线圈内移动，线圈切割磁感线产生电信号。配重块的大小和质量决定了其机械共振频率，单个轴向上会安装多个频率段的配重块可以提高录制的频率范围。将以三维坐标轴中的x、y、z轴朝向的形式将三个核心安装在一个基座上，也就是说，三个核心分别安装在目标对象的同一基座上，且在三个相互垂直的方向上分别设置，即构成一个多轴机械应力传感器。这类传感器适合采集大型振动的力反馈设备，例如枪械，架具。
[0071]压电式机械应力传感器:由配重块和压电薄膜构成核心(即一个单轴传感器)。配重块只能轴向运动，当发生振动时，配重块受震动影响在轴向上运动，对压电薄膜产生机械应力，压电薄膜会产生电信号。配重块的大小和质量决定了其机械共振频率，单个轴向上会安装多个频率段的配重块可以提高录制的频率范围。将以三维坐标轴中的x、y、z轴朝向的形式将三个核心安装在一个基座上，也就是说，三个核心分别安装在目标对象的同一基座上，且在三个相互垂直的方向上分别设置，即构成一个多轴机械应力传感器。这类传感器适合采集较为精密的小幅度力反馈，例如模拟手术，立体显示的操作棒等。
[0072]加速度计:数字式加速度计获取轴向上的加速度数据。由于加速度计间接等于轴向上的受力，可以利用加速度来测量震动。本发明实施例的加速度计采用具有三维坐标轴中的x、y、z三轴的加速度计作为多轴机械应力传感器。这类传感器适合没有大量位移的精密小幅度力反馈。
[0073]在本发明的一具体实施例中，所述数据采集模块22具体用于采集多轴机械应力传感器所产生的原始震动数据并进行预处理，同时通过通信接口传输给计算机的力反馈处理模块23进行处理。如图3所示，当所述多轴机械应力传感器具体为电磁式机械应力传感器或者压电式机械应力传感器时，所述数据采集模块22包括:
[0074]信号调理电路31，用于对所述原始震动数据进行放大处理，得到放大后的信号；
[0075]模数(A/D)转换器32，用于对所述放大后的信号进行模数转换，得到数字信号；
[0076]第一数据通信接口 33，用于将所述数字信号传输给所述力反馈处理模块33。
[0077]对于电磁式和压电式的机械应力传感器，一般以图3所示的电路进行处理。由于大部分震动的频率范围都在人的听觉范围内，其采集原理也类似麦克风，故图3中的电路可以利用音响技术中常用的放大器和调理电路来实现。
[0078]在本发明的一具体实施例中，如图4所示，当所述多轴机械应力传感器具体为加速计时，所述数据采集模块22具体包括:
[0079]加速数据处理器41，用于对加速计的数据进行转换处理，得到加速度数据；单轴(如三维坐标上的X轴)上的加速度在这种情况下等同于单轴上的受力，可以通过受力情况计算出力反馈震动的数据。
[0080]第二数据通信接口 42，用于将所述数字信号传输给所述力反馈处理模块。
[0081]对于加速计，如图4的电路进行处理。加速数据处理器用数字接口比如I2C和SPI等从加速度计读取数据。
[0082]上述实施例中，力反馈处理模块23具体用于提供一个图形化的界面，供用户进行具体的力反馈设计。其具体职责如下:1，提供一个界面让用户进行敏感区域设置、传感器类型选择、敏感区域同传感器绑定、敏感区域同力反馈执行装置绑定等设置。2，将传感器采集到的数据经过大位移数据(运动轨迹中含有的位移较大或者说震动位移较大的那部分)滤除以后，加入通道以及传感器类型标签后转化成力反馈应用程序所需的数据，并保存为力反馈数据文件24。力反馈数据文件24为给力反馈执行装置12所使用的力反馈数据文件。
[0083]本发明的上述实施例中，所述运动跟踪模块25可以包括:运动轨迹记录模块，所述运动轨迹记录模块，用于对所述目标对象的运动轨迹进行记录，得到运动轨迹记录数据，运动轨迹记录模块具体可以包括:陀螺仪和加速计。即具体采用陀螺仪和加速度计的设备进行目标对象的运动轨迹跟踪，加速度计能准确记录各时刻的加速度，陀螺仪是用于修正较长时间的位移积累误差，通过加速度计和陀螺仪共同确定每一时刻的运动轨迹。
[0084]其中，所述运动跟踪模块还包括:缓冲模块(如图6中的103)，用于滤除所述运动轨迹记录数据中的小尺度震动数据。这样能更好地获得更真实的力反馈数据。
[0085]传感器所获得的数据包括不需要的目标对象整体位移数据和所需的震动数据，这是使用配重块的传感器本身的特性所至。对于某个特定设计的传感器，可以联合运动跟踪模块共同进行大量数据采集，得到传感器所包含的目标对象整体位移数据与运动追踪装置所获得的位移数据的映射关系，利用这个关系将传感器所获得的数据中不需要的目标对象整体位移数据滤除，得到所需要的震动数据。
[0086]在本发明的一具体实施例中，如图5所示，所述力反馈执行装置12包括:
[0087]力反馈执行应用模块51，用于根据实际应用场景的情况，对所述力反馈数据进行选择，得到选择的力反馈数据；具体的，用于控制场景和力反馈之间的互动，力反馈数据文件24被力反馈执行应用模块51所读取，根据应用场景内的实际情况，将某种固定场景下录制的力反馈数据，选择性地传送给力反馈执行控制模块52 ；
[0088]力反馈执行控制模块52，用于将所述选择的力反馈数据转换为多轴力反馈执行模块所需的信号，并驱动所述多轴力反馈执行模块；具体的，力反馈执行控制模块52负责将力反馈数据转化为多轴力反馈执行模块53组所需的信号，驱动多轴力反馈执行模块53，在整个装置的原始位置还原之前记录的力反馈震动；
[0089]多轴力反馈执行模块53，用于产生与所述原始震动数据相对应的力反馈震动(SP合成的力反馈矢量)。
[0090]其中，所述多轴力反馈执行模块53包括:与所述目标对象的敏感区域的传感器
--对应的力反馈执行器,如图5中所示的，多轴力反馈执行器1、2......N，该多轴力反馈
执行器的数量与传感器的数量相同，并且一一对应；
[0091]所述力反馈执行器包括:永磁体以及与所述永磁体连接的联轴杆，以及连接所述联轴杆的配重块，所述永磁体置于一线圈内，所述线圈被上电时，所述联轴杆会因为永磁体受到线圈的驱动而震动。其中，所述每个力反馈执行器至少包括三个联轴杆，所述三个联轴杆以三维坐标轴中x、y、z轴朝向的形式设置在所述目标对象的基座上；可以理解的是:本发明的实施例中，力反馈执行器并不限于上述永磁体和联轴杆连接的形式，任何可以产生震动的结构均可。
[0092]下面再 结合具体的实例说明上述力反馈的实现系统的详细实现过程:
[0093]如图6所示，假设该情形的目标对象101的机械结构有3个敏感区域。实际上所需传感器的数据根据具体的应用场景来定。
[0094]其敏感区域分别位于第一敏感区域111、第二敏感区域121、第三敏感区域131。
[0095]此时，将第一多轴机械应力传感器110、第二多轴机械应力传感器120、第三多轴机械应力传感器130分别安装在各自所属的敏感区域。
[0096]运动跟踪模块102 (其中，该运动跟踪模块102与上述运动跟踪模块35相同)可以检测物体在大尺度上的位移，用于消除这种大尺度位移对多轴机械应力传感器本身的干扰。缓冲模块103用于帮助运动跟踪模块102滤除真正有用的小尺度震动数据。运动跟踪模块102和缓冲模块103设于目标对象101本体的几何中心位置处，这样可以更佳地消除这种大尺度位移对多轴机械应力传感器本身的干扰和滤除真正有用的小尺度震动数据，得到更真实的力反馈数据。较佳地，在一个变形实施例中，运动跟踪模块102和缓冲模块103设于目标对象101本体上的所有敏感区域构成的几何中心位置处，能更好地获得更真实的力反馈数据。
[0097]当录制开始的时候，将目标对象101的机械结构放置在场景经历整个录制过程中各种位移，震动和碰撞。每个敏感区域的传感器将采集到该敏感区域的三轴震动数据，这些震动数据由与传感器连接的数据采集模块采集。这个数据采集模块根据传感器的输出信号类型而变。运动跟踪模块102采集到整个录制(或者记录)过程中目标对象101机械结构的位移。
[0098]由于传感器本身的特性，所采集到的数据会包含位移的影响。将每个敏感区域的传感器三轴的数据合成为矢量，而不是一个单纯的震动幅度。由于有目标对象101的机械结构的位移数据，可以把震动矢量上所包含的位移数据滤除，得到每个点上真实的震动矢量。
[0099]力反馈处理模块23还会将传感器编号和敏感区域编号等信息加入数据流内作为数据标签，以便力反馈执行应用模块51调用。最终将数据保存为可以供力反馈执行应用模块51使用的数据文件。
[0100]如图7所示，目标对象201的机械机构必须与录制(或者记录)装置所采用的结构—致。
[0101]第一多轴力反馈执行器210、第二多轴力反馈执行器220和第三多轴力反馈执行器230等必须严格按照录制的时候的位置和姿态进行安装。
[0102]当装置开始工作的时候，上述第一多轴力反馈执行器210、第二多轴力反馈执行器220和第三多轴力反馈执行器230的震动由力反馈执行应用模块51所控制。当需要播放一段力反馈动作的时候，力反馈执行应用模块51从录制好并归类的力反馈数据文件提取所需数据，传送给力反馈执行控制模块52。力反馈执行控制模块52将力反馈数据处理成多轴力反馈执行器所需的控制信号，产生对应的力反馈震动。
[0103]由于3个力反馈执行器的安装的距离非常近，因此他们产生的震动合成的震动矢量近似等于原始数据中的震动。由于整个多轴传感器安装的位置以及姿态和采集的时候一致，因此可以真实地还原录制时所经历的真实力反馈。
[0104]本发明还提供一种对应上述力反馈的实现系统的实现方法，该方法的具体的实现流程如图8所示，各个敏感区的传感器获得原始震动数据，运动跟踪模块获得目标对象的运动轨迹，每个传感器的数据分别通过一个数据通道传送给数据采集模块，数据采集模块对传感器的数据以及运动轨迹进行预处理后，发送给力反馈处理模块，由力反馈处理模块进行处理后，得到力反馈数据文件；
[0105]力反馈数据文件传入至力反馈执行应用模块，并由力反馈执行应用模块进行选择处理后，发送给力反馈执行控制模块进行处理后，得到处理后的波形，从而将处理后的波形分别再以通道形式传送给各多轴力反馈执行器210、220、230，从而还原出与之前记录的各敏感区域相同的反馈震动。
[0106]下面结合图9和图10说明上述力反馈的实现系统的实际应用案例:
[0107]实际应用案例1:如图9所示,模拟枪械射击的震动力反馈
[0108]在军事训练或第一人称射击游戏所用的会采用枪支模型来进行模拟训练或者提升游戏真实体验度。要逼真的再现枪支在发射弹药的感受，除了后坐力和枪声以外，人肢体所能接触到的枪身的触觉震动也是非常重要的。
[0109]如图9所示，以G36步枪模型为例。其中，画圈处为人体所接触的位置主要位置包括:手扶导轨1、握把2以及枪托3，这些位置将作为力反馈采集的敏感区域。在画圈部位4安装运动跟踪装置，该装置用于记录用户的运动轨迹，以滤除这些运动对传感器采集到的震动数据的影响。
[0110]预处理流程:
[0111]步骤1，在力反馈处理模块上提供所录制的物体的预览图，设定敏感区域1，2，3并在预览图上进行视觉标注，便于用户直观处理；
[0112]步骤2，在真正的G36步枪对应的敏感位置1，2和3安装传感器组并对每个传感器编号1,2,3 ；
[0113]步骤3，将这些传感器与步骤I中的敏感区1，2，3进行绑定。
[0114]录制流程:
[0115]步骤4，在力反馈处理模块上发命令开始录制。
[0116]步骤5，使用真正的G36步枪进行“单发”，“小间隔点射”以及“全自动开火”的实弹射击。传感器将采集到诸如“单发”，“小间隔点射”以及“全自动开火”等各种用户所需要的动作下每个敏感区域的数据以及这个过程中用户的运动轨迹；
[0117]步骤6，保存数据，将对应数据命名为“单发”，“小间隔点射”以及“全自动开火”;
[0118]模型设计过程:
[0119]步骤7，在1:1的G36步枪模型的敏感区域1，2，3以同样的姿态安装对应的力反馈执行器，要与测试时的位置和姿态严格一致；
[0120]步骤8，给对应1，2，3位置的力反馈执行器编号1，2，3。
[0121]数据处理流程:
[0122]步骤9，力反馈执行应用模块读取保存好的“单发”，“小间隔点射”以及“全自动开火”的原始力反馈数据文件；
[0123]步骤10，在预览图上设置的敏感区域，绑定力反馈执行器1，2，3 ；
[0124]步骤11，把采集到的传感器数据1，2，3和传输给力反馈执行器1，2，3的数据通道绑定，并在数据流内加入通道标号和各种绑定信息标签用于识别；
[0125]步骤12，将运动跟踪模块的数据和各通道的数据进行对比算法，将大尺度位移对传感器的影响滤除，提高采集到的数据的质量；
[0126]步骤13，保存为力反馈执行应用模块可以直接使用的数据文件。
[0127]力反馈应用的流程:
[0128]步骤14，当检测到用户在使用G36步枪模型在虚拟训练中进行对应“单发”，“小间隔点射”以及“全自动开火”的操作，触发力反馈执行应用模块；
[0129]步骤15，根据步骤I中所识别出来的操作类型，读取对应的数据文件。
[0130]步骤16，力反馈执行应用模块解析数据文件，将解析后的数据传送给力反馈执行控制模块；
[0131]步骤17，力反馈执行控制模块将数据转化为力反馈执行器所需的控制信号；
[0132]步骤18，力反馈执行器执行力反馈，完成力反馈的播放。
[0133]实际应用案例2:如图10所示，跑车/飞机等驾具模拟驾驶的力反馈:
[0134]各种驾具的模拟器材里面为了追求真实感都会加入力反馈。尤其是在跑车一类大马力的驾具上，由于涡轮增压一类的引擎技术存在，猛踩油门的时候发动机轰鸣声和带动车身的震动，是很多人玩车的时候所追逐的快感来源。
[0135]如图10所示的模拟方向盘和油门模型。在真车上同样位置人体能感受到到的方向盘握手，油门踏板，离合器踏板和刹车踏板设置为敏感区域，在敏感区域上安装传感器。
[0136]开始录制以后，用真车经历各种加速，刹车以及各种路面下行驶的过程，将不同情况下的数据保存下来。
[0137]本发明的上述实施例所采用的力反馈的实现系统提供了连续力反馈的数据的采集和播放的综合解决方案，这一综合解决方案可以应用到立体交互领域中。利用本系统，对于力反馈产品的结构开发者，可以对一个新的结构进行快速的力反馈测试；对于力反馈产品的软件开发者，可以像录音一样轻松获取力反馈的数据。
[0138]另一方面，本发明的实施例还提供一种力反馈的实现方法，包括:
[0139]步骤11，记录目标对象的敏感区域的传感器的原始震动数据以及所述目标对象的运动轨迹，并根据所述原始震动数据和运动轨迹获取力反馈数据；
[0140]步骤12，对所述力反馈数据进行处理，产生与所述原始震动数据相对应的力反馈震动。
[0141]其中，步骤11包括:
[0142]步骤111，通过敏感区域的传感器模块获取原始震动数据；
[0143]步骤112，对目标对象的运动轨迹进行记录处理；
[0144]步骤113，对所述原始震动数据以及所述运动轨迹进行预处理，得到预处理结果；
[0145]步骤114，对所述预处理结果进行处理，得到力反馈数据文件。
[0146]其中，步骤12包括:
[0147]步骤121，根据实际应用场景的情况，对所述力反馈数据进行选择，得到选择的力反馈数据；
[0148]步骤122，依据所述选择的力反馈数据，得到与所述原始震动数据相对应的力反馈震动；具体的，将所述选择的力反馈数据转换为多轴力反馈执行模块所需的信号，并驱动所述多轴力反馈执行模块；由多轴力反馈执行模块产生与所述原始震动数据相对应的力反馈震动。
[0149]上述系统中的所有实现方式均适用于该方法实施例，该方法实施例也能达到与上述系统相同的技术效果。
[0150]可以理解的是，上述的方法各个步骤均可以由各种计算机或者处理器执行的各种处理，而不管在图中是否明确显示了此类计算机或者处理器。
[0151]以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种力反馈的实现系统，其特征在于，包括: 力反馈记录装置，用于记录目标对象的敏感区域的传感器的原始震动数据以及所述目标对象的运动轨迹，并根据所述原始震动数据和运动轨迹获取力反馈数据； 力反馈执行装置，用于对所述力反馈数据进行处理，产生与所述原始震动数据相对应的力反馈震动。
2.根据权利要求1所述的力反馈的实现系统，其特征在于，所述力反馈记录装置包括: 传感器模块，设置于目标对象的敏感区域，用于获取原始震动数据； 运动跟踪模块，用于对目标对象的运动轨迹进行记录处理； 数据采集模块，用于对所述原始震动数据以及所述运动轨迹进行预处理，得到预处理结果; 力反馈处理模块，用于对所述预处理结果进行处理，得到力反馈数据文件。
3.根据权利要求2所述的力反馈的实现系统，其特征在于，所述敏感区域为多个，所述传感器模块包括:每个敏感区域中设置至少一个传感器，其中，所述传感器为多轴机械应力传感器。
4.根据权利要求3所述的力反馈的实现系统，其特征在于，所述多轴机械应力传感器具体为:电磁式机械应力传感器、压电式机械应力传感器或者加速计。
5.根据权利要求4所述的力反馈的实现系统，其特征在于，所述多轴机械应力传感器具体为:电磁式机械应力传感器或者压电式机械应力传感器时，所述数据采集模块具体包括: 信号调理电路，用于对所述原始震动数据进行放大处理，得到放大后的信号； 模数转换器，用于对所述放大后的信号进行模数转换，得到数字信号； 第一数据通信接口，用于将所述数字信号传输给所述力反馈处理模块。
6.根据权利要求4所述的力反馈的实现系统，其特征在于，当所述多轴机械应力传感器具体为加速计时，所述数据采集模块具体包括: 加速数据处理器，用于对所述加速计的数据进行转换处理，得到加速度数据； 第二数据通信接口，用于将所述数字信号传输给所述力反馈处理模块。
7.根据权利要求2所述的力反馈的实现系统，其特征在于，所述运动跟踪模块包括:运动轨迹记录模块，用于对所述目标对象的运动轨迹进行记录，得到运动轨迹记录数据。
8.根据权利要求7所述的力反馈的实现系统，其特征在于，所述运动跟踪模块还包括:缓冲模块，用于滤除所述运动轨迹记录数据中的小尺度震动数据。
9.根据权利要求1所述的力反馈的实现系统，其特征在于，所述力反馈执行装置包括: 力反馈执行应用模块，用于根据实际应用场景的情况，对所述力反馈数据进行选择，得到选择的力反馈数据； 力反馈执行控制模块，用于将所述选择的力反馈数据转换为多轴力反馈执行模块所需的信号，并驱动所述多轴力反馈执行模块； 多轴力反馈执行模块，用于产生与所述原始震动数据相对应的力反馈震动。
10.根据权利要求9所述的力反馈的实现系统，其特征在于，所述多轴力反馈执行模块包括:与所述目标对象的敏感区域的传感器一一对应的力反馈执行器，所述力反馈执行器包括:置于一线圈内的永磁体，与所述永磁体连接的联轴杆，以及连接所述联轴杆的配重块，所述每个力反馈执行器至少包括三个联轴杆，所述三个联轴杆以三维坐标轴中X、1、Z轴朝向的形式设置在所述目标对象的基座上。
11.一种力反馈的实现方法，其特征在于，包括: 记录目标对象的敏感区域的传感器的原始震动数据以及所述目标对象的运动轨迹，并根据所述原始震动数据和运动轨迹获取力反馈数据； 对所述力反馈数据进行处理，产生与所述原始震动数据相对应的力反馈震动。
12.根据权利要求11所述的力反馈的实现方法，其特征在于，所述记录目标对象的敏感区域的传感器的原始震动数据以及所述目标对象的运动轨迹，并根据所述原始震动数据和运动轨迹获取力反馈数据的步骤包括: 通过敏感区域的传感器模块获取原始震动数据； 对目标对象的运动轨迹进行记录处理； 对所述原始震动数据以及所述运动轨迹进行预处理，得到预处理结果； 对所述预处理结果进行处理，得到力反馈数据文件。
13.根据权利要求11所述的力反馈的实现方法，其特征在于，所述对所述力反馈数据进行处理，产生与所述原始震动数据相对应的力反馈震动的步骤包括: 根据实际应用场景的情况，对所述力反馈数据进行选择，得到选择的力反馈数据； 根据所述选择的力反馈数据，产生与所述原始震动数据相对应的力反馈震动。
【文档编号】G06F3/01GK103616951SQ201310634901
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年12月2日 优先权日:2013年12月2日
【发明者】蒋凌峰 申请人:深圳超多维光电子有限公司