CN116928308A - 丝杆结构、力反馈装置及操作手柄 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种丝杆结构、力反馈装置及操作手柄，其中，丝杆结构包括丝杆以及套设于丝杆的丝套，丝套与丝杆之间形成有多组螺纹配合结构，至少一组螺纹配合结构包括第一螺纹凸部和第一螺纹槽，第一螺纹凸部的两侧面对应与第一螺纹槽的两侧壁面配合，以形成有两组配合面组，两组配合面组的摩擦力不等，使得丝杆与丝套在相向活动时受到的摩擦力与在反向活动时受到的摩擦力不同，使得两个配合面组中的其中之一配合面组的阻力较大，以便力反馈装置提供较大的阻力，另一配合面组的阻力较小，以便降低丝杠与丝套之间的总摩擦阻力，减小所述力反馈装置的能量损失，从而有助于提高力反馈装置的振动反馈效果，以免力反馈装置的振动反馈不足。

Description

丝杆结构、力反馈装置及操作手柄

技术领域

本发明涉及虚拟设备技术领域，特别涉及一种丝杆结构、力反馈装置及操作手柄。

背景技术

元宇宙为虚拟显示打开了窗口，如何让虚拟世界更真实是现在研究的重点，扳机作为人机交互的窗口，扳机触觉反馈能极大的提高玩家虚拟世界的真实感。现在扳机触觉力反馈装置使用丝杆丝套做驱动主要部件时，由于丝杆与丝套之间摩擦力大，能提供很好的阻力效果，但是摩擦力过大会降低丝杆丝套传动推力，使得能量损失较大，导致力反馈装置的振动反馈不符合预期。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种丝杆结构、力反馈装置及操作手柄，旨在解决现有力反馈装置的振动反馈不足的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种丝杆结构，用在力反馈装置上，所述丝杆结构包括丝杆以及套设于所述丝杆的丝套，所述丝套与所述丝杆之间形成有多组螺纹配合结构，至少一组所述螺纹配合结构包括第一螺纹凸部和第一螺纹槽，所述第一螺纹凸部的两侧面对应与所述第一螺纹槽的两侧壁面配合，以形成有两组配合面组，两组所述配合面组的摩擦力不等。

可选地，两组所述配合面组的接触面积不等，以使得所述两组配合面组的摩擦力不等。

可选地，两组所述配合面组的形状不同。

可选地，在所述丝杆的轴向截面上，两组所述配合面组中，其中之一沿所述丝杆的径向呈直线设置，另一呈倾斜设置，其倾斜方向为沿所述丝杆轴向朝所述丝杆倾斜。

可选地，所述配合面组包括相互配合的第一配合面与第二配合面；

两组所述配合面组中，其中之一中的所述第一配合面与所述第二配合面的形状相同，另一中的所述第一配合面与第二配合面的形状不同。

可选地，在所述丝杆的轴向截面上，所述第一配合面呈直线设置，所述第二配合面呈折线设置。

可选地，两组所述配合面组的粗糙度不同。

本发明还提供一种力反馈装置，包括：

壳体；

操作部，可沿第一方向活动安装于所述壳体且至少部分处于所述壳体外；

传动结构，包括上述的丝杆结构，所述传动结构的丝套与所述操作部抵接；以及，

驱动装置，驱动连接所述丝杆结构，以使得所述丝杆和/或所述丝套活动。

可选地，所述驱动装置包括：

复位件，设于所述丝套与所述壳体之间，用以将所述操作部复位至初始位置；以及，

驱动机构，包括驱动部，所述驱动部与所述丝套可离合设置，以使得所述驱动部具有与所述丝套传动连接的结合状态、以及与所述丝套接触结合的分离状态。

此外，本发明还提供一种操作手柄，所述操作手柄包括上述的力反馈装置。

本发明的技术方案中，所述丝套套设于所述丝杆，并通过多个所述螺纹配合结构连接，以将所述丝杆结构的转动转化沿所述丝杆轴向的直线活动，同时两组所述配合面组的摩擦力不同，使得所述丝杆与所述丝套在相向活动时受到的摩擦力与在反向活动时受到的摩擦力不同，使得两个所述配合面组中的其中之一所述配合面组的阻力较大，以便为所述力反馈装置提供较大的阻力，另一所述配合面组的阻力较小，以便降低所述丝杆与所述丝套之间的总摩擦阻力，减小所述力反馈装置的能量损失，从而有助于提高所述力反馈装置的振动反馈效果，以免所述力反馈装置的振动反馈不足。

附图说明

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一些实施例，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，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明的力反馈装置的剖视结构示意图；

图2为图1中的力反馈装置的分解结构示意图；

图3为图1中的丝杆结构的立体结构示意图；

图4为图1中的驱动部的结构示意图；

图5为图1中的丝杆结构的第一实施例的剖视结构示意图；

图6为图1中的丝杆结构的第二实施例的剖视结构示意图；

图7为图1中的丝杆结构的第二实施例的剖视结构示意图。

附图标号说明：

标号	名称	标号	名称
				100	丝杆结构	300	操作部
1	丝杆	400	驱动装置
				2	丝套	410	复位件
21	第二凹凸结构	420	驱动机构
				22	限位槽	421	驱动部
3	配合面组	4211	第一凹凸结构
				31	第一配合面	422	驱动电机
32	第二配合面	423	驱动齿
				1000	力反馈装置	500	位移传感器
200	壳体

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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的一部分实施例，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，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

元宇宙为虚拟显示打开了窗口，如何让虚拟世界更真实是现在研究的重点，扳机作为人机交互的窗口，扳机触觉反馈能极大的提高玩家虚拟世界的真实感。现在扳机触觉力反馈装置使用丝杆丝套做驱动主要部件时，由于丝杆与丝套之间摩擦力大，能提供很好的阻力效果，但是摩擦力过大会降低丝杆丝套传动推力，使得能量损失较大，导致力反馈装置的振动反馈不符合预期。

鉴于此，本发明提供一种丝杆结构，用在力反馈装置上，旨在解决现有力反馈装置的振动反馈不足的问题。其中，图1至图7为本发明提供的力反馈装置的结构示意图。

请参阅图1、图5、图6和图7，所述丝杆1结构包括丝杆1以及套设于所述丝杆1的丝套2，所述丝套2与所述丝杆1之间形成有多组螺纹配合结构，至少一组所述螺纹配合结构包括第一螺纹凸部和第一螺纹槽，所述第一螺纹凸部的两侧面对应与所述第一螺纹槽的两侧壁面配合，以形成有两组配合面组3，两组所述配合面组3的摩擦力不等。

本发明的技术方案中，所述丝套2套设于所述丝杆1，并通过多个所述螺纹配合结构连接，丝杆1沿轴向移动，丝套2可与丝杆1发生相对转动，以将所述丝杆结构100的转动转化沿所述丝杆1轴向的直线活动，同时两组所述配合面组3的摩擦力不同，使得所述丝杆1与所述丝套2在相向活动时受到的摩擦力与在反向活动时受到的摩擦力不同，使得两个所述配合面组3中的其中之一所述配合面组3的阻力较大，以便为所述力反馈装置1000提供较大的阻力，另一所述配合面组3的阻力较小，以便降低所述丝杆1与所述丝套2之间的总摩擦阻力，减小所述力反馈装置1000的能量损失，从而有助于提高所述力反馈装置1000的振动反馈效果，以免所述力反馈装置1000的振动反馈不足。

可以理解的是，两个所述配合面组3中，其中之一所述配合面组3的摩擦力可以是大于另一所述配合面组3，也可以是小于另一所述配合面组3，本发明对此不做限定，可以根据需要进行调整，具体地，所述丝杆1与所述丝套2反向活动时受到的阻力较大，即两者反向运动时，丝杆1和丝套2相应接触的配合面组3之间的摩擦力大，便于提高反馈力；在相向活动时受到的阻力较小，即两者相向运动时，丝杆1和丝套2相应接触的另一配合面组3之间的摩擦力小，便于丝杆结构对力反馈装置1000的扳机(下文中的操作部300)进行卸力。力反馈装置1000在如上的两个状态下反复切换，丝杆结构对扳机不断卸力与顶推，从而实现扳机的振动力反馈。

为了使得两组所述配合面组3的摩擦力不同，在本实施例中，请参阅图5和图6，两组所述配合面组3的接触面积不等，以使得所述两组配合面组3的摩擦力不等，如此，通过调整两组所述配合面组3的接触面积，以便调整两组所述配合面组3的摩擦力，使得其中之一所述配合面组3的摩擦力大于或者小于另一所述配合面组3的摩擦力。

为了使得两组所述配合面组3的接触面积不同，具体地，在一实施例中，两组所述配合面组3的形状不同，如此，通过调整两组所述配合面组3的形状，以使两组所述配合面组3形成非对称设计，从而使得其中之一所述配合面组3的接触面积与另一所述配合面组3的接触面积不同。进一步地，在所述丝杆1的轴向截面上，两组所述配合面组3中，其中之一沿所述丝杆1的径向呈直线设置，另一呈倾斜设置，其倾斜方向为沿所述丝杆1轴向朝所述丝杆1倾斜，如此，沿所述丝杆1径向呈直线设置的所述配合面组3的长度小于呈倾斜设置的所述配合面组3的长度，使得呈直线设置的所述配合面组3的接触面积小于呈倾斜设置的所述配合面组3的接触面积。当然，在其他实施例中，也可以是其中之一所述配合面组3呈直线设置，另一所述配合面组3呈弧形设置等，本发明对此不做限定。

可以理解的是，虽然两组所述配合面组3的形状不同，但是各所述配合面组3内相互配合的两个配合面的形状是相同的，以使各所述配合面组3内的两个配合面能够完全贴合。即沿所述丝杆1径向呈直线设置的所述配合面组3中的两个配合面均是沿所述丝杆1径向呈直线设置。

在另一实施例中，所述配合面组3包括相互配合的第一配合面31与第二配合面32，两组所述配合面组3中，其中之一中的所述第一配合面31与所述第二配合面32的形状相同，另一中的所述第一配合面31与第二配合面32的形状不同，所述第一配合面31与所述第二配合面32的形状相同时，所述第一配合面31能够与所述第二配合面32完全贴合，接触面积较大，而所述第一配合面31与所述第二配合面32的形状不相同时，所述第一配合面31与所述第二配合面32不能完全贴合，接触面积较小，如此，通过调整所述配合面组3内的所述第一配合面31与所述第二配合面32的形状，以便调整两组所述配合面组3接触面积，从而使得其中之一所述配合面组3的接触面积与另一所述配合面组3的接触面积不同。进一步地，在所述丝杆1的轴向截面上，所述第一配合面31呈直线设置，所述第二配合面32呈折线设置，使得所述第一配合面31与所述第二配合面32不能完全贴合，从而使得所述第一配合面31与所述第二配合面32形状不同的所述配合面组3的接触面积小于形状相同的所述配合面组3的接触面积。当然，在其他实施例中，还可以是所述第一配合面31呈直线设置，所述第二配合面32呈弧形设置等，本发明对此不做限定。

为了使得两组所述配合面组3的摩擦力不同，在本实施例中，请参阅图7，两组所述配合面组3的粗糙度不同，如此，通过调整所述配合面组3的粗糙度，以便调整所述配合面组3的摩擦系数，从而使得其中之一所述配合面组3的摩擦阻力与另一所述配合面组3的摩擦阻力不同。

请参阅图1和图4，本发明还力反馈装置1000包括壳体200、操作部300、传动结构以及驱动装置400，所述操作部300可沿第一方向活动安装于所述壳体200且至少部分处于所述壳体200外，所述传动结构包括上述的丝杆1结构，所述传动结构的丝套2与所述操作部300抵接，所述驱动装置400驱动连接所述丝杆结构100，以使得所述丝杆1和/或所述丝套2活动，如此，以在用户按压所述操作部300时，所述操作部300推动所述丝套2沿第一方向朝所述壳体200内活动，此时，所述驱动装置400驱动所述丝杆结构100活动，以使所述丝套2沿第一方向朝所述壳体200外活动，以便阻止所述操作部300活动，从而使得所述力反馈装置1000能够提供反馈力，有助于提升用户的使用体验。

需要说明的是，所述力反馈装置1000中的丝杆结构100的结构可参照上述丝杆结构100的实施例，此处不再赘述；由于在本发明提供的力反馈装置1000中使用了上述丝杆结构100，因此，本发明提供的力反馈装置1000的实施例包括上述丝杆结构100全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。

进一步地，对于不用的应用场景，用户需要获得不同程度的力反馈，为此，在本实施例中，所述驱动装置400包括复位件410以及驱动机构420，所述复位件410设于所述丝套2与所述壳体200之间，用以将所述操作部300复位至初始位置，所述驱动机构420，包括驱动部421，所述驱动部421与所述丝套2可离合设置，以使得所述驱动部421具有与所述丝套2传动连接的结合状态、以及与所述丝套2接触结合的分离状态，当用户手指需要按压操作所述操作部300的时候，所述驱动部421处于所述分离状态，所述复位件410产生的复位力反馈到所述操作部300，此时，所述复位件410的复位力与其形变量有关，当需要模拟虚拟的反馈力时，此时，将所述驱动部421处于所述结合状态，使得所述驱动部421与所述丝套2相结合，通过所述驱动部421将所述驱动机构420提供的反向驱动力传递给所述丝套2，既能够避免所述丝套2沿所述第一方向产生移位，以随时提供反馈力，又能够避免所述丝套2和所述丝杆1之间存在滑移。

为了使得所述驱动部421能够与所述丝套2合离，在本实施例中，请参阅图1、图3和图4，所述驱动部421和所述丝套2相互靠近的侧部上，分别设置有在所述第一方向上呈相对设置的第一凹凸结构4211和第二凹凸结构21，在所述结合状态，所述第一凹凸结构4211与所述第二凹凸结构21相啮合，所述驱动部421在活动行程中，使得所述驱动部421和所述丝套2发生相对的活动，从而导致所述第一凹凸结构4211和所述第二凹凸结构21可以相互靠近或是远离的设置，在所述第一凹凸结构4211和所述第二凹凸结构21相互靠近时，所述第一凹凸结构4211和所述第二凹凸结构21相互啮合，如此，所述第一凹凸结构4211限制所述第二凹凸结构21在所述第一方向上的活动，从而限制所述丝套2在所述第一方向上的活动，当所述丝套2在所述第一方向上被限制锁止时，此时，在所述丝杆1沿所述第一方向活动时，所述丝套2只能与所述丝杆1发生相对转动，使得反馈至所述操作部300上的力除了所述复位件410的复位力，还具有所述驱动机构420通过作用于所述丝套2上的反向转动的力，从而增加反作用于所述丝杆1上的力。

具体地，请参阅图3，在本实施例中，所述驱动部421绕沿所述第一方向延伸的转轴转动安装于所述壳体200，所述驱动部421的中部沿所述第一方向贯设有安装孔，所述安装孔的周壁上设置有所述第一凹凸结构4211；所述丝套2穿设于所述安装孔，所述丝套2的周壁对应所述第一凹凸结构4211的位置凹设有限位槽22，所述限位槽22的一侧壁形成有所述第二凹凸结构21。

可以理解的是，所述限位槽22的槽宽设置为大于所述第一凹凸结构4211的宽度，而在所述驱动部421处于所述分离状态时，所述第一凹凸结构4211处于所述限位槽22内，且与所述第二凹凸结构21间隔设置，而在所述驱动部421处于所述结合状态时，所述第一凹凸结构4211活动至所述限位槽22的靠近设置有所述第二凹凸结构21的一个侧壁处，逐步与所述第二凹凸结构21发生啮合卡持。

还需要说明的是，所述第一凹凸结构4211和所述第二凹凸结构21可以设置为齿条的形式，或是其中之一设置为齿条，另一设置为凸部。

为了使得所述驱动部421与所述丝套2自所述分离状态能够稳定的切换至所述结合状态，并且使得所述丝套2周向上的反作用力能够更为均衡，所述限位槽22可以设置多个，相应地，所述第一凹凸结构4211和所述第二凹凸结构21可以也设置有多个，各所述第一凹凸结构4211设置在对应的一所述限位槽22内。

具体地，实现所述驱动机构420能够作用于所述丝套2上的反向作用力，在本实施例中，所述驱动部421的周侧设置有齿部；所述驱动机构420还包括驱动电机422和驱动齿423，所述驱动电机422具有沿所述第一方向设置的转轴；所述驱动齿423同轴固定连接于所述转轴，以被所述转轴带动转动，所述驱动齿423与所述齿部相啮合，如此，所述驱动电机422的所述转轴的转动方向设置为与所述丝套2被所述丝杆1驱动后的转动方向相逆，比如，当所述丝杆1被所述操作部300驱动沿所述第一方向活动时，若将所述丝套2的内螺纹设置为最终使得所述丝套2沿顺时针转动的情形时，此时所述驱动部421的转动方向也沿顺时针转动，从而带动所述驱动齿423逆时针旋转，此时可设置所述驱动电机422的所述转轴输出扭矩的方向为顺时针方向，如此，这个反向的扭力通过所述驱动部421传递至所述丝套2，丝套2的反向扭力会传递给所述丝杆1，从而阻止所述丝杆1被所述操作部300驱动沿所述第一方向活动，最终体现在所述操作部300上的作用力增大，从而实现力反馈效果。

需要说明的是，因所述驱动电机422输出的反向扭力越大，那么最终作用于所述操作部300上的反向阻力越大，那么，可以根据实时的游戏场景，在需要较大的力反馈时，增大所述驱动电机422的转速，在需要较小的力反馈时，减小所述驱动电机422的转速。

应该理解的是，所述驱动电机422的最大扭力值设置得小于所述丝套2正向顺时针转动时的扭力值，如此，用户在按压所述操作部300时，不会感受到完全按压不动而导致的游戏体验感失真的情形。

由于所述操作部300的位置不同，所述操作部300受到的反馈力也会不同，为此，在本实施例中，所述壳体200内设有位移传感器500，用以探测所述操作部300的位置，如此，通过设置所述位移传感器500，获取所述操作部300的位置，以便用户根据需要调整所述操作部300的位置，从而使得用户能够获得不同程度的反馈力。

此外，实现上述目的，本发明还提供一种操作手柄，所述操作手柄包括上述的力反馈装置1000。需要说明的是，所述操作手柄中的力反馈装置1000的结构可参照上述力反馈装置1000的实施例，此处不再赘述；由于在本发明提供的操作手柄中使用了上述力反馈装置1000，因此，本发明提供的操作手柄的实施例包括上述力反馈装置1000全部实施例的全部技术方案，且所达到的技术效果也完全相同，在此不再赘述。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种丝杆结构，用在力反馈装置上，其特征在于，所述丝杆结构包括丝杆以及套设于所述丝杆的丝套，所述丝套与所述丝杆之间形成有多组螺纹配合结构，至少一组所述螺纹配合结构包括第一螺纹凸部和第一螺纹槽，所述第一螺纹凸部的两侧面对应与所述第一螺纹槽的两侧壁面配合，以形成有两组配合面组，两组所述配合面组的摩擦力不等。

2.如权利要求1所述的丝杆结构，其特征在于，两组所述配合面组的接触面积不等，以使得所述两组配合面组的摩擦力不等。

3.如权利要求2所述的力反馈装置丝杆结构，其特征在于，两组所述配合面组的形状不同。

4.如权利要求3所述的丝杆结构，其特征在于，在所述丝杆的轴向截面上，两组所述配合面组中，其中之一沿所述丝杆的径向呈直线设置，另一呈倾斜设置，其倾斜方向为沿所述丝杆轴向朝所述丝杆倾斜。

5.如权利要求2所述的丝杆结构，其特征在于，所述配合面组包括相互配合的第一配合面与第二配合面；

两组所述配合面组中，其中之一中的所述第一配合面与所述第二配合面的形状相同，另一中的所述第一配合面与第二配合面的形状不同。

6.如权利要求5所述的丝杆结构，其特征在于，在所述丝杆的轴向截面上，所述第一配合面呈直线设置，所述第二配合面呈折线设置。

7.如权利要求1所述的丝杆结构，其特征在于，两组所述配合面组的粗糙度不同。

8.一种力反馈装置，其特征在于，包括：

壳体；

操作部，可沿第一方向活动安装于所述壳体且至少部分处于所述壳体外；

传动结构，包括如权利要求1至7任意一项所述的丝杆结构，所述传动结构的丝套与所述操作部抵接；以及，

驱动装置，驱动连接所述丝杆结构，以使得所述丝杆和/或所述丝套活动。

9.如权利要求8所述的丝杆结构，其特征在于，所述驱动装置包括：

复位件，设于所述丝套与所述壳体之间，用以将所述操作部复位至初始位置；以及，

驱动机构，包括驱动部，所述驱动部与所述丝套可离合设置，以使得所述驱动部具有与所述丝套传动连接的结合状态、以及与所述丝套接触结合的分离状态。

10.一种操作手柄，其特征在于，包括如权利要求8至9任意一项所述的力反馈装置。