本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實，具體為一種vr人機交互的人體工學游戲手柄。

背景技術：

1、虛擬現(xiàn)實技術囊括計算機、電子信息、仿真技術，其基本實現(xiàn)方式是計算機模擬虛擬環(huán)境從而給人以環(huán)境沉浸感，隨著社會生產(chǎn)力和科學技術的不斷發(fā)展，各行各業(yè)對vr技術的需求日益旺盛，尤其是vr游戲，現(xiàn)今vr游戲種類繁多，由于vr游戲體驗真實，會出現(xiàn)肢體動作，因此需要一種使用方便，提高vr游戲真實度的游戲手柄。

2、現(xiàn)有的vr游戲手柄存在的缺陷是：

3、1、專利文件jp2011130817a公開了游戲機手柄，但是上述文件中的游戲手柄動作捕捉精度低，意圖識別不準確，容易引發(fā)眩暈的技術問題；

4、2、專利文件us20140213349a1公開了智能游戲手柄，但是上述文件中的裝置存在反饋單一且缺乏事件區(qū)分能力，過度依賴視覺提示，導致交互效率降低的技術問題；

5、3、專利文件us20060250351a1公開了游戲手柄控制器映射，但是上述文件中的裝置存在定位和通信系統(tǒng)容易受到遮擋的干擾影響，導致追蹤丟失和反饋延時的技術問題；

6、4、專利文件cn113769376a公開了一種vr游戲手柄，但是上述文件中的裝置存在續(xù)航時間短，在閑置或游戲場景下無效能耗大的技術問題。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種vr人機交互的人體工學游戲手柄，以解決上述背景技術中提出的技術問題。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案：一種vr人機交互的人體工學游戲手柄，包括手柄本體、壓力傳感器陣列、觸覺反饋單元、空間定位模塊、主控電路和通信接口；

3、所述手柄本體的表面設置有虎口貼合曲面、掌心貼合曲面和小指－無名指貼合曲面；

4、所述壓力傳感器陣列覆蓋于所述虎口貼合曲面、掌心貼合曲面和小指－無名指貼合曲面，包含多個獨立感測單元，用于檢測收集壓力分布及變化；

5、所述觸覺反饋單元設置于所述手柄本體內(nèi)部，包括有若干個獨立振動馬達，且震動馬達的位置分別靠近虎口貼合曲面、掌心貼合曲面和小指－無名指貼合曲面布置；

6、所述空間定位模塊設置于所述手柄本體內(nèi)部，用于追蹤手柄的空間位姿；

7、所述主控電路設置于所述手柄本體內(nèi)部，分別與壓力傳感器陣列、觸覺反饋單元、空間定位模塊電連接；

8、所述通信接口用于實現(xiàn)所述主控電路與外部vr主機之間的數(shù)據(jù)傳輸；

9、所述主控電路被配置為：基于壓力傳感器陣列檢測的局部壓力變化或vr場景事件信息，獨立控制對應區(qū)域振動馬達的頻率與振幅，生成定向觸覺反饋。

10、優(yōu)選的，所述主控電路被配置為：結(jié)合虎口貼合曲面、掌心貼合曲面和小指－無名指貼合曲面區(qū)域的壓力變化梯度與vr場景事件類型，動態(tài)生成觸覺反饋強度取向；

11、其中，當虎口貼合曲面、掌心貼合曲面和小指－無名指貼合曲面區(qū)域壓力梯度值超過閾值時，增強該區(qū)域震動強度以模擬握緊反饋；

12、當vr場景觸發(fā)虛擬物體碰撞時，基于碰撞位置驅(qū)動對應區(qū)域振動馬達。

13、優(yōu)選的，所述手柄本體前端的上部設置有拇指操作區(qū)，手柄本體的尾端設置有食指操作區(qū)和中指操作區(qū)，拇指操作區(qū)、食指操作區(qū)和中指操作區(qū)均設置有物理按鍵。

14、優(yōu)選的，所述手柄本體側(cè)邊的頂部設置有連接環(huán)，連接環(huán)的內(nèi)壁活動連接有連接繩，連接繩的另一端通過卡扣設置有可調(diào)節(jié)松緊的防護手環(huán)。

15、優(yōu)選的，所述觸覺反饋單元的震動馬達可獨立生成不同頻率與振幅的震動波形，且主控電路基于壓力變化或vr場景事件驅(qū)動對應區(qū)域的馬達生成定向觸覺反饋。

16、優(yōu)選的，所述空間定位模塊包括慣性測量單元和光學標記點陣列，光學標記點分布于手柄本體外表面，用于被外部vr攝像頭追蹤以實現(xiàn)多自由度位姿定位。

17、優(yōu)選的，所述通信接口為低延遲無線傳輸模塊，支持wi-fi?6e或毫米波通信協(xié)議。

18、優(yōu)選的，所述虎口貼合曲面、掌心貼合曲面和小指－無名指貼合曲面采用可更換式硅膠墊，硅膠墊表面具有防滑紋理。

19、優(yōu)選的，所述主控電路內(nèi)置握持狀態(tài)檢測算法，當壓力傳感器陣列連續(xù)3秒檢測到壓力值低于閾值時，自動觸發(fā)手柄進入低功耗休眠模式。

20、優(yōu)選的，該vr人機交互的人體工學游戲手柄的工作步驟如下：

21、s1、用戶握持手柄，壓力傳感器陣列實時監(jiān)測虎口貼合曲面、掌心貼合曲面和小指－無名指貼合曲面的壓力分布，主控電路通過內(nèi)置算法判斷握持狀態(tài)：若連續(xù)3秒壓力值低于閾值，則觸發(fā)低功耗休眠模式；

22、s2、空間定位模塊的慣性測量單元和光學標記點陣列持續(xù)采集手柄位姿數(shù)據(jù)，通過外部vr攝像頭實現(xiàn)6自由度定位，數(shù)據(jù)經(jīng)主控電路預處理后發(fā)送至vr主機；

23、s3、局部壓力響應：

24、主控電路計算各貼合曲面的壓力梯度，增強對應區(qū)域振動馬達的強度，模擬握緊反饋；

25、vr事件驅(qū)動反饋：

26、當vr場景觸發(fā)事件，主控電路接收事件位置信息，驅(qū)動碰撞方向?qū)恼駝玉R達；

27、定向觸覺輸出：

28、觸覺反饋單元的獨立振動馬達根據(jù)指令生成特定頻率、振幅的波形；

29、s4、用戶通過拇指操作區(qū)、食指操作區(qū)及中指操作區(qū)的物理按鍵輸入指令，數(shù)據(jù)經(jīng)通信接口傳輸至vr主機；

30、s5、防護手環(huán)通過連接繩與手柄連接環(huán)固定，卡扣調(diào)節(jié)松緊度，防止手柄脫手；

31、s6、通信接口采用低延遲無線協(xié)議實時傳輸手柄數(shù)據(jù)至vr主機，并在休眠模式下維持最低功耗通信。

32、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：

33、1.本發(fā)明通過虎口、掌心和小指－無名指三區(qū)貼合曲面契合手部生理曲線，提供穩(wěn)固抓握，減少使用疲勞，其壓力傳感器陣列能捕捉手指的輕觸、按壓、滑動及握力變化，識別復雜動作與意圖，并根據(jù)局部壓力或vr事件實時觸發(fā)定向觸覺反饋，精準模擬不同事件和材質(zhì)的觸感，提升沉浸感，內(nèi)置空間定位模塊確保手柄位置姿態(tài)的實時高精度追蹤，核心主控電路實時處理傳感器與定位數(shù)據(jù)，并依據(jù)vr主機指令精確驅(qū)動觸覺反饋，低延遲通信接口保障數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r可靠，防止眩暈或操作延遲，確保交互連貫流暢；

34、2.本發(fā)明通過監(jiān)測到用戶虎口區(qū)域、掌心區(qū)域和小指－無名指區(qū)域的壓力梯度超過閾值時，主控電路立即增強該區(qū)域震動強度，精準模擬物體握緊時的反作用力，在虛擬碰撞發(fā)生時，系統(tǒng)能根據(jù)碰撞位置驅(qū)動對應區(qū)域馬達，生成與事件空間位置匹配的定向震動，使用戶通過局部觸覺感知事件方位與物理屬性，振動馬達支持動態(tài)波形調(diào)節(jié)，高頻低幅模擬水滴觸碰等細膩觸感，低頻高幅還原爆炸沖擊波等強烈反饋，通過觸覺差異顯著區(qū)分事件類型，減少對視覺提示的依賴；

35、3.本發(fā)明通過光學融合定位與wi-fi?6e或毫米波雙模通信的硬軟件協(xié)同，能夠在復雜使用場景下仍能維持毫米級空間精度與毫秒級反饋同步，光學標記點陣列的廣視角分布設計，顯著降低手部自遮擋導致的定位丟失風險，而通信協(xié)議的自適應切換機制，則確保在多人競技等干擾環(huán)境下仍可保持觸覺反饋與虛擬動作的時空一致性；

36、4.本發(fā)明通過握力功耗閉環(huán)控制徹底解決vr手柄續(xù)航痛點，3秒壓力閾值判定機制既防止誤觸發(fā)，又能在閑置時立即切入休眠，喚醒響應用戶自然抓握動作，配合多區(qū)域壓力交叉驗證消除誤判，有利于在游戲場景下降低無效能耗的功能。