关于力反馈设备应用方向的探讨

力反馈是在虚拟现实 (VR)等模拟环境中通过机动运动或阻力模拟真实世界的物理触觉。大多数人都是通过视频游戏控制器（如方向盘或踏板）和其他设备（如飞行模拟器操纵杆）来了解力反馈效果。但我们都知道该技术的用途远不止于游戏。

触觉反馈与力反馈类似，都是通过触觉向用户提供反馈。触觉反馈可以是简单的手机振动，也可以是如今新兴的复杂VR系统的全沉浸式连体服。

Touch力反馈设备在文物复建中的使用

触觉反馈和力反馈之间的主要区别在于，触觉反馈通常使用非常小的力或序列（例如振动），这些力或序列大多只能通过皮肤表面的神经感受到。力反馈所提供的反馈力要大得多，因此您也可以通过肌肉感受到力反馈效果。

第一架电传操纵飞机 CF-105力反馈的起源

力反馈技术起源于 20 世纪 50 年代为CF-105 开发的技术，CF-105是第一架配备电传操纵系统的非实验性飞机。该技术旨在模拟飞行员在飞机上正常感受到的控制压力，值得一提的是飞机上的控制装置与控制面板没有机械连接。

CF-105飞机中的力反馈设备

这项技术最终在航空航天和国防工业中被称为控制负载，后来被称为力反馈，并逐渐应用至其他行业中。

力反馈技术用于将关键信息传回给操作员，从而提高几乎所有现代客机以及工业、采矿、机器人和外科手术等应用的安全性操作训练效果，提高态势感知能力并最终提高安全性。

在训练环境中，力反馈可提高沉浸感，提供更强的真实感和训练价值。或者，在娱乐世界中，提供更具吸引力的娱乐体验。

力反馈如何起作用？

在传统控制加载/力反馈系统的底层。绝大多数力反馈系统都采用主动力反馈。这指的是通过某种机械输入（例如电动机）来限制用户运动的设备。

大型力反馈设备构造

现代磁力反馈摇杆传统的商业解决方案利用高压伺服电机，通常与高分辨率称重传感器和低间隙齿轮组相结合，以创建全闭环系统。这些系统在机械和电子方面都很复杂，通常需要外部机架安装控制器。

力反馈用于哪些地方？

力反馈设备用于许多不同的行业和应用。以下列出了一些关键行业：

航空航天中的力反馈

飞机飞行训练中通常会使用飞行控制力反馈系统模拟现代客机、运输机和军用飞机在飞行控制中所经历的控制负载，让飞行员了解他们施加在控制面上的力有多大。这在电传操纵飞机中最常用，因为控制装置与控制面没有机械连接。

带有力反馈功能的飞机操作面板

产生和传输这种力反馈的物理系统在业界被称为控制负载。本质上，该系统从飞行员和飞机（或模拟器）获取输入，并将输出反馈给飞行员和飞机。控制面板上感受到的环境力被反馈给飞行员，从而提高态势感知能力。

这种形式的动觉交流在过去是由控制面和控制装置之间的机械连接提供的。

力反馈在医疗训练中的应用

力反馈系统在培训中非常有价值，因为它们为受训者提供了高度准确的现实生活状况。在培训计划中使用这项技术的一些主要行业包括：

医疗——可以与 VR 系统相结合模拟手术。通过力反馈模拟可以高度真实的再现切入组织和钻入骨骼的感觉。力反馈越来越多地用于康复治疗和脑损伤治疗等应用之中。

Touch力反馈设备在医疗模拟中的使用

航空航天——模拟器训练在航空业中至关重要。模拟训练系统使飞行员能够在安全受控的环境中学习。

国防——国防工业有许多力反馈应用，包括飞机控制、武器系统训练和船舶控制。

游戏和力反馈

游戏行业一直在努力提高游戏的沉浸感。提高沉浸感的方法之一是通过力反馈，如下所示：

游戏控制器——典型的控制台控制器以振动的形式提供反馈以模拟真实场景中的各种互动情况。

方向盘——高级的力反馈方向盘可以模拟道路上的颠簸以及转弯时遇到的力量。

操纵杆——力反馈操纵杆可用于训练和游戏应用，例如模拟飞机在激烈机动过程中向飞行员传递的力。

机器人和工业力反馈应用

机器人力反馈是该技术的一个非常有用的应用。它主要用于由人类操作员控制的机械臂。它可以帮助操作员判断他们通过夹持器对物体施加的力是太大还是太小。

例如，想象一下用强大的机械臂拿起一颗鸡蛋。如果没有力反馈，你几乎肯定会每次都打碎鸡蛋。这些机械臂通常被应用于医疗、工业和深海打捞等应用。

结论

随着我们的日常生活与虚拟世界越来越紧密地交织在一起，我们越来越需要在互动方式中添加更加真实的感觉。如今我们已经有了视觉和听觉反馈与交互，因此下一步就是触觉。尽管市场上有各种系统正在努力实现必要的高保真反馈，但旧的伺服电机控制技术已经达到了极限。先进技术必将取而代之，并提供与虚拟空间更自然、更流畅的互动。