拇指遠(yuǎn)指節(jié)力反饋裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種檢測人手手指運(yùn)動狀態(tài)，并具有雙向反饋力的作用的數(shù)據(jù)手套。
【背景技術(shù)】
[0002]由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人逐漸在越來越大的范圍內(nèi)被使用，遙操作機(jī)器人作為一種性能可靠、技術(shù)成熟的機(jī)器人被廣泛用于各種危險(xiǎn)的、情況復(fù)雜的、人類無法到達(dá)的環(huán)境中工作，它采用的是非常可靠的控制方式，直接由操作者發(fā)出指令來控制。隨著遙操作機(jī)器人執(zhí)行的任務(wù)越來越復(fù)雜，使得人們在追求可靠性的同時(shí)，還對其靈活性提出了更高的要求，而要對復(fù)雜的機(jī)械手實(shí)施遙操作，控制機(jī)械手多個(gè)手指的多個(gè)關(guān)節(jié)一起協(xié)調(diào)運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)特定功能，這就需用到數(shù)據(jù)手套，而具有力反饋功能的數(shù)據(jù)手套是對機(jī)器人的機(jī)械手實(shí)施遙操作的最有效裝置，它通過測量操作者手指各個(gè)指節(jié)的位置信息作為控制指令控制機(jī)械手的手指跟蹤人手手指運(yùn)動，并能將機(jī)械手各個(gè)關(guān)節(jié)在運(yùn)動過程中的受力情況在數(shù)據(jù)手套上模擬出來，作用在操作者的手上，使操作者產(chǎn)生很強(qiáng)的臨場感。此外，近年來虛擬仿真技術(shù)不斷發(fā)展，其主要的交互設(shè)備就是力反饋數(shù)據(jù)手套，例如在一個(gè)由計(jì)算機(jī)虛擬的場景里，控制一雙虛擬的人手拆卸或裝配機(jī)器等，還有游戲、3D動畫制作等都需要用到力反饋數(shù)據(jù)手套，但目前市場上的力反饋數(shù)據(jù)手套系統(tǒng)復(fù)雜，價(jià)格極為昂貴，使其無法大量普及、推廣和使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的力反饋數(shù)據(jù)手套價(jià)格昂貴、系統(tǒng)復(fù)雜、維護(hù)困難等缺點(diǎn)，提出了一種將外置角度傳感器和關(guān)節(jié)雙向主動驅(qū)動裝置結(jié)合為一體，在檢測人手關(guān)節(jié)運(yùn)動信息的同時(shí)也將反饋回來的力覺信息轉(zhuǎn)化成力或力矩直接作用于人手的方法，極大簡化了復(fù)雜的力反饋數(shù)據(jù)手套系統(tǒng)。本發(fā)明是用于與計(jì)算機(jī)、機(jī)械手交互作用的裝置，由拇指近指節(jié)基座、拇指遠(yuǎn)指節(jié)基座和驅(qū)動部件組成；該裝置通過穿戴的方式固定在操作者手上；拇指近指節(jié)基座固定于人手的拇指近指節(jié)部位，拇指遠(yuǎn)指節(jié)基座固定于人手的拇指遠(yuǎn)指節(jié)部位，拇指近指節(jié)基座和拇指遠(yuǎn)指節(jié)基座通過連桿鉸接，鉸接處安裝有驅(qū)動部件；拇指遠(yuǎn)指節(jié)力反饋裝置在檢測手指關(guān)節(jié)運(yùn)動的角度和狀態(tài)的同時(shí)可根據(jù)需要對其施加力的作用實(shí)現(xiàn)力反饋控制。本發(fā)明在關(guān)節(jié)的驅(qū)動部件里加入了離合器，當(dāng)系統(tǒng)有力反饋信號時(shí)，驅(qū)動電機(jī)連接被驅(qū)動的關(guān)節(jié)，并對關(guān)節(jié)施加力的作用，當(dāng)系統(tǒng)沒有力反饋信號時(shí)，驅(qū)動電機(jī)斷開被驅(qū)動關(guān)節(jié)的連接，減少和降低了關(guān)節(jié)運(yùn)動的阻力，使關(guān)節(jié)的運(yùn)動更加順暢。本發(fā)明檢測關(guān)節(jié)運(yùn)動的角度由設(shè)置在裝置上相應(yīng)的角度傳感器通過相應(yīng)的數(shù)學(xué)算法測量，被檢測的關(guān)節(jié)在其運(yùn)動方向或復(fù)雜運(yùn)動的分解方向上都設(shè)置有獨(dú)立的驅(qū)動部件，每一個(gè)驅(qū)動部件又與被檢測的關(guān)節(jié)上相應(yīng)的角度傳感器配合工作形成閉環(huán)控制，以實(shí)現(xiàn)力反饋控制并提高其精確性。本發(fā)明可以精確、靈敏地檢測出相應(yīng)的手指關(guān)節(jié)運(yùn)動的角度和狀態(tài)，并對被檢測的關(guān)節(jié)具有雙向力反饋功能，使用簡單，穿戴方便，容易維護(hù)，并可極大降低力反饋數(shù)據(jù)手套的成本。
【附圖說明】
[0004]圖1是拇指遠(yuǎn)指節(jié)力反饋裝置的軸側(cè)圖。
[0005]圖2是拇指遠(yuǎn)指節(jié)力反饋裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0006]圖3是驅(qū)動部件111的軸測圖及結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0007]本發(fā)明主要零部件:
[0008]111.驅(qū)動部件3.拇指遠(yuǎn)指節(jié)基座4.拇指近指節(jié)基座
[0009]18.角度傳感器40.微型電機(jī)41.離合器摩擦片
[0010]42.摩擦片滑桿43.回位拉簧44.離合器蓋
[0011]60.減速齒輪組
[0012]【具體實(shí)施方式】一:圖3所示，所述拇指遠(yuǎn)指節(jié)力反饋裝置，包括驅(qū)動部件111，所述驅(qū)動部件111包括微型電機(jī)40和離合器，所述離合器由離合器摩擦片41、摩擦片滑桿42、回位拉簧43、離合器蓋44組成，摩擦片滑桿42與微型電機(jī)40的軸固接，兩片離合器摩擦片41分別套入摩擦片滑桿42兩端，兩片離合器摩擦片41之間連接有回位拉簧43，離合器蓋44套入微型電機(jī)40的軸，離合器蓋44與微型電機(jī)40的軸之間為滑動接觸，離合器蓋44上設(shè)有傳動齒輪。動作實(shí)施過程:當(dāng)微型電機(jī)40轉(zhuǎn)速高于一定值時(shí)，兩片離合器摩擦片41克服回位拉簧43的拉力分別向摩擦片滑桿42的兩末端滑動并與離合器蓋44的內(nèi)壁接觸，對離合器蓋44產(chǎn)生摩擦力，帶動離合器蓋44轉(zhuǎn)動；當(dāng)微型電機(jī)40轉(zhuǎn)速低于一定值時(shí)，兩片離合器摩擦片41在回位拉簧43的作用下向軸心方向滑動，與離合器蓋44的內(nèi)壁分離，切斷離合器蓋44與微型電機(jī)40的連接。
[0013]【具體實(shí)施方式】二:如圖1、圖2和圖3所示，所述拇指遠(yuǎn)指節(jié)力反饋裝置包括拇指遠(yuǎn)指節(jié)基座3，拇指近指節(jié)基座4，驅(qū)動部件111，角度傳感器18和減速齒輪組60。所述拇指遠(yuǎn)指節(jié)基座3固定于人手的拇指遠(yuǎn)指節(jié)部位,拇指遠(yuǎn)指節(jié)基座3的一端為包圍拇指遠(yuǎn)指節(jié)的柱形，另一端為半球形，整個(gè)基座的縱截面為“U”形，開口朝向拇指指間關(guān)節(jié)(DIP)，在該基座位于拇指遠(yuǎn)指節(jié)外側(cè)面的位置設(shè)有一滑槽。拇指遠(yuǎn)指節(jié)基座3與拇指近指節(jié)基座4通過搖臂25鉸接，所述搖臂25 —端嵌入拇指遠(yuǎn)指節(jié)基座3的滑槽內(nèi)，并通過螺釘24限位，所述搖臂25 (內(nèi)嵌軸承23)另一端與角度傳感器18的軸通過螺釘36固接，所述角度傳感器18由齒輪箱底座22及螺釘35固定在拇指近指節(jié)基座4的孔座K內(nèi)，所述搖臂25上的齒輪軸心與搖臂轉(zhuǎn)動的軸心重合，所述搖臂25的齒輪通過減速齒輪組60的配合與驅(qū)動部件111的齒輪嚙合，所述驅(qū)動部件111安裝在拇指近指節(jié)基座4上，該驅(qū)動機(jī)構(gòu)通過齒輪箱蓋49固定。動作實(shí)施過程:當(dāng)操作者拇指的指間關(guān)節(jié)(DIP)做屈伸運(yùn)動時(shí)，依附于拇指遠(yuǎn)指節(jié)上的拇指遠(yuǎn)指節(jié)基座3跟隨一起運(yùn)動,從而帶動搖臂25轉(zhuǎn)動,使得孔座K內(nèi)與搖臂25聯(lián)動的角度傳感器18能測量出操作者拇指的指間關(guān)節(jié)(DIP)屈伸的角度和狀態(tài)，當(dāng)控制系統(tǒng)無力反饋信號時(shí)，則拇指近指節(jié)基座4上的驅(qū)動部件111無動作，搖臂25動作不受干擾，當(dāng)控制系統(tǒng)有力反饋信號時(shí)，則拇指近指節(jié)基座4上的驅(qū)動部件111啟動，通過減速齒輪組60的配合對搖臂25在其運(yùn)動方向上施加一個(gè)同向或反向的力，同時(shí)控制系統(tǒng)再根據(jù)孔座K內(nèi)的角度傳感器18檢測到的關(guān)節(jié)角度的變化，運(yùn)用相應(yīng)的數(shù)學(xué)算法持續(xù)地輸出和修正驅(qū)動力的大小，推動或阻礙拇指的指間關(guān)節(jié)(DIP)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)該關(guān)節(jié)的力反饋功能。
[0014]作為本發(fā)明的另一實(shí)例，也可以用其他傳感器代替角度傳感器，同樣可以起到檢測人手拇指遠(yuǎn)指節(jié)運(yùn)動的角度和狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
[0015]作為本發(fā)明的又一實(shí)例，也可以讓固接有傳動齒輪的微型驅(qū)動電機(jī)代替驅(qū)動部件111，直接驅(qū)動減速齒輪組60或關(guān)節(jié)，省去離合器環(huán)節(jié)，同樣可以對關(guān)節(jié)起到施加力的作用，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。
[0016]在不使本發(fā)明的原理受到損害的情況下，上述構(gòu)成的細(xì)節(jié)和【具體實(shí)施方式】僅僅是當(dāng)做例子和圖示的東西，它可以不脫離本發(fā)明的范圍而廣泛改變，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種拇指遠(yuǎn)指節(jié)力反饋裝置，用于與計(jì)算機(jī)、機(jī)械手交互作用的裝置，由拇指近指節(jié)基座(4)、拇指遠(yuǎn)指節(jié)基座(3)和驅(qū)動部件(111)組成； 其特征在于: 該裝置通過穿戴的方式固定在操作者手上； 拇指近指節(jié)基座(4)固定于人手的拇指近指節(jié)部位，拇指遠(yuǎn)指節(jié)基座(3)固定于人手的拇指遠(yuǎn)指節(jié)部位，拇指近指節(jié)基座(4)和拇指遠(yuǎn)指節(jié)基座(3)通過連桿鉸接,鉸接處安裝有驅(qū)動部件(111)； 拇指遠(yuǎn)指節(jié)力反饋裝置在檢測手指關(guān)節(jié)運(yùn)動的角度和狀態(tài)的同時(shí)可根據(jù)需要對其施加力的作用實(shí)現(xiàn)力反饋控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拇指遠(yuǎn)指節(jié)力反饋裝置，其特征在于:所述驅(qū)動部件(111)包括微型電機(jī)(40)和離合器，所述離合器由離合器摩擦片(41)、摩擦片滑桿(42)、回位拉簧(43)、離合器蓋(44)組成，摩擦片滑桿(42)與微型電機(jī)(40)的軸固接，兩片離合器摩擦片(41)分別套入摩擦片滑桿(42)兩端，兩片離合器摩擦片(41)之間連接有回位拉簧(43),離合器蓋(44)套入微型電機(jī)(40)的軸,離合器蓋(44)與微型電機(jī)(40)的軸之間為滑動接觸，離合器蓋(44)上設(shè)有傳動齒輪。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拇指遠(yuǎn)指節(jié)力反饋裝置，其特征在于:拇指遠(yuǎn)指節(jié)基座(3)固定于人手的拇指遠(yuǎn)指節(jié)部位，拇指遠(yuǎn)指節(jié)基座(3)的一端為包圍拇指遠(yuǎn)指節(jié)的柱形，另一端為半球形，整個(gè)基座的縱截面為“U”形，開口朝向拇指指間關(guān)節(jié)DIP，在拇指遠(yuǎn)指節(jié)基座(3)上位于拇指遠(yuǎn)指節(jié)外側(cè)面的位置設(shè)有一滑槽，搖臂(25) —端嵌入拇指遠(yuǎn)指節(jié)基座(3)的滑槽內(nèi)，并通過螺釘(24)限位，所述搖臂(25)內(nèi)嵌軸承(23)另一端與角度傳感器(18)的軸通過螺釘(36)固接，所述角度傳感器(18)由齒輪箱底座(22)及螺釘(35)固定于拇指近指節(jié)基座(4)的孔座(K)內(nèi)，所述搖臂(25)上的齒輪通過減速齒輪組￠0)的配合與安裝在拇指近指節(jié)基座(4)上的驅(qū)動部件(111)的齒輪嚙合，該驅(qū)動機(jī)構(gòu)通過齒輪箱蓋(49)固定。
【專利摘要】拇指遠(yuǎn)指節(jié)力反饋裝置，它涉及了一種檢測人手手指運(yùn)動狀態(tài)并具有反饋從手相應(yīng)的手指關(guān)節(jié)所受的力的裝置。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的力反饋裝置關(guān)節(jié)測量機(jī)構(gòu)與力反饋機(jī)構(gòu)分離，系統(tǒng)復(fù)雜結(jié)構(gòu)臃腫，維護(hù)困難，且不能實(shí)現(xiàn)雙向主動驅(qū)動及價(jià)格昂貴等缺點(diǎn)，將關(guān)節(jié)檢測機(jī)構(gòu)和力反饋機(jī)構(gòu)集成于一體，并采用獨(dú)特的連接方式和巧妙的關(guān)節(jié)測量點(diǎn)布局，使操作者在使用該設(shè)備時(shí)，被檢測的手指能保持最大程度的靈活，且運(yùn)動狀態(tài)能被精確檢測到，使被控制的從手相應(yīng)的手指關(guān)節(jié)能與操作者對應(yīng)的手指關(guān)節(jié)協(xié)同一致動作，并能將從手在具體的工作環(huán)境中的受力情況反饋給操作者，以增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)或遙操作的臨場感。
【IPC分類】B25J19-02, G06F3-0346, B25J19-00, G06F3-01
【公開號】CN104635911
【申請?zhí)枴緾N201310549754
【發(fā)明人】蘇茂
【申請人】蘇茂
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2013年11月8日