專利名稱：一種鼠標形桌面主操作手的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及模擬機械人手設備領域，特別涉及一種鼠標形桌面主操作手。
背景技術：
機械手主要用于抓取物件等復雜運動，目前所使用的機械手，大多由簡單機械結構組成，靈活度非常差，不能適用于復雜的運動，為此需要配備相應的操作手，以提高其操作能力適應于更復雜運動，人類與動物的最大區(qū)別是能否使用工具，因此相對于身體的其他部位，手部的結構更加復雜，運動也更加靈活。靈巧手是模仿人手的外形和運動機理進行研究和制作的，其通過主操作手進行操作，但由于 手部結構的復雜性，使得靈巧手配套的主操作手成為機器人研究領域的難點之一。

實用新型內容針對以上問題，本實用新型通過設計一種鼠標形操作手采用桌面型結構，使用主操作手操作時，與我們平時使用鼠標相似，整個手掌覆蓋在裝置上，即可進行抓握和觸摸等活動，為達此目的，本實用新型提供一種鼠標形桌面主操作手，所述主操作手包括底板、支架、電位計、折形擺桿、直流電機、指尖結構和吸盤式電磁鐵，所述支架包括4個食指支架和拇指支架，所述4個食指支架并排設置在底板前方，所述每個食指支架后設置有一個對應的水平直流電機，所述拇指支架設置在底板食指支架后方，所述每個支架上有一個轉軸，所述轉軸一側有電位計，所述每個支架上有一個折形擺桿，折形擺桿彎折處卡在轉軸上，所述折形擺桿與轉軸之間通過固定釘進行定位，所述折形擺桿后端連有配重，所述食指支架內折形擺桿尾端與水平直流電機連接端之間通過鋼絲繩相連，所述拇指支架上設置有豎直直流電機，所述拇指支架內折形擺桿尾端與豎直直流電機之間通過鋼絲繩相連，所述每個折形擺桿首端連有一個對應的指尖機構，所述指尖機構球套環(huán)后端連有吸盤式電磁鐵，所述指尖機構包括指尖托板、球套環(huán)、滾輪組、活動圓球和內電位計，所述指尖機構通過指尖托板與折形擺桿首端相連，所述指尖托板支架上安裝有球套環(huán)，所述球套環(huán)內有活動圓球，所述滾輪組有兩個互相垂直，所述滾輪組安裝在與活動圓球位置相對的指尖托板外支架上，所述指尖托板內支架上有內電位計。作為本實用新型的進一步改進，所述限位軸設置在食指支架頂部，為了避免直流電機旋轉過快使折形擺桿抬起過猛對操作者造成傷害，在轉軸上方設計了限位軸，限制折形擺桿的擺動角度范圍。本實用新型通過設計一種鼠標形操作手采用桌面型結構，該主操作手共有20個自由度，使用主操作手操作時，與我們平時使用鼠標相似，整個手掌覆蓋在裝置上，通過手活動即可控制相應的靈巧手進行抓握和觸摸等活動，本實用新型設置有力反饋結構，在抓取物體過程中能夠將反作用力的大小反饋給操作者，一般作為從手的靈巧手，每個手指的承載能力最大為4N，相應地，本裝置也能夠提供4N的反饋力，這樣使用起來更具真實感，此外本專利在主操作手上安裝有旋轉電位計，可以測量操作者手指的各個關節(jié)在運動時轉過的角度，進而能實時的把手指的位置姿態(tài)信息傳達給從手，使得靈巧手活動起來更為靈敏。
圖I是本專利結構示意圖；圖中的構件為I、底板；2-1、食指支架；2-2、拇指支架；3、電位計；4、轉軸；5、折形擺桿；5-1、配重；6、水平直流電機；7、固定釘；8、限位軸；9-1、指尖托板；9-2、球套環(huán)；9-3、滾輪組； 9-4、活動圓球；9-5、內電位計； 10、吸盤式電磁鐵；11、豎直直流電機。
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對實用新型做詳細的說明本實用新型通過設計一種鼠標形操作手采用桌面型結構，使用主操作手操作時，與我們平時使用鼠標相似，整個手掌覆蓋在裝置上，即可進行抓握和觸摸等活動。作為本實用新型一種具體實施例本實用新型提供結構工作示意圖如圖I所示一種鼠標形桌面主操作手，所述主操作手包括底板I、支架、電位計3、折形擺桿5、直流電機、指尖結構和吸盤式電磁鐵10，所述支架包括4個食指支架2-1和拇指支架2-2，所述4個食指支架2-1并排設置在底板I前方，所述每個食指支架2-1后設置有一個對應的水平直流電機6，所述拇指支架2-2設置在底板I食指支架2-1后方，所述每個支架上有一個轉軸4，所述轉軸4 一側有電位計3，所述每個支架上有一個折形擺桿5，折形擺桿5彎折處卡在轉軸4上，所述折形擺桿5與轉軸4之間通過固定釘7進行定位，所述折形擺桿5后端連有配重5-1，配重5-1和指尖結構的重量相抵消，一方面使主操作手處于初始位置，另一方面在靈巧手抓取物體的過程中，使電機形成的反饋力更為準確，使操作者操作起來更為自如，所述限位軸8設置在食指支架2-1頂部，，為了避免直流電機旋轉過快使折形擺桿5抬起過猛對操作者造成傷害，在轉軸4上方設計了限位軸8，限制折形擺桿5的擺動角度范圍，所述食指支架2-1內折形擺桿5尾端與水平直流電機6連接端之間通過鋼絲繩相連，所述拇指支架2-2上設置有豎直直流電機11，所述拇指支架2-2內折形擺桿5尾端與豎直直流電機11連接端之間通過鋼絲繩相連，所述每個折形擺桿5首端連有一個對應的指尖機構，所述指尖機構球套環(huán)9-2后端連有吸盤式電磁鐵10，所述指尖機構包括指尖托板9-1、球套環(huán)9-2、滾輪組9-3、活動圓球9-4和內電位計9-5，所述指尖機構通過指尖托板9_1與折形擺桿5首端相連,所述指尖托板9-1支架上安裝有球套環(huán)9-2,所述球套環(huán)9-2內有活動圓球9-4，所述滾輪組9-3有兩個互相垂直,所述滾輪組9-3安裝在與活動圓球9-4位置相對的指尖托板9-1外支架上，所述指尖托板9-1內支架上有內電位計9-5。由于人手的結構復雜，實際應用時通常進行一定的簡化，經(jīng)過簡化后，每個手指各有3個關節(jié)4個自由度，整個手一共20個自由度。其拇指的結構與其余四指稍有不同，其余4指除了在幾何尺寸上有一些差別之外基本具有相同的結構，本專利利用前述的簡化原理對主操作手外形結構進行了相應的設計。主操作手的食指、中指、無名指和小指四指利用相似的食指結構，拇指的結構與其余四指略有不同。在布局上，五根手指的位置分布與人手相似，除拇指外的其余四指相互平行，拇指與四指相互垂直。本專利使用時底板I放置在桌面上，支架安裝在底板I上，支架間有轉軸4，折形擺桿5可繞轉軸4擺動。折形擺桿5的前端安裝指尖結構，后端通過鋼絲繩與直流電機相連。折形擺桿5的后端部分設計有配重5-1，配重5-1和指尖結構的重量相抵消，一方面使主操作手處于初始位置，另一方面在靈巧手抓取物體的過程 中，使電機形成的反饋力更為準確，使操作者操作起來更為自如，電機輸出軸與折形擺桿5后端的弧形設計相切。直流電機、鋼絲繩以及折形擺桿5構成用于人手感知虛擬手指抓取物體時指尖正壓力的力反饋機構，為了避免直流電機旋轉過快使折形擺桿5抬起過猛對操作者造成傷害，在轉軸4上方設計了限位軸8，限制折形擺桿5的擺動角度范圍。本專利指尖機構指尖托板9-1上加工有一個圓孔，用以定位和安放活動圓球9-4，活動圓球9-4周圍裝有一對相互垂直的滾輪組9-3。其中，軸線與折形擺桿5相同的滾輪稱為豎向滾輪，軸線方向與折形擺桿垂直的滾輪稱為滾輪組，活動圓球9-4滾動時由摩擦力帶動滾輪組和豎向滾輪轉動，球套環(huán)9-2包圍著活動圓球9-4，吸盤式電磁鐵10安裝在球套環(huán)9-2后端。當電磁鐵未通電時，球套環(huán)9-2處于自然狀態(tài)，活動圓球9-4可自由轉動；當電磁鐵上有電流流過時，球套環(huán)9-2會收緊，產(chǎn)生限制活動圓球9-4轉動的阻力，本專利采用該結構主要是用于人手感知虛擬指尖觸摸材料粗糙程度。本專利在使用的時候，操作者需要將手掌支撐在底板I上，手指順著折形擺桿5放置，指根擺放在折形擺桿5的轉折處，指尖搭在指尖結構的活動圓球9-4上。手指的運動可以使得折形擺桿5繞轉軸4上下擺動，以及活動圓球9-4的自由轉動。為了將操作者的手指的位置姿態(tài)信息傳遞給從手，需要采集操作者手指各個關節(jié)的轉動角度，在本裝置中使用三個位置旋轉傳感器完成角度采集任務。本專利運動時折形擺桿5繞轉軸4擺動，由掌指關節(jié)MP2活動，手指上下擺動引起的?；顒訄A球9-4的自由轉動可以分解在兩個相互垂直的方向上，即活動圓球9-4的左右滾動以及前后滾動。掌指關節(jié)MPl活動時,手指左右擺動，帶動活動圓球9-4左右滾動，活動圓球9-4通過摩擦力引起豎向滾輪的滾動；遠端指關節(jié)DIP使活動圓球9-4前后滾動，帶動滾輪組9-3滾動。本專利操作手與普通操作手相比具有以下特點(I)本專利所述裝置有著類似鼠標的結構外形，在工作時，符合現(xiàn)代人的操作習慣，使用舒適輕便；桌面型的結構使得操作者無需承擔裝置的自重，在采用電機等驅動裝置進行力反饋驅動或進行其他功能擴展時，不會因為裝置質量的增加而影響操作者手指的正常運動。(2)本專利所述裝置是由結構獨立的5個手指以及連接組件構成的，布局與人手相似，操作方便。仿人手的5個手指的結構，簡化了主操作手和從手間的映射關系。(3)本專利人手在運動時，通過本裝置可以采集到五個手指的各自的四個自由度，可以實現(xiàn)將操作者的手指的位置姿態(tài)準確的傳遞給從手靈巧手。本裝置具有力反饋系統(tǒng)，增強了操作者在使用主操作手的沉浸感。力反饋和位置反饋結構簡單，容易實現(xiàn)實時控制。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非是對本實用新型作任何其他形式的限制，而依據(jù)本實用新型的技術實質所作的任何修改或等同變化，仍屬于本實用新型所要求保護的范圍。 ·
權利要求1.一種鼠標形桌面主操作手，所述主操作手包括底板(I)、支架、電位計(3)、折形擺桿(5)、直流電機、指尖結構和吸盤式電磁鐵(10)，其特征在于所述支架包括4個食指支架(2-1)和拇指支架(2-2 )，所述4個食指支架(2-1)并排設置在底板(I)前方，所述每個食指支架(2-1)后設置有一個對應的水平直流電機(6 )，所述拇指支架(2-2 )設置在底板(I)食指支架(2-1)后方，所述每個支架上有一個轉軸(4)，所述轉軸(4) 一側有電位計(3)，所述每個支架上有一個折形擺桿(5 )，折形擺桿(5 )彎折處卡在轉軸(4 )上，所述折形擺桿(5 )與轉軸(4)之間通過固定釘(7)進行定位，所述折形擺桿(5)后端連有配重(5-1)，所述食指支架(2-1)內折形擺桿(5 )尾端與水平直流電機(6 )連接端相連，所述拇指支架(2-2 )上設置有豎直直流電機(11)，所述拇指支架(2-2 )內折形擺桿(5 )尾端與豎直直流電機(11)連接端之間通過鋼絲繩相連，所述每個折形擺桿(5)首端連有一個對應的指尖機構，所述指尖機構球套環(huán)(9-2 )后端連有吸盤式電磁鐵(10 )，所述指尖機構包括指尖托板(9-1)、球 套環(huán)(9-2)、滾輪組(9-3)、活動圓球(9-4)和內電位計(9-5)，所述指尖機構通過指尖托板(9-1)與折形擺桿(5 )首端相連，所述指尖托板(9-1)支架上安裝有球套環(huán)(9-2 )，所述球套環(huán)(9-2)內有活動圓球(9-4)，所述滾輪組(9-3)有兩個互相垂直，所述滾輪組(9-3)安裝在與活動圓球(9-4)位置相對的指尖托板(9-1)外支架上，所述指尖托板(9-1)內支架上有內電位計(9-5)。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種鼠標形桌面主操作手，其特征在于所述食指支架(2-1)頂部設置有限位軸(8)。
專利摘要一種鼠標形桌面主操作手，所述主操作手包括底板、支架、電位計、折形擺桿、直流電機、指尖結構和吸盤式電磁鐵，所述支架包括4個食指支架和拇指支架，每個食指支架后設置有一個對應的水平直流電機，所述拇指支架設置在底板食指支架后方，每個支架上有一個轉軸，轉軸一側有電位計，每個支架上有一個折形擺桿卡在轉軸上，所述食指支架內折形擺桿尾端與水平直流電機連接端之間通過鋼絲繩相連，所述拇指支架上設置有豎直直流電機，所述每個折形擺桿首端連有一個對應的指尖機構，所述指尖機構一側連有吸盤式電磁鐵。本實用新型使用主操作手操作時，與我們平時使用鼠標相似，整個手掌覆蓋在裝置上，即可進行抓握和觸摸等活動。
文檔編號B25J1/00GK202640347SQ20122019434
公開日2013年1月2日 申請日期2012年5月3日 優(yōu)先權日2012年5月3日
發(fā)明者王珺, 陳曼華, 姜小菁 申請人:金陵科技學院