本發(fā)明涉及一種檢測(cè)人手手指轉(zhuǎn)動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并具有雙向反饋力的作用的裝置。

背景技術(shù)：

由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人逐漸在越來(lái)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(lèi)無(wú)法到達(dá)的環(huán)境中工作，它采用的是非?？煽康目刂品绞?，直接由操作者發(fā)出指令來(lái)控制。隨著遙操作機(jī)器人執(zhí)行的任務(wù)越來(lái)越復(fù)雜，使得人們?cè)谧非罂煽啃缘耐瑫r(shí)，還對(duì)其靈活性提出了更高的要求，而要對(duì)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(dòng)，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(duì)機(jī)器人的機(jī)械手實(shí)施遙操作的最有效裝置，它通過(guò)測(cè)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(dòng)，并能將機(jī)械手各個(gè)關(guān)節(jié)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的受力情況在數(shù)據(jù)手套上模擬出來(lái)，作用在操作者的手上，使操作者產(chǎn)生很強(qiáng)的臨場(chǎng)感。此外，近年來(lái)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(chǎng)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(dòng)畫(huà)制作等都需要用到力反饋數(shù)據(jù)手套，但目前市場(chǎng)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(wú)法大量普及、推廣和使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)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(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置結(jié)合為一體，在檢測(cè)人手關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)信息的同時(shí)也將反饋回來(lái)的力覺(jué)信息轉(zhuǎn)化成力或力矩直接作用于人手的方法，極大簡(jiǎn)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，由指節(jié)基座、角度傳感器和驅(qū)動(dòng)部件組成，該裝置固定在操作者手指上，數(shù)據(jù)手套轉(zhuǎn)動(dòng)副檢測(cè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)在檢測(cè)手指關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的角度和狀態(tài)的同時(shí)可根據(jù)需要對(duì)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(dòng)部件里加入了離合器，當(dāng)系統(tǒng)有力反饋信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接被驅(qū)動(dòng)的關(guān)節(jié)，并對(duì)關(guān)節(jié)施加力的作用，當(dāng)系統(tǒng)沒(méi)有力反饋信號(hào)時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)斷開(kāi)被驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的連接，減少和降低了關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的阻力，使關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)更加順暢。本發(fā)明檢測(cè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的角度由設(shè)置在裝置上相應(yīng)的角度傳感器通過(guò)相應(yīng)的數(shù)學(xué)算法測(cè)量，被檢測(cè)的關(guān)節(jié)在其運(yùn)動(dòng)方向或復(fù)雜運(yùn)動(dòng)的分解方向上都設(shè)置有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)部件，每一個(gè)驅(qū)動(dòng)部件又與被檢測(cè)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(cè)出相應(yīng)的手指關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的角度和狀態(tài)，并對(duì)被檢測(cè)的關(guān)節(jié)具有雙向力反饋功能，使用簡(jiǎn)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(shuō)明

圖1是數(shù)據(jù)手套轉(zhuǎn)動(dòng)副檢測(cè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的三視圖及軸測(cè)圖。。

圖2是數(shù)據(jù)手套轉(zhuǎn)動(dòng)副檢測(cè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是驅(qū)動(dòng)部件111的軸測(cè)圖及結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：如圖3所示，所述數(shù)據(jù)手套轉(zhuǎn)動(dòng)副檢測(cè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，包括驅(qū)動(dòng)部件111，所述驅(qū)動(dòng)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、離合裝置蓋44組成，摩擦片滑桿42與微型電機(jī)40的軸固接，兩片離合裝置摩擦片41分別套入摩擦片滑桿42兩端，兩片離合裝置摩擦片41之間連接有回位拉簧43，離合裝置蓋44套入微型電機(jī)40的軸，離合裝置蓋44與微型電機(jī)40的軸之間為滑動(dòng)接觸，離合裝置蓋44上設(shè)有傳動(dòng)齒輪。動(dòng)作實(shí)施過(guò)程：當(dāng)微型電機(jī)40轉(zhuǎn)速高于一定值時(shí)，兩片離合裝置摩擦片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(dòng)并與離合裝置蓋44的內(nèi)壁接觸，對(duì)離合裝置蓋44產(chǎn)生摩擦力，帶動(dòng)離合裝置蓋44轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)微型電機(jī)40轉(zhuǎn)速低于一定值時(shí)，兩片離合裝置摩擦片41在回位拉簧43的作用下向軸心方向滑動(dòng)，與離合裝置蓋44的內(nèi)壁分離，切斷離合裝置蓋44與微型電機(jī)40的連接。

具體實(shí)施方式二：如圖1、圖2和圖3所示，所述數(shù)據(jù)手套轉(zhuǎn)動(dòng)副檢測(cè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)部件111、角度傳感器18、搖臂19、齒輪箱蓋51、齒輪箱蓋52和指節(jié)基座53。所述指節(jié)基座53設(shè)有一個(gè)孔座M和一排用于球頭20或螺釘24的安裝孔Q，所述角度傳感器18通過(guò)螺釘36固定于指節(jié)基座53的孔座M內(nèi)，所述孔座M內(nèi)的角度傳感器18的軸與搖臂19通過(guò)螺釘35固接，所述搖臂19上的齒輪軸心與搖臂轉(zhuǎn)動(dòng)的軸心重合，所述搖臂19的齒輪通過(guò)減速齒輪組60的配合與驅(qū)動(dòng)部件111的齒輪嚙合，所述驅(qū)動(dòng)部件111安裝在指節(jié)基座53上，所述搖臂19另一端固接球頭20，所述球頭20與相應(yīng)的被測(cè)量部件連接。動(dòng)作實(shí)施過(guò)程：球頭20與需檢測(cè)的關(guān)節(jié)部件鉸接，指節(jié)基座53固定在相鄰的手指指節(jié)上，當(dāng)被檢測(cè)的關(guān)節(jié)相對(duì)指節(jié)基座53發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，搖臂19跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)，則與搖臂19聯(lián)動(dòng)的角度傳感器18能測(cè)量出該關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的角度和狀態(tài)，當(dāng)控制系統(tǒng)無(wú)力反饋信號(hào)時(shí)，則數(shù)據(jù)手套轉(zhuǎn)動(dòng)副檢測(cè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的驅(qū)動(dòng)部件111無(wú)動(dòng)作，被檢測(cè)的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)不受干擾，當(dāng)控制系統(tǒng)有力反饋信號(hào)時(shí)，則數(shù)據(jù)手套轉(zhuǎn)動(dòng)副檢測(cè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的驅(qū)動(dòng)部件111啟動(dòng)，通過(guò)減速齒輪組60的配合對(duì)搖臂19在其運(yùn)動(dòng)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)與搖臂19聯(lián)動(dòng)的角度傳感器18檢測(cè)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(dòng)力的大小，推動(dòng)或阻礙被檢測(cè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)該關(guān)節(jié)的力反饋功能。

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(cè)手指關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的角度和狀態(tài)的目的，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。

作為本發(fā)明的又一實(shí)例，也可以讓固接有傳動(dòng)齒輪的微型驅(qū)動(dòng)電機(jī)代替驅(qū)動(dòng)部件111，直接驅(qū)動(dòng)減速齒輪組60或關(guān)節(jié)，省去離合裝置環(huán)節(jié)，同樣可以對(duì)關(guān)節(jié)起到施加力的作用，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。

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)。