本公開涉及一種具有自動模式控制邏輯的抓握輔助設(shè)備。

背景技術(shù)：

人體工程學(xué)是一種正在發(fā)展中的科學(xué)學(xué)科，其最終尋求理解并改善人類與工作環(huán)境中使用的設(shè)備的各個部件的交互，例如，鍵盤、工作站、轉(zhuǎn)矩扳手、控制輸入設(shè)備等等。現(xiàn)代人體工程學(xué)設(shè)計實踐尋求優(yōu)化操作員物理工作環(huán)境的所有方面。即使如此，隨著時間流逝，重復(fù)的動作可能對產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率產(chǎn)生不利的影響。

對于需要操作員對工具或其它物體施加抓握力的某些類型的重復(fù)任務(wù)而言，操作員的握力在工作日期間可能會逐漸下降。例如，由于力量、身材或肌肉疲勞的不同，執(zhí)行相同工作任務(wù)的不同操作員之間的握力也可能差異很大。給定操作員的握力的可變性質(zhì)可能導(dǎo)致工作環(huán)境內(nèi)某些與抓握相關(guān)的工作任務(wù)的相對低效的執(zhí)行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本文公開了一種用于抓握輔助設(shè)備，例如通常在本領(lǐng)域內(nèi)公知的基于手套的抓握輔助設(shè)備類型的系統(tǒng)和相關(guān)聯(lián)的控制方法。對于給定的工作環(huán)境中可能的工作任務(wù)的范圍可從相對粗糙動作(例如重物提升或相對較大物體比如車輪的定位)到更精細動作(例如定位以及安裝緊固件)之間變化。由此，當用在某些類型的工作環(huán)境中時，傳統(tǒng)抓握輔助設(shè)備的現(xiàn)有控制方案(其通常要求操作員通過使用用戶界面來手動確定和選擇適當?shù)目刂颇Ｊ?可能不是最佳的。因此本設(shè)計旨在通過將抓握輔助模式選擇決策過程和實施從操作員轉(zhuǎn)移到機載控制器上來解決其中的一些性能問題。

本文所公開的抓握輔助設(shè)備增加了傳感器陣列和相關(guān)聯(lián)的控制邏輯以幫助改善現(xiàn)有技術(shù)抓握輔助設(shè)備的性能。傳感器陣列使得控制器能夠自動定位工作環(huán)境內(nèi)的抓握輔助設(shè)備并確定佩戴抓握輔助設(shè)備的操作員的位置。陣列中的傳感器還檢測抓握輔助設(shè)備的姿勢，例如，傾斜、搖晃、偏轉(zhuǎn)、加速、磁場和/或設(shè)備各個部分的總體方位。共同地，位置和姿勢數(shù)據(jù)允許控制器，在操作員的所需輸入最小時，自動地選擇適用于手頭工作任務(wù)的適當?shù)淖ノ湛刂颇Ｊ健？蛇x特征可被編程到控制器，例如本公開所述的校準模式和打開/關(guān)閉手勢檢測模式，以進一步優(yōu)化抓握輔助設(shè)備的性能。

操作員可將本抓握輔助設(shè)備的手套部分戴在手上。在這種實施例中，多個撓性筋通過對應(yīng)的致動器組件，例如機動滾珠螺桿，以計算的張力選擇性地拉緊。致動器組件對一個或多個筋施加張力以幫助將操作員的手閉合成預(yù)定抓握姿勢。位于手指和拇指部分或手套其它表面上的負荷傳感器共同地向控制器提供力反饋信號。然后控制器計算并指示來自于由操作員執(zhí)行的特定工作任務(wù)這一水平的各個筋的所需張力。所有這些結(jié)合本文公開的基于位置和姿勢的自動控制模式選擇而發(fā)生。

通常，當操作員戴著抓握輔助設(shè)備移動通過設(shè)施時，控制器經(jīng)由測量/檢測或計算自動地識別操作員的位置/前進方向以及目標工作單元，并且隨后自動地將抓握輔助設(shè)備的操作限制到允許的工作任務(wù)的子集，例如，自動從編程到控制器存儲器中的預(yù)定工作任務(wù)的全局列表中選擇。當位置被檢測時，GPS或RFID傳感器是可用作傳感器陣列一部分的可能示例性位置傳感器，以向控制器提供所需位置/前進方向數(shù)據(jù)。在工作單元本身內(nèi)，姿勢傳感器例如，通過使用放置在抓握輔助設(shè)備的各個表面上的關(guān)節(jié)角度傳感器和/或加速計共同地確定抓握輔助設(shè)備的手套或其它部分的姿勢。隨后，控制器緊密地將抓握輔助設(shè)備的允許功能限制到特定工作任務(wù)或由控制器從預(yù)定工作任務(wù)限制列表中選擇出的任務(wù)。

抓握輔助設(shè)備的位置和/或姿勢也可被用來根據(jù)需要打開或關(guān)閉抓握輔助功能，例如當操作員走出工作單元進入到鄰近走道、休息區(qū)域，或在另外的不需要抓握輔助設(shè)備的指定區(qū)域時，和/或當操作員用預(yù)定手勢來移動抓握輔助設(shè)備以示意不管位置如何都需要暫時中斷或禁止抓握輔助功能時。

在一些實施例中，與控制器通信的移動或固定數(shù)據(jù)顯示設(shè)備可以以依賴于操作員在設(shè)施中的位置的方式來接收并顯示信息。例如，顯示設(shè)備可顯示建造安排或其它建立進度表、工作步驟、生產(chǎn)提示等等。

特別地，本公開所述的系統(tǒng)包括手套、傳感器陣列、致動器組件和控制器。傳感器相對于手套進行定位，并包括負荷傳感器和姿態(tài)傳感器，當佩戴手套時該負荷傳感器測量由操作員施加到物體上的實際抓握力，該姿態(tài)傳感器共同地確定手套的姿態(tài)并可以用于可單獨確定位置和/或同可選的位置傳感器一起確定位置。致動器組件或組件集是可操作的，用于向手套提供抓握輔助力。

控制器被一組坐標編程，用于工作環(huán)境中的工作單元，還被一組允許的工作任務(wù)編程，用于每一個工作單元?？刂破鬟M一步被編程以檢測工作環(huán)境內(nèi)的操作員的位置以及所檢測位置內(nèi)的手套的姿態(tài)。此外，控制器通過所確定的位置和姿態(tài)從用于檢測位置的允許的工作任務(wù)列表中選擇一個工作任務(wù)，并經(jīng)由負荷傳感器接收所測量的實際抓握力。然后控制器通過所測量的抓握力來計算適用于輔助執(zhí)行所識別的工作任務(wù)的抓握輔助力，并自動地選擇所需抓握輔助力并經(jīng)由致動器組件將所需抓握力施加到手套。以此方式，操作員得到輔助以執(zhí)行所識別的工作任務(wù)。

本文還公開了相關(guān)方法。在可能的實施例中，該方法包括的步驟有：確定操作員的位置，然后通過姿態(tài)信號來確定所確定的位置內(nèi)的手套的姿態(tài)。該方法還包括使用所確定的位置和姿態(tài)從用于所確定的位置的允許的工作任務(wù)列表中識別工作任務(wù)，并經(jīng)由負荷傳感器測量由操作員施加到物體的實際抓握力，并使用所測量實際抓握力來計算用于所識別工作任務(wù)的所需抓握輔助力。然后，該方法包括經(jīng)由致動器組件使用控制器發(fā)出將所需抓握輔助力應(yīng)用到手套的指令由此輔助操作員執(zhí)行所識別的工作任務(wù)。

以下將結(jié)合附圖對實施本公開的最佳方式進行的詳細描述，能夠很容易了解到本公開的上述內(nèi)容以及其它特征和優(yōu)點。

附圖說明

圖1是實例性抓握輔助設(shè)備和本公開所述的用于自動地控制抓握輔助設(shè)備的模式選擇的相關(guān)控制器的示意圖。

圖2是當在具有多個指定工作任務(wù)區(qū)域的實例性工作環(huán)境內(nèi)移動時操作員佩戴圖1的抓握輔助設(shè)備的示意圖。

圖3是描述了圖1的控制器的編程模式選擇操作的示意性邏輯流程圖。

圖4是描述了用于控制圖1所示的抓握輔助設(shè)備的實例性方法的流程圖。

具體實施方式

參考附圖，貫穿幾個視圖，其中相似的參考標號表示相同或相似的部件，圖1中示出了具有控制器50的實例性抓握輔助設(shè)備10。抓握輔助設(shè)備10包括手套12和套筒18。當抓握輔助設(shè)備10佩戴在操作員的手和前臂上時，該設(shè)備自動地輔助操作員抓取物體和/或執(zhí)行任何數(shù)量的手動工作任務(wù)。在給定的工作環(huán)境中可能的工作任務(wù)的范圍可從相對粗糙動作(例如重物提升或相對較大物體比如車輪的一般定位)到精細動作技能(比如定位和安裝緊固件或安裝過程中的支撐體板)之間變化。

用于傳統(tǒng)抓握輔助設(shè)備的現(xiàn)有控制方案在劃分為不同工作單元的各種不同工作任務(wù)的設(shè)施上面不是最優(yōu)，比如傾向于需要由操作員進行模式判斷和肯定選擇的設(shè)計。例如，操作員可能需要警告控制器有關(guān)待執(zhí)行的特殊任務(wù)，或選擇所需抓握輔助水平，或者該抓握輔助設(shè)備被編程成僅提供有限范圍的預(yù)定抓握輔助水平。當執(zhí)行設(shè)備輔助工作任務(wù)時，本設(shè)計旨在通過與本公開所述的傳感器陣列協(xié)同將該控制決策轉(zhuǎn)移給控制器來解決這種控制問題，并由此優(yōu)化操作員效率。

除了參考以下圖2-4所述的自動控制功能外，在另一個實施例中，姿態(tài)傳感器的上述使用時，利用來自在圖1中的實例性位置處所示的位置傳感器78和多個姿態(tài)傳感器88的控制信號，或者由姿態(tài)傳感器88得到位置，控制器50還計算輔助張力(箭頭FA)并將輔助張力(箭頭FA)施加到一個或多個撓性筋20，正如本領(lǐng)域眾所周知。完全包含或部分包含在手套18內(nèi)并經(jīng)由撓性筋20連接到手套12的筋驅(qū)動系統(tǒng)(TDS)16可以用于這種目的，其中，輔助張力(箭頭FA)施加到一些或所有的撓性筋20上以響應(yīng)于由控制器50從相對于手套12定位的一個或多個負荷傳感器28接收的力反饋信號(箭頭24)。為了清晰起見，這種負荷傳感器28在圖1中示出為星形。負荷傳感器28的位置和/或數(shù)量可以不同于圖1中所示，并因此不限于所示的指尖放置。

手套12可包括一個或多個指頭部分，即拇指部分14和/或一個或多個手指部分15。手套12可構(gòu)造成如圖所示的傳統(tǒng)的全四指/一個拇指的手套，或者在其他實施例中具有較少的手指15/無拇指14。多個指骨環(huán)26或者另一合適的承載結(jié)構(gòu)可連接于手指12的材料17，例如縫合就位。指骨環(huán)26的每一個可至少部分地限定操作員的手指頭，即至少部分限定手套12的拇指部分14或手指部分15的中的一個。替代地，指骨環(huán)26可放置在拇指部分12/手指部分15內(nèi)。因此，通過撓性筋20授予的部分或所有任何張力(箭頭FA)能通過指骨環(huán)26間接地作用在操作員的實際手指/拇指上。

圖1中示出的負荷傳感器28可相對于手套12定位，例如定位在拇指部分14和/或手指部分15的中間(箭頭Md)部分或遠端(箭頭D)處，或者替代地定位在手套12的手掌上。在替代的實施例中可只能使用一個負荷傳感器28。位置傳感器78和姿態(tài)傳感器88可設(shè)置在拇指部分14和/或手指部分15的一個或多個上、或者設(shè)置在手掌上，且負荷傳感器28、位置傳感器78以及姿態(tài)傳感器88共同地形成抓握輔助設(shè)備10的傳感器陣列。

在傳感器陣列內(nèi)，負荷傳感器28用于發(fā)出期望的抓握/抓握釋放的信號，并且如上所述觸發(fā)對應(yīng)的控制施加或中斷張力(箭頭FA)。位置傳感器78用于檢測當前位置并且還根據(jù)需要計算抓握輔助設(shè)備10在工作單元中的方向或前進方向(例如，下文參照圖2進行地描述)，并且進一步限制針對給定工作單元的許可的控制模式范圍。姿態(tài)控制器88再由控制器50用于從以下針對操作員的當前工作單元的限制的允許的工作任務(wù)列表中進行選擇，并且可執(zhí)行其他控制模式，這些控制模式包括下文參照圖3描述的校準模式和開/關(guān)模式。

姿態(tài)傳感器88的示例包括任何無線位置定位傳感器、收發(fā)器、接收器或可操作以確定抓握輔助設(shè)備10在慣性參考系內(nèi)的定向或姿態(tài)和/或當并不使用專用的位置傳感器78時確定手套12的位置的設(shè)備，例如關(guān)節(jié)角度傳感器、陀螺儀、數(shù)字羅盤、加速計、高度計、磁力儀等等。這些設(shè)備可包括本領(lǐng)域已知類型的用在智能電話和可穿戴傳感器中的跟蹤多軸線運動的基于芯片的設(shè)備。例如，磁力儀可用于確定手套12相對于地球磁場的定向(例如本領(lǐng)域所公知的那樣)，并且當結(jié)合加速度計使用時能有助于消除與不使用位置傳感器78時的得到的任何位置的漂移。相對于圖1所示的數(shù)量，在給定的設(shè)計中可使用或多或少的姿態(tài)傳感器88。類似地，可改變姿態(tài)傳感器88的位置。在示例構(gòu)造中，相應(yīng)的關(guān)節(jié)角度傳感器可放置在手套12的手腕和手指/拇指部分處，并且一個或多個加速度計可放置在手套12上。

相對于可選的位置傳感器78，在一個可能的方案中可使用射頻識別(RFID)傳感器系統(tǒng)。例如本領(lǐng)域公知的那樣，適合于室內(nèi)使用的典型的RFID傳感器包括無線RFID標簽和天線。當結(jié)合圖1的抓握輔助設(shè)備使用時，姿態(tài)傳感器88可具體化為這些RFID標簽，且借助固定的天線(例如，每個工作單元一個)將所需的位置信息發(fā)送至RFID標簽或從RFID標簽接收所需的位置信息，以藉此警告控制器50設(shè)備10的當前位置。當構(gòu)造為替代的全球定位系統(tǒng)(GPS)設(shè)備時，位置傳感器78可具體化為與導(dǎo)航衛(wèi)星(未示出)通信的GPS接收器，以確定佩戴該抓握輔助設(shè)備10的操作員的地理空間坐標。然而，GPS接收器在室內(nèi)設(shè)施中的使用會由于頂部和墻壁的存在(其會干擾GPS信號)而不太理想。如上所述，位置傳感器78的功能可由姿態(tài)傳感器88的一些或所有，例如通過基于姿態(tài)傳感器(箭頭A10)的數(shù)值變化從姿態(tài)傳感器88得出手套12的位置來提供。

通常，施加在操作員所抓握的對象的抓握力激活負荷傳感器28。指骨環(huán)26再連接于撓性筋20，這些撓性筋行進通過指骨環(huán)26，且至少一些指骨環(huán)26用作撓性筋20的引導(dǎo)件。這里提供兩種類型的指骨環(huán)26：放置在每個手指部分15和拇指部分14的遠端(箭頭D)處的指骨環(huán)，以及相應(yīng)的中間(箭頭Md)和近側(cè)(箭頭Pr)指骨環(huán)26。在一些實施例中，撓性筋20可終止在遠側(cè)(箭頭D)的指骨環(huán)26處，而中間(箭頭Md)和近側(cè)(箭頭Pr)指骨環(huán)26主要用于引導(dǎo)或指示撓性筋20并且支撐操作員的手指。然而，在本公開的范圍內(nèi)可設(shè)想其他構(gòu)造。

負荷傳感器28可定位并構(gòu)造成僅僅感測由操作員施加于物體的抓握力。在本實施例中，負荷傳感器28可放置在遠側(cè)指骨環(huán)26(箭頭D)的內(nèi)表面上。也可使用其他設(shè)計，不會偏離在圖4中示出并且在下文描述的控制方法100所要求的范圍。

當物體由操作員抓握時，由操作員施加于物體的實際抓握力通過負荷傳感器28測得并且作為力反饋信號(箭頭24)傳遞至控制器50，該控制器可佩戴在抓握輔助設(shè)備10的套筒18上/中或者位于該設(shè)備10的外部并且可無線控制。每個負荷傳感器28可構(gòu)造成壓力變換器或者任何其它合適的負荷或接觸單元，其精確地測量在負荷傳感器28和由操作員抓握的任何物體之間的力的量值。另外，位置信號(箭頭L10)和姿態(tài)信號(A10)由控制器50從相應(yīng)的位置傳感器78和姿態(tài)傳感器88接收并處理。

關(guān)于撓性筋20，每個撓性筋20均能可選地配置成編制聚合物(例如，碳氟)，以延長每個撓性筋20的抗磨壽命。然而，也可使用其他材料和/或設(shè)計，而不會偏離本發(fā)明的預(yù)期范圍。撓性筋20可通過可選的撓性筋聚集器21，該撓性筋聚集器位于操作員的手掌或者手腕區(qū)域的基部上或附近。撓性筋20通過導(dǎo)管30行進撓性筋20的長度的至少一部分并且在撓性筋聚集器21和指骨環(huán)26之間自由地行進。此種布置可有助于抓握輔助運動到操作員的手上的區(qū)域和指尖至操作員手掌的基部的區(qū)域進行隔離，即隔離撓性筋聚集器21和指骨環(huán)26之間的區(qū)域上任何增大張力的效果。從撓性筋聚集器21的指側(cè)至遠側(cè)指骨環(huán)26，撓性筋20可容納在包埋或容納在手套12的材料內(nèi)的通道35中。

例如虛線所示，多個致動器組件32(例如，機動滾珠螺桿設(shè)備)可按照陣列配置在TDS16內(nèi)。每個致動器組件32作用在對應(yīng)的撓性筋20的一部分上。為了說明簡便起見未示出，撓性筋20可依次通過給定的一個致動器組件32內(nèi)的螺母，以使得撓性筋20能自由地滑動，且撓性筋20的端部例如附連于不同的手指部分15。在此種設(shè)計中，隨著手指部分15抓握或與物體相接觸，撓性筋20會滑動通過螺母以使其它手指部分15能持續(xù)抓握或握攏。之后，致動器組件32能將抓握力施加于兩個手指部分15。可設(shè)想其它驅(qū)動撓性筋的設(shè)計，以及并不使用撓性筋的驅(qū)動系統(tǒng)，而不會偏離預(yù)期的范圍。當僅僅使用一個TDS16時，撓性筋聚集器21可用于將從拇指部分14和每個手指部分15引出的撓性筋20連接于單個致動器撓性筋，即經(jīng)由圖1中實線示出的撓性筋。在此種情形中，撓性筋聚集器21提供多個撓性筋20的區(qū)域以連接于單個撓性筋。

仍參考圖1，致動器組件32可包括伺服電動機34和驅(qū)動組件36，例如根據(jù)一個可能實施例的滾珠螺桿類型的致動器設(shè)備。TDS16的操作經(jīng)由控制器50提供，該控制器從能源(E)40汲取任何所需的電力。能源40可配置為小型電池組，例如鋰離子電池或多個鋰離子電池，或者任何其它相對輕型或低容量的能量存儲設(shè)備?？蛇x的套筒顯示器42連接于套筒18并且布置成與控制器50通信以顯示由控制器選擇的選定控制模式。套筒顯示器42可以是小的操作員可接受的控制板、觸摸板或者觸摸屏，以允許操作員能觀察特定模式的操作或其他信息。

控制器50可包括一個或多個集成電路，這些集成電路可由各種電子設(shè)備擴增，例如電壓調(diào)節(jié)器、電容器、驅(qū)動器、定時晶體、通信端口等等?？刂破?0可以是具有處理器和存儲器的微控制器，例如光學(xué)或磁性只讀存儲器(ROM)以及足夠數(shù)量的隨機存取存儲器(RAM)和/或電氣可編程只讀存儲器(EPROM)、輸入/輸出(I/O)電路、信號調(diào)節(jié)和緩沖電子設(shè)備等等。輸出信號(箭頭13)可發(fā)送至可選的靜態(tài)或移動顯示屏45(參見圖2)，以在執(zhí)行給定工作任務(wù)時將詳細的任務(wù)相關(guān)信息通信給操作員。

參考圖2，示例性工作環(huán)境60示意地為具有由邊界19、190、290和590限定的三個不同的工作單元WCA、WCB和WCC。作為制造設(shè)施布置的典型，工作單元WCA、WCB和WCC可位于走道21，即劃定的走廊，操作員11能自由地沿著人行道移動。工作單元WCA可由內(nèi)邊界390與工作單元WCB隔開。類似地，工作單元WCB可由內(nèi)邊界490與工作單元WCC隔開。

邊界19、190、290、390、490和590可以是真實的或虛擬的。例如，墻壁或其他實心物理屏障可用于將工作單元WCA、WCB和WCA彼此隔開和/或與人行道21隔開，這些邊界19、190、290、390、490和590可簡化地表示工作單元WCA、WCB和WCA的限定假想周界。在任一情形下，可將邊界19、190、290、390、490和590的每個坐標可編程到圖1的控制器50的存儲器M中，并且由此稱為控制器50。

隨著穿戴著抓握輔助設(shè)備10的操作員11在圖2的工作環(huán)境60內(nèi)移動，控制器50主要通過圖1的位置傳感器78的操作針對操作員11的位置和前進方向進行不斷的更新。因此，在操作員11沿著走道21移動或不出現(xiàn)在工作單元WCA、WCB或WCC中的任一個中時，控制器50可將抓握輔助設(shè)備10維持在關(guān)閉或待機狀態(tài)中。在這種實施例中，抓握輔助設(shè)備10在操作員11離開工作單元WCA、WCB或WCC并且不進入另一相鄰的工作單元時自動關(guān)閉。在位于工作單元WCA、WCB或WCC中時，操作員11可通過如下參照圖3所示的預(yù)定姿態(tài)可選地請求關(guān)閉抓握輔助設(shè)備10。

為了實現(xiàn)上述功能，控制器50可被編程有位于工作環(huán)境中的各工作單元的地理坐標。因此，控制器50可將從圖1的位置傳感器78接收到的位置信號與劃分上述邊界線190和290的預(yù)定坐標進行比較。通過這種方式，控制器50能夠相對于工作環(huán)境60確定操作員11的實際位置和前進方向。一旦操作員11到達給定工作單元，則以不同的方式對設(shè)備10進行控制。

對于可選顯示屏45而言，這種設(shè)備可為靜態(tài)顯示屏，例如與圖1的控制器50無線通信的視頻監(jiān)視器。由于套管18的尺寸受到限制，因而相對較大的屏幕45可設(shè)置在每一工作單元WCA、WCB和WCC中，或可由操作員11穿戴，例如，作為智能電話或眼鏡，使得可通過文本、聲音、視頻等等提醒操作員11有關(guān)手頭上的任務(wù)的信息。例如，當控制器50為給定工作單元WCA、WCB或WCC選擇預(yù)定任務(wù)時，用于特定工作單元的顯示屏45能夠呈現(xiàn)出例如建立進度表、順序或指令之類的信息，以作為對接收到來自于控制器50的輸出信號(箭頭13)的響應(yīng)。

參照圖3，邏輯流程圖80示出了圖1的控制器50的位置和姿態(tài)傳感功能?？赡艿墓ぷ鲉卧猈CA、WCB和WCC的代表性表83被編程到圖1所示的控制器50的存儲器(M)中，其中示出了三個工作單元WCA、WCB和WCC，以與圖2的非限制性實施例保持一致。對于給定的抓握輔助設(shè)備10而言，表83可包括給定工作環(huán)境60中的所有可能的工作單元，或僅僅包括這種工作單元的子單元，使得抓握輔助設(shè)備10僅僅在特定區(qū)域中工作。在一些實施例中，來自于圖1所示的可選位置傳感器78的位置信號(箭頭L10)可傳送至控制器50中，而且，當操作員11進入給定工作單元，例如，工作單元WCA時，對應(yīng)的工作單元表183被控制器50訪問，其中工作單元表183包括授權(quán)用于該特定工作單元的已校準工作任務(wù)列表93。在不使用位置傳感器78時，位置可通過上述的姿態(tài)傳感器88得出。

已校準工作任務(wù)列表93包括所示出的示例性工作任務(wù)WT1、WT2、WT3和WT4。例如，對于給定工作單元WCA而言，圖2的操作員11被允許對車輪進行抓握和提升來作為工作任務(wù)WT1，將車輪放入車輛的輪轂中來作為工作任務(wù)WT2，通過放置螺母以固定放置的車輪來作為工作任務(wù)WT3，以及通過扭矩扳手緊固螺母來作為工作任務(wù)WT4。每一工作任務(wù)都可對應(yīng)于不同組的抓握輔助參數(shù)，例如，作用于不同手指部分15和/或拇指14的不同張力(FA)，其反過來可隨著每一穿戴著抓握輔助設(shè)備10的操作員11進行改變。例如，對于示例性工作任務(wù)WT1而言，可在所有手指部分15和拇指部分14上提供最大輔助力，而對于工作任務(wù)WT3和WT4而言，只有拇指部分14和一個手指部分15可被激活。

為了快速區(qū)分示例性工作單元WCA中的所有可能的工作任務(wù)，控制器50接收并處理來自于圖1的姿態(tài)傳感器88的信號(箭頭A10)。示例性信號包括抓握輔助設(shè)備10的手掌的加速度和/或手套12的不同部分的傾斜、偏轉(zhuǎn)和搖晃。換言之，控制器50檢測圖2的操作員11的姿態(tài)，并基于檢測到的姿態(tài)自動為相關(guān)聯(lián)的工作任務(wù)193選擇控制模式，其根據(jù)已校準工作任務(wù)列表93進行該操作。這種能力還使得控制器50被編程有預(yù)定的開啟/關(guān)閉姿態(tài)，例如預(yù)定的揮手手勢，而不是讓操作員11親自啟動開關(guān)或按下開啟/關(guān)閉按鈕。

可選地，控制器50可被編程有校準模式。由于每一抓握輔助設(shè)備10都會被不同的操作員11在不同的時間里穿戴，且每一操作員11都會相對于其他操作員11展現(xiàn)出獨特的抓握特征，因而這種模式是可取的。因此，“一刀切”的設(shè)計可能不是最佳的。在這種校準模式中，可通過一系列或各種不同的預(yù)定姿態(tài)提示圖2的操作員11進行移動和/或在控制器50學(xué)習(xí)操作員的傾向時進行預(yù)定的工作任務(wù)。通過這種方式，不同操作員11之間的手套差異得以最小化。

參照圖4，用于控制圖1的抓握輔助設(shè)備10的方法100的示例性實施例開始于步驟S102，其中操作員11穿上抓握輔助設(shè)備10，然后開始移動穿過圖2所示的工作空間60。方法100接著前進到步驟S104。

在步驟S104中，控制器50進一步確定在所述工作環(huán)境內(nèi)手套12的位置。例如，如上所述及本領(lǐng)域已知信息，控制器50可以接收并處理來自圖1所示位置傳感器78的位置信號(箭頭L10)或可以通過姿態(tài)傳感器88得出所述位置。該步驟使控制器50確定在所述工作環(huán)境60內(nèi)佩戴手套12的操作員11的位置。然后當控制器50繼續(xù)讀取并跟蹤該位置時，繼續(xù)執(zhí)行該方法100的步驟S106。

步驟S106需要再通過控制器50確定操作員11是否已經(jīng)進入預(yù)定工作單元，如WCA、WCB或WCC。例如，控制器50可以比較操作員11的當前坐標與劃分各個工作單元WCA、WCB及WCC周邊的預(yù)定坐標以確定操作員11是否已經(jīng)進入工作單元WCA、WCB或WCC中的某一個。如果操作員11已經(jīng)進入工作單元WCA、WCB或WCC中的某一個，繼續(xù)執(zhí)行該方法100的步驟S108。否則，重復(fù)步驟S106，保持抓握輔助設(shè)備10處于關(guān)閉或默認待機模式。

步驟S108需要識別允許的工作任務(wù)列表中一項工作任務(wù)以根據(jù)所確定的位置及姿態(tài)確定步驟S106的位置。

作為步驟S108的一部分，控制器50提取已校準的工作任務(wù)列表93，圖3示出了該工作任務(wù)列表，如實例工作任務(wù)WT1、WT2、WT3和WT4。完成步驟S108可以包括防止抓握輔助設(shè)備10輔助除了已校準的工作任務(wù)列表93之外的工作任務(wù)。同樣地，可以在步驟S108中單獨使用抓握輔助設(shè)備10，其用于在當前工作單元中一組對應(yīng)待執(zhí)行工作的已定位的工作任務(wù)。控制器50還讀取來自圖1所示姿態(tài)傳感器88的姿態(tài)信號(箭頭A10)并繼續(xù)執(zhí)行步驟S110。

作為步驟S108的一部分，控制器50確定已收到的姿態(tài)信號(箭頭A10)是否對應(yīng)預(yù)定工作任務(wù)之一，該預(yù)定工作任務(wù)當前工作單元所允許的，如實例工作單元WCA的工作任務(wù)WT1、WT2、WT3和WT4。如果是這樣，控制器50從其存儲器(M)中提取指令輔助所檢測到任務(wù)并繼續(xù)執(zhí)行步驟S112。否則，重復(fù)步驟S110。如果操作員的姿態(tài)與當前工作單元的任一項授權(quán)的工作任務(wù)不相匹配，可通過圖1所示的顯示屏42選擇性地顯示警告或錯誤信息。

在步驟S112中，控制器50接收來自圖1所示負荷傳感器28的測量的實際抓握力作為力反饋信號(箭頭24)并計算輔助操作員11執(zhí)行已識別工作任務(wù)所需的抓握輔助力。然后，控制器50命令所需的抓握輔助力施加到用于當前已授權(quán)工作任務(wù)的手套12，例如當手動擰緊帶耳螺母時通過命令拉力經(jīng)由撓性筋20施加到圖1所示的拇指部分14和手指部分15，或當提升重物時輔助所有的手指部分15和拇指部分14。按照該程序繼續(xù)執(zhí)行所述方法100的步驟S114。

步驟S114包括檢測到操作員11示意暫時禁止圖1所示抓握輔助設(shè)備10的默認姿態(tài)。例如，可以用默認姿態(tài)對控制器50進行編程，例如手套12在設(shè)定狀態(tài)下來回波動。當檢測到該姿態(tài)時，繼續(xù)執(zhí)行方法100的步驟S116。否則，繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行步驟S112及S114直至操作員11轉(zhuǎn)移到另一工作任務(wù)或離開該工作單元，此時從步驟S102重新循環(huán)執(zhí)行該方法100。

通過使用上述方法，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會理解基于傳感器數(shù)據(jù)使用動態(tài)模式選擇可以優(yōu)化常規(guī)操作員集約型抓握輔助控制。可以使用位置信息確定操作員的位置及前進方向，同時慣性及關(guān)節(jié)角/位置傳感器可以提供姿態(tài)信息，即傾斜、搖晃、偏轉(zhuǎn)等等。只需最小的操作員干擾就可處理傳感器數(shù)據(jù)，從而提高操作員效率。

另外，隨著要求操作員11一直從所顯示的模式中選擇最合適模式，相對于手動選擇/基于GUI的設(shè)備，合適控制模式的數(shù)量也增加，這主要是由于圖1所示套筒18的空間受限，且需要操作員佩戴抓握輔助設(shè)備10的來滾動整個列表。

雖然詳細說明了執(zhí)行本公開的最佳模式，但熟悉本公開涉及的領(lǐng)域的人員會理解，實踐本公開的各種替代性設(shè)計和實施例都落在所附權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。