無名指中指節(jié)力反饋單元的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種檢測人手手指運動狀態(tài)，并具有雙向反饋力的作用的裝置。
【背景技術】
[0002]由于科學技術的發(fā)展，機器人逐漸在越來越大的范圍內(nèi)被使用，遙操作機器人作為一種性能可靠、技術成熟的機器人被廣泛用于各種危險的、情況復雜的、人類無法到達的環(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。隨著遙操作機器人執(zhí)行的任務越來越復雜，使得人們在追求可靠性的同時，還對其靈活性提出了更高的要求，而要對復雜的機械手實施遙操作，控制機械手多個手指的多個關節(jié)一起協(xié)調(diào)運動，以實現(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)手套是對機器人的機械手實施遙操作的最有效裝置，它通過測量操作者手指各個指節(jié)的位置信息作為控制指令控制機械手的手指跟蹤人手手指運動，并能將機械手各個關節(jié)在運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)生很強的臨場感。此外，近年來虛擬仿真技術不斷發(fā)展，其主要的交互設備就是力反饋數(shù)據(jù)手套，例如在一個由計算機虛擬的場景里，控制一雙虛擬的人手拆卸或裝配機器等，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)復雜，價格極為昂貴，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)手套價格昂貴、系統(tǒng)復雜、維護困難等缺點，提出了一種將外置角度傳感器和關節(jié)雙向主動驅(qū)動裝置結合為一體，在檢測人手關節(jié)運動信息的同時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，極大簡化了復雜的力反饋數(shù)據(jù)手套系統(tǒng)。本發(fā)明是用于與計算機、機械手交互作用的裝置，由指節(jié)基座、角度傳感器和驅(qū)動部件組成，該裝置固定在操作者手指上，無名指中指節(jié)力反饋單元在檢測手指關節(jié)運動的角度和狀態(tài)的同時可根據(jù)需要對其施加力的作用實現(xiàn)力反饋控制。本發(fā)明在關節(jié)的驅(qū)動部件里加入了離合器，當系統(tǒng)有力反饋信號時，驅(qū)動電機連接被驅(qū)動的關節(jié)，并對關節(jié)施加力的作用，當系統(tǒng)沒有力反饋信號時，驅(qū)動電機斷開被驅(qū)動關節(jié)的連接，減少和降低了關節(jié)運動的阻力，使關節(jié)的運動更加順暢。本發(fā)明檢測關節(jié)運動的角度由設置在裝置上相應的角度傳感器通過相應的數(shù)學算法測量，被檢測的關節(jié)在其運動方向或復雜運動的分解方向上都設置有獨立的驅(qū)動部件，每一個驅(qū)動部件又與被檢測的關節(jié)上相應的角度傳感器配合工作形成閉環(huán)控制，以實現(xiàn)力反饋控制并提高其精確性。本發(fā)明可以精確、靈敏地檢測出相應的手指關節(jié)運動的角度和狀態(tài)，并對被檢測的關節(jié)具有雙向力反饋功能，使用簡單，穿戴方便，容易維護，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是無名指中指節(jié)力反饋單元的三視圖及軸測圖。。
[0005]圖2是無名指中指節(jié)力反饋單元的結構示意圖。
[0006]圖3是驅(qū)動部件111的軸測圖及結構示意圖。
【具體實施方式】
[0007]【具體實施方式】一:如圖3所示,所述無名指中指節(jié)力反饋單元,包括驅(qū)動部件111,所述驅(qū)動部件111包括微型電機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40的軸,離合器蓋44與微型電機40的軸之間為滑動接觸,離合器蓋44上設有傳動齒輪。動作實施過程:當微型電機40轉(zhuǎn)速高于一定值時，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；當微型電機40轉(zhuǎn)速低于一定值時，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40的連接。
[0008]【具體實施方式】二:如圖1、圖2和圖3所示，所述無名指中指節(jié)力反饋單元包括驅(qū)動部件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設有一個孔座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通過螺釘35固接，所述搖臂19上的齒輪軸心與搖臂轉(zhuǎn)動的軸心重合，所述搖臂19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與相應的被測量部件連接。動作實施過程:球頭20與需檢測的關節(jié)部件鉸接，指節(jié)基座53固定在相鄰的手指指節(jié)上，當被檢測的關節(jié)相對指節(jié)基座53發(fā)生轉(zhuǎn)動時，搖臂19跟隨轉(zhuǎn)動，則與搖臂19聯(lián)動的角度傳感器18能測量出該關節(jié)運動的角度和狀態(tài)，當控制系統(tǒng)無力反饋信號時，則無名指中指節(jié)力反饋單元上的驅(qū)動部件111無動作，被檢測的關節(jié)轉(zhuǎn)動不受干擾，當控制系統(tǒng)有力反饋信號時，則無名指中指節(jié)力反饋單元上的驅(qū)動部件111啟動，通過減速齒輪組60的配合對搖臂19在其運動方向上施加一個同向或反向的力，同時控制系統(tǒng)再根據(jù)與搖臂19聯(lián)動的角度傳感器18檢測到的關節(jié)角度的變化，運用相應的數(shù)學算法持續(xù)地輸出和修正驅(qū)動力的大小，推動或阻礙被檢測關節(jié)的運動，實現(xiàn)該關節(jié)的力反饋功能。
[0009]作為本發(fā)明的另一實例，也可以用其他傳感器代替角度傳感器，同樣可以起到檢測手指關節(jié)運動的角度和狀態(tài)的目的，實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
[0010]作為本發(fā)明的又一實例，也可以讓固接有傳動齒輪的微型驅(qū)動電機代替驅(qū)動部件111，直接驅(qū)動減速齒輪組60或關節(jié)，省去離合器環(huán)節(jié)，同樣可以對關節(jié)起到施加力的作用，實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
[0011]在不使本發(fā)明的原理受到損害的情況下，上述構成的細節(jié)和【具體實施方式】僅僅是當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)明的保護之內(nèi)。
【主權項】
1.一種無名指中指節(jié)力反饋單元，用于與計算機、機械手交互作用的裝置，由指節(jié)基座(53)、角度傳感器(18)和驅(qū)動部件(111)組成； 其特征在于: 該裝置固定在操作者手指上； 無名指中指節(jié)力反饋單元在檢測手指關節(jié)運動的角度和狀態(tài)的同時可根據(jù)需要對其施加力的作用實現(xiàn)力反饋控制。
2.根據(jù)權利要求1所述的無名指中指節(jié)力反饋單元，其特征在于:所述驅(qū)動部件(111)包括微型電機(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(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(40)的軸,離合器蓋(44)與微型電機(40)的軸之間為滑動接觸，離合器蓋(44)上設有傳動齒輪。
3.根據(jù)權利要求1所述的無名指中指節(jié)力反饋單元，其特征在于:所述指節(jié)基座(53)設有一個孔座(M)和一排安裝孔(Q)，所述角度傳感器(18)通過螺釘(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)通過螺釘(35)固接，所述搖臂(19)上的齒輪軸心與搖臂轉(zhuǎn)動的軸心重合，所述搖臂(19)的齒輪通過減速齒輪組￠0)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)與相應的被測量部件連接。
【專利摘要】無名指中指節(jié)力反饋單元，它涉及了一種檢測人手手指運動狀態(tài)并具有反饋從手相應的手指關節(jié)所受的力的裝置。本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有的力反饋裝置關節(jié)測量機構與力反饋機構分離，系統(tǒng)復雜結構臃腫，維護困難，且不能實現(xiàn)雙向主動驅(qū)動及價格昂貴等缺點，將關節(jié)檢測機構和力反饋機構集成于一體，并采用獨特的連接方式和巧妙的關節(jié)測量點布局，使操作者在使用該設備時，被檢測的手指能保持最大程度的靈活，且運動狀態(tài)能被精確檢測到，使被控制的從手相應的手指關節(jié)能與操作者對應的手指關節(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，以增強虛擬現(xiàn)實或遙操作的臨場感。
【IPC分類】B25J21-02, G06F3-01, B25J13-08, B25J19-02, B25J9-18
【公開號】CN104742129
【申請?zhí)枴緾N201310730750
【發(fā)明人】蘇茂
【申請人】蘇茂
【公開日】2015年7月1日
【申請日】2013年12月26日