數據手套遠指節(jié)單元的制作方法
【專利摘要】數據手套遠指節(jié)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，且不能實現雙向主動驅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，以增強虛擬現實或遙操作的臨場感。
【專利說明】
數據手套遠指節(jié)單元
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?？煽康目刂品绞剑苯佑刹僮髡甙l(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)調運動，以實現特定功能，這就需用到數據手套，而具有力反饋功能的數據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據手套上模擬出來，作用在操作者的手上，使操作者產生很強的臨場感。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據手套，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據手套，但目前市場上的力反饋數據手套系統(tǒng)復雜，價格極為昂貴，使其無法大量普及、推廣和使用。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對現有的力反饋數據手套價格昂貴、系統(tǒng)復雜、維護困難等缺點，提出了一種將外置電位器和關節(jié)雙向主動驅動裝置結合為一體，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據手套系統(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、電位器和驅動部件組成，該裝置固定在操作者手指上，數據手套遠指節(jié)單元在檢測手指關節(jié)運動的角度和狀態(tài)的同時可根據需要對其施加力的作用實現力反饋控制。本發(fā)明在關節(jié)的驅動部件里加入了離合裝置，當系統(tǒng)有力反饋信號時，驅動電機連接被驅動的關節(jié)，并對關節(jié)施加力的作用，當系統(tǒng)沒有力反饋信號時，驅動電機斷開被驅動關節(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電位器通過相應的數學算法測量，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動部件，每一個驅動部件又與被檢測的關節(jié)上相應的電位器配合工作形成閉環(huán)控制，以實現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據手套的成本。
【附圖說明】
[0004]圖1是數據手套遠指節(jié)單元的軸測圖。
[0005]圖2是數據手套遠指節(jié)單元的結構示意圖。
[0006]圖3是驅動部件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，所述數據手套遠指節(jié)單元，包括驅動部件111，所述驅動部件111包括微型電機40和離合裝置，所述離合裝置由離合裝置摩擦片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40的軸，離合裝置蓋44與微型電機40的軸之間為滑動接觸，離合裝置蓋44上設有傳動齒輪。動作實施過程:當微型電機40轉速高于一定值時，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的兩末端滑動并與離合裝置蓋44的內壁接觸，對離合裝置蓋44產生摩擦力，帶動離合裝置蓋44轉動；當微型電機40轉速低于一定值時，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，與離合裝置蓋44的內壁分離，切斷離合裝置蓋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，所述數據手套遠指節(jié)單元包括驅動部件111、電位器18、搖臂19、齒輪箱蓋57和指節(jié)基座58。所述指節(jié)基座58設有一個孔座P和一排用于球頭20或螺釘24的安裝孔R，所述電位器18通過螺釘36固定于指節(jié)基座58的孔座P內，所述孔座P內的電位器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的配合與驅動部件111的齒輪嚙合，所述驅動部件111安裝在指節(jié)基座58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58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58發(fā)生轉動時，搖臂19跟隨轉動，則與搖臂19聯(lián)動的電位器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，則數據手套遠指節(jié)單元上的驅動部件111無動作，被檢測的關節(jié)轉動不受干擾，當控制系統(tǒng)有力反饋信號時，則數據手套遠指節(jié)單元上的驅動部件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)再根據與搖臂19聯(lián)動的電位器18檢測到的關節(jié)角度的變化，運用相應的數學算法持續(xù)地輸出和修正驅動力的大小，推動或阻礙被檢測關節(jié)的運動，實現該關節(jié)的力反饋功會K。
[0009]作為本發(fā)明的另一實例，也可以用其他傳感器代替電位器，同樣可以起到檢測人手遠指節(jié)關節(jié)運動的角度和狀態(tài)的目的，實現本發(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動電機代替驅動部件111，直接驅動減速齒輪組60或關節(jié)，省去離合裝置環(huán)節(jié)，同樣可以對關節(jié)起到施加力的作用，實現本發(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。
【主權項】
1.一種數據手套遠指節(jié)單元，用于與計算機、機械手交互作用的裝置，由指節(jié)基座(58)、電位器(18)和驅動部件(111)組成; 其特征在于: 該裝置固定在操作者手指上； 數據手套遠指節(jié)單元在檢測手指關節(jié)運動的角度和狀態(tài)的同時可根據需要對其施加力的作用實現力反饋控制。2.根據權利要求1所述的數據手套遠指節(jié)單元，其特征在于:所述驅動部件(111)包括微型電機(40)和離合裝置，所述離合裝置由離合裝置摩擦片(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(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(40)的軸，離合裝置蓋(44)與微型電機(40)的軸之間為滑動接觸，離合裝置蓋(44)上設有傳動齒輪。3.根據權利要求1所述的數據手套遠指節(jié)單元，其特征在于:所述指節(jié)基座(58)設有一個孔座(P)和一排安裝孔(R)，所述電位器(18)通過螺釘(36)固定于指節(jié)基座(58)的孔座⑵內，所述孔座⑵內的電位器(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)的配合與驅動部件(111)的齒輪嚙合，所述驅動部件(111)安裝在指節(jié)基座(58)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。
【文檔編號】B25J3/00GK105881575SQ201410686304
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年11月26日
【發(fā)明人】蘇茂
【申請人】蘇茂