机构108的运动不受干扰，当控制系统有力反馈信号时，则手掌基座102上的驱动部件111启动，通过减速齿轮组60的配合对掌指关节检测驱动机构108在其运动方向上施加一个同向或反向的力，同时控制系统再根据孔座C内的角度传感器18检测到的关节角度的变化，运用相应的数学算法持续地输出和修正驱动力的大小，推动或阻碍中指的掌指关节(MP)外展或内收运动，实现该关节的力反馈功能。
[0023]所述中指中指节部位的关节检测驱动机构109上的指节基座53半包围中指中指节，其包围结合处的横截面为“C”形，开口朝向手掌正面一侧。所述中指近指节部位的关节检测驱动机构109的摇臂19与中指中指节部位的关节检测驱动机构109的指节基座53通过球头20和球头扣连杆21配合的球形铰链连接。动作实施过程:当操作者中指的近端指间关节(PIP)做屈伸运动时，依附于中指中指节部位的关节检测驱动机构109跟随一起运动，并通过球头扣连杆21带动中指近指节部位的关节检测驱动机构109上的摇臂19转动，使得与摇臂19联动的角度传感器18能测量出操作者中指的近端指间关节(PIP)屈伸的角度和状态，当控制系统无力反馈信号时，则中指近指节部位的关节检测驱动机构109上的驱动部件111无动作，操作者中指的中指节可绕中指的近端指间关节(PIP)转动不受干扰，当控制系统有力反馈信号时，则中指近指节部位的关节检测驱动机构109上的驱动部件111启动，通过减速齿轮组60的配合对摇臂19在其运动方向上施加一个同向或反向的力，同时控制系统再根据与摇臂19联动的角度传感器18检测到的关节角度的变化，运用相应的数学算法持续地输出和修正驱动力的大小，推动或阻碍中指的近端指间关节(PIP)运动，实现该关节的力反馈功能。
[0024]所述中指远指节基座9固定于人手中指远指节部位，所述中指远指节基座9的一端为包围中指远指节的柱形，另一端为半球形，整个基座的纵截面为“U”形，开口朝向中指的远端指间关节(DIP)，在该基座位于中指远指节背面的位置设有一摇臂，摇臂垂直于所在的指节背面。所述中指中指节部位的关节检测驱动机构109的摇臂19与中指远指节基座9通过球头20和球头扣连杆21配合的球形铰链连接。动作实施过程:当操作者中指的远端指间关节(DIP)做屈伸运动时，依附于中指远指节上的中指远指节基座9跟随一起运动，并通过球头扣连杆21带动中指中指节部位的关节检测驱动机构109上的摇臂19转动,使得与摇臂19联动的角度传感器18能测量出操作者中指的远端指间关节(DIP)屈伸的角度和状态，当控制系统无力反馈信号时，则中指中指节部位的关节检测驱动机构109上的驱动部件111无动作，操作者中指的远指节可绕中指的远端指间关节(DIP)转动不受干扰，当控制系统有力反馈信号时，则中指中指节部位的关节检测驱动机构109上的驱动部件111启动，通过减速齿轮组60的配合对摇臂19在其运动方向上施加一个同向或反向的力，同时控制系统再根据与摇臂19联动的角度传感器18检测到的关节角度的变化，运用相应的数学算法持续地输出和修正驱动力的大小，推动或阻碍中指的远端指间关节(DIP)运动，实现该关节的力反馈功能。
[0025]作为本发明的另一实例，也可以用其他传感器代替角度传感器，同样可以起到检测中指关节运动的角度和状态的目的，实现本发明的目的。
[0026]作为本发明的又一实例，也可以让固接有传动齿轮的微型驱动电机代替驱动部件111，直接驱动减速齿轮组60或关节，省去离合器环节，同样可以对关节起到施加力的作用，实现本发明的目的。
[0027]在不使本发明的原理受到损害的情况下，上述构成的细节和【具体实施方式】仅仅是当做例子和图示的东西，它可以不脱离本发明的范围而广泛改变，这些均属于本发明的保护之内。
【主权项】
1.一种中指力反馈装置，用于与计算机、机械手交互作用的装置，由中指远指节基座(9)，关节检测驱动机构(109)，掌指关节检测驱动机构(108)和手掌基座(102)组成； 其特征在于: 该装置固定在操作者手指上； 中指力反馈装置在检测手指关节运动的角度和状态的同时可根据需要对其施加力的作用实现力反馈控制。
2.根据权利要求1所述的中指力反馈装置，其特征在于:所述驱动部件(111)包括微型电机(40)和离合器，所述离合器由离合器摩擦片(41)、摩擦片滑杆(42)、回位拉簧(43)、离合器盖(44)组成，摩擦片滑杆(42)与微型电机(40)的轴固接，两片离合器摩擦片(41)分别套入摩擦片滑杆(42)两端，两片离合器摩擦片(41)之间连接有回位拉簧(43)，离合器盖(44)套入微型电机(40)的轴，离合器盖(44)与微型电机(40)的轴之间为滑动接触，离合器盖(44)上设有传动齿轮。
3.根据权利要求1所述的中指力反馈装置，其特征在于:所述掌指关节检测驱动机构(108)包括驱动部件(111)、摇臂(27)、掌指关节基座(29)、螺钉(24、35、36)、轴承(23、39)、连杆(38)、齿轮箱盖(50)、齿轮(59)、减速齿轮组￠0)和两个角度传感器(18);掌指关节基座(29)底部内嵌轴承(39)并与一个角度传感器(18)的轴通过螺钉(36)固接，所述掌指关节基座(29)可绕角度传感器(18)的轴心转动，掌指关节基座(29)下部外缘设有齿轮(59)，齿轮(59)的轴心与底部的角度传感器(18)的轴心重合，另一个角度传感器(18)通过螺钉(35)固定于掌指关节基座(29)的孔座(L)内，并与内嵌轴承(23)的摇臂(27)通过螺钉(36)固接，摇臂(27)上的齿轮通过减速齿轮组￠0)的配合与驱动部件(111)的齿轮啮合，驱动部件(111)安装在掌指关节基座(29)上，摇臂(27)另一端与连杆(38)通过螺钉(24)铰接。
4.根据权利要求1所述的中指力反馈装置，其特征在于:所述关节检测驱动机构(109)包括驱动部件(111)、减速齿轮组(60)、角度传感器(18)、摇臂(19)、螺钉(35、36)、齿轮箱盖(51、52)和指节基座(53);所述关节检测驱动机构(109)上的指节基座(53)设有一个孔座(M)和一排用于螺钉(24)的安装孔(Q)，角度传感器(18)通过螺钉(36)固定在指节基座(53)的孔座(M)内并与摇臂(19)通过螺钉(35)固接，摇臂(19)上齿轮的轴心与摇臂转动的轴心重合，摇臂(19)的齿轮通过减速齿轮组￠0)的配合与驱动部件(111)的齿轮啮合，驱动部件(111)安装在指节基座(53)上，摇臂(19)另一端固接球头(20)。
5.根据权利要求1所述的中指力反馈装置，其特征在于:关节检测驱动机构(109)上的指节基座(53)分别半包围中指近指节和中指节，其包围结合处的横截面为“C”形，开口朝向手掌正面一侧，掌指关节检测驱动机构(108)的连杆(38)通过螺钉(24)与中指近指节部位的关节检测驱动机构(109)铰接于安装孔(Q)处，掌指关节检测驱动机构(108)底部的角度传感器(18)固定在手掌基座(102)的孔座(C)内，其外缘齿轮(59)通过减速齿轮组(60)的配合与安装在手掌基座(102)上的驱动部件(111)的齿轮啮合，该驱动机构通过齿轮箱盖(55)固定；中指近指节部位的关节检测驱动机构(109)的摇臂(19)通过球头扣连杆(21)与中指中指节部位的关节检测驱动机构(109)安装孔(Q)上的球头(20)铰接；中指远指节基座(9)通过粘合或其他方式固定于手套(101)上所对应的中指远指节部位，中指远指节基座(9)的一端为包围中指远指节的柱形,另一端为半球形,整个基座的纵截面为“U”形，开口朝向中指的远端指间关节(DIP)，在中指远指节基座(9)上位于中指远指节背面的位置设有一摇臂，摇臂垂直于所在的指节背面，中指中指节部位的关节检测驱动机构(109)的摇臂(19)与中指远指节基座(9)通过球头(20)和球头扣连杆(21)配合的球形铰链连接。
【专利摘要】中指力反馈装置，它涉及一种检测人手手指运动状态并具有反馈从手相应的手指关节所受的力的装置。本发明是为了解决现有的力反馈装置关节测量机构与力反馈机构分离，系统复杂结构臃肿，维护困难，且不能实现双向主动驱动及价格昂贵等缺点，将关节检测机构和力反馈机构集成于一体，并采用独特的连接方式和巧妙的关节测量点布局，使操作者在使用该设备时，被检测的手指能保持最大程度的灵活，且运动状态能被精确检测到，使被控制的从手相应的手指关节能与操作者对应的手指关节协同一致动作，并能将从手在具体的工作环境中的受力情况反馈给操作者，以增强虚拟现实或遥操作的临场感。
【IPC分类】B25J19-00, B25J3-00
【公开号】CN104669232
【申请号】CN201310608748
【发明人】苏茂
【申请人】苏茂
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2013年11月27日