本实用新型涉及机器人领域，特别涉及一种全关节测量型数据手套。
背景技术：
随着现在科学的进步，机器人领域得到了迅猛发展。其中，遥操作随动机器人因其能够将操作者和机器人本体分离而达到保护操作者的优点更加受到关注。与此同时，人们对遥操作随动机器人的操作精度及灵活性要求也不断提升，希望遥操作随动机器人能够实现人手的功能，由此数据手套的重要性就凸显出来。
数据手套能够采集操作者的手部动作并转化为数字信号传输给机器人，通过这种方式能够很好的在机器人机械手还原操作者的手部动作，以达到提高遥操作随动机器人操作精度及灵活性要求的目的。
目前，数据手套较为广泛的设计为依附在人手外部检测关节运动的外架构数据手套或外骨骼式数据手套，通过安装在手外部测量点的电位器获得手指运动数据，从而控制机械手或电脑场景中的虚拟手动作，使得被控制的从手的各个手指关节与操作者的各个手指关节协同一致动作。然而，对于上述数据手套存在下列不足：第一，该数据手套只能够获取手指垂直于手掌方向的运动数据，不能获取手指平行于手掌方向的运动数据，这样导致获取手部运动数据不完整，从而控制的机械手或电脑场景的虚拟手无法完整还原手部动作；第二，该数据手套机械实体较大，对操作者的手部动作会产生影响，从而导致采集到的手部运动数据会有一定量的失真，且该数据手套的实体连接件较多，不便于手套的穿脱以及维护。
技术实现要素：
本实用新型目的是针对现有数据手套无手指横向运动数据捕捉，结构较为复杂，且穿戴及维护难度较高等缺点，提出了一种可穿戴式的全关节测量型数据手套。
为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
一种全关节测量型数据手套，所述全关节测量型数据手套与机械手或者电脑端连接；所述全关节测量型数据手套包括手套本体、多个弯曲度传感器以及多个应变式传感器；所述手套本体包括两层结构；所述弯曲度传感器、所述应变式传感器均位于所述手套本体的两层结构之间；所述弯曲度传感器设置在所述手套本体的掌指关节和指间关节处；所述应变式传感器设置在所述手套本体的掌指关节下方处。
可选的，所述手套本体的两层结构具体为内层结构和外层结构；所述内层结构的材质为丁腈或橡胶；所述外层结构的材质为棉。
可选的，所述弯曲度传感器包括多个小拇指弯曲度传感器、多个无名指弯曲度传感器、多个中指弯曲度传感器、多个食指弯曲度传感器以及多个第一大拇指弯曲度传感器；其中，所述小拇指弯曲度传感器、所述无名指弯曲度传感器、所述中指弯曲度传感器、所述食指弯曲度传感器均设置在所述手套本体的手背侧的掌指关节和指间关节处；所述第一大拇指弯曲度传感器设置在所述手套本体的远离四指的大拇指的外侧的掌指关节和指间关节处；所述指间关节包括远端指间关节和近端指间关节。
可选的，所述小拇指弯曲度传感器的个数为2个，分别设置在所述手套本体的手背侧的掌指关节和近端指间关节处；所述无名指弯曲度传感器的个数为3个，分别设置在所述手套本体的手背侧的掌指关节、近端指间关节以及远端指间关节处；所述中指弯曲度传感器的个数为3个，分别设置在所述手套本体的手背侧的掌指关节、近端指间关节以及远端指间关节处；所述食指弯曲度传感器的个数为3个，分别设置在所述手套本体的手背侧的掌指关节、近端指间关节以及远端指间关节上处；所述第一大拇指弯曲度传感器的个数为2个，分别设置在所述手套本体的远离四指的大拇指的外侧的掌指关节以及近端指间关节处。
可选的，所述弯曲度传感器还包括第二大拇指弯曲度传感器；所述第二大拇指弯曲度传感器设置在所述手套本体的手背侧的虎口处；所述第二大拇指弯曲度传感器用于获取大拇指平行于手掌的运动信息。
可选的，所述应变式传感器包括无名指-中指应变式传感器、食指-中指应变式传感器以及小拇指-无名指应变式传感器；所述无名指-中指应变式传感器、所述食指-中指应变式传感器均设置在所述手套本体的手背侧的中指的掌指关节的下方处，且所述无名指-中指应变式传感器的管脚指向无名指，所述食指-中指应变式传感器的管脚指向食指；所述小拇指-无名指应变式传感器设置在所述手套本体的手背侧的小拇指与无名指之间，且所述小拇指-无名指应变式传感器的管脚指向小拇指。
可选的，所述无名指-中指应变式传感器、所述食指-中指应变式传感器均位于在所述手套本体的手背侧的中指的掌指关节下方的1cm-2cm处。
可选的，所述全关节测量型数据手套还包括电路板和CAN总线；所述电路板包括依次连接的采样电路、信号放大电路以及单片机；所述采样电路还分别与所述弯曲度传感器、所述应变式传感器连接；所述电路板通过所述CAN总线与所述机械手或者所述电脑端连接。
可选的，所述单片机的型号为STM32F103ZET6。
可选的，所述弯曲度传感器的型号为RB-02S046；所述应变式传感器的型号为RX-D1016。
根据本实用新型提供的具体实施例，本实用新型公开了以下技术效果：
本实用新型提供了一种全关节测量型数据手套，该全关节测量型数据手套与机械手或者电脑端连接；该全关节测量型数据手套包括手套本体、多个弯曲度传感器以及多个应变式传感器；所述手套本体包括两层结构；所述弯曲度传感器、所述应变式传感器均位于所述手套本体的两层结构之间；所述弯曲度传感器设置在所述手套本体的掌指关节和指间关节处；所述应变式传感器设置在所述手套本体的掌指关节处；所述弯曲度传感器和所述应变式传感器用于获取手指垂直于手掌的运动信息和手指平行于手掌的运动信息，并进行实时传输，使得被控制的机械手或电脑场景的虚拟手还原操作者手部动作。因此，本实用新型提供的数据手套具有能够检测操作者手指纵向、横向运动，数据传输实时性好，控制方式较为简单等优点。
另外，所述手套本体的内层结构使用丁腈或橡胶，能够完全贴合手部的手套，并在内层结构外部紧密安装弯曲度传感器和应变式传感器，保证弯曲度传感器和应变式传感器在操作者手部活动时不会与手套本体有相对位移，引入不必要干扰；手套本体的外层结构可采用普通秋冬棉手套，起到保护弯曲度传感器和应变式传感器的作用，避免手套本体的外层结构挤压弯曲度传感器和应变式传感器，避免数据失真。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例全关节测量型数据手套的结构示意图；
图2为本实用新型全关节测量型数据手套的手背侧示意图；
图3为本实用新型全关节测量型数据手套的手心侧示意图；
图4为本实用新型全关节测量手指垂直手掌运动的数据手套示意图；
图5为本实用新型全关节测量手指平行手掌运动的数据手套示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
本实用新型目的是针对现有数据手套无手指横向运动数据捕捉，结构较为复杂，且穿戴及维护难度较高等缺点，提出了一种可穿戴式的全关节测量型数据手套。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
本实用新型提供的全关节测量型数据手套与机械手或者电脑端连接。
图1为本实用新型实施例全关节测量型数据手套的结构示意图。如图1所示，全关节测量型数据手套包括：电路板1、手套本体2、多个弯曲度传感器、多个应变式传感器以及CAN总线。所述手套本体2包括两层结构，分别为内层结构和外层结构。所述弯曲度传感器、所述应变式传感器均位于所述手套本体2的内层结构和外层结构之间。
由于，弯曲度传感器是一个简单测量弯曲强度的传感器，具有较薄的封装，可以将它固定在被测曲面上，配合模拟输出，方便将弯曲信息采集并处理，配合带有AD转换电路能够将关节弯曲程度转换为电压信号，可以较为简单的获取手指关节的弯曲度信息，比较适合做掌指关节及指间关节的弯曲度检测；应变式传感器用于检测操作者手指平行于手掌的动作，通过检测各个掌指关节平行于手掌的开合程度来确定各手指平行于手掌的动作信息。应变式传感器是基于测量物体受力变形所产生的应变的一种传感器，本实用新型主要采用电阻应变片，将机械构件上应变的变化转换为电阻变化，这种应变式传感器优点很多，其分辨力高，能检测出微小应变，尺寸小，适合于放在手背部进行测量，测量范围大，从弹性变形一直可测至塑形变形(1％-2％)，测量结果易于传送和处理，并且价格低廉，能够降低成本。故本实用新型采用弯曲度传感器和应变式传感器，用于获取手指垂直于手掌的运动信息和手指平行于手掌的运动信息。
所述弯曲度传感器、所述应变式传感器均通过电线与所述电路板1连接，所述电路板1通过CAN总线与机械手或者电脑端连接，用于捕捉操作者手部所有关节运动信息并传输数据至机械手或者电脑端，使被控制的机械手或电脑场景虚拟手，还原操作者手部运动。
所述电路板1具体包括依次连接的采样电路、信号放大电路以及单片机；所述采样电路还分别与所述弯曲度传感器、所述应变式传感器连接；所述电路板通过所述CAN总线与所述机械手或者电脑端连接；所述机械手用于根据所述单片机发出的控制信号还原操作者手部运动。所述电脑端用于根据所述单片机发出的控制信号虚拟还原操作者手部运动。所述单片机的型号为STM32F103ZET6。
如图1所示，所述弯曲度传感器设置在所述手套本体2的掌指关节和指间关节处；所述应变式传感器设置在所述手套本体2的掌指关节下方处。所述弯曲度传感器的型号为RB-02S046。所述应变式传感器的型号为RX-D1016。通过弯曲度传感器和应变式传感器检测到各手指垂直于手掌方向和平行于手掌方向的运动数据后转化成相应的电压信号，单片机对各电压信号进行采样，采样间隔约为10ms，并对电压信号进行编码，通过CAN总线传输给被控制的机械手或电脑场景的虚拟手，到此完成整个手部手指的运动数据采集及传输。
弯曲度传感器包括多个小拇指弯曲度传感器3、多个无名指弯曲度传感器4、多个中指弯曲度传感器5、多个食指弯曲度传感器6、多个第一大拇指弯曲度传感器7以及多个第二大拇指弯曲度传感器8；所述应变式传感器包括无名指-中指应变式传感器9、食指-中指应变式传感器10以及小拇指-无名指应变式传感器11。
其中，所述小拇指弯曲度传感器3、所述无名指弯曲度传感器4、所述中指弯曲度传感器5、所述食指弯曲度传感器6均设置在所述手套本体2的手背侧的掌指关节和指间关节处；指间关节包括远端指节间关节和近端指节间关节。所述第一大拇指弯曲度传感器7设置在所述手套本体2的远离四指的大拇指的外侧的掌指关节和指间关节。所述小拇指弯曲度传感器3用于获取小拇指垂直于手掌的运动信息；所述无名指弯曲度传感器4用于获取无名指垂直于手掌的运动信息；所述中指弯曲度传感器5用于获取中指垂直于手掌的运动信息；所述食指弯曲度传感器6用于获取食指垂直于手掌的运动信息；所述第一大拇指弯曲度传感器7用于获取第一大拇指垂直于手掌的运动信息。
所述第二大拇指弯曲度传感器8设置在所述手套本体2的手背侧的虎口处；所述第二大拇指弯曲度传感器8用于获取大拇指平行于手掌的运动信息。
所述无名指-中指应变式传感器9、所述食指-中指应变式传感器10均设置在所述手套本体2的手背侧的掌指关节的下方处；所述小拇指-无名指应变式传感器11设置在所述手套本体2的手背侧的小拇指与无名指之间；所述无名指-中指应变式传感器9用于获取无名指平行于手掌的运动信息；所述所述食指-中指应变式传感器10用于获取食指平行于手掌的运动信息；所述小拇指-无名指应变式传感器11用于获取小拇指平行于手掌的运动信息。
图2为本实用新型全关节测量型数据手套的手背侧示意图，如图2所示，所述手套本体2包括两层结构，分别为内层结构21和外层结构22。所述手套本体2的内层结构21是橡胶手套或丁腈手套，贴紧手部，使得操作者手部运动时手套不会有相对运动，避免运动数据失真。所述手套本体2的外层结构22为普通的棉手套，用于保护弯曲度传感器、应变式传感器，使得安装在内层橡胶手套外部的弯曲度传感器、各应变式传感器不会因外界因素而产生过大失真。图3为本实用新型全关节测量型数据手套的手心侧示意图。
根据人手指运动规律，需要将无名指弯曲度传感器4、中指弯曲度传感器5、食指弯曲度传感器6，在食指、中指和无名指的掌指关节以及指间关节处(包括远端指节间关节和近端指节间关节)分别安装三段弯曲度传感器，将弯曲度传感器固定于手套本体内层的橡胶手套外侧手背处，每段弯曲度传感器均位于相应关节的手背一侧。在手套对应手指保持伸直情况下安装弯曲度传感器，且保证弯曲度传感器紧紧贴合手套背侧，保证弯曲度传感器不会有相对于手套的移动，避免检测数据的失真。安装弯曲度传感器位置要求在各关节正上方，并且各个关节之间弯曲度传感器不要有连接部分，以防止各个关节弯曲度传感器在操作者进行手部动作时产生互相影响，避免检测数据失真。
另外，由于大拇指在垂直于手掌方向只有两个关节，掌指关节和指间关节，通过检测这两个关节的运动即可获取大拇指运动信息。同时，由于大拇指的运动特点，在运动时会遇到阻力导致大拇指运动方向发生改变，例如握拳时，大拇指按到其余四指上时运动方向会发生变化，故第一大拇指弯曲度传感器7的长度较短，安装于掌指关节和指间关节正上方，掌指关节安装位置要求较为靠近手掌，以防大拇指进行平行于手掌的动作时掌指关节弯曲度传感器产生误差，从而导致运动数据失真。小拇指有三个关节，掌指关节、近端指间关节和远端指间关节，但是由于距离过小，且小拇指远端指间关节对于手部运动作用不是很大，故不在小拇指远端指间关节设置小拇指弯曲度传感器6。
图4为本实用新型全关节测量手指垂直手掌运动的数据手套示意图。
优选的，如图4所示，所述小拇指弯曲度传感器3的个数为2个，分别设置在所述手套本体2的手背侧的掌指关节和近端指间关节处；所述无名指弯曲度传感器4的个数为3个，分别设置在所述手套本体2的手背侧的掌指关节、近端指间关节以及远端指间关节处；所述中指弯曲度传感器5的个数为3个，分别设置在所述手套本体2的手背侧的掌指关节、近端指间关节以及远端指间关节处；所述食指弯曲度传感器6的个数为3个，分别设置在所述手套本体2的手背侧的掌指关节、近端指间关节以及远端指间关节上处；所述第一大拇指弯曲度传感器7的个数为2个，分别设置在所述手套本体2的远离四指的大拇指的外侧的掌指关节以及近端指间关节处。
根据手部运动规律，大拇指平行于手掌方向的开合角大约为90度，远大于其他四指相邻两指间小于45度的开合角，故在检测大拇指平行于手掌方向的运动数据时，不适合使用检测微小形变且伸展量范围较小的应变式传感器，转而采用弯曲度传感器，通过采集虎口的开合角度来获得大拇指平行于手掌的运动信息。安装弯曲度传感器需要在大拇指完全展开的情况下进行安装，程序设定此为角度零点，而后通过AD转换电路采样弯曲度传感器输出的电压信号获得角度数据，最后通过跟设置零点比较获得虎口的展开角度，由此获得大拇指平行于手掌的运动数据。
根据人手指运动规律，在手指进行平行于手掌的动作时，中指是不动的，食指和无名指向两侧展开，将无名指-中指应变式传感器9和食指-中指应变式传感器10两应变片安装在中指掌指关节下，管脚延伸向食指掌指关节和无名指掌指关节，测量当食指和无名指向两侧展开时，食指掌指关节和无名指掌指关节相对中指掌指关节的距离变化。在食指中指和无名指并拢情况下安装应变式传感器，并且注意安装位置严格保证在掌指关节下方1cm-2cm位置，此位置保证能够检测食指和无名指展开情况，并且不会产生过大的位移，导致应变式电阻传感器因应变量过大而损坏。用小指-无名指应变式传感器11用于测量小拇指平行于手掌的动作，采集小拇指相对于无名指的展开程度，并在此基础上加上无名指相对于中指的展开程度从而得到小拇指对应中指的展开程度，由此获得小拇指平行于手掌方向的运动信息。
图5为本实用新型全关节测量手指平行手掌运动的数据手套示意图。
优选的，如图5所示，所述无名指-中指应变式传感器9、所述食指-中指应变式传感器10均设置在所述手套本体的手背侧的中指的掌指关节的下方处，且所述无名指-中指应变式传感器9的管脚指向无名指，所述食指-中指应变式传感器10的管脚指向食指；所述小拇指-无名指应变式传感器11设置在所述手套本体的手背侧的小拇指与无名指之间，且所述小拇指-无名指应变式传感器11的管脚指向小拇指所述无名指-中指应变式传感器9、所述食指-中指应变式传感器10均位于在所述手套本体的手背侧的中指的掌指关节下方的1cm-2cm处。
本实用新型提供的数据手套工作过程为：操作者穿戴好手套本体，要求尽量贴合手部，没有空隙，开电后保持大拇指完全张开且其余四指完全闭合的初始动作几秒直到手套本体蜂鸣器发出声音显示初始化完成即可开始进行手部动作。
本实用新型通过电路板上面各采样电路及信号放大电路，进行对弯曲度传感器和应变式传感器输出信号的处理，获得电路板单片机可进行处理的电压信号，通过电路板上的信号传输电路，主要包括CAN总线以及串口，进行数据的通讯，其中CAN总线用于将数据信号传输给被控制的机械手或电脑场景的虚拟手，使其能够还原操作者手部动作，通过电路板上的电源转换模块对整个系统进行供电，采用3.3V电池供电方式，不影响操作者手部动作，电路板同时设计有蜂鸣器，以此获得手套初始化完成信号。操作者穿戴本数据手套，能够远程控制被控制的机械手或电脑场景的虚拟手，不仅能够实现简单抓取动作，更能准确还原操作者的每个手部动作并记录相关数据，克服了现有数据手套无手指横向运动数据捕捉，结构较为复杂，且穿戴及维护难度较高等缺陷，还具有数据传输实时性好，控制方式较为简单等优点。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。