一种基于VR技术的佩戴式仿生机械手的制作方法

本发明涉及机器手领域，更具体地说，涉及一种基于vr技术的佩戴式仿生机械手。

背景技术：

vr是virtualreality的缩写，中文的意思就是虚拟现实，早期译为“灵境技术”。虚拟现实是多媒体技术的终极应用形式，它是计算机软硬件技术、传感技术、机器人技术、人工智能及行为心理学等科学领域飞速发展的结晶。主要依赖于三维实时图形显示、三维定位跟踪、触觉及嗅觉传感技术、人工智能技术、高速计算与并行计算技术以及人的行为学研究等多项关键技术的发展。

随着虚拟现实技术的发展，真正地实现虚拟现实，将引起整个人类生活与发展的很大变革。人们戴上立体眼镜、数据手套等特制的传感设备，面对一种三维的模拟现实，似乎置身于一个具有三维的视觉、听觉、触觉甚至嗅觉的感觉世界，并且人与这个环境可以通过人的自然技能和相应的设施进行信息交互。

仿生机械是模仿生物的形态、结构和控制原理设计制造出的功能更集中、效率更高并具有生物特征的机械。各种动物的前肢从外形和功能上看虽然不尽相同，但它们的内部构造却基本一致。两栖类、爬行类、鸟类和哺乳类动物的前肢骨骼都是由肱骨、前臂骨、腕骨和指骨组成的。人的上肢具有较高的操作性、灵活性和适应性，仿生机械手正朝着与人上肢功能接近的方向发展。

现阶段仿生机械手被广泛运用各个领域，比如用于辅助手指恢复用训练式机械手、自动化生产中自动装配机械手等，故针对仿生机械手的研制和开发仍在不断进行中。现有技术中的仿生机械手在研制时，需要研制人员通过输入复杂的计算机程序，控制仿生机械手模拟动作，但是此种方式需要研制人员针对动作过程进行预想，再进行程序编制、输入和模拟，提高了研制难度，降低了研制效率。

技术实现要素：

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于vr技术的佩戴式仿生机械手，可以通过vr学习控制系统对仿生机械手本体使用的场景进行模拟，研究人员通过佩戴仿生机械手本体，对仿生机械手本体的使用方式进行动作，由四指动作感应膜和大拇指动作感应膜对动作数据进行收集，vr学习控制系统对动作进行数据转化和模拟，有效输出仿生机械手本体的控制程序，有效降低研制难度，提高研制效率，提高仿生机械手本体的学习效率，并且有效降低研究人员的工作负担，提高科研效果，提高仿生机械手本体模拟人类动作的真实性。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种基于vr技术的佩戴式仿生机械手，包括仿生机械手本体，所述仿生机械手本体包括有连接手臂，所述连接手臂左端固定连接有仿生手掌，所述仿生手掌左端连接有多个仿生手指，所述连接手臂内连接有动作控制器，所述动作控制器左端延伸至仿生手掌外侧，并与仿生手指相匹配，位于前侧所述仿生手指下端固定连接有大拇指动作感应膜，位于前侧仿生手指后侧的多个所述仿生手指下端均固定连接有四指动作感应膜，所述连接手臂后端固定连接有分别与动作控制器、四指动作感应膜和大拇指动作感应膜相连接的转接导线束，所述转接导线束后端连接有vr学习控制系统。通过vr学习控制系统对仿生机械手本体使用的场景进行模拟，研究人员通过佩戴仿生机械手本体，对仿生机械手本体的使用方式进行动作，由四指动作感应膜和大拇指动作感应膜对动作数据进行收集，vr学习控制系统对动作进行数据转化和模拟，有效输出仿生机械手本体的控制程序，有效降低研制难度，提高研制效率，提高仿生机械手本体的学习效率，并且有效降低研究人员的工作负担，提高科研效果，提高仿生机械手本体模拟人类动作的真实性。

进一步的，所述转接导线束输出端电性连接有动作模拟处理控制设备，所述动作模拟处理控制设备内安装有vr学习控制系统，所述动作模拟处理控制设备上端固定连接有虚拟模拟工作台，所述虚拟模拟工作台上端安装有vr眼镜，所述vr眼镜通过虚拟模拟工作台与仿生机械手本体连接。通过虚拟模拟工作台和vr眼镜对vr虚拟环境进行转化，研制人员能够快速有效的实现针对不同使用场景下仿生机械手本体的动作控制，提高仿生机械手本体的市场化适应性，增加控制仿生机械手本体的数据存储，增多参考数据库，便于研制人员针对仿生机械手本体研发的不断改进和完善。

进一步的，所述虚拟模拟工作台上端固定连接有一组自模拟支撑架，所述自模拟支撑架与连接手臂相匹配。通过将仿生机械手本体安装在自模拟支撑架，使vr学习控制系统通过存储的研制人员输入的动作，控制动作控制器带动仿生机械手本体产生动作模拟，便于研制人员进行数据对比，提高后期对仿生机械手本体控制的精度，提高仿生机械手本体的实用性。

进一步的，所述vr学习控制系统包括有vr模拟单元，所述vr模拟单元输出端连接有数据收集单元，所述数据收集单元输入端连接有动作捕捉单元，所述数据收集单元输出端连接有动作模拟单元，所述动作模拟单元输出端分别连接有数据转化单元和数据对比单元，所述数据转化单元输入端与数据对比单元连接，所述数据转化单元输出端分别连接有数据备份单元和数据导出单元。通过数据对比单元对仿生机械手本体的模拟数据和研制人员动作的数据进行分析，便于研制人员进行对比和参考，投稿研制过程数据的精准度，并通过数据转化单元对动作模拟单元的数据进行优化，提高仿生机械手本体的学习质量，提高仿生机械手本体的自优化程度。

进一步的，所述vr模拟单元分别与vr眼镜和虚拟模拟工作台电性连接，所述动作捕捉单元分别与四指动作感应膜和大拇指动作感应膜电性连接，所述动作模拟单元分别与动作控制器和自模拟支撑架电性连接。

进一步的，所述仿生手指前端固定连接有动作连接感应器，所述动作连接感应器通过导线分别与动作控制器和四指动作感应膜电性连接，且动作连接感应器分别与动作控制器和四指动作感应膜形成并联电路。动作连接感应器对仿生机械手本体的输入动作和输出动作进行捕捉和传输，用于vr学习控制系统进行数据参考，提高仿生机械手本体的智能化程度，提高数据的精准度，提高后期产品生产质量，提高研制的经济效益。

进一步的，所述大拇指动作感应膜下端固定连接有识别启动按钮，所述识别启动按钮与vr学习控制系统相匹配。识别启动按钮用于启动和关闭vr学习控制系统，便于研制人员的使用，简化操作步骤，提高使用的便携性。

进一步的，所述四指动作感应膜和大拇指动作感应膜内均固定安装有多个动作感应收集芯片，且多个动作感应收集芯片长矩阵式排列，多个所述动作感应收集芯片之间通过动作感应连接线电性连接。动作感应收集芯片和动作感应连接线对四指动作感应膜和大拇指动作感应膜产生的动作数据进行捕捉和感应，矩阵使排列的动作感应收集芯片，能够有效提高动作捕捉和感应的精度，提高数据传输的精准度。

进一步的，所述仿生手指上端固定连接有多个记忆性绑紧带，所述记忆性绑紧带的内部填充有电活性聚合物，且记忆性绑紧带通过导线与转接导线束电性连接。在记忆性绑紧带进行通电时，记忆性绑紧带内的电活性聚合物产生膨胀，对插入在记忆性绑紧带的研制人员的手指进行收紧，使得研制人员的手指能够有效与仿生手指产生贴合，带动仿生手指产生动作，提高仿生手指动作的精准度，提高动作输入的准确性，减少输入误差的产生。

进一步的，所述连接手臂上端开设有手臂卡位槽，所述连接手臂上端固定连接有多个伸缩连带，且伸缩连带与手臂卡位槽相匹配。手臂卡位槽便于研制人员的手臂的卡入，伸缩连带对研制人员的手臂进行固定，便于研制人员穿戴仿生机械手本体。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本方案通过vr学习控制系统对仿生机械手本体使用的场景进行模拟，研究人员通过佩戴仿生机械手本体，对仿生机械手本体的使用方式进行动作，由四指动作感应膜和大拇指动作感应膜对动作数据进行收集，vr学习控制系统对动作进行数据转化和模拟，有效输出仿生机械手本体的控制程序，有效降低研制难度，提高研制效率，提高仿生机械手本体的学习效率，并且有效降低研究人员的工作负担，提高科研效果，提高仿生机械手本体模拟人类动作的真实性。

(2)通过虚拟模拟工作台和vr眼镜对vr虚拟环境进行转化，研制人员能够快速有效的实现针对不同使用场景下仿生机械手本体的动作控制，提高仿生机械手本体的市场化适应性，增加控制仿生机械手本体的数据存储，增多参考数据库，便于研制人员针对仿生机械手本体研发的不断改进和完善。

(3)通过将仿生机械手本体安装在自模拟支撑架，使vr学习控制系统通过存储的研制人员输入的动作，控制动作控制器带动仿生机械手本体产生动作模拟，便于研制人员进行数据对比，提高后期对仿生机械手本体控制的精度，提高仿生机械手本体的实用性。

(4)通过数据对比单元对仿生机械手本体的模拟数据和研制人员动作的数据进行分析，便于研制人员进行对比和参考，投稿研制过程数据的精准度，并通过数据转化单元对动作模拟单元的数据进行优化，提高仿生机械手本体的学习质量，提高仿生机械手本体的自优化程度。

(5)动作连接感应器对仿生机械手本体的输入动作和输出动作进行捕捉和传输，用于vr学习控制系统进行数据参考，提高仿生机械手本体的智能化程度，提高数据的精准度，提高后期产品生产质量，提高研制的经济效益。

(6)识别启动按钮用于启动和关闭vr学习控制系统，便于研制人员的使用，简化操作步骤，提高使用的便携性。

(7)动作感应收集芯片和动作感应连接线对四指动作感应膜和大拇指动作感应膜产生的动作数据进行捕捉和感应，矩阵使排列的动作感应收集芯片，能够有效提高动作捕捉和感应的精度，提高数据传输的精准度。

(8)在记忆性绑紧带进行通电时，记忆性绑紧带内的电活性聚合物产生膨胀，对插入在记忆性绑紧带的研制人员的手指进行收紧，使得研制人员的手指能够有效与仿生手指产生贴合，带动仿生手指产生动作，提高仿生手指动作的精准度，提高动作输入的准确性，减少输入误差的产生。

(9)手臂卡位槽便于研制人员的手臂的卡入，伸缩连带对研制人员的手臂进行固定，便于研制人员穿戴仿生机械手本体。

附图说明

图1为本发明的轴测结构示意图；

图2为本发明的控制系统框架结构示意图；

图3为本发明的结构仰视轴测示意图；

图4为本发明的仿生手指和四指动作感应膜配合爆炸结构示意图；

图5为本发明的四指动作感应膜、大拇指动作感应膜和动作连接感应器轴测结构示意图；

图6为本发明的四指动作感应膜内部轴测结构示意图；

图7为本发明的虚拟模拟工作台主视结构示意图；

图8为本发明的学习流程结构示意图。

图中标号说明：

1仿生机械手本体、2连接手臂、3仿生手掌、4仿生手指、5动作控制器、6记忆性绑紧带、7四指动作感应膜、701动作感应连接线、702动作感应收集芯片、8大拇指动作感应膜、801识别启动按钮、9动作连接感应器、10伸缩连带、11vr眼镜、12虚拟模拟工作台、13动作模拟处理控制设备。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1-8，一种基于vr技术的佩戴式仿生机械手，包括仿生机械手本体1，仿生机械手本体1包括有连接手臂2，连接手臂2左端固定连接有仿生手掌3，仿生手掌3左端连接有多个仿生手指4，连接手臂2内连接有动作控制器5，动作控制器5左端延伸至仿生手掌3外侧，并与仿生手指4相匹配，位于前侧仿生手指4下端固定连接有大拇指动作感应膜8，位于前侧仿生手指4后侧的多个仿生手指4下端均固定连接有四指动作感应膜7，连接手臂2后端固定连接有分别与动作控制器5、四指动作感应膜7和大拇指动作感应膜8相连接的转接导线束，转接导线束后端连接有vr学习控制系统。通过vr学习控制系统对仿生机械手本体1使用的场景进行模拟，研究人员通过佩戴仿生机械手本体1，对仿生机械手本体1的使用方式进行动作，由四指动作感应膜7和大拇指动作感应膜8对动作数据进行收集，vr学习控制系统对动作进行数据转化和模拟，有效输出仿生机械手本体1的控制程序，有效降低研制难度，提高研制效率，提高仿生机械手本体1的学习效率，并且有效降低研究人员的工作负担，提高科研效果，提高仿生机械手本体1模拟人类动作的真实性。

请参阅图7，转接导线束输出端电性连接有动作模拟处理控制设备13，动作模拟处理控制设备13内安装有vr学习控制系统，动作模拟处理控制设备13上端固定连接有虚拟模拟工作台12，虚拟模拟工作台12上端安装有vr眼镜11，vr眼镜11通过虚拟模拟工作台12与仿生机械手本体1连接。通过虚拟模拟工作台12和vr眼镜11对vr虚拟环境进行转化，研制人员能够快速有效的实现针对不同使用场景下仿生机械手本体1的动作控制，提高仿生机械手本体1的市场化适应性，增加控制仿生机械手本体1的数据存储，增多参考数据库，便于研制人员针对仿生机械手本体1研发的不断改进和完善。

请参阅图7，虚拟模拟工作台12上端固定连接有一组自模拟支撑架，自模拟支撑架与连接手臂2相匹配。通过将仿生机械手本体1安装在自模拟支撑架，使vr学习控制系统通过存储的研制人员输入的动作，控制动作控制器5带动仿生机械手本体1产生动作模拟，便于研制人员进行数据对比，提高后期对仿生机械手本体1控制的精度，提高仿生机械手本体1的实用性。

请参阅图2，vr学习控制系统包括有vr模拟单元，vr模拟单元输出端连接有数据收集单元，数据收集单元输入端连接有动作捕捉单元，数据收集单元输出端连接有动作模拟单元，动作模拟单元输出端分别连接有数据转化单元和数据对比单元，数据转化单元输入端与数据对比单元连接，数据转化单元输出端分别连接有数据备份单元和数据导出单元。通过数据对比单元对仿生机械手本体1的模拟数据和研制人员动作的数据进行分析，便于研制人员进行对比和参考，投稿研制过程数据的精准度，并通过数据转化单元对动作模拟单元的数据进行优化，提高仿生机械手本体1的学习质量，提高仿生机械手本体1的自优化程度。

请参阅图2，vr模拟单元分别与vr眼镜11和虚拟模拟工作台12电性连接，动作捕捉单元分别与四指动作感应膜7和大拇指动作感应膜8电性连接，动作模拟单元分别与动作控制器5和自模拟支撑架电性连接。

请参阅图5，仿生手指4前端固定连接有动作连接感应器9，动作连接感应器9通过导线分别与动作控制器5和四指动作感应膜7电性连接，且动作连接感应器9分别与动作控制器5和四指动作感应膜7形成并联电路。动作连接感应器9对仿生机械手本体1的输入动作和输出动作进行捕捉和传输，用于vr学习控制系统进行数据参考，提高仿生机械手本体1的智能化程度，提高数据的精准度，提高后期产品生产质量，提高研制的经济效益。

请参阅图3，大拇指动作感应膜8下端固定连接有识别启动按钮801，识别启动按钮801与vr学习控制系统相匹配。识别启动按钮801用于启动和关闭vr学习控制系统，便于研制人员的使用，简化操作步骤，提高使用的便携性。

请参阅图6，四指动作感应膜7和大拇指动作感应膜8内均固定安装有多个动作感应收集芯片702，且多个动作感应收集芯片702长矩阵式排列，多个动作感应收集芯片702之间通过动作感应连接线701电性连接。动作感应收集芯片702和动作感应连接线701对四指动作感应膜7和大拇指动作感应膜8产生的动作数据进行捕捉和感应，矩阵使排列的动作感应收集芯片702，能够有效提高动作捕捉和感应的精度，提高数据传输的精准度。

请参阅图1，仿生手指4上端固定连接有多个记忆性绑紧带6，记忆性绑紧带6的内部填充有电活性聚合物，且记忆性绑紧带6通过导线与转接导线束电性连接。在记忆性绑紧带6进行通电时，记忆性绑紧带6内的电活性聚合物产生膨胀，对插入在记忆性绑紧带6的研制人员的手指进行收紧，使得研制人员的手指能够有效与仿生手指4产生贴合，带动仿生手指4产生动作，提高仿生手指4动作的精准度，提高动作输入的准确性，减少输入误差的产生。

请参阅图1，连接手臂2上端开设有手臂卡位槽，连接手臂2上端固定连接有多个伸缩连带10，且伸缩连带10与手臂卡位槽相匹配。手臂卡位槽便于研制人员的手臂的卡入，伸缩连带10对研制人员的手臂进行固定，便于研制人员穿戴仿生机械手本体1。

请参阅图1-8，使用方法：研制人员将vr眼镜11带在眼睛上，并通过虚拟模拟工作台12选择需要，模拟的场景，再将仿生机械手本体1佩戴在双手上，研制人员的手臂传入手臂卡位槽和伸缩连带10之间，伸缩连带10对手臂进行绑紧，研制人员的手持插入对应的记忆性绑紧带6内，预先使得记忆性绑紧带6进行通电，记忆性绑紧带6内的电活性聚合物产生膨胀，对插入在记忆性绑紧带6的研制人员的手指进行收紧，使得研制人员的手指能够有效与仿生手指4产生贴合，研制人员带动仿生手指4动作，通过识别启动按钮801启动vr模拟单元，开始显示vr模拟场景，研制人员的手指针对vr模拟场景的事件进行动作，四指动作感应膜7、大拇指动作感应膜8和动作连接感应器9对动作进行捕捉，动作感应连接线701和动作感应收集芯片702感应研制人员的手指变化，并将动作数据输送至数据收集单元，数据收集单元将收集到的数据输送至动作模拟单元，在研制人员将动作输入完成后，取下仿生机械手本体1，并将仿生机械手本体1安装在自模拟支撑架，动作模拟单元控制动作控制器5带动仿生手指4产生动作，研制人员通过vr眼镜11对仿生机械手本体1的动作进行观察，数据转化单元和数据对比单元同时通过四指动作感应膜7、大拇指动作感应膜8和动作连接感应器9对仿生机械手本体1的动作进行转化和对比，数据对比单元同时作用于数据转化单元，优化转化数据，仿生机械手本体1的模拟动作完成后，数据对比单元和数据转化单元将形成的数据通过数据备份单元存储，通过数据导出单元输出，研制人员取下vr眼镜11，再将仿生机械手本体1收回，通过数据导出单元导出的数据，进行对仿生机械手本体1的进一步研制，使仿生机械手本体1的动作模拟更加准确，以此循环改进，提高仿生机械手本体1研制的效率。通过vr学习控制系统对仿生机械手本体1使用的场景进行模拟，研究人员通过佩戴仿生机械手本体1，对仿生机械手本体1的使用方式进行动作，由四指动作感应膜7和大拇指动作感应膜8对动作数据进行收集，vr学习控制系统对动作进行数据转化和模拟，有效输出仿生机械手本体1的控制程序，有效降低研制难度，提高研制效率，提高仿生机械手本体1的学习效率，并且有效降低研究人员的工作负担，提高科研效果，提高仿生机械手本体1模拟人类动作的真实性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。