拇指双头关节检测装置的制造方法
【专利摘要】拇指双头关节检测装置，它涉及了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。
【专利说明】
拇指双头关节检测装置
技术领域
[0001]本发明涉及一种检测人手手指运动状态的数据手套。
【背景技术】
[0002]由于科学技术的发展，机器人逐渐在越来越大的范围内被使用，遥操作机器人作为一种性能可靠、技术成熟的机器人被广泛用于各种危险的、情况复杂的、人类无法到达的环境中工作，它采用的是非常可靠的控制方式，直接由操作者发出指令来控制。随着遥操作机器人执行的任务越来越复杂，使得人们在追求可靠性的同时，还对其灵活性提出了更高的要求，而要对复杂的机械手实施遥操作，控制机械手多个手指的多个关节一起协调运动，以实现特定功能，这就需用到数据手套，而具有力反馈功能的数据手套是对机器人的机械手实施遥操作的最有效装置，它通过测量操作者手指各个指节的位置信息作为控制指令控制机械手的手指跟踪人手手指运动，并能将机械手各个关节在运动过程中的受力情况在数据手套上模拟出来，作用在操作者的手上，使操作者产生很强的临场感。此外，近年来虚拟仿真技术不断发展，其主要的交互设备就是力反馈数据手套，例如在一个由计算机虚拟的场景里，控制一双虚拟的人手拆卸或装配机器等，还有游戏、3D动画制作等都需要用到力反馈数据手套，但目前市场上的力反馈数据手套系统复杂，价格极为昂贵，使其无法大量普及、推广和使用。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是针对现有的数据手套价格昂贵、系统复杂、维护困难等缺点，提出了一种将外置角度传感器和关节驱动装置结合为一体，在检测人手关节运动信息的同时也将反馈回来的力觉信息转化成力或力矩直接作用于人手的方法，极大简化了复杂的力反馈数据手套系统。本发明是用于与计算机、机械手交互作用的装置，由手掌基座、拇指掌指节基座、拇指近指节基座、拇指远指节基座和驱动部件组成；该装置通过穿戴的方式固定在操作者手上；手掌基座固定在操作者手掌位置，具有驱动装置的一面对应操作者手掌的背面，拇指掌指节基座固定于人手的拇指掌指节位置，拇指近指节基座固定于人手的拇指近指节部位，拇指远指节基座固定于人手的拇指远指节部位，手掌基座、拇指掌指节基座、拇指近指节基座和拇指远指节基座通过连杆铰接，铰接处均安装有驱动部件；拇指双头关节检测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。本发明在关节的驱动部件里加入了离合器，当系统有力反馈信号时，驱动电机连接被驱动的关节，并对关节施加力的作用，当系统没有力反馈信号时，驱动电机断开被驱动关节的连接，减少和降低了关节运动的阻力，使关节的运动更加顺畅。本发明检测关节运动的角度由设置在装置上相应的角度传感器通过相应的数学算法测量，被检测的关节在其运动方向或复杂运动的分解方向上都设置有独立的驱动部件，每一个驱动部件又与被检测的关节上相应的角度传感器配合工作形成闭环控制，以实现力反馈控制并提高其精确性。本发明可以精确、灵敏地检测出相应的手指关节运动的角度和状态，并对被检测的关节具有双向力反馈功能，使用简单，穿戴方便，容易维护，并可极大降低力反馈数据手套的成本。
【附图说明】
[0004]图1是拇指双头关节检测装置的轴侧图。
[0005]图2是拇指双头关节检测装置的结构示意图。
[0006]【具体实施方式】一:如图1和图2所示，所述拇指双头关节检测装置包括拇指近指节基座4，角度传感器18，摇臂19，和球头20。所述拇指近指节基座4固定于人手的拇指近指节部位，拇指近指节基座4半包围拇指近指节，其包围结合处的横截面为开口朝向手掌正面一侧，在该基座位于拇指近指节外侧面的位置设有两个孔座H和K，两个孔座的位置分别对应于拇指的掌指关节(MP)和指间关节(DIP)。拇指近指节基座4与拇指掌指节基座5通过摇臂28、连杆26、摇臂27铰接，所述摇臂28 (内嵌轴承23)的底部与角度传感器18的轴通过螺钉36固接，所述角度传感器18由齿轮箱底座22及螺钉35固定在拇指近指节基座4的孔座H内，所述摇臂28上的齿轮轴心与摇臂转动的轴心重合，所述摇臂28与连杆26—端通过螺钉24铰接，动作实施过程:人手拇指的近指节可绕掌指关节(MP)转动，可将其分解为两个方向上的分运动，一个是平行于拇指近指节侧面的屈伸运动，另一个是平行于拇指近指节背面的外展或内收运动，当操作者拇指的掌指关节(MP)做屈伸运动时，依附于拇指近指节上的拇指近指节基座4跟随一起运动，并通过摇臂28带动连杆26转动，使得与连杆26联动的角度传感器能测量出操作者拇指的掌指关节(MP)屈伸的角度和状态；当操作者拇指的掌指关节(MP)做外展或内收运动时，在该动作方向上，依附于拇指近指节上的拇指近指节基座4直接带动孔座H内的角度传感器18转动，使得孔座H内的角度传感器18能测量出操作者拇指的掌指关节(MP)外展或内收的角度和状态，
[0007]【具体实施方式】二:如图1和图2所示，所述摇臂25 (内嵌轴承23)另一端与角度传感器18的轴通过螺钉36固接，所述角度传感器18由齿轮箱底座22及螺钉35固定在拇指近指节基座4的孔座K内，所述摇臂25上的齿轮轴心与摇臂转动的轴心重合。动作实施过程:当操作者拇指的指间关节(DIP)做屈伸运动时，带动摇臂25转动，使得孔座K内与摇臂25联动的角度传感器18能测量出操作者拇指的指间关节(DIP)屈伸的角度和状态。
【主权项】
1.一种拇指双头关节检测装置，用于与计算机、机械手交互作用的装置，由手掌基座拇指近指节基座(4)、角度传感器18，摇臂19，摇臂25和球头20组成； 其特征在于: 该装置通过穿戴的方式固定在操作者手上，拇指近指节基座(4)固定于人手的拇指近指节部位。2.根据权利要求1所述的拇指双头关节检测装置，其特征在于:所述拇指近指节基座(4)固定于人手的拇指近指节部位，且半包围拇指近指节，其包围结合处的横截面为“C”形，开口朝向手掌正面一侧，在该基座位于拇指近指节外侧面的位置设有两个孔座(H、K)，两个孔座的位置分别对应于拇指的掌指关节MP和指间关节DIP，角度传感器(18)由齿轮箱底座(22)及螺钉(35)固定在拇指近指节基座(4)的孔座(H)内，所述角度传感器(18)的轴通过螺钉(36)固接于内嵌轴承(23)的摇臂(28)底部。3.根据权利要求1所述的拇指双头关节检测装置，其特征在于:所述摇臂(25)内嵌轴承(23)另一端与角度传感器(18)的轴通过螺钉(36)固接，所述角度传感器(18)由齿轮箱底座(22)及螺钉(35)固定于拇指近指节基座(4)的孔座(K)内。
【文档编号】B25J3/00GK105881561SQ201410741357
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年12月9日
【发明人】苏茂
【申请人】苏茂