本發(fā)明涉及一種具有雙向扭矩反饋的微型裝置，主要用于仿人手機(jī)械手的控制。

背景技術(shù)：

由于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人逐漸在越來越大的范圍內(nèi)被使用，遙操作機(jī)器人作為一種性能可靠、技術(shù)成熟的機(jī)器人被廣泛用于各種危險的、情況復(fù)雜的、人類無法到達(dá)的環(huán)境中工作，它采用的是非常可靠的控制方式，直接由操作者發(fā)出指令來控制。隨著遙操作機(jī)器人執(zhí)行的任務(wù)越來越復(fù)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(fù)雜的機(jī)械手實(shí)施遙操作，控制機(jī)械手多個手指的多個關(guān)節(jié)一起協(xié)調(diào)運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)特定功能，這就需用到數(shù)據(jù)手套，而具有力反饋功能的數(shù)據(jù)手套是對機(jī)器人的機(jī)械手實(shí)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(jī)械手的手指跟蹤人手手指運(yùn)動，并能將機(jī)械手各個關(guān)節(jié)在運(yùn)動過程中的受力情況在數(shù)據(jù)手套上模擬出來，作用在操作者的手上，使操作者產(chǎn)生很強(qiáng)的臨場感。此外，近年來虛擬仿真技術(shù)不斷發(fā)展，其主要的交互設(shè)備就是力反饋數(shù)據(jù)手套，例如在一個由計(jì)算機(jī)虛擬的場景里，控制一雙虛擬的人手拆卸或裝配機(jī)器等，還有游戲、3D動畫制作等都需要用到力反饋數(shù)據(jù)手套，但目前市場上的力反饋數(shù)據(jù)手套系統(tǒng)復(fù)雜，價格極為昂貴，使其無法大量普及、推廣和使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有的力反饋數(shù)據(jù)手套價格昂貴、系統(tǒng)復(fù)雜、維護(hù)困難等缺點(diǎn)，提出了一種將外置電位器和關(guān)節(jié)雙向主動驅(qū)動裝置結(jié)合為一體，在檢測人手關(guān)節(jié)運(yùn)動信息的同時也將反饋回來的力覺信息轉(zhuǎn)化成力或力矩直接作用于人手的方法，極大簡化了復(fù)雜的力反饋數(shù)據(jù)手套系統(tǒng)。本發(fā)明是用于與計(jì)算機(jī)、機(jī)械手交互作用的裝置，由遠(yuǎn)指節(jié)基座，關(guān)節(jié)檢測驅(qū)動機(jī)構(gòu)和驅(qū)動部件組成，該裝置固定在操作者手指上，微型扭矩反饋裝置在檢測手指關(guān)節(jié)運(yùn)動的角度和狀態(tài)的同時可根據(jù)需要對其施加力的作用實(shí)現(xiàn)力反饋控制。本發(fā)明在關(guān)節(jié)的驅(qū)動部件里加入了離合裝置，當(dāng)系統(tǒng)有力反饋信號時，驅(qū)動電機(jī)連接被驅(qū)動的關(guān)節(jié)，并對關(guān)節(jié)施加力的作用，當(dāng)系統(tǒng)沒有力反饋信號時，驅(qū)動電機(jī)斷開被驅(qū)動關(guān)節(jié)的連接，減少和降低了關(guān)節(jié)運(yùn)動的阻力，使關(guān)節(jié)的運(yùn)動更加順暢。本發(fā)明檢測關(guān)節(jié)運(yùn)動的角度由設(shè)置在裝置上相應(yīng)的電位器通過相應(yīng)的數(shù)學(xué)算法測量，被檢測的關(guān)節(jié)在其運(yùn)動方向或復(fù)雜運(yùn)動的分解方向上都設(shè)置有獨(dú)立的驅(qū)動部件，每一個驅(qū)動部件又與被檢測的關(guān)節(jié)上相應(yīng)的電位器配合工作形成閉環(huán)控制，以實(shí)現(xiàn)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(yīng)的手指關(guān)節(jié)運(yùn)動的角度和狀態(tài)，并對被檢測的關(guān)節(jié)具有雙向力反饋功能，使用簡單，穿戴方便，容易維護(hù)，并可極大降低力反饋數(shù)據(jù)手套的成本。

附圖說明

圖1是微型扭矩反饋裝置的軸測圖。。

圖2是關(guān)節(jié)檢測驅(qū)動機(jī)構(gòu)100的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是驅(qū)動部件111的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：如圖3所示，所述微型扭矩反饋裝置包括驅(qū)動部件111，所述驅(qū)動部件111包括電機(jī)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與電機(jī)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套入電機(jī)40的軸，離合裝置蓋44與電機(jī)40的軸之間為滑動接觸，離合裝置蓋44上設(shè)有傳動齒輪。動作實(shí)施過程：當(dāng)電機(jī)40轉(zhuǎn)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(nèi)壁接觸，對離合裝置蓋44產(chǎn)生摩擦力，帶動離合裝置蓋44轉(zhuǎn)動；當(dāng)電機(jī)40轉(zhuǎn)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(nèi)壁分離，切斷離合裝置蓋44與電機(jī)40的連接。

具體實(shí)施方式二：如圖2和圖3所示，所述關(guān)節(jié)檢測驅(qū)動機(jī)構(gòu)100包括驅(qū)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(shè)有一個孔座P和一排用于螺釘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(nèi)，所述孔座P內(nèi)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(zhuǎn)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(qū)動部件111的齒輪嚙合，所述驅(qū)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。

具體實(shí)施方式三：如圖1、圖2和圖3所示，所述遠(yuǎn)指節(jié)基座15固定于人手遠(yuǎn)指節(jié)部位，所述遠(yuǎn)指節(jié)基座15的一端為包圍遠(yuǎn)指節(jié)的柱形，另一端為半球形，整個基座的縱截面為“U”形，開口朝向的遠(yuǎn)端指間關(guān)節(jié)(DIP)，在該基座位于遠(yuǎn)指節(jié)背面的位置設(shè)有一搖臂，搖臂垂直于所在的指節(jié)背面。所述中指節(jié)部位的關(guān)節(jié)檢測驅(qū)動機(jī)構(gòu)110的搖臂19與遠(yuǎn)指節(jié)基座15通過球頭20和球頭扣連桿21配合的球形鉸鏈連接。動作實(shí)施過程：當(dāng)操作者的遠(yuǎn)端指間關(guān)節(jié)(DIP)做屈伸運(yùn)動時，依附于遠(yuǎn)指節(jié)上的遠(yuǎn)指節(jié)基座15跟隨一起運(yùn)動，并通過球頭扣連桿21帶動中指節(jié)部位的關(guān)節(jié)檢測驅(qū)動機(jī)構(gòu)110上的搖臂19轉(zhuǎn)動，使得與搖臂19聯(lián)動的電位器18能測量出操作者的遠(yuǎn)端指間關(guān)節(jié)(DIP)屈伸的角度和狀態(tài)，當(dāng)控制系統(tǒng)無力反饋信號時，則中指節(jié)部位的關(guān)節(jié)檢測驅(qū)動機(jī)構(gòu)110上的驅(qū)動部件111無動作，操作者的遠(yuǎn)指節(jié)可繞的遠(yuǎn)端指間關(guān)節(jié)(DIP)轉(zhuǎn)動不受干擾，當(dāng)控制系統(tǒng)有力反饋信號時，則中指節(jié)部位的關(guān)節(jié)檢測驅(qū)動機(jī)構(gòu)110上的驅(qū)動部件111啟動，通過減速齒輪組60的配合對搖臂19在其運(yùn)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(jù)與搖臂19聯(lián)動的電位器18檢測到的關(guān)節(jié)角度的變化，運(yùn)用相應(yīng)的數(shù)學(xué)算法持續(xù)地輸出和修正驅(qū)動力的大小，推動或阻礙的遠(yuǎn)端指間關(guān)節(jié)(DIP)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)該關(guān)節(jié)的力反饋功能。

在不使本發(fā)明的原理受到損害的情況下，上述構(gòu)成的細(xì)節(jié)和具體實(shí)施方式僅僅是當(dāng)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(hù)之內(nèi)。