無名指力反饋裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種檢測人手手指運動狀態(tài)，并具有雙向反饋力的作用的裝置。
【背景技術】
[0002]由于科學技術的發(fā)展，機器人逐漸在越來越大的范圍內被使用，遙操作機器人作為一種性能可靠、技術成熟的機器人被廣泛用于各種危險的、情況復雜的、人類無法到達的環(huán)境中工作，它采用的是非?？煽康目刂品绞剑苯佑刹僮髡甙l(fā)出指令來控制。隨著遙操作機器人執(zhí)行的任務越來越復雜，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，而要對復雜的機械手實施遙操作，控制機械手多個手指的多個關節(jié)一起協(xié)調運動，以實現特定功能，這就需用到數據手套，而具有力反饋功能的數據手套是對機器人的機械手實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械手的手指跟蹤人手手指運動，并能將機械手各個關節(jié)在運動過程中的受力情況在數據手套上模擬出來，作用在操作者的手上，使操作者產生很強的臨場感。此外，近年來虛擬仿真技術不斷發(fā)展，其主要的交互設備就是力反饋數據手套，例如在一個由計算機虛擬的場景里，控制一雙虛擬的人手拆卸或裝配機器等，還有游戲、3D動畫制作等都需要用到力反饋數據手套，但目前市場上的力反饋數據手套系統(tǒng)復雜，價格極為昂貴，使其無法大量普及、推廣和使用。

【發(fā)明內容】

[0003]本發(fā)明的目的是針對現有的力反饋數據手套價格昂貴、系統(tǒng)復雜、維護困難等缺點，提出了一種將外置角度傳感器和關節(jié)雙向主動驅動裝置結合為一體，在檢測人手關節(jié)運動信息的同時也將反饋回來的力覺信息轉化成力或力矩直接作用于人手的方法，極大簡化了復雜的力反饋數據手套系統(tǒng)。本發(fā)明是用于與計算機、機械手交互作用的裝置，由無名指遠指節(jié)基座，關節(jié)檢測驅動機構，掌指關節(jié)檢測驅動機構和手掌基座組成，該裝置固定在操作者手指上，無名指力反饋裝置在檢測手指關節(jié)運動的角度和狀態(tài)的同時可根據需要對其施加力的作用實現力反饋控制。本發(fā)明在關節(jié)的驅動部件里加入了離合器，當系統(tǒng)有力反饋信號時，驅動電機連接被驅動的關節(jié)，并對關節(jié)施加力的作用，當系統(tǒng)沒有力反饋信號時，驅動電機斷開被驅動關節(jié)的連接，減少和降低了關節(jié)運動的阻力，使關節(jié)的運動更加順暢。本發(fā)明檢測關節(jié)運動的角度由設置在裝置上相應的角度傳感器通過相應的數學算法測量，被檢測的關節(jié)在其運動方向或復雜運動的分解方向上都設置有獨立的驅動部件，每一個驅動部件又與被檢測的關節(jié)上相應的角度傳感器配合工作形成閉環(huán)控制，以實現力反饋控制并提高其精確性。本發(fā)明可以精確、靈敏地檢測出相應的手指關節(jié)運動的角度和狀態(tài)，并對被檢測的關節(jié)具有雙向力反饋功能，使用簡單，穿戴方便，容易維護，并可極大降低力反饋數據手套的成本。
【附圖說明】
[0004]圖1是無名指力反饋裝置的軸測圖。。
[0005]圖2是驅動部件111的結構示意圖。
[0006]圖3是無名指力反饋裝置的結構示意圖。
[0007]圖4是掌指關節(jié)檢測驅動機構108的三視圖及軸測圖。
[0008]圖5是掌指關節(jié)檢測驅動機構108的結構示意圖。
[0009]圖6是關節(jié)檢測驅動機構109的三視圖及軸測圖。
[0010]圖7是關節(jié)檢測驅動機構109的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0011]本發(fā)明主要零部件:
[0012]102.手掌基座60.減速齒輪組 108.掌指關節(jié)檢測驅動機構
[0013]109.關節(jié)檢測驅動機構111.驅動部件12.無名指遠指節(jié)基座
[0014]18.角度傳感器20.球頭21.球頭扣連桿
[0015]22.齒輪箱底座29.掌指關節(jié)基座 40.微型電機
[0016]41.離合器摩擦片42.摩擦片滑桿 43.回位拉簧
[0017]44.離合器蓋53.指節(jié)基座58.指節(jié)基座
[0018]【具體實施方式】一:如圖2所示，所述無名指力反饋裝置包括驅動部件111，所述驅動部件111包括微型電機40和離合器，所述離合器由離合器摩擦片41、摩擦片滑桿42、回位拉簧43、離合器蓋44組成，摩擦片滑桿42與微型電機40的軸固接，兩片離合器摩擦片41分別套入摩擦片滑桿42兩端，兩片離合器摩擦片41之間連接有回位拉簧43，離合器蓋44套入微型電機40的軸，離合器蓋44與微型電機40的軸之間為滑動接觸，離合器蓋44上設有傳動齒輪。動作實施過程:當微型電機40轉速高于一定值時，兩片離合器摩擦片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器蓋44的內壁接觸，對離合器蓋44產生摩擦力，帶動離合器蓋44轉動；當微型電機40轉速低于一定值時，兩片離合器摩擦片41在回位拉簧43的作用下向軸心方向滑動，與離合器蓋44的內壁分離，切斷離合器蓋44與微型電機40的連接。
[0019]【具體實施方式】二:如圖1、圖4和圖5所示，所述掌指關節(jié)檢測驅動機構108包括驅動部件111、搖臂27、掌指關節(jié)基座29、連桿38、齒輪箱蓋50和兩個角度傳感器18。掌指關節(jié)基座29底部(內嵌軸承39)與一個角度傳感器18的軸通過螺釘36固接，所述掌指關節(jié)基座29可繞底部角度傳感器18的軸心轉動，所述掌指關節(jié)基座29下部外緣設有齒輪59，齒輪59的軸心與掌指關節(jié)基座29底部的角度傳感器18的軸心重合，另一個角度傳感器18通過螺釘35固定在掌指關節(jié)基座29的孔座L內，所述角度傳感器18的軸與搖臂27(內嵌軸承23)的一端通過螺釘36固接，所述搖臂27上的齒輪軸心與搖臂轉動的軸心重合，所述搖臂27的齒輪通過減速齒輪組60的配合與驅動部件111的齒輪嚙合，所述驅動部件111安裝在掌指關節(jié)基座29上，所述搖臂27另一端與連桿38 —端通過螺釘24鉸接。
[0020]【具體實施方式】三:如圖1、圖6和圖7所示,所述關節(jié)檢測驅動機構109包括驅動部件111、角度傳感器18、搖臂19、齒輪箱蓋51、齒輪箱蓋52和指節(jié)基座53。所述指節(jié)基座53設有一個孔座M和一排用于球頭20或螺釘24的安裝孔Q，所述角度傳感器18通過螺釘36固定于指節(jié)基座53的孔座M內，所述孔座M內的角度傳感器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的配合與驅動部件111的齒輪嚙合，所述驅動部件111安裝在指節(jié)基座53上，所述搖臂19另一端固接球頭20。
[0021]【具體實施方式】四:如圖1、圖3所示，所述無名指力反饋裝置包括與手掌基座102順序鉸接的掌指關節(jié)檢測驅動機構108、無名指近指節(jié)部位的關節(jié)檢測驅動機構109、無名指中指節(jié)部位的關節(jié)檢測驅動機構109和無名指遠指節(jié)基座12，每相鄰的兩個機構鉸接處均安裝有檢測關節(jié)動作的角度傳感器18及驅動部件111，檢測無名指各個指節(jié)在三維空間中的位置和運動狀態(tài)，并在驅動部件111的作用下實現力反饋功能。
[0022]所述無名指近指節(jié)部位的關節(jié)檢測驅動機構109上的指節(jié)基座53半包圍無名指近指節(jié)，其包圍結合處的橫截面為“C”形，開口朝向手掌正面一側。所述掌指關節(jié)檢測驅動機構108的連桿38與無名指近指節(jié)部位的關節(jié)檢測驅動機構109通過螺釘24鉸接于安裝孔Q處，所述掌指關節(jié)檢測驅動機構108底部的角度傳感器18固定在手掌基座102的孔座D內，所述掌指關節(jié)檢測驅動機構108的外緣齒輪59通過減速齒輪組60的配合與安裝在手掌基座102上的驅動部件111的齒輪嚙合，該驅動機構通過齒輪箱蓋55固定。動作實施過程:人手無名指的近指節(jié)可繞掌指關節(jié)(MP)轉動，可將其分解為兩個方向上的分運動，一個是平行于無名指近指節(jié)側面的屈伸運動，另一個是平行于無名指近指節(jié)背面的外展或內收運動，當操作者無名指的掌指關節(jié)(MP)做屈伸運動時，依附于無名指近指節(jié)的關節(jié)檢測驅動機構109跟隨一起運動并通過連桿38帶動搖臂27轉動，使得孔座L內與搖臂27聯動的角度傳感器18能測量出操作者無名指的掌指關節(jié)(MP)屈伸的角度和狀態(tài)，當控制系統(tǒng)無力反饋信號時，則掌指關節(jié)檢測驅動機構108上的驅動部件111無動作，搖臂27動作不受干擾，當控制系統(tǒng)有力反饋信號時，則掌指關節(jié)檢測驅動機構108上的驅動部件111啟動，通過減速齒輪組60的配合對搖臂27在其運動方向上施加一個同向或反向的力，同時控制系統(tǒng)再根據孔座L內的角度傳感器18檢測到的關節(jié)角度的變化，運用相應的數學算法持續(xù)地輸出和修正驅動力的大小，推動或阻礙無名指的掌指關節(jié)(MP)屈伸運動，實現該關節(jié)的力反饋功能；當操作者無名指的掌指關節(jié)(MP)做外展或內收運動時，在該動作方向上，關節(jié)檢測驅動機構109與連桿38、搖臂27是剛性連接的，所以關節(jié)檢測驅動機構109直接帶動掌指關節(jié)檢測驅動機構108繞其底部的角度傳感器18的軸心轉動，使得孔座D內的角度傳感器18能測量出操作者無名指的掌指關節(jié)(MP)外展或內收的角度和狀態(tài)，當控制系統(tǒng)無力反饋信號時，則手掌基座102上的驅動部件111無動作，掌指關節(jié)檢測驅動機構108的運動不