[实用新型]手部力觉感知器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种实现遥操作机器人控制的人机接口装置，尤其涉及一种虚拟现实应用的手部力觉感知器。

背景技术

随着交互式遥操作机器人的广泛应用，将需要大量的具有力觉反馈作用的人机接口装置。数据手套和机器人手控器是两种常见的遥操作机器人的人机接口装置，机器人手控器是实现遥操作机器人控制的很有效的人机接口装置，但手控器相对而言，机械结构复杂，在固定的平台上操作，限制了手的活动范围，而且长时间操作后，操作者会感到劳累。传统的数据手套一般都能够较为准确地测量手指关节的转角和手指间的转角，并根据测量数据对远程机械手的抓取等动作进行控制，但不具有力觉反馈功能。力反馈数据手套作为一种人机接口装置，它一方面通过测量操作者手部的位置信息作为控制指令来控制机械手或虚拟现实中的虚拟机械手跟踪人手的运动，另一方面，将机器人反馈回来的力觉和触觉信息转换成直接作用于人手的力或力矩，使操作者产生在远地机器人工作现场或虚拟机器人工作现场的“身临其境”的力觉/触觉临场感效果，从而实现对机器人带感觉的控制，或者在虚拟环境中产生真实的触摸感受，而且它克服了手控器机械结构复杂、手的活动范围小和传统数据手套不具有力反馈功能的缺点，具有广泛的使用前景。

但是，力反馈数据手套的成本较高，而且力反馈可以分为主动型和被动型，力反馈数据手套的力反馈装置可以装在手掌和手臂上，一般用一组机械结构固定在手臂，用微电机进行驱动；也有通过一组气动或液压装置固定在手掌上，用气或液休驱动。安装在手臂上的力反馈装置因其在手臂上，所以手可以自由的张开和握紧，但由于机构较为复杂，使这种力反馈装置重量较大，戴上这种力反馈数据手套长时间操作后手容量感到疲劳，而且控制电路也较为复杂，控制电路和驱动电机也要放置在工作平台上。安装在手掌上的力反馈装置的尺寸可以做得小一点，所以重量较轻，但是由于装置安装在手掌上，使手的张合受到影响，手掌不能完全握紧，另外，不管是气动还是液压的，都要有压力源，控制电路也比较复杂。

发明内容

本实用新型提供一种结构简单轻便且不需要数据手套的手部力觉感知器。

本实用新型采用如下技术方案：

一种用于实现遥操作机器人控制和虚拟现实应用的手部力觉感知器，包括第一连杆和第二连杆，在第一连杆和第二连杆之间设有无源力发生器，无源力发生器包括外壳，在外壳内充有流变液，在外壳内设有阻尼片和激励源，在阻尼片上连接有输出轴，所述第一连杆的一端与无源力发生器的外壳连接，所述第二连杆的一端与无源力发生器的输出轴连接，在第一连杆的另一端转动连接有第一端板，在第一端板上设有力传感器，在第二连杆的另一端转动连接有第二端板。

所述的无源力发生器中的激励源可以进一步采用如下之一的方案：

(1)无源力发生器中的激励源包括第一电极和设在阻尼片上的第二电极且第一电极与第二电极相面对，所述的无源力发生器中的流变液为电流变液。

(2)无源力发生器中的激励源包括设在外壳内壁上的第一线圈和第二线圈，所述的无源力发生器中的流变液为磁流变液。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

1、本实用新型的整个装置为穿戴式结构，结构简单，主要是由第一连杆的一端同无源力发生器的外壳固联，第二连杆的一端同无源力发生器的输出轴铰联构成转动结构，增加了手部运动的自由度，使手在舒适合理的范围内运动，更加符合手的运动规律，并能体现出手部肌体组织的柔顺性。在现有的力反馈装置中，其中CyberGrasp是通过把较为复杂的机构安装在手背上，在每个手指固定一根细线，用一个微型电机拉动线使手指产生力的感觉，因其机械结构复杂、重量较大，使操作者长时间操作后产生疲劳，另外，接口电路和驱动电机要另外安装在一个远处的控制盒内，从而使摩擦力增大且手的活动范围也受到限制。Rutgers Master II力反馈数据手套是通过一组安装在手掌上的机构组成，重量较轻，摩擦力也较小，但由于其是气动的，所以必须提供额外高压气源，其控制装置也比较复杂。而基于数据手套的力反馈装置，其主要部件是一个开纵向槽的活塞，虽结构简单，但由于活塞的运动自由度受到限制，手只能在一个方向上运动，手部运动单一受限。

2、采用无源力觉再现方法，具有安全性高，体积小的优点。

3、采用力传感器测量指端力，将手指端部与连杆端部相互作用力的测量结果反馈给控制器构成力闭环控制，使得力控制的准确性和稳定性增加。

综上，本实用新型的手部力觉感知器具有结构简单，控制准确，成本低且易于实现以及运行安全可靠的优点。

附图说明