[实用新型]双向力反馈从手手臂控制装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种检测人手手臂运动状态，并具有双向主动驱动的力反馈功能从手手臂控制装置。

背景技术

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，控制机械手手臂多个关节一起协调运动，以实现特定功能，这就需要用到机械手手臂控制装置，而具有力反馈功能的从手手臂控制装置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臂各个关节的位置信息作为控制指令控制机械手的手臂跟踪人手手臂运动，并能将机械手手臂各个关节在运动过程中的受力情况在从手手臂控制装置上模拟出来，作用在操作者的手臂上，使操作者产生很强的临场感。此外，近年来虚拟现实交互技术不断发展，双向力反馈从手手臂控制装置可作为一种主要的交互设备，参与到虚拟现实交互系统的构建中，例如在一个由计算机虚拟的场景里，操作者通过双向力反馈从手手臂控制装置控制一双虚拟的人手拆卸或装配机器等，还有远程手术、游戏、3D动画制作等都需要用到双向力反馈从手手臂控制装置。目前市场上的力反馈手臂控制系统复杂，体积庞大，价格极为昂贵，使其无法大量普及、推广和使用。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有的力反馈从手手臂控制装置价格昂贵、系统复杂、体积庞大、维护困难等缺点，提出了一种外构架式结构，将角度传感器和关节主动驱动装置结合为一体，在检测人手手臂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手臂的方法，极大简化了复杂的力反馈从手手臂控制系统。本实用新型是用于与计算机、机械手等交互作用的设备，由手套基座、手腕及前臂运动检测驱动机构、肘部及上臂运动检测驱动机构、肩部运动检测驱动机构组成，手套基座固定在人手手掌部位，手腕及前臂运动检测驱动机构固定在前臂上靠近手腕关节的部位，肘部及上臂运动检测驱动机构固定在上臂上靠近手臂肘部关节的部位，肩部运动检测驱动机构固定在人体背部对应的肩关节部位，各个部位之间的机构通过连杆顺序铰接。本实用新型使用充气方式固定上臂及前臂上的关节检测驱动机构，使其穿戴和固定更加方便，测量更加准确。本实用新型在关节的驱动部件里加入了离合装置，当系统有力反馈信号时，电机转动并连接离合装置驱动被驱动的关节，对该关节的运动施加力的作用，当系统没有力反馈信号时，电机停止转动并断开与离合装置的连接，减少和降低了关节运动的阻力，使关节的运动更加顺畅。双向力反馈从手手臂控制装置检测手臂各个关节的运动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，所有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驱动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。本实用新型可以精确、灵敏地检测出在三维空间中人手手腕关节的运动、前臂绕其轴线的旋转运动、肘部关节的运动、上臂绕其轴线的旋转运动、肩部关节的运动，并对每个关节具有双向主动驱动的力反馈功能，该装置成本低，使用简单，穿戴方便，容易维护。

附图说明

图1是本实用新型整体结构的轴侧图。

图2是本实用新型整体结构的下视图

图3是装置固定机构100与肩部运动检测驱动机构101的结构示意图。

图4是关节检测驱动部件105-1、105-2、105-3、105-4、105-5、105-6的结构示意图。

图5是肘部及上臂运动检测驱动机构102的轴侧图。

图6是肘部及上臂运动检测驱动机构102的结构示意图。

图7是上臂固定环106的轴侧图。

图8是手腕及前臂运动检测驱动机构103的轴测图。

图9是手腕及前臂运动检测驱动机构103的结构示意图。

图10是手腕关节检测驱动部件108-1、108-2的结构示意图。

图11是前臂固定环107的轴侧图。

图12是手套基座104的结构示意图。

具体实施方式

本实用新型主要零部件：

100.装置固定机构    101.肩部运动检测驱动机构    102.肘部及上臂运动检测驱动机构