[发明专利]一种基于软体变刚度关节驱动器的力反馈手套

说明书

本发明涉及一种基于软体变刚度关节驱动器的力反馈手套，包括关节驱动器，所述关节驱动器设置在手指的关节位置，用于限制手指关节的运动；所述关节驱动器包括变刚度密封结构和与所述变刚度密封结构内部联通的气管；控制系统通过气管对变刚度密封结构进行充气或抽气，通过控制变刚度密封结构内部的气压来控制其刚度，将关节驱动器直接安装在手指关节上，用限制关节运动的原理来设计力反馈手套，以限制关节运动来模拟手指抓握的感觉，避免了传动机构存在的运动副摩擦和传动机构的重量。

技术领域

本发明涉及一种穿戴式力反馈装置，特别涉及一种基于软体变刚度关节驱动器的力反馈手套。

背景技术

现有的力反馈手套通常由驱动器和传动机构连接组成，如发明申请CN107927950A中公开了一种用于虚拟现实技术的力反馈手套，在手套每一个手指处还设有弯曲控制机构，弯曲控制机构包括电机与带齿皮带，在外套五个指尖的指甲部位向上设有第二凸起区，电机设置在第二凸起区内，电机的输出轴上连接有带齿轮轴，所述的带齿轮轴与带齿皮带啮合，带齿皮带沿手套手指长度方向从手背延伸至指尖并绕过指尖向后延伸至手掌，带齿皮带的两端分别连接于手掌固定片的手背处和手掌处，电机通过转动分配手指上部和下部的带齿皮带长度来控制活动关节的弯曲程度。电机通过转动分配手指上部和下部的皮带长度，导致张力的不同从而控制手指活动关节的位置，使手套手指模拟人手弯曲，配合指尖处触感的力反馈。这种传动机构在将驱动器的力矩/力传递到手指时引入了运动副摩擦，从而降低了自由空间仿真模拟的反馈体验，而且传动机构增加了手套的重量，长时间佩戴会造成手指疲劳。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于软体变刚度关节驱动器的力反馈手套，为了避免传动机构的副作用，将关节驱动器直接安装在手指关节上，用限制关节运动的原理来设计力反馈手套，以限制关节运动来模拟手指抓握的感觉，避免了传动机构的运动副摩擦和传动机构的重量。

本发明的技术方案是：一种基于软体变刚度关节驱动器的力反馈手套，包括关节驱动器，所述关节驱动器设置在手指的关节位置，用于限制手指关节的运动；所述关节驱动器包括变刚度密封结构和与所述变刚度密封结构内部联通的气管；控制系统通过气管对变刚度密封结构进行充气或抽气，通过控制变刚度密封结构内部的气压来控制其刚度。

进一步地，变刚度密封结构内部包括多层薄片，多层薄片叠加在一起。

进一步地，在每个关节位置处设置独立的关节驱动器。

进一步地，在多个关节位置处设置共用的关节驱动器。

进一步地，关节驱动器设置在手指关节的手掌一侧或手背一侧或相邻手指侧，或半包裹手指关节或全包裹手指关节。

本发明具有以下有益效果：现有技术中，力反馈手套多采用刚性连杆结构，力反馈手套对手指提供的力集中在指尖上，这样的话就造成了两个问题。一是刚性连杆机构相对沉重，二是单一的驱动器没有办法对指尖提供任意方向的力，并且力的方向往往不可控。在本发明中，我们使用了柔性关节驱动器，比目前已知的力反馈手套更加轻便。并且我们在手指上每一个关节都设置了关节驱动器，通过改变不同关节驱动器的气压，可以对每一个关节分别进行控制。通过基于雅可比矩阵的力学控制模型，我们可以得到任意方向任意大小的指尖力所对应的关节力矩。

附图说明

图1是力反馈手套的原理示意图。

图2是关节驱动器结构示意图。

图3是关节驱动器的安装位置示意图。

图4是关节驱动器的安装方式示意图。

图5是力反馈手套的物理样机图。

图6是力反馈手套的控制系统示意图。

图7是控制系统各个参数的示意图。