[发明专利]具有手指位置同步测量和指尖力反馈功能的外骨骼手套

说明书

本发明涉及具有手指位置同步测量和指尖力反馈功能的外骨骼手套，包括手背手腕穿戴装置以及分别固定在手背手腕穿戴装置上的小拇指外骨骼机构、无名指外骨骼机构、中指外骨骼机构、食指外骨骼机构以及大拇指外骨骼机构，外骨骼机构中的关节长度可调。由上述技术方案可知，本发明的外骨骼手套能同时实现手指位置的同步测量以及指尖力的反馈，结构简单，控制方便，安全可靠。

技术领域

本发明涉及人机交互穿戴领域，具体涉及一种具有手指位置同步测量和指尖力反馈功能的外骨骼手套。

背景技术

随着人机交互的广泛应用，人机交互的体验也愈发的重要，数据手套作为一种可穿戴设备，应用于人机交互过程中。传统的数据手套一般能够测量手指关节的角度，进而通过测得的位姿，实现对执行机械手的控制。传统的数据手套不具有力反馈的功能，力反馈数据手套不仅能实现对执行机械手的主从控制，而且可以将末端执行机械手的受力通过力反馈装置反馈到人手，实现更好的临场感，从而进行精密复杂的主从作业。

传统的外骨骼力反馈数据手套，如：公开号CN100372503C的中国专利申请公开了一种基于气动人工肌肉的力反馈数据手套、Cyber-grasp（力反馈数据手套）、SensoerGloveII力反馈数据手套等，一般有以下缺点：1）为了提供足够的反馈力，驱动结构较为臃肿，大多数主动力反馈方式存在安全隐患；2）角度测量、驱动和外骨骼机构相分离，导致结构比较复杂；3）使用时手套必须和操作者手指紧密固定，运动和力反馈过程中指节额外受力，影响临场感。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有手指位置同步测量和指尖力反馈功能的外骨骼手套，该手套结构简单，佩戴方便，并能同时实现手指位置同步测量和力反馈功能。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：包括手背手腕穿戴装置以及分别固定在手背手腕穿戴装置上的小拇指外骨骼机构、无名指外骨骼机构、中指外骨骼机构、食指外骨骼机构以及大拇指外骨骼机构，其中：

小拇指外骨骼机构、无名指外骨骼机构、中指外骨骼机构、食指外骨骼机构均为三指节外骨骼机构，所述的三指节外骨骼机构包括依次相连的掌骨外骨骼、近指节外骨骼、中指节外骨骼及远指节外骨骼，所述的掌骨外骨骼与近指节外骨骼之间、近指节外骨骼与中指节外骨骼之间、中指节外骨骼与远指节外骨骼之间分别通过近指关节组件、中指关节组件、远指关节组件相连；所述的三指节外骨骼机构还包括第一磁流变力反馈机构以及第一微电机和棘轮锁定机构；

所述的大拇指外骨骼机构为两指节外骨骼机构，所述的两指节外骨骼机构包括依次相连的拇指近指节外骨骼、拇指中指节外骨骼及拇指远指节外骨骼，所述的拇指近指节外骨骼与拇指中指节外骨骼之间、拇指中指节外骨骼与拇指远指节外骨骼之间分别通过拇指中指节关节组件、拇指远指节关节组件相连；所述的两指节外骨骼机构还包括第二磁流变力反馈机构以及第二微电机和棘轮锁定机构；

所述的近指关节组件、中指关节组件、远指关节组件、拇指中指节关节组件、拇指远指节关节组件的长度可调；

所述的第一磁流变力反馈机构包括第一盘式磁流变阻尼器、固定在第一盘式磁流变阻尼器转轴上的第一直齿轮、固定在第一转轴上的第三直齿轮以及同时与第一直齿轮及第三直齿轮相啮合的第二直齿轮；

所述的第二磁流变力反馈机构包括第二盘式磁流变阻尼器、固定在第二盘式磁流变阻尼器转轴上的第四直齿轮、固定在第四转轴上的第六直齿轮以及同时与第四直齿轮及第六直齿轮相啮合的第五直齿轮。

所述的手背手腕穿戴装置包括固定架主体，所述固定架主体的前端上部形成用于固定小拇指外骨骼机构、无名指外骨骼机构、中指外骨骼机构及食指外骨骼机构的台阶面，该台阶面的高低分布形态与人手小拇指、无名指、中指及食指的基关节高低位置相对应；所述固定架主体的后端设有用于固定大拇指外骨骼机构的拇指近指节固定板，所述的拇指近指节固定板通过第六转轴与固定架主体的后端相铰接，所述的第六转轴上设有第六角度传感器；