[发明专利]一种用于遥操作的力觉反馈数据手套

说明书

本发明涉及一种用于遥操作的力觉反馈数据手套，属于人工智能与人机交互领域。本发明将应变片式弯曲传感器与微型气缸相结合，组成应用于虚拟操作以及遥操作的具有力反馈的数据手套。通过固定于手指背部的弯曲传感器测量人手各个手指关节实时运动的弯曲角度，然后将采集信息应用指尖映射算法，经过正逆运动变换实现远端机械手与主端操作手的运动映射。再通过将从端机械手的力觉信息转换为输入至于掌心的微型气缸的气压值，经过对微型气缸冲气从而实现力觉反馈。本发明大大降低了传统数据手套的成本，同时实现了主端操作手与从端机械手的力觉反馈，大大增加了人机交互系统的实时性与交互性。

技术领域

本发明属于智能机器人领域，涉及一种用于遥操作的力觉反馈数据手套。

背景技术

如今，人类的探索活动己经遍及世界各个角落，这些探索活动的危险性和复杂性日益增加，比如空间机器人维修、深海探索以及排除、拆解核化设施等。这些任务完成的复杂度以及精确度要求也日益提高，预编程执行器己经很难应付复杂多变的任务场景。同时操作员直接进入现场作业会对操作人员带来不可预知的人身伤害，出于对操作者安全的考虑，需要有足够可靠的执行设备进入现场代替操作人员进行这些作业，避免对人的直接的伤害，同时也能节省人力成本，提高效益。遥操作机器人是通过人对场景进行分析并做出决策，进而指导机器人去完成任务，由人和一系列中间环节共同构成一套遥操作机器人系统。而人机交互设备则是遥操作机器人系统的核心支撑设备，它用以传递操作者的控制意图以及向操作者反馈现场的信息。由于结合了人类所独有的应变决策能力以及机器人的执行能力，这些复杂而又危险的任务都能被更好地完成。

传统的人机交互设备一般只能实现视觉的交互,而要增加虚拟现实系统的沉浸感以及交互性,力觉和触觉的感知是不可或缺的。遥操作系统的操作者需要具有交互作用的远处场景的感觉,即要求对物体轮廓表面及抓握力进行探测和感知。在遥操作中,由于缺乏触觉感知反馈手段,而使许许多多的信息源很难反馈和显示给异地的用户,从而难以实现更加全面的人机交互作用。显而易见,没有基于虚拟现实的接触觉、力觉感知反馈作用,就很难满足各种工程实际应用的要求。

目前力觉接触交互接口很多,而具有力觉反馈的数据手套“力觉反馈数据手套”则是实现人机接触交互的理想接口装置之一。在现实世界中,人类对外部世界的作用大多是通过自己的手与物体的接触交互进行的。在此过程中,人手对物体产生作用力,并从物体得到触觉和力觉反馈。因此,力反馈数据手套作为人机交互接口设备的一种重要形式,对其进行研究和探索具有重要的理论意义和极高的应用价值。

发明内容

本发明提出一种用于遥操作的力反馈数据手套的，首先基于弯曲传感器和微型气缸设计出力反馈手套的硬件系统，通过将设计好的手套佩戴于人手，利用手指背部的弯曲传感器捕捉人手手指的弯曲度，采用指尖映射算法将采集到的手指弯曲信息经过正逆运动学的变化转化成从端机械手的关节角度信息，实现主从手的运动映射。再将从端的反馈的虚拟力换算成冲入微型气缸所需要的气压来实现力的反馈。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于遥操作的力觉反馈数据手套，其特征包括：

所涉及的力反馈数据手套包含两部分，手背处的运动捕捉部份和掌心处的力觉反馈部份。

手背处的运动捕捉部份包括；手套主体部份，通过固定绑带固定在手指外侧的五个弯曲传感器，固定在手背的pcb集合电路板，镶嵌在pcb板子上的微型处理器、姿态检测传感器以及通信器，并通过导线与之相连接。与pc机相连接的信号接收器。

掌心处的力觉反馈部份包括：固定于掌心处的两个机械结构，两两个机械结构用虎克铰连接。通过三个十字轴将三个微型气缸与机械底座连接。气缸末端用固定绑带与手套指尖末端固定。通过空气压缩机经由过滤器，油雾分离器，电磁阀，比例阀，对微型气缸进行充气。