[实用新型]一种实现手指多自由度力反馈的装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种增强遥操作或虚拟现实临场感的人机接口装置，尤其涉及一种实现手指多自由度力反馈的装置。

背景技术

工作在交互式下具有临场感的遥操作机器人系统是在复杂或非确定环境下完成作业任务的有效手段。另一方面，随着虚拟现实技术的不断发展，力觉临场感正逐渐成为其重要的一个发展方向。于是具有力反馈功能的数据手套成为了实现力觉临场感的主要的人机交互装置。

目前，国际上发展发展较为成熟的力反馈数据手套，是Cyber-Grasp手套，其主要的结构特点是：其是在传统数据手套的基础上，再加装力反馈装置以实现对操作手的力反馈。但其存在以下缺点：一、对操作手的力反馈自由度少、摩擦大，限制了操作手的自由运动。二、采用绳索传递力反馈驱动力，使得结构臃肿，且不能实现对操作手手指的双向主动力反馈。

发明内容

针对现有力反馈数据手套存在的上述各种缺点，本实用新型的目的在于提供一种结构简单的实现手指多自由度力反馈的装置；能实现对操作手单个手指3个自由度的关节角度信息检测及对对应各指节实现力反馈的装置。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型包括第一驱动器固定架、第一驱动器、第一轴连接器、第二驱动器固定架、第二驱动器、第二轴连接器、第一摇臂、П字形第一拉杆、П字形第二拉杆、第一固定辅助片、П字形第一拉杆固定架、П字形第二拉杆固定架、第一指节固定座、第一力反馈指环、第三驱动器固定座、第三驱动器、第三轴连接器、第二摇臂、П字形第三拉杆、第二固定辅助片和第二力反馈指环；

第一驱动器输出轴向下固定在第一驱动器固定架上, 第二驱动器固定架通过第一轴连接器固定在第一驱动器的输出轴上，第二驱动器输出轴水平固定在第二驱动器固定架上 ，第一摇臂通过第二轴连接器固定在第二驱动器的输出轴上，П字形第一拉杆的中部上端与П字形第二拉杆的中部上端都通过第一固定辅助片铰接在第一摇臂上，П字形第一拉杆固定架铰接在П字形第一拉杆的两端头上，П字形第二拉杆固定架铰接在П字形第二拉杆的两端头上，П字形第一拉杆固定架和П字形第二拉杆固定架固定在第一指节固定座上，第一力反馈指环固定在第一指节固定座上，第三驱动器固定座固定在第一指节固定座上，第三驱动器输出轴水平固定在第三驱动器固定座上；第二摇臂通过第三轴连接器固定在第三驱动器的输出轴上，П字形第三拉杆的中部上端通过第二固定辅助片铰接在第二摇臂上，第二力反馈指环铰接在П字形第三拉杆的两端头上。

所述的第一驱动器的输出轴为第一转动副，第二驱动器的输出轴为第二转动副，П字形第一拉杆铰接在第一摇臂上为第三转动副，П字形第二拉杆铰接在第一摇臂上为第四转动副，П字形第一拉杆固定架铰接在П字形第一拉杆的两端头上为第五转动副，П字形第二拉杆固定架铰接在П字形第二拉杆的两端头上为第六转动副，第三驱动器输出轴为第七转动副，П字形第三拉杆铰接在第二摇臂上为第八转动副，第二力反馈指环铰接在П字形第三拉杆的两端头上为第九转动副。

所述的第二转动副、第四转动副、第六转动副和操作手自身对应关节共同构成第一个平行四边形连杆结构；所述的第三转动副、第四转动副、第五转动副和第六转动副构成第二个平行四边形连杆结构；所述的第七转动副、第八转动副、第九转动副和操作手自身对应关节共同构成第三个平行四边形连杆结构；以上连杆结构构成了实现对操作手指对应关节角度的间接检测与主动控制的三个平行四边形连杆结构。

所述的两个力反馈指环结构相同，都集成有压力传感器；力反馈指环主体由高密度海绵构成，力反馈指环内壁上下左右各有一个压力传感器；其中一个力反馈指环外壁水平两对侧均粘接有第一金属固定片和第二金属固定片，第一金属固定片和第二金属固定片的中间开有用于铰接于拉杆上的小孔，。

所述的三个驱动器都是由各自的驱动电机、齿轮减速器和角度传感器所组成，各自的驱动电机通过各自的齿轮减速器把驱动力传递给各自的输出轴，在每个输出轴上均安装有角度传感器来检测各自的控制输出的角度。

本实用新型具有的有益效果是：

1、采用摇臂铰接П字形拉杆、П字形拉杆两端头铰接于力反馈指环的机械结构，并利用操作手自身对应关节使其与上述力反馈机构共同组成平行四边形连杆结构，实现了对操作手对应关节角度姿态的间接检测与主动控制。这种设计结构比以往的力反馈结构更加简洁，提高了系统的可靠性。