[发明专利]外骨架式手臂关节信息检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种实现遥控操作机器人的人机交互装置，特别是涉及一种检测人手臂关节信息的检测装置。

背景技术

随着现代化工业生产的发展和进步，工业机器人早已经被广泛地用来代替工人完成一些简单和重复性的劳动。然而，由于人们越来越关注机器人在复杂、危险、恶劣环境中的应用，而现有工业机器人又不能很好的应对多变的环境，因而如何使机器人能够灵活、智能的为人类服务，已成为现在机器人研究领域的焦点问题。

机器人有两个发展方向：一、全自主方式工作的机器人，二、遥控操作的机器人。全自主方式工作的机器人一直是科研工作者所追求的目标。然而上世纪八十年代以来对智能机器人的研究表明全自主式智能机器人的应用在今后可以预见的时间内是难以实现的，这是因为几项支撑技术——控制、传感和人工智能等目前还不能满足发展全自主式智能机器人的需要。但是，随着原子能技术、空间技术和海洋技术的迅速发展，迫切需要大量能在危险环境下工作的机器人，因而工作在交互方式下遥控操作的机器人是一种现实可行的选择。工作在交互方式下的遥控操作的作机器人是完成远程作业任务的有力手段，所谓交互技术包括人与机器人的交互以及机器人与环境的交互。前者的意义在于由人去完成机器人在空间未知环境或任务中难以做到的规划和决策，后者的意义在于由机器人去完成人所不宜到达或不能到达的空间环境中的作业任务。例如，在原子能利用、空间探测、海洋开发、排险、医疗、军事等领域的应用。

手臂是人与外界进行接触及意识表达的主要媒介之一。人与机器人进行交互的传统接口设备无非就是按钮、手柄等，只能是间断性的操作按钮进行简单运动控制的设备，但随着遥控操作机器人执行的任务越来越复杂，对机械手的灵活性提出了更高的要求，控制机械手多个关节协调运动，成为技术关键。现有的交互装置又不能满足机器人对其灵活性的要求。所以手臂的灵巧性被牺牲了，不能让人脑更好的解放出来，阻碍了人对系统控制意识表达的全面性与灵活性，导致机器人难以在恶劣和危险的环境下迅速完成复杂的作业任务。

发明内容

本发明的目的是针对现有人机交互接口不能及时高效的表达人对机器人的控制意识；不能满足人对机器人各关节灵活性的要求。提出了一种外骨架式手臂关节信息检测装置。

本发明涉及一种外骨架式手臂关节信息检测装置。该装置主要采用了外骨架的结构形式，能适应不同手臂大小的设计理念。在本设计中，信号的检测、采集、传递、处理等环节，都考虑到精度、可靠性及实时性等。为完成对手臂关节之间角度的测量，设计的该手臂关节信息检测装置的各个关节和人手臂关节运动关系相对应的外骨架，通过角度传感器，获取手臂的运动信息。将采集到的角度信息交给单片机、PLC、计算机等信息处理设备进行处理。

本发明的具体技术方案：该发明的核心内容是一套能适应不同手臂大小的外骨架式手臂关节信息检测装置的设计。该装置是一个具有7个旋转关节的机械手臂，每个关节都有一个霍尔角度传感器与之对应。佩戴在人的肩部、手臂上，可跟随人的手臂自由运动。外骨架的肩部关节可检测人手臂的前后摆动、左右方向的抬放臂及绕上臂中轴的旋转动作；外骨架肘关节检测前臂相对于上臂的弯曲运动及前臂绕其中轴的旋转运动；外骨架腕关节检测手以手背面为参考面相对于手臂的弯曲运动及左右摆动。为了适应不同人的手臂，分别在上臂、前臂设计了长度手动调节装置及长度自动适应装置。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明进一步说明。

图1外骨架式手臂关节信息检测装置等轴测图。

图2上臂结构示意图。

图3腕关节示意图。

图4肘关节示意图。

图5肩关节示意图。

具体实施方式

本发明主要结构及零件：

1.肩关节  2.上臂  3.肘关节  4.前臂  5.腕关节

11.弹簧腔导向套  12.螺钉  13.传感器座  14.齿轮护罩  15.传感器  16.轴  17.齿轮  18腕部远端齿轮箱  19.万向连接头  20.腕部近端齿轮箱

31.齿轮轴  32.弹簧腔  33.滑块  34.弹簧腔滑槽  35.复位弹簧  36. 弹簧定位块  

41.肘关节连接头  42. 肩肘关节齿轮箱  43. 肩肘关节联接块  44.齿轮轴导向块  

51.手臂基座齿轮箱  52.肩部基座