[发明专利]磁流变力反馈式数据手套及应用其实现远程操作的方法

权利要求书

1.磁流变力反馈式数据手套，其特征在于：包括机械部分和控制系统部分，机械部分包括支架，支架底部前方设有一一对应于人体手部食指、中指、无名指、小指的四指连杆组，以及对应于人体手部拇指的拇指连杆组，四个四指连杆组的结构相同，支架顶部后侧对应四个四指连杆组以及一个拇指连杆组后端分别设置有磁流变阻尼器，磁流变阻尼器的活塞杆杆端分别指向前方，其中：

每个四指连杆组分别包括从后向前依次设置在支架前方的四指近指端指套、四指中指端指套、四指远指端指套，四指近指端指套与四指中指端指套之间、四指中指端指套与四指远指端指套之间铰接连接，四指远指端指套顶部铰接有倾斜向上的四指连杆VII，四指中指端指套顶部铰接有倾斜向上的四指连杆VI，四指连杆VI、四指连杆VII上端相互铰接且铰接处构成四指远端关节点，由四指远指端指套、四指中指端指套、四指连杆VI、四指连杆VII构成一个平面四杆机构；四指近指端指套顶部铰接有倾斜向上的四指连杆IV，四指连杆IV上端与四指远端关节点之间铰接有四指连杆V，且四指连杆V与四指连杆IV铰接处构成四指中间关节点，由平面四杆机构与四指近指端指套、四指连杆IV、四指连杆V并联构成平面多杆机构；平面多杆机构中的四指中间关节点处向后铰接有四指连杆III，四指连杆III后端铰接有倾斜向下的四指连杆II，且四指连杆III与四指连杆II铰接处构成四指近端关节点，四指连杆II下端铰接在支架底部前侧，构成平面多杆机构与四指连杆II、四指连杆III、支架的并联关系；四指近端关节点处向后上方倾斜连接有四指连杆I，四指连杆I后端与位置对应的磁流变阻尼器中活塞杆杆端之间铰接有滑块；

所述拇指连杆组包括从后向前依次设置在支架前方的拇指近指端指套、拇指远指端指套，拇指近指端指套、拇指远指端指套之间铰接连接，拇指远指端指套上部铰接有倾斜向上的拇指连杆I，拇指近指端指套上部铰接有倾斜向上的拇指连杆III，拇指连杆I上端与拇指连杆III上端相互铰接且铰接处构成拇指关节点，由拇指近指端指套、拇指远指端指套、拇指连杆III、拇指连杆I构成一个平面四杆机构；拇指近指端指套朝向最近四指连杆组的内侧面铰接有拇指连杆II，拇指连杆II向拇指近指端指套内侧延伸；所述支架底部前侧对应拇指连杆组位置设有三轴球铰链，三轴球铰链一个铰接口中向后球铰接有拇指连杆VI，三轴球铰链另一个铰接口中倾斜向上球铰接有拇指连杆VIII，三轴球铰链第三个铰接口中向拇指连杆组内侧方向球铰接有拇指连杆IV，其中拇指连杆IV杆端与拇指连杆II杆端之间铰接有拇指连杆VIIII，且拇指连杆VIIII与拇指连杆II铰接处构成拇指内侧关节点，拇指连杆VIII杆端与拇指关节点之间铰接有拇指连杆VII，拇指连杆VI后端向后铰接有拇指连杆V，拇指连杆V后端与位置对应的磁流变阻尼器中活塞杆杆端之间铰接有滑块；

位于四个四指连杆组各个关节点处、拇指连杆组各个关节点处分别设有角度传感器，所述角度传感器、磁流变阻尼器分别与控制系统部分连接，由角度传感器、磁流变阻尼器构成力觉来源机构。

2.根据权利要求1所述的磁流变力反馈式数据手套，其特征在于：所述控制系统部分包括数据采集卡、计算机、两组电流控制器、D/A转换器、A/D转换器、从机器人，所述计算机与数据采集卡双向通讯连接，各个关节点处的角度传感器输出端分别通过A/D转换器与数据采集卡的信号输入端连接，数据采集卡的信号输出端通过D/A转换器与电流控制器的输入端连接，电流控制器的输出端与从机器人手指的信号输入端对应连接；各个角度传感器的输出信号进入第一组A/D转换器进行信号的模数转换，然后分别送入数据采集卡；

从机器人的手指的信号输出端通过A/D转换器与数据采集卡的信号输入端连接，数据采集卡的信号输出端通过D/A转换器与电流控制器连接，电流控制器输出端与各个磁流变阻尼器输入端连接；从机器人的手指的信号输入到A/D转换器进行信号的转换，然后把数据采集到数据采集卡，经数据采集卡后通过D/A转换器进行信号的转换，然后传送至电流控制器，由电流控制器根据接收的信号对磁流变阻尼器进行反馈控制。

3.一种应用权利要求2所述的磁流变力反馈式数据手套实现远程操作的方法，其特征在于：为被动力反馈操作方法，包括以下步骤：

（1）进行系统初始化，调整角度传感器的初始值，磁流变阻尼器处于失电状态；

（2）由计算机发出指令开启控制系统，操作者看到从机器人与环境的交互，进行抓握；抓握过程中，角度传感器采集连杆机构测量的手指各关节的转角信号；

（3）所采集的转角信号经A/D转换器后输入到数据采集卡，由计算机求得抓握的过程中从机器人所需要转动的角度；

（4）计算机按照所需要的转动的角度向数据采集卡输出控制信号，经D/A转换器后驱动从机器人进行抓握操作；

（5）当从机器人抓握物品的过程中，收集从机器人手所受的力信号，经A/D转换器后输入到数据采集卡；

（6）计算机按照从机器人受力的情况计算出所需产生的反馈力进而计算出所需的控制电流值，然后向数据采集卡输出控制信号，控制磁流变阻尼器产生一定的阻尼力，进而使操作者感受到力觉；

（7）当操作者感觉所受的反馈力不足以拿稳物品的时候，重复（2）~（6）的过程，直至操作者感觉到力足以拿起物品。