[發明專利]一種基于軟體變剛度關節驅動器的力反饋手套

有效

• 申請號: 201811112345.0
• 申請日: 2018-09-25
• 公開（公告）號: CN109247638B
• 公開（公告）日: 2020-12-18
• 發明（設計）人: 王黨校;張昱;王子琦;張玉茹
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: A41D19/00
• 分類號: A41D19/00;G06F3/01
• 代理公司: 北京薈英捷創知識產權代理事務所(普通合伙) 11726
• 代理人: 段志慧

本發明涉及一種基于軟體變剛度關節驅動器的力反饋手套，包括關節驅動器，所述關節驅動器設置在手指的關節位置，用于限制手指關節的運動；所述關節驅動器包括變剛度密封結構和與所述變剛度密封結構內部聯通的氣管；控制系統通過氣管對變剛度密封結構進行充氣或抽氣，通過控制變剛度密封結構內部的氣壓來控制其剛度，將關節驅動器直接安裝在手指關節上，用限制關節運動的原理來設計力反饋手套，以限制關節運動來模擬手指抓握的感覺，避免了傳動機構存在的運動副摩擦和傳動機構的重量。

技術領域

本發明涉及一種穿戴式力反饋裝置，特別涉及一種基于軟體變剛度關節驅動器的力反饋手套。

背景技術

現有的力反饋手套通常由驅動器和傳動機構連接組成，如發明申請CN107927950A中公開了一種用于虛擬現實技術的力反饋手套，在手套每一個手指處還設有彎曲控制機構，彎曲控制機構包括電機與帶齒皮帶，在外套五個指尖的指甲部位向上設有第二凸起區，電機設置在第二凸起區內，電機的輸出軸上連接有帶齒輪軸，所述的帶齒輪軸與帶齒皮帶嚙合，帶齒皮帶沿手套手指長度方向從手背延伸至指尖并繞過指尖向后延伸至手掌，帶齒皮帶的兩端分別連接于手掌固定片的手背處和手掌處，電機通過轉動分配手指上部和下部的帶齒皮帶長度來控制活動關節的彎曲程度。電機通過轉動分配手指上部和下部的皮帶長度，導致張力的不同從而控制手指活動關節的位置，使手套手指模擬人手彎曲，配合指尖處觸感的力反饋。這種傳動機構在將驅動器的力矩/力傳遞到手指時引入了運動副摩擦，從而降低了自由空間仿真模擬的反饋體驗，而且傳動機構增加了手套的重量，長時間佩戴會造成手指疲勞。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的缺陷，提供一種基于軟體變剛度關節驅動器的力反饋手套，為了避免傳動機構的副作用，將關節驅動器直接安裝在手指關節上，用限制關節運動的原理來設計力反饋手套，以限制關節運動來模擬手指抓握的感覺，避免了傳動機構的運動副摩擦和傳動機構的重量。

本發明的技術方案是：一種基于軟體變剛度關節驅動器的力反饋手套，包括關節驅動器，所述關節驅動器設置在手指的關節位置，用于限制手指關節的運動；所述關節驅動器包括變剛度密封結構和與所述變剛度密封結構內部聯通的氣管；控制系統通過氣管對變剛度密封結構進行充氣或抽氣，通過控制變剛度密封結構內部的氣壓來控制其剛度。

進一步地，變剛度密封結構內部包括多層薄片，多層薄片疊加在一起。

進一步地，在每個關節位置處設置獨立的關節驅動器。

進一步地，在多個關節位置處設置共用的關節驅動器。

進一步地，關節驅動器設置在手指關節的手掌一側或手背一側或相鄰手指側，或半包裹手指關節或全包裹手指關節。

本發明具有以下有益效果：現有技術中，力反饋手套多采用剛性連桿結構，力反饋手套對手指提供的力集中在指尖上，這樣的話就造成了兩個問題。一是剛性連桿機構相對沉重，二是單一的驅動器沒有辦法對指尖提供任意方向的力，并且力的方向往往不可控。在本發明中，我們使用了柔性關節驅動器，比目前已知的力反饋手套更加輕便。并且我們在手指上每一個關節都設置了關節驅動器，通過改變不同關節驅動器的氣壓，可以對每一個關節分別進行控制。通過基于雅可比矩陣的力學控制模型，我們可以得到任意方向任意大小的指尖力所對應的關節力矩。

附圖說明

圖1是力反饋手套的原理示意圖。

圖2是關節驅動器結構示意圖。

圖3是關節驅動器的安裝位置示意圖。

圖4是關節驅動器的安裝方式示意圖。

圖5是力反饋手套的物理樣機圖。

圖6是力反饋手套的控制系統示意圖。

圖7是控制系統各個參數的示意圖。