[發明專利]一種基于軟體驅動器的力反饋手套

有效

• 申請號: 201811237973.1
• 申請日: 2018-10-23
• 公開（公告）號: CN109460146B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發明（設計）人: 王黨校;王子琦;張昱;張玉茹
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: 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

1.一種基于軟體驅動器的力反饋手套，其特征在于：包括軟體驅動器和軟體驅動器的控制系統，所述軟體驅動器可彎曲并產生彈力；

所述軟體驅動器的一端與手背連接，另一端通過剛性連桿與手指指尖連接，從而實現力的傳遞；在自由空間狀態下，手指可抓握的范圍內，所述軟體驅動器彎曲產生的阻力不超過限定數值；在約束空間狀態時，所述軟體驅動器充氣彎曲，所述軟體驅動器產生的力通過所述剛性連桿傳遞到手指，從而產生反饋力；

剛性連桿的兩端分別與手指指尖和軟體驅動器的端部連接，當手指處于伸展狀態和抓握狀態時，剛性連桿的長度即為剛性連桿允許的最大長度和最小長度，此時軟體驅動器與剛性連桿連接點的位置分別為A(x_A，y_A)與A′(x_A′，y_A′)，剛性連桿與手指指尖連接點的位置分別為B(x_B，y_B)與B′(x_B′，y_B′)，同時兩個位置即為軟體驅動器彎曲量的限定范圍，自由狀態下，剛性連桿與軟體驅動器連接點的運動位置必須在A與A′之間，剛性連桿與手指尖連接點的運動位置必須在B(x_B，y_B)與B′(x_B′，y_B′)之間；

在自由空間下手指伸展狀態時：

在自由空間下手指抓握狀態時：

由此得到剛性連桿的直線長度范圍l_A′B′≤L≤l_AB；

在抓握狀態下L越小，軟體驅動器的變形越大，產生的力越大，手掌的抓握阻力越大，充氣之后，阻力增大的更加明顯，不利于約束空間性能的優化，因此L＝l_AB；

所述剛性連桿為圓弧形狀，剛性連桿所在圓弧的方程為：

x²+y²+Dx+Ey+F＝0(D²+E²-4F＞0)：

其中A′(x_A′，y_A′)、B′(x_B′，y_B′)為剛性連桿在自由空間下抓握狀態時的兩個端點，剛性連桿的長度為L＝l_AB，為了確定A′的具體位置，可以通過作圖法確定，以B′為圓心，半徑為l_AB、0點為圓心，半徑為l_AB為半徑作圓，兩圓相交的交點即為A′的位置；剛性連桿最先和靠近手指端部的指尖關節發生干涉，將其定義為點C′(x_C′，y_C′)，在臨界狀態即剛性連桿剛好與手指剛剛發生干涉時，C′點正好在連桿所在的圓弧上；確定圓弧上A′、B′、C′的三個點的坐標，將三個點坐標代入到圓弧所在方程中即可求出D、E、F三點的值，根據下方公式可得所在圓弧的半徑R；

2.根據權利要求1所述的一種基于軟體驅動器的力反饋手套，其特征在于：所述軟體驅動器包括變形層和非變形層，變形層的一側靠近手背側安裝，非變形層的一側遠離手背側安裝。

3.根據權利要求2所述的一種基于軟體驅動器的力反饋手套，其特征在于：所述軟體驅動器的變形層由硅膠和纖維絲制成。

4.根據權利要求2所述的一種基于軟體驅動器的力反饋手套，其特征在于：所述軟體驅動器的非變形層由玻璃纖維網制成。

5.根據權利要求1所述的一種基于軟體驅動器的力反饋手套，其特征在于：所述剛性連桿兩端的直線長度需要滿足下列條件：在自由空間狀態下，手指可抓握的范圍內，所述軟體驅動器彎曲產生的阻力不超過限定數值。

6.根據權利要求1所述的一種基于軟體驅動器的力反饋手套，其特征在于：剛性連桿與手指指尖之間還設置有連接件。

7.根據權利要求6所述的一種基于軟體驅動器的力反饋手套，其特征在于：所述連接件包括指尖套與指尖槽。

8.根據權利要求1所述的一種基于軟體驅動器的力反饋手套，其特征在于：所述控制系統包括電腦、控制器和氣動執行元件，控制器包括單片機，氣動執行元件包括：氣泵、氣缸、空氣過濾器、減壓閥和電磁閥。