[發(fā)明專利]一種基于軟體驅(qū)動(dòng)器的力反饋手套

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811237973.1
• 申請日: 2018-10-23
• 公開（公告）號(hào): CN109460146B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王黨校;王子琦;張昱;張玉茹
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F3/01
• 分類號(hào): G06F3/01
• 代理公司: 北京薈英捷創(chuàng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11726
• 代理人: 段志慧

1.一種基于軟體驅(qū)動(dòng)器的力反饋手套，其特征在于：包括軟體驅(qū)動(dòng)器和軟體驅(qū)動(dòng)器的控制系統(tǒng)，所述軟體驅(qū)動(dòng)器可彎曲并產(chǎn)生彈力；

所述軟體驅(qū)動(dòng)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(shí)現(xiàn)力的傳遞；在自由空間狀態(tài)下，手指可抓握的范圍內(nèi)，所述軟體驅(qū)動(dòng)器彎曲產(chǎn)生的阻力不超過限定數(shù)值；在約束空間狀態(tài)時(shí)，所述軟體驅(qū)動(dòng)器充氣彎曲，所述軟體驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生的力通過所述剛性連桿傳遞到手指，從而產(chǎn)生反饋力；

剛性連桿的兩端分別與手指指尖和軟體驅(qū)動(dòng)器的端部連接，當(dāng)手指處于伸展?fàn)顟B(tài)和抓握狀態(tài)時(shí)，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(shí)軟體驅(qū)動(dòng)器與剛性連桿連接點(diǎn)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(diǎn)的位置分別為B(x_B，y_B)與B′(x_B′，y_B′)，同時(shí)兩個(gè)位置即為軟體驅(qū)動(dòng)器彎曲量的限定范圍，自由狀態(tài)下，剛性連桿與軟體驅(qū)動(dòng)器連接點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)位置必須在A與A′之間，剛性連桿與手指尖連接點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)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?fàn)顟B(tài)時(shí)：

在自由空間下手指抓握狀態(tài)時(shí)：

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(tài)下L越小，軟體驅(qū)動(dòng)器的變形越大，產(chǎn)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(yōu)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(tài)時(shí)的兩個(gè)端點(diǎn)，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(diǎn)為圓心，半徑為l_AB為半徑作圓，兩圓相交的交點(diǎn)即為A′的位置；剛性連桿最先和靠近手指端部的指尖關(guān)節(jié)發(fā)生干涉，將其定義為點(diǎn)C′(x_C′，y_C′)，在臨界狀態(tài)即剛性連桿剛好與手指剛剛發(fā)生干涉時(shí)，C′點(diǎn)正好在連桿所在的圓弧上；確定圓弧上A′、B′、C′的三個(gè)點(diǎn)的坐標(biāo)，將三個(gè)點(diǎn)坐標(biāo)代入到圓弧所在方程中即可求出D、E、F三點(diǎn)的值，根據(jù)下方公式可得所在圓弧的半徑R；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于軟體驅(qū)動(dòng)器的力反饋手套，其特征在于：所述軟體驅(qū)動(dòng)器包括變形層和非變形層，變形層的一側(cè)靠近手背側(cè)安裝，非變形層的一側(cè)遠(yuǎn)離手背側(cè)安裝。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于軟體驅(qū)動(dòng)器的力反饋手套，其特征在于：所述軟體驅(qū)動(dòng)器的變形層由硅膠和纖維絲制成。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于軟體驅(qū)動(dòng)器的力反饋手套，其特征在于：所述軟體驅(qū)動(dòng)器的非變形層由玻璃纖維網(wǎng)制成。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于軟體驅(qū)動(dòng)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(tài)下，手指可抓握的范圍內(nèi)，所述軟體驅(qū)動(dòng)器彎曲產(chǎn)生的阻力不超過限定數(shù)值。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于軟體驅(qū)動(dòng)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(shè)置有連接件。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于軟體驅(qū)動(dòng)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(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于軟體驅(qū)動(dòng)器的力反饋手套，其特征在于：所述控制系統(tǒng)包括電腦、控制器和氣動(dòng)執(zhí)行元件，控制器包括單片機(jī)，氣動(dòng)執(zhí)行元件包括：氣泵、氣缸、空氣過濾器、減壓閥和電磁閥。