[發(fā)明專利]一種基于外骨骼數(shù)據(jù)手套和肌電手環(huán)的遙操作系統(tǒng)與方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910281657.2
• 申請(qǐng)日: 2019-04-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110039507A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊辰光;薛憲法;賀波濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué);蘇州晨本智能科技有限公司
• 主分類號(hào): B25J3/00
• 分類號(hào): B25J3/00;B25J9/00;B25J9/16;B25J13/08
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種基于外骨骼數(shù)據(jù)手套和肌電手環(huán)的力反饋遙操作系統(tǒng)，其特征在于，所述遙操作系統(tǒng)由可穿戴設(shè)備a1、遠(yuǎn)端機(jī)器臂a2和處理控制單元組成a3；可穿戴設(shè)備a1包括仿人外骨骼數(shù)據(jù)手套a1-1和肌電手環(huán)a1-2；處理控制單元a3包括上位機(jī)系統(tǒng)和傳感器電路部分。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于外骨骼數(shù)據(jù)手套和肌電手環(huán)的力反饋遙操作系統(tǒng)，其特征在于，仿人外骨骼數(shù)據(jù)手套a1-1包括手腕固定基架b7、手背固定基架b6、5個(gè)仿人手指（拇指b1、食指b2、中指b3、無(wú)名指b4、小指b5）、位置傳感器和外骨骼數(shù)據(jù)手套微控制器b11。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的力反饋遙操作系統(tǒng)，其特征在于，所述手背固定基架b6一端通過(guò)球形鉸鏈與除拇指外的4個(gè)仿人手指的指根部相連接，另一端通過(guò)4根長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)的鏈條b10與手腕固定基架b7相連，所述手腕固定基架b7通過(guò)球形鉸鏈與拇指b1根部相連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的力反饋遙操作系統(tǒng)，其特征在于，所述手背固定基架b6和手腕固定基架b7均由彈性材料制成的繃帶b8、b9分別固定于佩戴者的手掌與手腕部位，實(shí)現(xiàn)固定功能。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的力反饋遙操作系統(tǒng)，其特征在于，所述仿人外骨骼數(shù)據(jù)手套a1-1的除拇指外4個(gè)仿人手指均包括三段：指尖段c1、指中段c2和指根段c3；指尖段c1通過(guò)銷釘鉸鏈c4與指中段c2相連接，指中段c2由兩部分構(gòu)成，該兩部分由絲杠c5螺母連接c6，實(shí)現(xiàn)外骨骼手套的手指部分長(zhǎng)度可調(diào)節(jié)，指中段c2通過(guò)銷釘鉸鏈與指根段c3相連接，指根段c3另一端通過(guò)球形鉸鏈c7與所述手背固定基架b6相連接。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的力反饋遙操作系統(tǒng)，其特征在于，所述仿人外骨骼數(shù)據(jù)手套a1-1的拇指也包括三段：指尖段d1、指中段d2和指根段d3，與四指不同的是其指根段為曲柄連桿d3，用以滿足拇指結(jié)構(gòu)的特殊性，所述曲柄連桿末端通過(guò)球形鉸鏈d7與手腕固定基架b7相連接。

7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的力反饋遙操作系統(tǒng)，其特征在于，所述5個(gè)仿人手指每段關(guān)節(jié)的銷釘鉸鏈連接處c4、d4的上方均安有定滑輪c9、d9，固定于指尖c1、d1處的驅(qū)動(dòng)繩c10、d10，分別經(jīng)過(guò)指中段c2、d2和指根段c3、d3的兩個(gè)定滑輪，與安裝在手背或手腕固定基架b7上的驅(qū)動(dòng)電機(jī)b12相連接，外骨骼數(shù)據(jù)手套微控制器b11通過(guò)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)繩的放松與收緊，從而實(shí)現(xiàn)部分力反饋功能；所述5個(gè)仿人手指指尖段均為包裹型結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部底端安有一個(gè)彈性壓片e1，壓片通過(guò)絲杠e2與驅(qū)動(dòng)電機(jī)e3相連，從而通過(guò)驅(qū)動(dòng)電機(jī)e3的正反轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)壓片的壓緊程度，給用戶以較為真實(shí)的力反饋。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的力反饋遙操作系統(tǒng)，其特征在于，所述位置傳感器包括兩種，一種位于指根部位f1球形鉸鏈連接處（如附圖6所示），球形鉸鏈基座f2和傳感器擋板f4固定于手背或手腕固定基架b6、b7上，位置傳感器f3安于傳感器擋板f4上，可以滿足指根部位彎曲/伸展、外展/內(nèi)收2個(gè)自由度的測(cè)量要求；另一種位置傳感器c8、d8位于銷釘鉸鏈連接的關(guān)節(jié)處，滿足關(guān)節(jié)1個(gè)自由度的測(cè)量要求。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的力反饋遙操作系統(tǒng)，其特征在于，所述肌電手環(huán)數(shù)量為2個(gè)，分別佩戴于操作者的大臂和小臂處，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大臂和小臂動(dòng)作的實(shí)時(shí)采集，并與上位機(jī)之間的通訊；位于大臂處的臂環(huán)可感知操作者肩關(guān)節(jié)的3個(gè)自由度，位于小臂處的手環(huán)可以感知肘關(guān)節(jié)的2個(gè)自由度，對(duì)采集的肌電信號(hào)進(jìn)行分析處理還可以得到操作者手腕的動(dòng)作信息，包括彎曲/伸展、外展/內(nèi)收2個(gè)自由度。

10.一種基于外骨骼數(shù)據(jù)手套和肌電手環(huán)的力反饋遙操作方法，其特征在于，包含以下步驟：

S1. 操作者將所述2個(gè)肌電手環(huán)分別佩戴于大臂和小臂處，并穿戴好所述外骨骼數(shù)據(jù)手套；

S2. 開(kāi)機(jī)初始化，檢查并保證整個(gè)系統(tǒng)信息通訊正常；

S3. 操作者發(fā)出控制動(dòng)作，通過(guò)上位機(jī)與下位機(jī)間的通訊，從端機(jī)械臂及機(jī)械手完成相應(yīng)動(dòng)作的跟蹤。