CN103831832A - 双向力反馈从手手臂控制装置 - Google Patents

Abstract

双向力反馈从手手臂控制装置，它涉及了一种检测人手手臂运动状态并具有双向主动驱动反馈从手受力的力反馈从手手臂控制装置。本发明是为了解决现有的机械手臂或虚拟手臂控制装置系统复杂、结构臃肿、维护困难、价格昂贵、不能实现双向主动驱动等缺点，将关节检测机构和力反馈机构集成于一体，采用独特的连接方式和巧妙的关节测量点布局，使操作者在使用该装置时，操作者的手臂能保持最大程度的灵活，手臂各个关节的运动状态都能被精确检测到，使被控制的从手的每个手臂关节都能与操作者对应的手臂关节协同一致动作，并能将从手在具体的工作环境中的受力情况反馈给操作者，以增强虚拟现实或遥操作的临场感。

Description

双向力反馈从手手臂控制装置

技术领域

本发明涉及一种检测人手手臂运动状态，并具有双向主动驱动的力反馈功能从手手臂控制装置。

背景技术

由于科学技术的发展，机器人逐渐在越来越大的范围内被使用，遥操作机器人作为一种性能可靠、技术成熟的机器人被广泛用于各种危险的、情况复杂的、人类无法到达的环境中工作，它采用的是非常可靠的控制方式，直接由操作者发出指令来控制。随着遥操作机器人执行的任务越来越复杂，使得人们在追求可靠性的同时，还对其灵活性提出了更高的要求，而要对复杂的机械手实施遥操作，控制机械手手臂多个关节一起协调运动，以实现特定功能，这就需要用到机械手手臂控制装置，而具有力反馈功能的从手手臂控制装置是对机器人的机械手实施遥操作的最有效装置，它通过测量操作者手臂各个关节的位置信息作为控制指令控制机械手的手臂跟踪人手手臂运动，并能将机械手手臂各个关节在运动过程中的受力情况在从手手臂控制装置上模拟出来，作用在操作者的手臂上，使操作者产生很强的临场感。此外，近年来虚拟现实交互技术不断发展，双向力反馈从手手臂控制装置可作为一种主要的交互设备，参与到虚拟现实交互系统的构建中，例如在一个由计算机虚拟的场景里，操作者通过双向力反馈从手手臂控制装置控制一双虚拟的人手拆卸或装配机器等，还有远程手术、游戏、3D动画制作等都需要用到双向力反馈从手手臂控制装置。目前市场上的力反馈手臂控制系统复杂，体积庞大，价格极为昂贵，使其无法大量普及、推广和使用。

发明内容

本发明的目的是针对现有的力反馈从手手臂控制装置价格昂贵、系统复杂、体积庞大、维护困难等缺点，提出了一种外构架式结构，将角度传感器和关节主动驱动装置结合为一体，在检测人手手臂关节运动信息的同时也将反馈回来的力觉信息转化成力或力矩直接作用于人手手臂的方法，极大简化了复杂的力反馈从手手臂控制系统。本发明是用于与计算机、机械手等交互作用的设备，由手套基座、手腕及前臂运动检测驱动机构、肘部及上臂运动检测驱动机构、肩部运动检测驱动机构组成，手套基座固定在人手手掌部位，手腕及前臂运动检测驱动机构固定在前臂上靠近手腕关节的部位，肘部及上臂运动检测驱动机构固定在上臂上靠近手臂肘部关节的部位，肩部运动检测驱动机构固定在人体背部对应的肩关节部位，各个部位之间的机构通过连杆顺序铰接。本发明使用充气方式固定上臂及前臂上的关节检测驱动机构，使其穿戴和固定更加方便，测量更加准确。本发明在关节的驱动部件里加入了离合装置，当系统有力反馈信号时，电机转动并连接离合装置驱动被驱动的关节，对该关节的运动施加力的作用，当系统没有力反馈信号时，电机停止转动并断开与离合装置的连接，减少和降低了关节运动的阻力，使关节的运动更加顺畅。双向力反馈从手手臂控制装置检测手臂各个关节的运动角度由设置在装置上相应的角度传感器通过相应的数学算法测量，所有关节在其运动方向或复杂运动的分解方向上都设置有独立的驱动部件，每一个驱动部件又与被驱动关节上相应的角度传感器配合工作形成闭环控制，以实现力反馈控制并提高其精确性。本发明可以精确、灵敏地检测出在三维空间中人手手腕关节的运动、前臂绕其轴线的旋转运动、肘部关节的运动、上臂绕其轴线的旋转运动、肩部关节的运动，并对每个关节具有双向主动驱动的力反馈功能，该装置成本低，使用简单，穿戴方便，容易维护。

附图说明

图1是本发明整体结构的轴侧图。

图2是本发明整体结构的下视图

图3是装置固定机构100与肩部运动检测驱动机构101的结构示意图。

图4是关节检测驱动部件105-1、105-2、105-3、105-4、105-5、105-6的结构示意图。

图5是肘部及上臂运动检测驱动机构102的轴侧图。

图6是肘部及上臂运动检测驱动机构102的结构示意图。

图7是上臂固定环106的轴侧图。

图8是手腕及前臂运动检测驱动机构103的轴测图。

图9是手腕及前臂运动检测驱动机构103的结构示意图。

图10是手腕关节检测驱动部件108-1、108-2的结构示意图。

图11是前臂固定环107的轴侧图。

图12是手套基座104的结构示意图。

具体实施方式

本发明主要零部件：

100.装置固定机构    101.肩部运动检测驱动机构    102.肘部及上臂运动检测驱动机构

103.手腕及前臂运动检测驱动机构    104.手套基座    105.关节检测驱动部件

106.上臂固定环        107.前臂固定环       108.手腕关节检测驱动部件

1.背部固定基座        2.背部基座支撑杆     9.上臂滑动环上部

10.上臂滑动环下部     11.上臂固定环齿轮    15.角度传感器

16.离合装置           17.电机              19.前臂滑动环上部

20.前臂滑动环下部     24.前臂固定环齿轮    28.微型电机

31.转动连接件         32.手掌基座          33.手套

具体实施方式一：如图1、图2、图3、图5和图8所示，所述双向力反馈从手手臂控制装置，包括装置固定机构100、肩部运动检测驱动机构101、肘部及上臂运动检测驱动机构102、手腕及前臂运动检测驱动机构103、手套基座104。所述手套基座104穿戴固定在操作者手上，与手腕及前臂运动检测驱动机构103通过两级连杆21、22铰接，所述手腕及前臂运动检测驱动机构103固定在操作者前臂上靠近手腕关节的部位，与肘部及上臂运动检测驱动机构102通过两级连杆6、7铰接，所述肘部及上臂运动检测驱动机构102固定在操作者上臂上靠近手臂肘部关节的部位，与肩部运动检测驱动机构101通过两级连杆3、4铰接，所述肩部运动检测驱动机构101固定在装置固定机构100上，所述装置固定机构100固定在操作者后背对应的肩关节部位，所述肩部运动检测驱动机构101与装置固定机构100固接的部位对应于操作者的肩关节部位。双向力反馈从手手臂控制装置对操作者手臂各个关节运动的检测及力反馈驱动由关节检测驱动部件105-1、105-2、105-3、105-4、105-5、105-6和手腕关节检测驱动部件108-1、108-2实施。

具体实施方式二：如图3、图4、图5和图8所示，所述关节检测驱动部件105-1、105-2、105-3、105-4、105-5、105-6包括角度传感器15，电机17，离合装置16，外壳12、13、14，传动轴18。所述离合装置16通过减速齿轮组啮合与传动轴18联动，所述传动轴18通过齿轮与角度传感器15联动，所述电机17与离合装置16有连接和断开两种工作状态。动作实施过程：当电机17转动时，离合装置16与电机17连接，电机17通过离合装置16和减速齿轮组驱动传动轴18转动，传动轴18通过齿轮带动角度传感器15转动；当电机17停止转动时，离合装置16与电机17的连接断开，传动轴18只与电位器15联动。

如图8和图10所示，所述手腕关节检测驱动部件108-1、108-2包括角度传感器15，微型电机28，离合装置29，外壳26、27，传动轴30。所述离合装置29通过减速齿轮组啮合与传动轴30联动，所述传动轴30与角度传感器15固接，所述微型电机28与离合装置29有连接和断开两种工作状态。动作实施过程：当微型电机28转动时，离合装置29与微型电机28连接，微型电机28通过离合装置29和减速齿轮组驱动传动轴30转动，传动轴30与角度传感器15联动；当微型电机28停止转动时，离合装置29与微型电机28的连接断开，传动轴30只与电位器15联动。

具体实施方式三：如图1、图2和图3所示，所述装置固定机构100包括背部固定基座1和背部基座支撑杆2，所述背部固定基座1固定于操作者的后背上，所述背部固定基座1包括A、B两个关节测量平台，其位置分别对应于操作者双肩肩关节的部位，所述背部基座支撑杆2的两端分别与背部固定基座1的A、B两个测量平台固接。所述肩部运动检测驱动机构101包括关节检测驱动部件105-1、105-2，连杆3、4，隔离柱5，所述关节检测驱动部件105-1固定于背部基座支撑杆2的一端，固接部位对应于测量平台A，所述关节检测驱动部件105-1的传动轴18的轴线与A、B两个测量平台中心的连线平行，所述关节检测驱动部件105-2的底座C与关节检测驱动部件105-1的传动轴18固接，所述关节检测驱动部件105-1和关节检测驱动部件105-2的传动轴18的轴线互相垂直，所述两根连杆3的一端分别与关节检测驱动部件105-2的传动轴18两端固接，所述两根连杆3的另一端分别与两根连杆4的一端铰接，所述连杆3和连杆4铰接处安装有隔离柱5。

如图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，所述肘部及上臂运动检测驱动机构102包括关节检测驱动部件105-3、105-4、105-5，上臂固定环106，上臂滑动环上部9，上臂滑动环下部10，上臂固定环齿轮11，连杆6、7，隔离柱5。所述上臂固定环106的外壳D为硬质材料，平台E固定于外壳D上，所述上臂固定环106的内侧充气部件F为可充气橡胶材质，气门G固定于外壳D上，所述关节检测驱动部件105-5通过螺钉固定于上臂固定环106的平台E上，所述关节检测驱动部件105-5的传动轴18的轴线垂直于上臂固定环106的轴线，并平行于平台E的上表面，所述两根连杆6的一端分别与关节检测驱动部件105-5的传动轴18两端固接，所述两根连杆6的另一端分别与两根连杆7的一端铰接，所述连杆6和连杆7铰接处安装有隔离柱5。所述上臂固定环齿轮11固定于上臂固定环106的外壳D 上，所述上臂固定环齿轮11的轴线与上臂固定环106的轴线重合，所述上臂滑动环上部9安装在上臂固定环106的外壳D上，所述上臂滑动环上部9的圆环轴线与上臂固定环106的轴线重合，所述上臂固定环齿轮11置于上臂滑动环上部9的圆环沟槽内，所述上臂滑动环下部10安装在上臂固定环106的外壳D上，所述上臂滑动环下部10的圆环轴线与上臂固定环106的轴线重合，所述上臂固定环齿轮11置于上臂滑动环下部10的圆环沟槽内，所述上臂滑动环上部9与上臂滑动环下部10的两端通过螺钉固接形成一个完整的圆环，所述上臂滑动环上部9和上臂滑动环下部10可绕上臂固定环106的轴线，沿着上臂固定环106的表面做相对于上臂固定环106的旋转运动。所述关节检测驱动部件105-3的底座C通过转动轴8铰接于上臂滑动环上部9的孔N，所述转动轴8的轴线同时垂直于上臂固定环106的轴线和关节检测驱动部件105-3的传动轴18的轴线，所述关节检测驱动部件105-3以转动轴8为轴线转动。所述关节检测驱动部件105-4的底座C通过螺钉固定于上臂滑动环上部9的平面R，所述关节检测驱动部件105-4的传动轴18的轴线与上臂固定环106的轴线平行，所述关节检测驱动部件105-4的传动轴18与齿轮25固接，所述齿轮25与上臂固定环齿轮11啮合。所述关节检测驱动部件105-3的传动轴18两端分别与两根连杆4的一端固接。

动作实施过程：操作者的上臂在穿入上臂固定环106前，上臂固定环106的内侧充气部件F释放气体，使上臂固定环106的内径大于操作者上臂的直径，当操作者上臂穿入上臂固定环106后，上臂固定环106与操作者的上臂之间有空隙，调整位置使上臂固定环106处在操作者上臂上靠近手臂肘部关节的部位，然后通过上臂固定环106的气门G给上臂固定环106的内侧充气部件F充入气体，使其膨胀，填满上臂固定环106内部与操作者上臂之间的空隙并挤压操作者的上臂，使上臂固定环106能固定在操作者的上臂。当操作者的上臂绕肩部至肘部的轴线转动时，上臂固定环106及上臂固定环齿轮11跟随一起转动，上臂滑动环上部9和上臂滑动环下部10相对于上臂固定环106静止，则上臂固定环齿轮11通过啮合的齿轮25驱动关节检测驱动部件105-4的传动轴18，传动轴18通过啮合的齿轮驱动角度传感器15，使关节检测驱动部件105-4的传感器15能检测出操作者上臂旋转的角度和状态，当控制系统无力反馈信号时，则关节检测驱动部件105-4的电机17不转动，操作者的上臂转动不受干扰，当控制系统有力反馈信号时，则关节检测驱动部件105-4的电机17转动，关节检测驱动部件105-4的传动轴18输出动力，通过固接的齿轮25驱动上臂固定环齿轮11，在其运动方向上施加一个同向或反向的驱动力，同时控制系统再根据关节检测驱动部件105-4的角度传感器15检测到的操作者上臂旋转角度的变化，运用相应的数学算法持续地修正该驱动力的大小和方向，推动或阻碍操作者上臂的转动，实现该关节运动的力反馈功能。人体上臂能以肩部为定点在一定范围内朝各个方向摆动，当操作者的上臂朝任一方向摆动时，关节检测驱动部件105-2的传动轴18的轴线和关节检测驱动部件105-3的传动轴18的轴线始终保持相互平行，但两轴线之间的直线距离会随操作者的上臂摆动而发生改变，使铰接的连杆3、4之间发生相对转动，从而驱动与连杆3固接的关节检测驱动部件105-2的传动轴18和与连杆4固接的关节检测驱动部件105-3的传动轴18转动，同时关节检测驱动部件105-2、105-3分别绕各自底座C固接部件的轴线转动，驱动与关节检测驱动部件105-2底座C固接的关节检测驱动部件105-1的传动轴18转动，关节检测驱动部件105-1、105-2、105-3的传动轴18转动并驱动各自的角度传感器15，系统根据3个角度传感器15检测到的数据计算出操作者上臂摆动的角度和状态，当控制系统无力反馈信号时，则关节检测驱动部件105-1、105-2、105-3的电机17不转动，操作者的上臂摆动不受干扰，当控制系统有力反馈信号时，则关节检测驱动部件105-1、105-2、105-3的电机17转动，关节检测驱动部件105-1、105-2、105-3的传动轴18分别输出动力，在各自的运动方向上施加一个同向或反向的驱动力，同时控制系统再根据关节检测驱动部件105-1、105-2、105-3的角度传感器15检测到的操作者上臂摆动角度的变化，运用相应的数学算法持续地修正该驱动力的大小和方向，推动或阻碍操作者上臂的摆动，实现该关节运动的力反馈功能。

具体实施方式四：如图1、图2、图4、图5、图8、图9、图10和图11所示，所述手腕及前臂运动检测驱动机构103包括关节检测驱动部件105-6，手腕关节检测驱动部件108-1、108-2，前臂固定环107，前臂滑动环上部19，前臂滑动环下部20，前臂固定环齿轮24，连杆21、22，隔离柱23。所述前臂固定环107的外壳J为硬质材料，平台K固定于外壳J上，所述前臂固定环107的内侧充气部件L为可充气橡胶材质，气门M固定于外壳J上，所述手腕关节检测驱动部件108-2的底座H通过螺钉固定于前臂固定环107的平台K上，所述手腕关节检测驱动部件108-2的传动轴30的轴线垂直于前臂固定环107的轴线和平台K的上表面，所述手腕关节检测驱动部件108-1的底座H与手腕关节检测驱动部件108-2的传动轴30固接，所述手腕关节检测驱动部件108-1的传动轴30的轴线垂直于手腕关节检测驱动部件108-2的传动轴30的轴线，所述连杆21的一端与手腕关节检测驱动部件108-1的传动轴30固接，所述连杆21的另一端与连杆22的一端铰接。所述前臂固定环齿轮24固定于前臂固定环107的外壳J上，所述前臂固定环齿轮24的轴线与前臂固定环107的轴线重合，所述前臂滑动环上部19安装在前臂固定环107的外壳J上，所述前臂滑动环上部19的圆环轴线与前臂固定环107的轴线重合，所述前臂固定环齿轮24置于前臂滑动环上部19的圆环沟槽内，所述前臂滑动环下部20安装在前臂固定环107的外壳J上，所述前臂滑动环下部20的圆环轴线与前臂固定环107的轴线重合，所述前臂固定环齿轮24置于前臂滑动环下部20的圆环沟槽内，所述前臂滑动环上部19与前臂滑动环下部20的两端通过螺钉固接形成一个完整的圆环，所述前臂滑动环上部19和前臂滑动环下部20可绕前臂固定环107的轴线，沿着前臂固定环107的表面做相对于前臂固定环107的旋转运动。所述关节检测驱动部件105-6的底座C通过螺钉固定于前臂滑动环上部19的平面P，所述关节检测驱动部件105-6的传动轴18的轴线与前臂固定环107的轴线平行，所述关节检测驱动部件105-6的传动轴18与齿轮25固接，所述齿轮25与前臂固定环齿轮24啮合。所述两连杆7的一端分别通过螺钉铰接于前臂滑动环上部19的S孔两端，两个铰接点的连线垂直于前臂滑动环上部19的圆环轴线。动作实施过程：操作者的前臂在穿入前臂固定环107前，前臂固定环107的内侧充气部件L释放气体，使前臂固定环107的内径大于操作者前臂的直径，当操作者前臂穿入前臂固定环107后，前臂固定环107与操作者的前臂之间有空隙，调整位置使前臂固定环107处在操作者前臂上靠近手腕关节的部位，然后通过前臂固定环107的气门M给前臂固定环107的内侧充气部件L充入气体，使其膨胀，填满前臂固定环107内部与操作者前臂之间的空隙并挤压操作者的前臂，使前臂固定环107能固定在操作者的前臂。当操作者的前臂绕肘部至手腕的轴线转动时，前臂固定环107及前臂固定环齿轮24跟随一起转动，前臂滑动环上部19和前臂滑动环下部20相对于前臂固定环107静止，则前臂固定环齿轮24通过啮合的齿轮25驱动关节检测驱动部件105-6的传动轴18，传动轴18通过啮合的齿轮驱动角度传感器15，使关节检测驱动部件105-6的传感器15能检测出操作者前臂旋转的角度和状态，当控制系统无力反馈信号时，则关节检测驱动部件105-6的电机17不转动，操作者的前臂转动不受干扰，当控制系统有力反馈信号时，则关节检测驱动部件105-6的电机17转动，关节检测驱动部件105-6的传动轴18输出动力，通过固接的齿轮25驱动前臂固定环齿轮24，在其运动方向上施加一个同向或反向的驱动力，同时控制系统再根据关节检测驱动部件105-6的角度传感器15检测到的操作者前臂旋转角度的变化，运用相应的数学算法持续地修正该驱动力的大小和方向，推动或阻碍操作者前臂的转动，实现该关节运动的力反馈功能。人体前臂能以肘部为定点在一定范围内做屈伸运动，当操作者的前臂屈伸时，前臂固定环107跟随一起运动，使铰接的连杆6、7发生相对转动，从而驱动与连杆6固接的关节检测驱动部件105-5的传动轴18转动，使关节检测驱动部件105-5的角度传感器15能检测出操作者前臂屈伸的角度和状态，当控制系统无力反馈信号时，则关节检测驱动部件105-5的电机17不转动，操作者的前臂屈伸不受干扰，当控制系统有力反馈信号时，则关节检测驱动部件105-5的电机17转动，关节检测驱动部件105-5的传动轴18输出动力，在其运动方向上施加一个同向或反向的驱动力，同时控制系统再根据关节检测驱动部件105-5的角度传感器15检测到的操作者前臂屈伸角度的变化，运用相应的数学算法持续地修正该驱动力的大小和方向，推动或阻碍操作者前臂的屈伸，实现该关节运动的力反馈功能。

具体实施方式五：如图1、图2、图8、图10和图12所示，所述手套基座104包括转动轴8、转动连接件31、手掌基座32、手套33。所述手套33通过穿戴方式固定在操作者手上，所述手掌基座32固定在手套33对应的手掌背面位置，所述转动轴8固接于手掌基座32，所述转动轴8的轴线与掌面垂直，所述转动连接件31与转动轴8铰接于孔U，所述转动连接件31的孔T通过螺钉与连杆22铰接，所述转动连接件31的孔T轴线垂直于转动轴8的轴线。动作实施过程：人手手掌能以腕关节为定点在一定范围内朝各个方向摆动，当操作者的手掌朝任一方向摆动时，手腕关节检测驱动部件108-1的传动轴30的轴线和转动连接件31的孔T轴线始终保持相互平行，但两轴线之间的直线距离会随操作者的手掌摆动而发生改变，使铰接的连杆21、22之间发生相对转动，从而驱动与连杆21固接的手腕关节检测驱动部件108-1的传动轴30转动，同时手腕关节检测驱动部件108-1绕其底座H固接部件的轴线转动，驱动与手腕关节检测驱动部件108-1底座H固接的手腕关节检测驱动部件108-2的传动轴30转动，手腕关节检测驱动部件108-1、108-2的传动轴30转动并驱动各自的角度传感器15转动，系统根据两个角度传感器15检测到的数据计算出操作者手掌摆动的角度和状态，当控制系统无力反馈信号时，则手腕关节检测驱动部件108-1、108-2的电机28不转动，操作者的手腕摆动不受干扰，当控制系统有力反馈信号时，则手腕关节检测驱动部件108-1、108-2的电机28转动，手腕关节检测驱动部件108-1、108-2的传动轴30分别输出动力，在各自的运动方向上施加一个同向或反向的驱动力，同时控制系统再根据手腕关节检测驱动部件108-1、108-2的角度传感器15检测到的操作者手掌摆动角度的变化，运用相应的数学算法持续地修正该驱动力的大小和方向，推动或阻碍操作者手掌的摆动，实现该关节运动的力反馈功能。

作为本发明的另一实例，也可以用其他传感器代替角度传感器，同样可以起到检测人手手臂各个关节在三维空间中的位置和运动状态的目的，实现本发明的目的。

作为本发明的又一实例，也可以省去离合器装置16和29的环节，让固接有传动齿轮的驱动电机17和28直接驱动减速齿轮组和传动轴18、30，同样可以对关节起到施加力的作用，实现本发明的目的。

作为本发明的又一实例，可以将关节检测驱动部件105-2和关节检测驱动部件105-3中任意一个的检测驱动功能去掉，使其传动轴18等同于普通的转动轴，剩下的另一个关节检测驱动部件与关节检测驱动部件105-1配合同样可以检测到操作者上臂摆动的角度和状态，并推动或阻碍操作者上臂的摆动，实现该关节运动的力反馈功能，实现本发明的目的。

在不使本发明的原理受到损害的情况下，上述构成的细节和具体实施方式仅仅是当做例子和图示的东西，它可以不脱离本发明的范围而广泛改变，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (9)

1.一种双向力反馈从手手臂控制装置，用于与计算机、机械手交互作用的装置，由装置固定机构(100)、肩部运动检测驱动机构(101)、肘部及上臂运动检测驱动机构(102)、手腕及前臂运动检测驱动机构(103)、手套基座(104)组成；

其特征在于：

该装置固定在操作者手臂和后背的肩关节位置上；

手套基座(104)通过穿戴方式固定在操作者手上，与手腕及前臂运动检测驱动机构(103)通过两级连杆(21、22)铰接，手腕及前臂运动检测驱动机构(103)使用充气方式固定在操作者前臂上靠近手腕关节的部位，与肘部及上臂运动检测驱动机构(102)通过两级连杆(6、7)铰接，肘部及上臂运动检测驱动机构(102)使用充气方式固定在操作者上臂上靠近手臂肘部关节的部位，与肩部运动检测驱动机构(101)通过两级连杆(3、4)铰接，肩部运动检测驱动机构(101)固定在装置固定机构(100)上，肩部运动检测驱动机构(101)与装置固定机构(100)固接的部位对应于操作者的肩关节部位；

该装置对操作者手臂各个关节运动的检测及力反馈驱动由安装于各个关节铰接处的关节检测驱动部件(105-1、105-2、105-3、105-4、105-5、105-6)和手腕关节检测驱动部件(108-1、108-2)实施，关节检测驱动部件(105-1、105-2、105-3、105-4、105-5、105-6)和手腕关节检测驱动部件(108-1、108-2)内部均安装有检测关节动作的角度传感器(15)及驱动电机(17、28)，可在检测手臂各个关节运动的角度和状态的同时根据需要对其施加力的作用实现力反馈控制。

2.根据权利要求1所述的双向力反馈从手手臂控制装置，其特征在于：所述装置固定机构(100)和肩部运动检测驱动机构(101)包括背部固定基座(1)，背部基座支撑杆(2)，关节检测驱动部件(105-1、105-2)，连杆(3、4)，隔离柱(5)；所述背部固定基座(1)固定于操作者的后背上，背部固定基座(1)的两个关节测量平台(A、B)分别对应于操作者双肩肩关节的部位，背部基座支撑杆(2)的两端分别与背部固定基座(1)的两个测量平台(A、B)固接，第一关节检测驱动部件(105-1)固定于背部基座支撑杆(2)的一端，固接部位对应于测量平台(A)，其传动轴(18)的轴线与两个测量平台(A、B)中心的连线平行，第二关节检测驱动部件(105-2)的底座(C)与第一关节检测驱动部件(105-1)的传动轴(18)固接，两个关节检测驱动部件(105-1、105-2)的传动轴(18)的轴线互相垂直，第一级的两根连杆(3)一端分别与第二关节检测驱动部件(105-2)的传动轴(18)两端固接，另一端分别与第二级的两根连杆(4)一端铰接，铰接处安装有隔离柱(5)。

3.根据权利要求1所述的双向力反馈从手手臂控制装置，其特征在于：所述肘部及上臂运动检测驱动机构(102)包括关节检测驱动部件(105-3、105-4、105-5)，上臂固定环(106)，上臂滑动环上部(9)，上臂滑动环下部(10)，上臂固定环齿轮(11)，连杆(6、7)，隔离柱(5)；所述上臂固定环(106)的外壳(D)为硬质材料，平台(E)固定于外壳(D)上，上臂固定环(106)的内侧充气部件(F)为可充气橡胶材质，气门(G)固定于外壳(D)上，第五关节检测驱动部件(105-5)通过螺钉固定于上臂固定环(106)的平台(E)上，其传动轴(18)的轴线垂直于上臂固定环(106)的轴线，并平行于平台(E)的上表面，第一级的两根连杆(6)一端分别与第五关节检测驱动部件(105-5)的传动轴(18)两端固接，另一端分别与第二级的两根连杆(7)一端铰接，铰接处安装有隔离柱(5)；所述上臂固定环齿轮(11)固定在上臂固定环(106)的外壳(D)上，其轴线与上臂固定环(106)的轴线重合，上臂滑动环上部(9)和上臂滑动环下部(10)都安装在上臂固定环(106)的外壳(D)上，上臂滑动环上部(9)和上臂滑动环下部(10)的圆环轴线都与上臂固定环(106)的轴线重合，上臂固定环齿轮(11)置于上臂滑动环上部(9)和上臂滑动环下部(10)的圆环沟槽内，上臂滑动环上部(9)与上臂滑动环下部(10)的两端通过螺钉固接形成一个完整的圆环，可绕上臂固定环(106)的轴线，沿着上臂固定环(106)的表面做相对于上臂固定环(106)的旋转运动，第三关节检测驱动部件(105-3)的底座(C)通过转动轴(8)铰接于上臂滑动环上部(9)的孔(N)，该转动轴(8)的轴线同时垂直于上臂固定环(106)的轴线和第三关节检测驱动部件(105-3)的传动轴(18)的轴线，第三关节检测驱动部件(105-3)以转动轴(8)为轴线转动，第四关节检测驱动部件(105-4)的底座(C)通过螺钉固定于上臂滑动环上部(9)的平面(R)，其传动轴(18)的轴线与上臂固定环(106)的轴线平行，第四关节检测驱动部件(105-4)的传动轴(18)与齿轮(25)固接，该齿轮(25)与上臂固定环齿轮(11)啮合，第三关节检测驱动部件(105-3)的传动轴(18)两端分别与两根连杆(4)的一端固接。

4.根据权利要求1所述的双向力反馈从手手臂控制装置，其特征在于：所述手腕及前臂运动检测驱动机构(103)包括关节检测驱动部件(105-6)，手腕关节检测驱动部件(108-1、108-2)，前臂固定环(107)，前臂滑动环上部(19)，前臂滑动环下部(20)，前臂固定环齿轮(24)，连杆(21、22)，隔离柱(23)；所述前臂固定环(107)的外壳(J)为硬质材料，平台(K)固定于外壳(J)上，前臂固定环(107)的内侧充气部件(L)为可充气橡胶材质，气门(M)固定于外壳(J)上，第二手腕关节检测驱动部件(108-2)的底座(H)通过螺钉固定于前臂固定环(107)的平台(K)上，其传动轴(30)的轴线垂直于前臂固定环(107)的轴线和平台(K)的上表面，第一手腕关节检测驱动部件(108-1)的底座(H)与第二手腕关节检测驱动部件(108-2)的传动轴(30)固接，第一手腕关节检测驱动部件(108-1)的传动轴(30)的轴线垂直于第二手腕关节检测驱动部件(108-2)的传动轴(30)的轴线，第一手腕关节检测驱动部件(108-1)的传动轴(30)与第一级连杆(21)的一端固接，连杆(21)的另一端与第二级连杆(22)的一端铰接，所述前臂固定环齿轮(24)固定于前臂固定环(107)的外壳(J)上，其轴线与前臂固定环(107)的轴线重合，前臂滑动环上部(19)和前臂滑动环下部(20)都安装在前臂固定环(107)的外壳(J)上，前臂滑动环上部(19)和前臂滑动环下部(20)的圆环轴线都与前臂固定环(107)的轴线重合，前臂固定环齿轮(24)置于前臂滑动环上部(19)和前臂滑动环下部(20)的圆环沟槽内，前臂滑动环上部(19)与前臂滑动环下部(20)的两端通过螺钉固接形成一个完整的圆环，可绕前臂固定环(107)的轴线，沿着前臂固定环(107)的表面做相对于前臂固定环(107)的旋转运动，第六关节检测驱动部件(105-6)的底座(C)通过螺钉固定于前臂滑动环上部(19)的平面(P)，其传动轴(18)的轴线与前臂固定环(107)的轴线平行，第六关节检测驱动部件(105-6)的传动轴(18)与齿轮(25)固接，该齿轮(25)与前臂固定环齿轮(24)啮合，两连杆(7)的一端分别通过螺钉铰接于前臂滑动环上部(19)的孔(S)两端，两个铰接点的连线垂直于前臂滑动环上部(19)的圆环轴线。

5.根据权利要求1所述的双向力反馈从手手臂控制装置，其特征在于：所述手套基座(104)包括转动轴(8)、转动连接件(31)、手掌基座(32)、手套(33)；所述手套(33)通过穿戴方式固定在操作者手上，手掌基座(32)固定在手套(33)对应的手掌背面位置，转动轴(8)固接于手掌基座(32)，转动轴(8)的轴线与掌面垂直，转动连接件(31)与转动轴(8)铰接于孔(U)，转动连接件(31)的孔(T)通过螺钉与连杆(22)铰接，转动连接件(31)的孔(T)轴线垂直于转动轴(8)的轴线。

6.根据权利要求1所述的双向力反馈从手手臂控制装置，其特征在于：所述关节检测驱动部件(105-1、105-2、105-3、105-4、105-5、105-6)包括角度传感器(15)，电机(17)，离合装置(16)，外壳(12、13、14)，传动轴(18)；所述角度传感器(15)与传动轴(18)联动，传动轴(18)与离合装置(16)联动，离合装置(16)由电机(17)驱动，当关节运动时，若控制系统对该关节无力反馈信号，则相电机(17)不转动，离合装置(16)与电机(17)连接断开，关节可带动传动轴(18)自由动作不受干扰，与传动轴(18)联动的角度传感器(15)可以检测出关节运动的角度，若控制系统对该关节有力反馈信号，则电机(17)转动，离合装置(16)与电机(17)连接，通过减速齿轮组的配合传动对传动轴(18)在其运动方向上施加一个同向或反向的驱动力，同时控制系统再根据与传动轴(18)联动的角度传感器(15)检测到的关节角度的变化，运用相应的数学算法持续地修正驱动力的大小和方向，推动或阻碍该关节运动，实现该关节运动的力反馈功能。

7.根据权利要求1所述的双向力反馈从手手臂控制装置，其特征在于：手腕关节检测驱动部件(108-1、108-2)包括角度传感器(15)，微型电机(28)，离合装置(29)，外壳(26、27)，传动轴(30)；所述离合装置(29)通过减速齿轮组啮合与传动轴(30)联动，传动轴(30)与角度传感器(15)固接，当关节运动时，若控制系统对该关节无力反馈信号，则微型电机(28)不转动，离合装置(29)与微型电机(28)连接断开，关节可带动传动轴(30)自由动作不受干扰，与传动轴(30)联动的角度传感器(15)可以检测出关节运动的角度，若控制系统对该关节有力反馈信号，则微型电机(28)转动，离合装置(29)与微型电机(28)连接，通过减速齿轮组的配合传动对传动轴(30)在其运动方向上施加一个同向或反向的驱动力，同时控制系统再根据与传动轴(30)联动的角度传感器(15)检测到的关节角度的变化，运用相应的数学算法持续地修正驱动力的大小和方向，推动或阻碍该关节运动，实现该关节运动的力反馈功能。

8.根据权利要求3所述的双向力反馈从手手臂控制装置，其特征在于：所述上臂固定环(106)的外壳(D)为硬质材料，平台(E)固定于外壳(D)上，所述上臂固定环(106)的内侧充气部件(F)为可充气橡胶材质，气门(G)固定于外壳(D)上，当操作者上臂穿入上臂固定环(106)后，上臂固定环(106)内部与操作者的上臂之间有空隙，调整位置使上臂固定环(106)处在操作者上臂上靠近手臂肘部关节的部位，然后通过上臂固定环(106)的气门(G)给上臂固定环(106)的内侧充气部件(F)充入气体，使其膨胀，填满上臂固定环(106)内部与操作者上臂之间的空隙并挤压操作者的上臂，使上臂固定环(106)能固定在操作者的上臂。

9.根据权利要求4所述的双向力反馈从手手臂控制装置，其特征在于：所述前臂固定环(107)的外壳(J)为硬质材料，平台(K)固定于外壳(J)上，所述前臂固定环(107)的内侧充气部件(L)为可充气橡胶材质，气门(M)固定于外壳(J)上，当操作者的前臂在穿入前臂固定环(107)前，前臂固定环(107)的内侧充气部件(L)释放气体，使前臂固定环(107)的内径大于操作者前臂的直径，当操作者前臂穿入前臂固定环(107)后，前臂固定环(107)与操作者的前臂之间有空隙，调整位置使前臂固定环(107)处在操作者前臂上靠近手腕关节的部位，然后通过前臂固定环(107)的气门(M)给前臂固定环(107)的内侧充气部件(L)充入气体，使其膨胀，填满前臂固定环(107)内部与操作者前臂之间的空隙并挤压操作者的前臂，使前臂固定环(107)能固定在操作者的前臂。

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