CN103895041A - 数据手套手臂旋转检测装置 - Google Patents
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Abstract
数据手套手臂旋转检测装置，它涉及了一种检测人手上臂和前臂旋转运动状态的检测装置。本发明是为了解决现有的检测装置系统复杂、结构臃肿、检测误差较大、维护困难等缺点，对上臂和前臂的旋转检测环节做了全新的设计，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，手臂旋转的运动状态能被精确检测到，使被控制的从手关节能与操作者对应的手臂关节协同一致动作，以增强虚拟现实或遥操作的临场感。
Description
技术领域
本发明涉及一种检测人手上臂和前臂旋转运动状态的检测装置。
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，控制机械手多个关节一起协调运动，以实现特定功能，这就需要用到数据手套，数据手套通过测量操作者手上各个关节的位置信息作为控制指令控制机械手跟踪人手运动，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，数据手套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，操作者通过数据手套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此类装置。目前市场上的数据手套系统复杂，维护困难，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数据手套的手臂旋转检测装置系统复杂、结构臃肿、检测误差较大、维护困难等缺点，提出了一种外构架式结构，对上臂和前臂的旋转检测环节做了全新的设计，采用独特的连接方式和巧妙的关节测量点布局，极大简化了复杂的数据手套控制系统，使操作者在使用该装置时手臂能保持最大程度的灵活，手臂旋转的运动状态能被精确检测到，使被控制的从手关节能与操作者对应的手臂关节协同一致动作，增强虚拟现实或遥操作的临场感。本发明是用于与计算机、机械手等交互作用的设备，由固定基座，连杆，手臂旋转检测机构组成。本发明用于检测上臂旋转运动时，固定基座固定于操作者肩部位置，手臂旋转检测机构固定于上臂上靠近肘部一端，两个部件之间通过连杆铰接；本发明用于检测前臂旋转运动时，固定基座固定于操作者上臂上靠近肘部一端，手臂旋转检测机构固定于前臂上靠近手腕一端，两个部件之间通过连杆铰接。本发明检测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，可以精确、灵敏地检测出在三维空间中操作者的上臂绕其轴线旋转的角度和前臂绕其轴线旋转的角度，该装置成本低，使用简单，穿戴方便，维护容易。
附图说明
图1是本发明的整体轴侧图。
图2是本发明的结构示意图。
图3是关节检测部件3的轴侧图。
图4是关节检测部件3的结构示意图。
具体实施方式
本发明主要零部件：
101.手臂旋转检测机构 1.固定基座 2.连杆
3.关节检测部件 4.固定环齿轮 5.手臂滑动环上部
6.手臂滑动环下部 7.手臂固定环 8.齿轮
12.传动轴 13.角度传感器
具体实施方式一：如图1所示，所述数据手套手臂旋转检测装置，包括固定基座1，连杆2，关节检测部件3，手臂旋转检测机构101组成。本发明用于检测上臂旋转运动时，固定基座1固定于操作者肩部位置，手臂旋转检测机构101固定于上臂上靠近肘部一端，两个部件之间通过两级连杆2铰接；本发明用于检测前臂旋转运动时，固定基座1固定于操作者上臂上靠近肘部一端，手臂旋转检测机构101固定于前臂上靠近手腕一端，两个部件之间通过两级连杆2铰接。数据手套手臂旋转检测装置对操作者手臂关节旋转运动的检测由关节检测部件3实施。
具体实施方式二：如图2、图3和图4所示，所述关节检测部件3包括外壳9、10、11，传动轴12和角度传感器13，所述传动轴12通过齿轮啮合与角度传感器13联动。动作实施过程：当传动轴12转动时，传动轴12通过齿轮带动角度传感器13转动。
具体实施方式三：如图1、图2和图3所示，所述手臂旋转检测机构101包括手臂固定环7，固定环齿轮4，手臂滑动环上部5和手臂滑动环下部6。所述手臂固定环7的外壳为硬质材料，所述固定环齿轮4固定于手臂固定环7的外表面，所述固定环齿轮4的轴线与手臂固定环7的轴线重合，所述手臂滑动环上部5安装在手臂固定环7的外表面，所述手臂滑动环上部5的圆环轴线与手臂固定环7的轴线重合，所述固定环齿轮4置于手臂滑动环上部5的圆环沟槽内，所述手臂滑动环下部6安装在手臂固定环7的外表面，所述手臂滑动环下部6的圆环轴线与手臂固定环7的轴线重合，所述固定环齿轮4置于手臂滑动环下部6的圆环沟槽内，所述手臂滑动环上部5与手臂滑动环下部6的两端通过螺钉固接形成一个完整的圆环，所述手臂滑动环上部5和手臂滑动环下部6与手臂固定环7之间为滑动接触，可绕手臂固定环7的轴线，在手臂固定环7的表面转动。所述关节检测部件3的底座B通过螺钉固定于手臂滑动环上部5的平台A侧面，所述关节检测部件3的传动轴12的轴线与手臂固定环7的轴线平行，所述关节检测部件3的传动轴12与齿轮8固接，所述齿轮8与固定环齿轮4啮合。所述手臂滑动环上部5的平台A两侧通过两级连杆2与固定基座1铰接，铰接处的轴线垂直于手臂固定环7的轴线。本发明用于检测上臂旋转运动时，所述手臂固定环7固定于操作者上臂上靠近肘部一端，所述固定基座1固定于操作者肩部位置；本发明用于检测前臂旋转运动时，所述手臂固定环7固定于前臂上靠近手腕一端，所述固定基座1固定于操作者上臂上靠近肘部一端。动作实施过程：本发明用于检测上臂旋转运动时，手臂固定环7固定在操作者的上臂上靠近肘部一端，固定基座1固定于操作者肩部位置，当操作者的上臂绕肩部至肘部的轴线转动时，手臂固定环7及固定环齿轮4跟随一起转动，此运动方向上手臂滑动环上部5和手臂滑动环下部6相对于手臂固定环7静止，则固定环齿轮4通过啮合的齿轮8驱动关节检测部件3的传动轴12，传动轴12通过啮合的齿轮驱动角度传感器13，使角度传感器13能通过相应的数学算法测量出操作者上臂旋转的角度和状态；本发明用于检测前臂旋转运动时，手臂固定环7固定在操作者的前臂上靠近手腕一端，固定基座1固定于操作者上臂上靠近肘部一端，当操作者的前臂绕肘部至手腕的轴线转动时，手臂固定环7及固定环齿轮4跟随一起转动，此运动方向上手臂滑动环上部5和手臂滑动环下部6相对于手臂固定环7静止，则固定环齿轮4通过啮合的齿轮8驱动关节检测部件3的传动轴12，传动轴12通过啮合的齿轮驱动角度传感器13，使角度传感器13能通过相应的数学算法测量出操作者前臂旋转的角度和状态。
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在三维空间中旋转的位置和运动状态的目的，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 (3)
1.一种数据手套手臂旋转检测装置，用于与计算机、机械手交互作用的装置，由固定基座(1)、连杆(2)、关节检测部件(3)、手臂旋转检测机构(101)组成；
其特征在于：
该装置固定在操作者手上；
该装置用于检测操作者上臂旋转运动时，手臂固定环(7)固定于操作者上臂上靠近肘部一端，固定基座(1)固定于操作者肩部位置；该装置用于检测操作者前臂旋转运动时，手臂固定环(7)固定于前臂上靠近手腕一端，固定基座(1)固定于操作者上臂上靠近肘部一端；
该装置对操作者手臂关节旋转运动的检测由关节检测部件(3)实施，关节检测部件(3)内部安装有检测关节动作的角度传感器(13)，可检测操作者上臂和前臂旋转的角度和状态。
2.根据权利要求1所述的数据手套手臂旋转检测装置，其特征在于：所述关节检测部件(3)包括外壳(9、10、11)，传动轴(12)和角度传感器(13)，所述传动轴(12)通过齿轮啮合与角度传感器(13)联动。
3.根据权利要求1所述的数据手套手臂旋转检测装置，其特征在于：所述手臂旋转检测机构(101)包括手臂固定环(7)，固定环齿轮(4)，手臂滑动环上部(5)，手臂滑动环下部(6)；所述手臂固定环(7)的外壳为硬质材料，所述固定环齿轮(4)固定于手臂固定环(7)的外表面，所述固定环齿轮(4)的轴线与手臂固定环(7)的轴线重合，所述手臂滑动环上部(5)安装在手臂固定环(7)的外表面，所述手臂滑动环上部(5)的圆环轴线与手臂固定环(7)的轴线重合，所述固定环齿轮(4)置于手臂滑动环上部(5)的圆环沟槽内，所述手臂滑动环下部(6)安装在手臂固定环(7)的外表面，所述手臂滑动环下部(6)的圆环轴线与手臂固定环(7)的轴线重合，所述固定环齿轮(4)置于手臂滑动环下部(6)的圆环沟槽内，所述手臂滑动环上部(5)与手臂滑动环下部(6)的两端通过螺钉固接形成一个完整的圆环，所述手臂滑动环上部(5)和手臂滑动环下部(6)与手臂固定环(7)之间为滑动接触，可绕手臂固定环(7)的轴线，在手臂固定环(7)的表面转动，所述关节检测部件(3)的底座(B)通过螺钉固定于手臂滑动环上部(5)的平台(A)侧面，所述关节检测部件(3)的传动轴(12)的轴线与手臂固定环(7)的轴线平行，所述关节检测部件(3)的传动轴(12)与齿轮(8)固接，所述齿轮(8)与固定环齿轮(4)啮合，所述手臂滑动环上部(5)的平台(A)两侧通过两级连杆(2)与固定基座(1)铰接，铰接处的轴线垂直于手臂固定环(7)的轴线。
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109223432A (zh) * | 2018-08-01 | 2019-01-18 | 广州中医药大学(广州中医药研究院) | 腕关节康复智能机器人 |
| CN110162172A (zh) * | 2019-04-29 | 2019-08-23 | 太平洋未来科技（深圳）有限公司 | 一种识别运动姿态的设备 |
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| CN202895235U (zh) * | 2012-11-26 | 2013-04-24 | 苏茂 | 双向力反馈从手手臂控制装置 |
| CN103831832A (zh) * | 2012-11-26 | 2014-06-04 | 苏茂 | 双向力反馈从手手臂控制装置 |
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20140702 |