CN103902019A - 数据手套肘部关节检测装置 - Google Patents

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CN103902019A CN201210569942.2A CN201210569942A CN103902019A CN 103902019 A CN103902019 A CN 103902019A CN 201210569942 A CN201210569942 A CN 201210569942A CN 103902019 A CN103902019 A CN 103902019A
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Abstract

数据手套肘部关节检测装置，它涉及了一种检测人手肘部关节运动的装置。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，对人手肘部的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，无论前臂旋内还是旋外，前臂屈伸时肘部关节的运动状态都能被精确检测到，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

数据手套肘部关节检测装置
技术领域
本发明涉及一种检测人手肘部关节运动状态的装置。
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屈伸检测装置系统复杂、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，对手臂屈伸的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，无论前臂旋内还是旋外，前臂屈伸时肘部关节的运动状态都能被精确检测到，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，由上臂固定环，前臂固定装置，连杆，关节检测部件组成。上臂固定环固定于操作者上臂部位，关节检测部件固定于上臂固定环的平台上，前臂固定装置固定于操作者前臂部位，关节检测部件与前臂固定装置通过两级连杆铰接。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肘部关节运动的角度和状态，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102的轴侧图。
图4是关节检测部件102的结构示意图。
图5是前臂固定装置101整体轴测图。
图6是前臂固定装置101结构示意图。
具体实施方式
本发明主要零部件：
101.前臂固定装置    102.关节检测部件 1.上臂固定环
2.连杆              3.前臂固定环     4.前臂滑动环上部
6.前臂滑动环下部    12.传动轴        13.角度传感器
具体实施方式一：如图1所示，所述数据手套肘部关节检测装置包括上臂固定环1，连杆2，前臂固定装置101，关节检测部件102。所述上臂固定环1固定于操作者上臂部位，所述关节检测部件102固定于上臂固定环1上，所述前臂固定装置101固定于操作者前臂部位，所述关节检测部件102通过两级连杆2-1、2-2与前臂固定装置101铰接，数据手套肘部关节检测装置对操作者手臂肘部关节屈伸运动的检测由关节检测部件102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102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、图5和图6所示，所述前臂固定装置101包括前臂固定环3，前臂滑动环上部4，前臂滑动环下部6。所述前臂固定环3的外表面有环形导轨C，所述环形导轨C的轴线与前臂固定环3的轴线重合，所述前臂滑动环上部4安装在前臂固定环3的外表面，所述前臂滑动环上部4的圆环轴线与前臂固定环3的轴线重合，所述前臂固定环3的环形导轨C置于前臂滑动环上部4的圆环沟槽内，所述前臂滑动环下部6安装在前臂固定环3的外表面，所述前臂滑动环下部6的圆环轴线与前臂固定环3的轴线重合，所述前臂固定环3的环形导轨C置于前臂滑动环下部6的圆环沟槽内，所述前臂滑动环上部4与前臂滑动环下部6的两端通过螺钉固接形成一个完整的圆环，所述前臂滑动环上部4和前臂滑动环下部6与前臂固定环3之间为滑动接触，可绕前臂固定环3的轴线，在前臂固定环3的表面沿环形导轨C转动。动作实施过程：前臂固定环3固定于操作者前臂上，当操作者的前臂绕肘部至手腕的轴线转动时，前臂固定环3跟随一起转动，前臂滑动环上部4和前臂滑动环下部6在连杆2-1和连杆2-2的阻碍下保持静止，位置和姿态不发生改变，避免数据手套肘部关节检测装置因前臂旋转而导致测量失效或出现较大误差。
具体实施方式四：如图1、图2、图4和图6所示，所述数据手套肘部关节检测装置包括上臂固定环1，连杆2，关节检测部件102，前臂固定装置101，连杆隔离柱5。所述关节检测部件102通过螺钉固定于上臂固定环1的平台A上，所述关节检测部件102的传动轴12的轴线与上臂固定环1的圆环轴线垂直，所述关节检测部件102的传动轴12的两端分别与两根第一级连杆2-1的一端固接，所述两根第一级连杆2-1的另一端分别与两根第二级连杆2-2的一端通过螺钉铰接，所述第一级连杆2-1和第二级连杆2-2铰接处安装有连杆隔离柱5，所述两根第二级连杆2-2的另一端通过螺钉铰接于前臂滑动环上部4的孔B内，铰接处的轴线与前臂固定环3的圆环轴线垂直且平行于关节检测部件102的传动轴12的轴线。动作实施过程：所述上臂固定环1固定于操作者上臂部位，所述前臂固定装置101固定于操作者前臂部位，当操作者的肘部关节运动时，操作者的前臂以肘部为原点做屈伸运动，固定在操作者前臂上的前臂固定装置101跟随前臂一起运动，前臂固定装置101带动与其铰接的连杆2-2转动，连杆2-2转动的方向与前臂转动的方向一致，连杆2-2带动与其铰接的连杆2-1转动，转动的连杆2-1驱动与其固接的关节检测部件102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屈伸的角度和状态。
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肘部关节在三维空间中运动的角度和状态，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 (4)

1.一种数据手套肘部关节检测装置，用于与计算机、机械手交互作用的装置，由上臂固定环(1)，连杆(2-1、2-2)，关节检测部件(102)，前臂固定装置(101)组成；
其特征在于：
该装置固定在操作者手臂上；
上臂固定环(1)固定于操作者上臂部位，关节检测部件(102)固定于上臂固定环(1)上，前臂固定装置(101)固定于操作者前臂部位，关节检测部件(102)通过两级连杆(2-1、2-2)与前臂固定装置(101)铰接；
数据手套肘部关节检测装置对操作者手臂肘部关节运动的检测由关节检测部件(102)实施，关节检测部件(102)内部安装有检测关节动作的角度传感器(13)，可通过相应的数学算法测量出操作者肘部关节运动的角度和状态。
2.根据权利要求1所述的数据手套肘部关节检测装置，其特征在于：所述关节检测部件(102)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所述的数据手套肘部关节检测装置，其特征在于：所述前臂固定装置(101)包括前臂固定环(3)，前臂滑动环上部(4)，前臂滑动环下部(6)，所述前臂固定环(3)的外表面有环形导轨(C)，所述环形导轨(C)的轴线与前臂固定环(3)的轴线重合，所述前臂滑动环上部(4)安装在前臂固定环(3)的外表面，所述前臂滑动环上部(4)的圆环轴线与前臂固定环(3)的轴线重合，所述前臂固定环(3)的环形导轨(C)置于前臂滑动环上部(4)的圆环沟槽内，所述前臂滑动环下部(6)安装在前臂固定环(3)的外表面，所述前臂滑动环下部(6)的圆环轴线与前臂固定环(3)的轴线重合，所述前臂固定环(3)的环形导轨(C)置于前臂滑动环下部(6)的圆环沟槽内，所述前臂滑动环上部(4)与前臂滑动环下部(6)的两端通过螺钉固接形成一个完整的圆环，所述前臂滑动环上部(4)和前臂滑动环下部(6)与前臂固定环(3)之间为滑动接触。
4.根据权利要求1所述的数据手套肘部关节检测装置，其特征在于：所述数据手套肘部关节检测装置，包括上臂固定环(1)，连杆(2-1、2-2)，关节检测部件(102)，前臂固定装置(101)，连杆隔离柱(5)，所述关节检测部件(102)通过螺钉固定于上臂固定环(1)的平台(A)上，所述关节检测部件(102)的传动轴(12)的轴线与上臂固定环(1)的圆环轴线垂直，所述关节检测部件(102)的传动轴(12)的两端分别与两根第一级连杆(2-1)的一端固接，所述两根第一级连杆(2-1)的另一端分别与两根第二级连杆(2-2)的一端铰接，所述第一级连杆(2-1)和第二级连杆(2-2)铰接处安装有连杆隔离柱(5)，所述两根第二级连杆(2-2)的另一端通过螺钉铰接于前臂滑动环上部(4)的孔(B)内，铰接处的轴线与前臂固定环(3)的圆环轴线垂直且平行于关节检测部件(102)的传动轴(12)的轴线。
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