CN103902021A - 数据手套肩部关节检测装置 - Google Patents
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Abstract
数据手套肩部关节检测装置，它涉及了一种检测人手肩部关节运动的装置。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，对人手肩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，无论上臂旋内还是旋外，上臂摆动时肩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
技术领域
本发明涉及一种检测人手肩部关节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肩部检测装置系统复杂、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，对肩部运动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，无论上臂旋内还是旋外，肩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，由上臂固定装置、连杆，关节检测部件，肩部检测装置，肩部基座组成，上臂固定装置固定于操作者上臂部位，肩部检测装置由两组关节检测部件组成，肩部检测装置固定于肩部基座上，肩部基座固定于操作者对应的肩关节部位，肩部检测装置与上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肩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105的轴侧图。
图4是关节检测部件105的结构示意图。
图5是上臂固定装置102整体轴测图。
图6是上臂固定装置102结构示意图。
具体实施方式
本发明主要零部件：
100.肩部基座 101.肩部检测装置 102.上臂固定装置
105.关节检测部件 1.背部固定基座 2.连杆
3.背部基座支撑杆 4.上臂滑动环上部 6.上臂滑动环下部
7.上臂固定环 8.转动连接件 12.传动轴
13.角度传感器
具体实施方式一：如图1所示，所述数据手套肩部关节检测装置包括上臂固定装置102，连杆2-1、2-2，肩部检测装置101，肩部基座100。所述上臂固定装置102固定于操作者上臂部位，所述肩部检测装置101由两组关节检测部件105-1和105-2组成，所述肩部检测装置101固定于肩部基座100上，肩部基座100固定于操作者后背上对应的肩关节部位，肩部检测装置101与上臂固定装置102通过两级连杆2-1、2-2铰接，数据手套肩部关节检测装置对操作者手臂肩部关节运动的检测由关节检测部件105-1和105-2实施。
具体实施方式：如图1、图2、图3和图4所示，所述关节检测部件105-1和105-2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，所述上臂固定装 102包括上臂固定环7，上臂滑动环上部4，上臂滑动环下部6，转动连接件8。所述上臂固定环7的外表面有环形导轨F，所述环形导轨F的轴线与上臂固定环7的轴线重合，所述上臂滑动环上部4安装在上臂固定环7的外表面，所述上臂滑动环上部4的圆环轴线与上臂固定环7的轴线重合，所述上臂固定环7的环形导轨F置于上臂滑动环上部4的圆环沟槽内，所述上臂滑动环下部6安装在上臂固定环7的外表面，所述上臂滑动环下部6的圆环轴线与上臂固定环7的轴线重合，所述上臂固定环7的环形导轨F置于上臂滑动环下部6的圆环沟槽内，所述上臂滑动环上部4与上臂滑动环下部6的两端通过螺钉固接形成一个完整的圆环，所述上臂滑动环上部4和上臂滑动环下部6与上臂固定环7之间为滑动接触，可绕上臂固定环7的轴线，在上臂固定环7的表面沿环形导轨F转动。所述转动连接件8与上臂滑动环上部4通过螺钉铰接于上臂滑动环上部4的孔E，所述转动连接件8与上臂滑动环上部4铰接的轴线垂直于上臂滑动环上部4的圆环轴线。动作实施过程：上臂固定环7固定于操作者上臂上，当操作者的上臂绕肩部至肘部的轴线转动时，上臂固定环7跟随一起转动，上臂滑动环上部4和上臂滑动环下部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，避免数据手套肩部关节检测装置因上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3、图4和图5所示，所述肩部基座100包括背部固定基座1和背部基座支撑杆3，所述肩部检测装置101包括关节检测部件105-1、105-2。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3的两端分别与背部固定基座1的A、B两个测量平台固接。所述关节检测部件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，所述关节检测部件105-1的传动轴12的轴线与A、B两个测量平台中心的连线平行，所述关节检测部件105-2的底座C与关节检测部件105-1的传动轴12固接，所述关节检测部件105-1的传动轴1 2和关节检测部件105-2的传动轴12的轴线互相垂直，所述关节检测部件105-2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的另一端与上臂固定装置102通过螺钉铰接于转动连接件8的孔D，所述第二级连杆2-2与转动连接件8铰接的轴线垂直于上臂滑动环上部4与转动连接件8铰接的轴线。动作实施过程：人体上臂能以肩部为定点在一定范围内朝各个方向摆动，固定在操作者上臂的上臂固定装置102跟随上臂一起运动，上臂固定装置102带动与其铰接的连杆2-2摆动，连杆2-2摆动的方向与上臂摆动的方向一致，当操作者的上臂朝任一方向摆动时，关节检测部件105-2的传动轴12的轴线与转动连接件8孔D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2-1、2-2之间发生相对转动，并驱动与连杆2-1固接的关节检测部件105-2的传动轴12转动，同时关节检测部件105-2绕其底座C固接部件的轴线转动，驱动与关节检测部件105-2底座C固接的关节检测部件105-1的传动轴12转动，关节检测部件105-1、105-2的传动轴12转动并驱动各自的角度传感器13，系统根据两个角度传感器1 3检测到的数据通过相应的数学算法计算出操作者上臂摆动的角度和状态。
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肩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。
作为本发明的又一实例，可以用另一关节检测部件105替代转动连接件8，连杆2-2固接于关节检测部件105的传动轴12，关节检测部件105的底座C与上臂滑动环上部4通过螺钉铰接于上臂滑动环上部4的孔E，关节检测部件105与上臂滑动环上部4铰接的轴线垂直于上臂滑动环上部4的圆环轴线，同样可以起到检测人手肩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)
1.一种数据手套肩部关节检测装置，用于与计算机、机械手交互作用的装置，由肩部基座(100)，肩部检测装置(101)，连杆(2-1、2-2)，关节检测部件(105)，上臂固定装置(102)组成；
其特征在于：
该装置固定在操作者手臂及肩部的位置上；
上臂固定装置(102)固定于操作者上臂部位，肩部检测装置(101)由两组关节检测部件(105-1、105-2)组成，肩部检测装置(101)固定于肩部基座(100)上，肩部基座(100)固定于操作者后背上对应的肩关节部位，肩部检测装置(101)与上臂固定装置(102)通过两级连杆(2-1、2-2)铰接；
数据手套肩部关节检测装置对操作者手臂肩部关节运动的检测由关节检测部件(105-1、105-2)实施，关节检测部件(105-1、105-2)内部安装有检测关节动作的角度传感器(13)，可检测操作者肩部关节运动的角度和状态。
2.根据权利要求1所述的数据手套肩部关节检测装置，其特征在于：所述关节检测部件(105-1、105-2)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所述的数据手套肩部关节检测装置，其特征在于：所述上臂固定装置(102)包括上臂固定环(7)，上臂滑动环上部(4)，上臂滑动环下部(6)，转动连接件(8)，所述上臂固定环(7)的外表面有环形导轨(F)，所述环形导轨(F)的轴线与上臂固定环(7)的轴线重合，所述上臂滑动环上部(4)安装在上臂固定环(7)的外表面，所述上臂滑动环上部(4)的圆环轴线与上臂固定环(7)的轴线重合，所述上臂固定环(7)的环形导轨(F)置于上臂滑动环上部(4)的圆环沟槽内，所述上臂滑动环下部(6)安装在上臂固定环(7)的外表面，所述上臂滑动环下部(6)的圆环轴线与上臂固定环(7)的轴线重合，所述上臂固定环(7)的环形导轨(F)置于上臂滑动环下部(6)的圆环沟槽内，所述上臂滑动环上部(4)与上臂滑动环下部(6)的两端通过螺钉固接形成一个完整的圆环，所述上臂滑动环上部(4)和上臂滑动环下部(6)与上臂固定环(7)之间为滑动接触，可绕上臂固定环(7)的轴线，在上臂固定环(7)的表面沿环形导轨(F)转动，所述转动连接件(8)与上臂滑动环上部(4)通过螺钉铰接于上臂滑动环上部(4)的孔(E)，所述转动连接件(8)与上臂滑动环上部(4)铰接的轴线垂直于上臂滑动环上部(4)的圆环轴线。
4.根据权利要求1所述的数据手套肩部关节检测装置，其特征在于：所述肩部基座(100)包括背部固定基座(1)和背部基座支撑杆(3)，所述肩部检测装置(101)包括关节检测部件(1 05-1、105-2)，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(3)的两端分别与背部固定基座(1)的(A、B)两个测量平台固接，所述关节检测部件(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)，所述关节检测部件(105-1)的传动轴(12)的轴线与(A、B)两个测量平台中心的连线平行，所述关节检测部件(105-2)的底座(C)与关节检测部件(105-1)的传动轴(12)固接，所述关节检测部件(105-1)的传动轴(1 2)和关节检测部件(105-2)的传动轴(12)的轴线互相垂直，所述关节检测部件(105-2)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)的另一端与上臂固定装置(102)通过螺钉铰接于转动连接件(8)的孔(D)，所述第二级连杆(2-2)与转动连接件(8)铰接的轴线垂直于上臂滑动环上部(4)与转动连接件(8)铰接的轴线。
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