CN104552226A - 微型力反馈检测驱动装置 - Google Patents

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苏茂
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Abstract

微型力反馈检测驱动装置，它涉及了一种检测人体关节运动并将控制对象反馈的力作用于人体关节的装置。本发明是为了解决现有的力反馈检测驱动装置系统复杂、结构臃肿、价格昂贵、维护困难等缺点，对力反馈检测驱动装置做了全新的设计，将关节检测机构和力反馈驱动机构集成于一体，简化了系统结构，使操作者的运动关节能保持最大程度的灵活，关节运动的状态能被精确检测到，反馈的力也能准确作用于操作者相应的关节，使被控制的从手关节能与操作者对应的关节协同一致动作，以增强虚拟现实或遥操作的临场感。

Description

微型力反馈检测驱动装置
技术领域
本发明涉及一种检测人体关节运动并将控制对象反馈的力作用于人体关节的装置。
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，这就需要用到人手手臂关节运动检测装置，人手手臂关节运动检测装置通过测量操作者手臂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，人手手臂关节运动检测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，操作者通过人手手臂关节运动检测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此类装置。目前市场上的人手手臂关节运动检测装置系统复杂，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的力反馈检测驱动装置系统复杂、结构臃肿、价格昂贵、维护困难等缺点，对力反馈检测驱动装置做了全新的设计，将关节检测机构和力反馈驱动机构集成于一体，简化了系统结构，并加入了离合器，当系统有力反馈信号时，电机转动，离合器连接电机与减速齿轮组，电机通过减速齿轮组驱动指定的关节，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，离合器断开电机与减速齿轮组的连接，减少和降低了关节运动的阻力，使关节的运动更加顺畅。本发明是用于需要检测人体关节运动及提供双向力反馈输出的设备，由外壳、电机、离合器、角度传感器、齿轮、传动轴组成，电机与离合器连接，离合器通过减速齿轮组的配合驱动传动轴，传动轴通过另一组齿轮驱动角度传感器，外壳对传动部件提供支撑和保护作用。本发明使操作者的运动关节能保持最大程度的灵活，检测关节的运动角度由角度传感器通过相应的数学算法测量，反馈的力能准确作用于操作者相应的关节，使被控制的从手关节能与操作者对应的关节协同一致动作，以增强虚拟现实或遥操作的临场感，该装置成本低，使用简单，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是电机1及离合器100的结构示意图。
具体实施方式
100.离合器                     1.电机                     2.传动轴
3.角度传感器                   7.摩擦片滑杆               8.离合器摩擦片
9.回位拉簧                     10.离合器盖
具体实施方式一：如图1和图2所示，所述微型力反馈检测驱动装置包括电机1，离合器100，传动轴2，角度传感器3，外壳4、5。所述电机1与离合器100连接，所述离合器100有接通和断开电机1和减速齿轮组连接的两种工作状态，离合器100通过减速齿轮组的配合驱动传动轴2，传动轴2直接驱动角度传感器3，外壳4、5对传动部件提供支撑和保护作用。动作实施过程：当关节运动并驱动传动轴2转动时，传动轴2直接驱动角度传感器3转动，使得角度传感器3能检测出操作者关节运动的角度和状态，当控制系统无力反馈信号时，电机1不转动，离合器100断开电机1与减速齿轮组的连接，操作者的关节运动不受干扰，当控制系统有力反馈信号时，电机1转动，离合器100连接电机1与减速齿轮组，电机1通过离合器100和减速齿轮的配合组驱动传动轴2转动输出动力，在关节运动的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角度传感器3检测到的操作者关节运动角度的实时变化，运用相应的数学算法持续地修正该驱动力的大小和方向，推动或阻碍操作者关节的运动，实现该关节运动的力反馈功能。
具体实施方式二：如图3所示，所述离合器100包括摩擦片滑杆7，离合器摩擦片8，回位拉簧9，离合器盖10。所述摩擦片滑杆7与电机1的轴固接，两片离合器摩擦片8分别套入摩擦片滑杆7两端，离合器摩擦片8与摩擦片滑杆7之间为滑动接触，两片离合器摩擦片8之间连接有回位拉簧9，离合器盖10套入电机1的轴，离合器盖10与电机1的轴之间为滑动接触，离合器盖10的轴线与电机1的轴线重合，离合器盖10上设有传动齿轮与减速齿轮啮合。动作实施过程：当电机1转动时，两片离合器摩擦片8克服回位拉簧9的拉力分别向摩擦片滑杆7的末端滑动并与离合器盖10的内壁接触，对离合器盖10产生摩擦力，带动离合器盖10转动；当电机1停止转动时，两片离合器摩擦片8在回位拉簧9的作用下向轴心方向滑动，与离合器盖10的内壁分离，切断离合器盖10与电机1的连接。
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，也可以用其他与离合器100具有类似功能的离合装置代替离合器100，同样可以起到连接和断开电机与减速齿轮组连接的功能，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 (2)

1.一种微型力反馈检测驱动装置，用于需要检测关节运动及提供双向力反馈输出的设备，由电机(1)，离合器(100)，传动轴(2)，角度传感器(3)，外壳(4、5)组成；
其特征在于：
该装置固定于人体运动关节附近，通过辅助的支架及传动机构与需检测的人体肢体连接构成一个完整的系统，用于检测人体关节运动的角度及状态，并将反馈的力作用在该关节上；
所述电机(1)与离合器(100)连接，所述离合器(100)有接通和断开电机(1)和减速齿轮组连接的两种工作状态，电机(1)通过离合器(100)和减速齿轮组的配合驱动传动轴(2)，传动轴(2)通过另一组齿轮驱动角度传感器(3)，外壳(4、5)对传动部件提供支撑和保护作用；
微型力反馈检测驱动装置对操作者关节运动角度和状态的检测由角度传感器(3)通过相应的数学算法测量。
2.根据权利要求1所述的微型力反馈检测驱动装置，其特征在于：所述离合器(100)包括摩擦片滑杆(7)，离合器摩擦片(8)，回位拉簧(9)，离合器盖(10)，所述摩擦片滑杆(7)与电机(1)的轴固接，两片离合器摩擦片(8)分别套入摩擦片滑杆(7)两端，离合器摩擦片(8)与摩擦片滑杆(7)之间为滑动接触，两片离合器摩擦片(8)之间连接有回位拉簧(9)，离合器盖(10)套入电机(1)的轴，离合器盖(10)与电机(1)的轴之间为滑动接触，离合器盖(10)的轴线与电机(1)的轴线重合，离合器盖(10)上设有传动齿轮与减速齿轮啮合。
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