CN104669230A - 人手拇指运动检测装置 - Google Patents

Abstract

人手拇指运动检测装置，它涉及了一种检测人手手指运动状态的数据手套。本发明是为了解决现有的数据手套传感器价格昂贵，系统复杂，维护困难等缺点，设计了一种依附在人手外部检测关节运动的装置，采用独特的连接方式以及巧妙的关节测量点布局，降低或消除了检测机构对操作者手指运动的阻碍和影响，令操作者在使用该装置时，手指的运动能保持最大程度的灵活和轻巧，且关节的运动状态都能被精确检测到，从而使被控制的从手的手指关节与操作者对应的手指关节协同一致动作，将多个自由度从手复杂的控制变得直观、简单、方便。

Description

人手拇指运动检测装置

技术领域

本发明涉及一种检测人手手指关节运动的角度和状态的数据手套。

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，控制机械手多个手指的多个关节一起协调运动，以实现特定功能，这就需用到数据手套，数据手套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指各个指节的位置信息作为控制指令控制机械手的手指跟踪人手手指运动。此外，近年来虚拟仿真技术不断发展，其主要的交互设备就是数据手套，例如在一个由计算机虚拟的场景里，控制一双虚拟的人手拆卸或装配机器等，还有游戏、3D动画制作都需要用到数据手套。数据手套的弯曲传感器是数据手套的核心部件，世界上只有少数几个国家能研制，所以数据手套的价格极为昂贵，单只手套售价高达六七万元人民币，而且现有的数据手套传感器寿命短，不易更换，严重影响了数据手套的普及、推广使用。

发明内容

本发明的目的是针对现有的数据手套价格昂贵、系统复杂、维护困难等缺点，提出了一种外置传感器检测关节运动的方法，极大降低数据手套的成本。本发明的难点在于依附在人手外部构架的设计，因为外置传感器的体积较大，再加上摇臂、连杆等联动机构，会干扰手指的运动，但本发明通过对外部构架的优化设计，在关节基座之间采用独特的连接方式，并对关节测量点巧妙布局，降低或消除了检测机构对操作者手指运动的阻碍和影响，令操作者在使用该装置时，手指关节的运动还能保持最大程度的灵活和轻巧。本发明是用于与计算机、机械手交互作用的装置，由手掌基座，拇指掌指节基座，拇指近指节基座，拇指远指节基座，电位器，球头，球头扣连杆，电位器盖，轴承，螺钉，连杆和摇臂组成，该装置穿戴在操作者拇指上，拇指掌指节基座、拇指近指节基座和拇指远指节基座的铰接处均安装有测量关节动作的电位器，用于检测拇指掌指关节运动的角度和状态。本发明使用简单，穿戴方便，容易维护，并可极大降低数据手套的成本。

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是拇指运动检测装置的放大视图。

图4是拇指运动检测装置的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：如图1、图2和图3所示，所述人手拇指运动检测装置包括与手掌基座102顺序铰接的拇指掌指节基座5、拇指近指节基座4和拇指远指节基座3，每相邻的两个基座铰接处均安装有测量关节动作的电位器，检测拇指各个指节运动的角度和状态。所述拇指掌指节基座5固定于人手的拇指掌指节部位，所述拇指掌指节基座5采用“C”形包围拇指掌指节，开口朝向拇指与手掌连接的一侧，在该基座位于拇指掌指节背面的位置设有一摇臂F，外侧面位置设有一孔座G。所述拇指掌指节基座5的摇臂F与摇臂19通过球头20和球头扣连杆21配合成的球形铰链进行连接，所述摇臂19与电位器18的轴通过螺钉35固接，所述电位器18通过螺钉35固定于手掌基座102的孔座Z内。动作实施过程：当操作者的腕掌关节(CP)运动时，依附于拇指掌指节上的拇指掌指节基座5跟随一起运动，并通过拇指掌指节基座5的摇臂F推拉球头扣连杆21，从而带动与摇臂19固接的电位器18的轴转动，使孔座Z内的电位器18能测量出操作者的腕掌关节(CP)运动的角度和状态。

具体实施方式二：如图1、图2、图3和图4所示，所述拇指近指节基座4固定于人手的拇指近指节部位，所述拇指近指节基座4半包围拇指近指节，横截面为“C”形，开口朝向拇指近指节的指面，在该基座位于拇指近指节外侧面的位置设有两个孔座H和K，两孔座的位置分别对应于拇指的掌指关节(MP)和指间关节(DIP)。所述拇指近指节基座4与拇指掌指节基座5通过摇臂28、连杆26、摇臂27铰接，所述摇臂28(内嵌轴承23)的底部与电位器18的轴通过螺钉36固接，所述电位器18由电位器盖22及螺钉35、螺钉36固定于拇指近指节基座4的孔座H内，所述摇臂28与连杆26一端通过螺钉24铰接，所述连杆26另一端与摇臂27通过螺钉24铰接，所述摇臂27(内嵌轴承23)与电位器18的轴通过螺钉36固接，所述电位器18通过螺钉35固定于拇指掌指节基座5的孔座G内。动作实施过程：人手拇指的近指节可绕掌指关节(MP)转动，可将其分解为两个方向上的分运动，一个是平行于拇指近指节侧面的屈伸运动，另一个是平行于拇指近指节背面的外展和内收运动。当操作者拇指的掌指关节(MP)做屈伸运动时，依附于拇指近指节上的拇指近指节基座4跟随一起运动，并通过摇臂28推拉与其铰接的连杆26，从而带动与摇臂27固接的电位器18的轴转动，使孔座G内的电位器18能测量出操作者拇指的掌指关节(MP)屈伸的角度和状态；当操作者拇指的掌指关节(MP)做外展和内收运动时，在该动作方向上，拇指掌指节基座5与摇臂27、连杆26、摇臂28和电位器18的轴是刚性连接的，所以依附于拇指近指节上的拇指近指节基座4直接带动孔座H内的电位器18相对其轴发生转动，使孔座H内的电位器18能测量出操作者拇指的掌指关节(MP)外展和内收的角度和状态。

具体实施方式三：如图1、图3和图4所示，所述拇指远指节基座3固定于人手的拇指远指节部位，所述拇指远指节基座3的一端为包围拇指远指节的柱形，另一端为半球形，整个基座的纵截面为“U”形，开口朝向拇指指间关节(DIP)，在该基座位于拇指远指节侧面的位置设有一滑槽。所述拇指远指节基座3与拇指近指节基座4通过摇臂25铰接，所述摇臂25一端嵌入拇指远指节基座3的滑槽内，并通过螺钉24限位，所述摇臂25(内嵌轴承23)另一端与电位器18的轴通过螺钉36固接，所述电位器18由电位器盖22及螺钉35、螺钉36固定于拇指近指节基座4的孔座K内。动作实施过程：当操作者拇指的指间关节(DIP)做屈伸运动时，依附于拇指远指节上的拇指远指节基座3跟随一起运动，从而带动与摇臂25固接的电位器18的轴转动，使孔座K内的电位器18能测量出操作者拇指的指间关节(DIP)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电位器，同样可以起到检测人手拇指掌指关节运动的角度和状态，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)

1.一种人手拇指运动检测装置，用于与计算机、机械手交互作用的装置，由手掌基座(102)，拇指掌指节基座(5)，拇指近指节基座(4)，拇指远指节基座(3)，电位器(18)，球头(20)，球头扣连杆(21)，电位器盖(22)，轴承(23)，螺钉(24、35、36)，连杆(26)和摇臂(19、25、27、28)组成；

其特征在于：

该装置穿戴在操作者拇指上；

拇指掌指节基座(5)、拇指近指节基座(4)和拇指远指节基座(3)的铰接处均安装有测量关节动作的电位器(18)，用于人手拇指关节运动的角度和状态。

2.根据权利要求1所述的人手拇指运动检测装置，其特征在于：所述拇指掌指节基座(5)固定在人手的拇指掌指节部位，所述拇指掌指节基座(5)采用“C”形包围拇指掌指节，开口朝向拇指与手掌连接的一侧，在该基座位于拇指掌指节背面的位置设有一摇臂(F)，外侧面位置设有一孔座(G)，拇指掌指节基座(5)的摇臂(F)与另一摇臂(19)通过球头(20)和球头扣连杆(21)铰接，所述摇臂(19)与电位器(18)的轴通过螺钉(35)固接，所述电位器(18)通过螺钉(35)固定于手掌基座(102)的孔座(Z)内。

3.根据权利要求1所述的人手拇指运动检测装置，其特征在于：所述拇指近指节基座(4)固定在人手的拇指近指节部位，半包围拇指近指节，横截面为“C”形，开口朝向拇指近指节的指面，在该基座位于拇指近指节外侧面的位置设有两个孔座(H、K)，两孔座的位置分别对应于拇指的掌指关节MP和指间关节DIP，电位器(18)由电位器盖(22)及螺钉(35、36)固定于拇指近指节基座(4)的孔座(H)内，所述电位器(18)的轴与内嵌轴承(23)的摇臂(28)底部通过螺钉(36)固接，所述摇臂(28)与连杆(26)一端通过螺钉(24)铰接，所述连杆(26)另一端与摇臂(27)通过螺钉(24)铰接，所述摇臂(27)内嵌轴承(23)与电位器(18)的轴通过螺钉(36)固接，所述电位器(18)通过螺钉(35)固定于拇指掌指节基座(5)的孔座(G)内。

4.根据权利要求1所述的人手拇指运动检测装置，其特征在于：所述拇指远指节基座(3)固定在人手的拇指远指节部位，一端为包围拇指远指节的柱形，另一端为半球形，整个基座的纵截面为“U”形，开口朝向拇指指间关节DIP，在该基座位于拇指远指节侧面的位置设有一滑槽，摇臂(25)一端嵌入拇指远指节基座(3)的滑槽内，并通过螺钉(24)限位，所述摇臂(25)内嵌轴承(23)的另一端与电位器(18)的轴通过螺钉(36)固接，所述电位器(18)由电位器盖(22)及螺钉(35、36)固定于拇指近指节基座(4)的孔座(K)内。