CN109445594A - 手部动作捕获装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种手部动作捕获装置。该手部动作捕获装置通过第一力反馈驱动装置对各手指对应的连杆结构相对底座的旋转角度的检测及检测信号的输出，第二力反馈驱动装置对各连杆结构不同连杆间的旋转角度的检测及检测信号的输出，以及控制装置对各检测信号的接收、发送和控制信号的接收和反馈，最终使第一力反馈驱动装置和第二力反馈驱动装置相应输出不同大小的力反馈，从而能够实现手部动作和手指动作的细致捕捉，同时实现维度更丰富、体验更精细的力反馈，用以模拟虚拟物体的形状及刚度，为用户提供更加真实的触感体验。

Description

手部动作捕获装置

技术领域

本发明涉及虚拟现实技术领域，特别是涉及一种手部动作捕获装置。

背景技术

在虚拟现实的场景中，为了增强用户对虚拟世界的感知，常常会用到手部动作捕获装置来捕捉人手的运动信息，手部动作捕获装置具有与人手的五指相适配的五指机构。穿戴后，当用户的手指运动时，手部动作捕获装置便会捕捉人手指的运作情况，实现对人手运动信息的捕捉。随着虚拟现实技术的发展，手部动作捕获装置也开始同时具备力反馈功能。

然而，目前的手部动作捕获装置的力反馈功能仅是从无和有的区别，力反馈的维度和体验受限制，无法精准控制在不同位置的力反馈的大小，从而无法使用户产生真实的握持感。

发明内容

基于此，有必要针对手部动作捕获装置中存在的力反馈的维度和体验受限制，无法精准控制在不同位置的力反馈的大小，从而无法使用户产生真实的握持感的问题，提供一种手部动作捕获装置。

为了实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种手部动作捕获装置，所述手部动作捕获装置包括底座、多个连杆结构、以及用于将所述连杆结构和所述底座固定于手部的固定装置，所述手部动作捕获装置还包括：

设置在所述底座上的控制装置，所述控制装置被配置为将接收的检测信号发送至上位机，接收所述上位机反馈的一个或多个控制信号；

连接在所述底座和所述连杆结构之间的第一力反馈驱动装置，所述第一力反馈驱动装置被配置为检测所述连杆结构相对所述底座的旋转角度并生成检测信号，将检测信号输出至所述控制装置，并在接收到的所述控制装置对应反馈的控制信号时，根据对应反馈的控制信号输出力反馈；

设置在所述连杆结构关节上的第二力反馈驱动装置，所述第二力反馈驱动装置被配置为检测对应连杆的旋转角度并生成检测信号，将检测信号输出至所述控制装置，并在接收到的所述控制装置对应反馈的控制信号时，根据对应反馈的控制信号输出力反馈。

上述手部动作捕获装置，通过第一力反馈驱动装置对各手指对应的连杆结构相对底座的旋转角度的检测及检测信号的输出，第二力反馈驱动装置对各连杆结构不同连杆间的旋转角度的检测及检测信号的输出，以及控制装置对各检测信号的接收、发送和控制信号的接收和反馈，最终使第一力反馈驱动装置和第二力反馈驱动装置相应输出不同大小的力反馈，从而能够实现手部动作和手指动作的细致捕捉，同时实现维度更丰富、体验更精细的力反馈，用以模拟虚拟物体的形状及刚度，为用户提供更加真实的触感体验。

在其中一个实施例中，所述手部动作捕获装置还包括：

连接在所述连杆结构和所述固定装置之间的第三力反馈驱动装置，所述第三力反馈驱动装置被配置为检测连杆结构相对固定装置的旋转角度并生成检测信号，将检测信号输出至所述控制装置，并在接收到的所述控制装置对应反馈的控制信号时，根据对应反馈的控制信号输出力反馈。

在其中一个实施例中，所述第一力反馈驱动装置包括：

第一驱动机构和第一扭矩输出杆，所述第一驱动机构连接在所述底座和所述连杆结构之间，所述第一扭矩输出杆的第一端部与所述第一驱动机构连接，所述第一扭矩输出杆的第二端部与所述连杆结构活动连接；

第一角度传感器，所述第一角度传感器被配置为检测所述连杆结构相对所述底座的旋转角度并生成检测信号；

第一处理器，所述第一处理器分别电连接至所述第一角度传感器、所述第一驱动机构以及所述控制装置，被配置为将所述第一角度传感器的检测信号发送至所述控制装置，并根据接收到的所述控制装置对应反馈的控制信号控制所述第一驱动机构向所述第一扭矩输出杆输出相应大小的扭矩；

所述第二力反馈驱动装置包括：

第二驱动机构和第二扭矩输出杆，所述第二驱动机构连接在不同连杆之间，所述第二扭矩输出杆的第一端部与所述第二驱动机构连接，所述第二扭矩输出杆的第二端部与所述连杆结构活动连接；

第二角度传感器，所述第二角度传感器被配置为检测对应连杆的旋转角度并生成检测信号；

第二处理器，所述第二处理器分别电连接至所述第二角度传感器、所述第二驱动机构以及所述控制装置，被配置为将所述第二角度传感器的检测信号发送至所述控制装置，并根据接收到的所述控制装置对应反馈的控制信号控制所述第二驱动机构向所述第二扭矩输出杆输出相应大小的扭矩。

在其中一个实施例中，所述第一驱动机构包括电动式驱动机构或电磁式驱动机构；所述第二驱动机构包括电动式驱动机构或电磁式驱动机构。

在其中一个实施例中，所述电动式驱动机构包括电机；

第一驱动机构包括第一电机，所述第一电机的转子和定子分别固定在所述连杆结构和所述底座上，所述第一电机连接所述第一扭矩输出杆的第一端部；

第二驱动机构包括第二电机，所述第二电机的转子和定子分别固定在所述连杆结构的不同连杆上，所述第二电机连接所述第二扭矩输出杆的第一端部。

在其中一个实施例中，所述第三力反馈驱动装置包括：

第三驱动机构和第三扭矩输出杆，所述第三驱动机构连接在所述固定装置和所述连杆结构之间，所述第三扭矩输出杆的第一端部与所述第三驱动机构连接，所述第三扭矩输出杆的第二端部与所述连杆结构活动连接；

第三角度传感器，所述第三角度传感器被配置为检测所述连杆结构相对于所述固定装置的旋转角度并生成检测信号；

第三处理器，所述第三处理器分别电连接至所述第三角度传感器、所述第三驱动机构以及所述控制装置，被配置为将所述第三角度传感器的检测信号发送至所述控制装置，并根据接收到的所述控制装置对应反馈的控制信号控制所述第三驱动机构向所述第三扭矩输出杆输出相应大小的扭矩。

在其中一个实施例中，所述控制装置包括无线通信模块。

在其中一个实施例中，所述连杆结构包括直连杆和异形连杆，所述直连杆的一端通过所述第一力反馈驱动装置与所述底座连接，所述直连杆的另一端通过所述第二力反馈驱动装置与所述异形连杆的一端连接，所述异形连杆的另一端连接所述固定装置。

在其中一个实施例中，所述固定装置包括手掌固定组件和手指固定组件。

在其中一个实施例中，所述手掌固定组件为绑带结构、手套结构或手环结构；所述手指固定组件为扎带结构或指套结构。

附图说明

图1为一实施例中手部动作捕获装置的整体结构示意图；

图2为另一实施例中手部动作捕获装置的分解结构示意图；

图3为一实施例中手部动作捕获装置的分解结构示意图；

图4为一实施例中手部动作捕获装置的分解结构示意图；

图5为一实施例中手部动作捕获装置的整体结构示意图；

图6为一实施例中手部动作捕获装置的整体结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

需要说明的是，当元件被称为“固定于或安装于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接或相接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件，也可以是二者间存在居中元件。当一个元件与另一个元件“接触”，它可以是直接与另一个元件接触，也可能同时存在居中元件，与另一元件间接接触。

本申请的手部动作捕获装置可在用户手指尖提供可调节的连续力反馈，用以模拟虚拟物体的形状及刚度，这可被用于机器人控制、机械控制以及游戏等等。

在一些远程操作场景或者虚拟现实场景中，为了捕获用户的手部动作或者增加用户的真实触感，可以采用本手部动作捕获装置。例如，用户可以使用该手部动作捕获装置，操控距离用户一公里外的机器人拆弹，用户通过移动自己的手部来远程控制机器人的手部去抓取易爆物品。在抓到物体的一瞬间，该手部动作捕获装置可以向用户施加反馈力，使得用户产生把持感。或者，在玩游戏时，用户可以通过头戴式显示器在虚拟世界中看到自己的双手，增加临现感，在虚拟世界中抓取虚拟物体时，当手指的坐标与被抓取物体的三维坐标重合时，上位机可以给手部动作捕获装置发送指令，使得带有力反馈的手部动作捕获装置给用户的手部施加反馈力，使得用户仿佛在真实世界中真的握持到真实物体一般。

参见图1，图1为一实施例中的一种手部动作捕获装置的结构示意图。

在本实施例中，手部动作捕获装置包括底座1、多个连杆结构2、用于将连杆结构2和底座1固定于手部的固定装置3，手部动作捕获装置还包括控制装置(图中为示出)、第一力反馈驱动装置4以及第二力反馈驱动装置5。详述如下：

控制装置设置在底座1上，被配置为将接收的检测信号发送至上位机，并接收上位机反馈的一个或多个控制信号。

第一力反馈驱动装置4连接在底座1和连杆结构2之间，第一力反馈驱动装置4被配置为检测连杆结构2相对底座1的旋转角度并生成检测信号，将检测信号输出至控制装置，并根据接收到的控制装置对应反馈的控制信号输出力反馈。

第二力反馈驱动装置5设置在连杆结构2关节上的，第二力反馈驱动装置5被配置为检测对应连杆的旋转角度并生成检测信号，将检测信号输出至控制装置，并根据接收到的控制装置对应反馈的控制信号输出力反馈。

在本发明实施例中，控制装置设置在底座1上，接收第一力反馈驱动装置4和第二力反馈驱动装置5的检测信号发送至上位机，同时，上位机根据对应的检测信号判断是否需要进行力反馈，并在判断需要进行力反馈时，将反馈相应的控制信号至控制装置，继而控制装置将接收到的控制信号对应的反馈至第一力反馈驱动装置4和第二力反馈驱动装置5，以使第一力反馈驱动装置4和第二力反馈驱动装置5分别根据接收到的对应控制信号输出力反馈。而其他被上位机判断为不需要进行力反馈的检测信号，则其对应的第一力反馈驱动装置4和/或第二力反馈驱动装置5，并不会接收到控制信号，因而维持当前动作状态，没有力反馈输出。

其中，上位机可以为电脑、手机、游戏机、服务器、计算机设备等。上位机根据接收到的检测信号重建手部模型，并且建立每个手指尖与手背之间的相对坐标关系，通过该相对坐标关系，将重建的手部模型映射到虚拟人物的手上，然后开始进行物体交互的碰撞检测和物理状态判断。当检测到虚拟人物的手部与目标物体发生碰撞时，比如，虚拟人物的手部抓住某一个虚拟物体时，判断该虚拟物体对应的物理状态，根据物理状态计算出实际上应该生成的反馈力的矢量方向和大小，并将该矢量方向和大小作为控制信号发送给控制装置。其中，反馈力的矢量方向和大小可以采用逆运动学/逆动力学的算法进行推算，也可以通过查表方式实现，预先设置一个指尖力大小角度和多个力反馈装置的开启力反馈的角度与大小一一对应的表格，当指尖力需要某一个大小和角度时，就可以从表中查出对应的力反馈装置参数。

在一个实施例中，控制装置包括无线通信模块，可以实现无线控制，更加方便利用，该无线通信模块可以是任意进行无线数据传输的模块，包括但不限于蓝牙模块、射频(NRF)模块、无线(Wireless-Fidelity，Wi-Fi)模块、2.4G模块等等。

在本发明实施例中，第一力反馈驱动装置4包括设置在拇指对应连杆机构2上的力反馈装置，还包括设置在其他四指对应的连杆机构2上的力反馈装置，具体地，第一力反馈驱动装置4可以通过连杆、铰链、轴承等方式连接在底座1和连杆结构2之间，并检测连杆结构2相对底座1的旋转角度以生成检测信号。该检测信号即为手指与手掌间相互靠近或背离的动作信号。当控制装置接收并发送该检测信号，且接收到上位机反馈回的控制信号时，控制装置再将控制信号反馈至第一力反馈驱动装置4，从而第一力反馈驱动装置4根据控制信号输出相应矢量方向和大小的力反馈，使用户通过力反馈体验虚拟物体中与手指和手掌虚拟接触的对应区域的刚度值。

在本发明实施例中，第二力反馈驱动装置5包括设置在拇指对应连杆机构2关节上的力反馈装置，还包括设置在其他四指对应的连杆机构2关节上的力反馈装置，具体地，第二力反馈驱动装置5可以通过连杆、铰链、轴承等方式连接在连杆结构2的不同连杆之间，并检测连杆结构2不同连杆间的旋转角度以生成检测信号。该检测信号即为手指不同关节间相互靠近或背离(例如手指弯曲)的动作信号。当控制装置接收并发送该手指关节动作信号，且接收到上位机反馈回的控制信号时，控制装置再将控制信号反馈至第二力反馈驱动装置5，从而第二力反馈驱动装置5根据控制信号输出相应矢量方向和大小的力反馈，使用户通过力反馈体验虚拟物体中与手指虚拟接触的对应区域的刚度值。在一实施例中，为了使手部动作捕获装置更美观同时更易穿戴于人手，第二力反馈驱动装置5在体积的设计上可以小于第一力反馈驱动装置4。

本发明实施例提供的手部动作捕获装置，通过第一力反馈驱动装置4对各手指对应的连杆结构2相对底座1的旋转角度的检测及检测信号的输出，第二力反馈驱动装置5对各连杆结构2不同连杆间的旋转角度的检测及检测信号的输出，以及控制装置对各检测信号的接收、发送和控制信号的接收和反馈，最终使第一力反馈驱动装置4和第二力反馈驱动装置5相应输出不同大小和方向的力反馈，从而能够实现手部动作和手指动作的细致捕捉，同时实现维度更丰富、体验更精细的力反馈，用以模拟虚拟物体的形状及刚度，为用户提供更加真实的触感体验。

在图1的基础上参见图2，图2为另一实施例提供的一种手部动作捕获装置的分解结构示意图。

在本实施例中，在手部动作捕获装置包括底座1、多个连杆结构2、用于将连杆结构2和底座1固定于手部的固定装置3、控制装置、第一力反馈驱动装置4以及第二力反馈驱动装置5的基础上，手部动作捕获装置还包括第三力反馈驱动装置6。在一个实施例中，为了使手部动作捕获装置更美观同时更易穿戴于人手，第二力反馈驱动装置5、第三力反馈驱动装置6在体积的设计上均可以小于第一力反馈驱动装置4。

在本发明实施例中，底座1、连杆结构2、固定装置3、控制装置、第一力反馈驱动装置4以及第二力反馈驱动装置5的描述参见上一实施例，在此不再赘述。

在本发明实施例中，第三力反馈驱动装置6连接在连杆结构2和固定装置3之间，第三力反馈驱动装置6被配置为检测连杆结构2相对固定装置3的旋转角度并生成检测信号，将检测信号输出至控制装置，并根据接收到的控制装置对应反馈的控制信号输出力反馈。

其中，第三力反馈驱动装置6包括设置在拇指对应连杆机构2上的力反馈装置，还包括设置在其他四指对应的连杆机构2上的力反馈装置，具体地，第三力反馈驱动装置6可以通过连杆、铰链、轴承等方式连接在固定装置3和连杆结构2之间，并检测连杆结构2相对固定装置3的旋转角度以生成检测信号。该检测信号即为手指尖与手掌间相互靠近或背离的动作信号。当控制装置接收并发送该检测信号，且接收到上位机反馈回的控制信号时，控制装置再将控制信号反馈至第三力反馈驱动装置6，从而第三力反馈驱动装置6根据控制信号输出相应矢量方向和大小的力反馈，使用户通过力反馈体验虚拟物体中对应指尖虚拟接触区域的刚度值。其中，仅在该检测信号被上位机判断为需要进行力反馈时，上位机才会反馈回相应的控制信号，以使第三力反馈驱动装置6输出相应矢量方向和大小的力反馈，否则维持当前动作状态，没有力反馈输出。

本发明实施例提供的手部动作捕获装置，通过第一力反馈驱动装置4对各手指对应的连杆结构2相对底座1的旋转角度的检测及检测信号的输出，第二力反馈驱动装置5对各连杆结构2不同连杆间的旋转角度的检测及检测信号的输出，第三力反馈驱动装置6对连杆结构2相对固定装置3的旋转角度的检测及检测信号的输出，以及控制装置对各检测信号的接收、发送和控制信号的接收和反馈，最终使第一力反馈驱动装置4、第二力反馈驱动装置5以及第三力反馈驱动装置6相应输出不同大小的力反馈，从而能够实现手部动作和手指、指尖动作的细致捕捉，同时实现维度更丰富、体验更精细的力反馈，为用户提供更加真实的触感体验。

在图1和图2的基础上，参见图3-图6，图3、图4为一实施例中手部动作捕获装置的分解结构示意图，图5、图6为一实施例中手部动作捕获装置的整体结构示意图。

在本实施例中，第一力反馈驱动装置4包括第一驱动机构、第一扭矩输出杆、第一角度传感器以及第一处理器。

第一驱动机构和第一扭矩输出杆，第一驱动机构连接在底座1和连杆结构2之间，第一扭矩输出杆的第一端部与第一驱动机构连接，第一扭矩输出杆的第二端部与连杆结构2活动连接。第一扭矩输出杆与连杆结构2的旋转轴重合，也可以是其他朝向，再通过齿轮，蜗轮蜗杆或其他传动形式传动至连杆的旋转轴上。

第一角度传感器，第一角度传感器被配置为检测连杆结构2相对底座1的旋转角度并生成检测信号。

第一处理器，第一处理器分别电连接至第一角度传感器、第一驱动机构以及控制装置，被配置为将第一角度传感器的检测信号发送至控制装置，并根据接收到的控制装置对应反馈的控制信号控制第一驱动机构向第一扭矩输出杆输出相应大小的扭矩。

在本实施例中，第二力反馈驱动装置5包括第二驱动机构、第二扭矩输出杆、第二角度传感器以及第二处理器。

第二驱动机构和第二扭矩输出杆，第二驱动机构连接在不同连杆之间，第二扭矩输出杆的第一端部与第二驱动机构连接，第二扭矩输出杆的第二端部与连杆结构2活动连接。第二扭矩输出杆与连杆的旋转轴重合，也可以是其他朝向，再通过齿轮，蜗轮蜗杆或其他传动形式传动至连杆的旋转轴上。

第二角度传感器，第二角度传感器被配置为检测对应连杆的旋转角度并生成检测信号。

第二处理器，第二处理器分别电连接至第二角度传感器、第二驱动机构以及控制装置，被配置为将第二角度传感器的检测信号发送至控制装置，并根据接收到的控制装置对应反馈的控制信号控制第二驱动机构向第二扭矩输出杆输出相应大小的扭矩。

在本实施例中，第三力反馈驱动装置6包括第三驱动机构、第三扭矩输出杆、第三角度传感器以及第三处理器。

第三驱动机构和第三扭矩输出杆，第三驱动机构连接在固定装置3和连杆结构2之间，第三扭矩输出杆的第一端部与第三驱动机构连接，第三扭矩输出杆的第二端部与连杆结构2活动连接。第三扭矩输出杆与连杆结构2的旋转轴重合，也可以是其他朝向，再通过齿轮，蜗轮蜗杆或其他传动形式传动至连杆的旋转轴上。

第三角度传感器，第三角度传感器被配置为检测连杆结构2相对于固定装置3的旋转角度并生成检测信号。

第三处理器，第三处理器分别电连接至第三角度传感器、第三驱动机构以及控制装置，被配置为将第三角度传感器的检测信号发送至控制装置，并根据接收到的控制装置对应反馈的控制信号控制第三驱动机构向第三扭矩输出杆输出相应大小的扭矩。

在本实施例中，各驱动机构和角度传感器通过导线(包括供电及信号线)连接至各对应的处理器上，再由各处理器连接至控制装置；也可以直接从各驱动机构和角度传感器连接至控制装置。导线走线始终贴合连杆结构2，不会影响正常使用。其中，各角度传感器均可以使用电位器、霍尔角度传感器、非接触式磁角度传感器、编码器等任意角度传感器，且各角度传感器的测量轴与对应连杆结构2的旋转轴重合，以测量连杆旋转角度。需要说明的是，在其他实施例中，各处理器均还可以设置在手部动作捕获装置的其他位置，仅需要通过电连接实现控制。例如，所有的处理器都可以设置在底座1上。

在本实施例中，第一驱动机构、第二驱动机构以及第三驱动机构分别可以为电动式驱动机构或电磁式驱动机构。其中，电动式驱动机构包括但不限于电机，电机包括但不限于盘式驱动电机、无刷驱动电机、空心杯驱动电机、铁芯驱动电机、线性驱动电机；电磁式驱动机构包括但不限于电磁铁，当第一驱动机构、第二驱动机构以及第三驱动机构为电磁铁时，对应的扭矩输出杆可以为磁性材料体。需要说明的是，在其他实施例中，第一驱动机构、第二驱动机构以及第三驱动机构也可以为螺线管或者其它可以输出扭矩的制动器，还可以是以其他形式输出的执行器。

具体地，在一实施例中，第一驱动机构包括第一电机，第一电机的转子和定子分别固定在连杆结构2和底座1上；第二驱动机构包括第二电机，第二电机的转子和定子分别固定在连杆结构2的不同连杆上，以达到驱动效果。在一实施例中，第三驱动机构包括第三电机，第三电机的转子和定子分别固定在连杆结构2和固定装置3上，以达到驱动效果。

进一步地，为了提高输出扭矩，各力反馈驱动装置还可以包括一级至数级变速组。变速组可以但不限于齿轮减速组、蜗杆减速组、连杆传动减速组。其中，齿轮减速组可以包括锥齿轮、平齿轮、斜齿齿轮、伞齿轮等等。在一个实施例中，变速组可以设置在各驱动机构中。在一实施例中，各变速组可以根据对应的驱动机构和自身变速器的位置和方向，通过可反驱动的蜗轮实现，将扭矩传递到对应的扭矩输出杆上。

以下以第一力反馈驱动装置4以及变速组为齿轮减速组进行具体说明：

参见图3，第一力反馈驱动装置4包括第一驱动机构41、第一扭矩输出杆42、第一角度传感器43以及第一处理器44。其中，第一驱动机构41包括第一电机411与第一齿轮减速组412，第一电机411与第一齿轮减速组412通过齿轮连接，第一齿轮减速组412还与第一扭矩输出杆42的第一端部通过齿轮连接。第一处理器44通过控制第一电机411的电流来控制电机旋转与扭矩输出，从而控制虚拟物体的刚度。例如，当物体刚度高时，第一处理器44向第一电机411输入高电流，使得第一电机411通过第一齿轮减速组412向第一扭矩输出杆42输出高扭矩，将使用者手部停留在特定位置。当物体刚度低时，第一处理器44向第一电机411输入低电流，使得第一电机411通过第一齿轮减速组412向第一扭矩输出杆42输出低扭矩，用户可以通过指尖用力来克服电机输出的扭矩，感觉到虚拟物体的刚度。

在本实施例中，如图2-4所示，连杆结构2包括直连杆21和异形连杆22，直连杆21的一端通过第一力反馈驱动装置4与底座1连接，直连杆21的另一端通过第二力反馈驱动装置5与异形连杆22的一端连接，异形连杆22的另一端连接固定装置3。当手部动作捕获装置包括第三力反馈驱动装置6时，则异形连杆22的另一端通过第三力反馈驱动装置6连接固定装置3。

其中，直连杆21的一端设置有滑槽，第一力反馈驱动装置4通过将第一扭矩输出杆42插入直连杆21的滑槽中与直连杆21连接。该异形连接杆22可以是任意形状的异型连杆，只要可以连接第二力反馈驱动装置5的第二扭矩输出杆和固定装置3，或者连接第二力反馈驱动装置5的第二扭矩输出杆和第三力反馈驱动装置6的第三扭矩输出杆即可。可选地，异形连接杆22的长度可以通过设置滑槽进行调节，其长度可以将此装置适配于不同大小的手掌。

在本实施例中，固定装置3包括手掌固定组件和手指固定组件。手掌固定组件为绑带结构、手套结构或手环结构；手指固定组件为扎带结构或指套结构。其中，该手掌固定组件可以是但不限于尼龙绑带，也可以是任何形状，任何材质的复合人体工学的穿戴设计；手指固定组件可以是但不限于尼龙扎带和手指套，也可以是硅胶/塑胶指套，或者任意可用来固定手指的机械机构。例如，手指固定组件可以为包括尼龙搭扣的尼龙扎带式的穿戴方式，通过尼龙搭扣固定在指尖上；手指套通过不同大小和不同材质，使用户通过个人手指尺寸来选择其所需的手指套。

可选地，在采用手套穿戴方案时，可以在穿戴前让手部动作捕获装置的每个力反馈驱动装置固定在特定角度，让连杆成为刚体，撑起手套(如图5所示)，这样使得穿戴更方便。力反馈驱动装置同时也可以轻微来回抖动，让手指伸进手套时更顺畅。

在本实施例中，可选地，底座1中还设置有电源装置，电源装置用于为手部动作捕获装置中的控制装置以及各力反馈驱动装置提供电能，以保证手部动作捕获装置正常运转。其中，该电源装置可以是无线电源、无线充电装置、锂电池等。

在本实施例中，可选地，如图6所示，该手部动作捕获装置还包括与底座1固定连接的外部附件8，外部附件8包括操纵杆81、按钮82和拨盘中的至少一个。该装置还可以再添加一个或多个按钮，拨盘，遥杆或其他用户控件。这些外部附件可以附接到底座1，或者，这些外部附件的位置可以是任意的。例如，外部附件位于大拇指和食指间，可以在固定到底座1时，连接一个或多个按钮和操纵杆。然而，这些按钮和操纵杆也可以被添加到外骨骼上的任何位置。同时，按钮、操纵杆等外部附件可以提供位置、角度旋转或按键等输入。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种手部动作捕获装置，其特征在于，所述手部动作捕获装置包括底座、多个连杆结构、以及用于将所述连杆结构和所述底座固定于手部的固定装置，所述手部动作捕获装置还包括：

设置在所述底座上的控制装置，所述控制装置被配置为将接收的检测信号发送至上位机，接收所述上位机反馈的一个或多个控制信号；

连接在所述底座和所述连杆结构之间的第一力反馈驱动装置，所述第一力反馈驱动装置被配置为检测所述连杆结构相对所述底座的旋转角度并生成检测信号，将检测信号输出至所述控制装置，并在接收到所述控制装置对应反馈的控制信号时，根据对应反馈的控制信号输出力反馈；

设置在所述连杆结构关节上的第二力反馈驱动装置，所述第二力反馈驱动装置被配置为检测对应连杆的旋转角度并生成检测信号，将检测信号输出至所述控制装置，并在接收到的所述控制装置对应反馈的控制信号时，根据对应反馈的控制信号输出力反馈。

2.根据权利要求1所述的手部动作捕获装置，其特征在于，所述手部动作捕获装置还包括：

连接在所述连杆结构和所述固定装置之间的第三力反馈驱动装置，所述第三力反馈驱动装置被配置为检测连杆结构相对固定装置的旋转角度并生成检测信号，将检测信号输出至所述控制装置，并在接收到的所述控制装置对应反馈的控制信号时，根据对应反馈的控制信号输出力反馈。

3.根据权利要求1所述的手部动作捕获装置，其特征在于，所述第一力反馈驱动装置包括：

第一驱动机构和第一扭矩输出杆，所述第一驱动机构连接在所述底座和所述连杆结构之间，所述第一扭矩输出杆的第一端部与所述第一驱动机构连接，所述第一扭矩输出杆的第二端部与所述连杆结构活动连接；

第一角度传感器，所述第一角度传感器被配置为检测所述连杆结构相对所述底座的旋转角度并生成检测信号；

第一处理器，所述第一处理器分别电连接至所述第一角度传感器、所述第一驱动机构以及所述控制装置，被配置为将所述第一角度传感器的检测信号发送至所述控制装置，并根据接收到的所述控制装置对应反馈的控制信号控制所述第一驱动机构向所述第一扭矩输出杆输出相应大小的扭矩；

所述第二力反馈驱动装置包括：

第二驱动机构和第二扭矩输出杆，所述第二驱动机构连接在不同连杆之间，所述第二扭矩输出杆的第一端部与所述第二驱动机构连接，所述第二扭矩输出杆的第二端部与所述连杆结构活动连接；

第二角度传感器，所述第二角度传感器被配置为检测对应连杆的旋转角度并生成检测信号；

第二处理器，所述第二处理器分别电连接至所述第二角度传感器、所述第二驱动机构以及所述控制装置，被配置为将所述第二角度传感器的检测信号发送至所述控制装置，并根据接收到的所述控制装置对应反馈的控制信号控制所述第二驱动机构向所述第二扭矩输出杆输出相应大小的扭矩。

4.根据权利要求3所述的手部动作捕获装置，其特征在于，所述第一驱动机构包括电动式驱动机构或电磁式驱动机构；所述第二驱动机构包括电动式驱动机构或电磁式驱动机构。

5.根据权利要求4所述的手部动作捕获装置，其特征在于，所述电动式驱动机构包括电机；

第一驱动机构包括第一电机，所述第一电机的转子和定子分别固定在所述连杆结构和所述底座上，所述第一电机连接所述第一扭矩输出杆的第一端部；

第二驱动机构包括第二电机，所述第二电机的转子和定子分别固定在所述连杆结构的不同连杆上，所述第二电机连接所述第二扭矩输出杆的第一端部。

6.根据权利要求2所述的手部动作捕获装置，其特征在于，所述第三力反馈驱动装置包括：

第三驱动机构和第三扭矩输出杆，所述第三驱动机构连接在所述固定装置和所述连杆结构之间，所述第三扭矩输出杆的第一端部与所述第三驱动机构连接，所述第三扭矩输出杆的第二端部与所述连杆结构活动连接；

第三角度传感器，所述第三角度传感器被配置为检测所述连杆结构相对于所述固定装置的旋转角度并生成检测信号；

第三处理器，所述第三处理器分别电连接至所述第三角度传感器、所述第三驱动机构以及所述控制装置，被配置为将所述第三角度传感器的检测信号发送至所述控制装置，并根据接收到的所述控制装置对应反馈的控制信号控制所述第三驱动机构向所述第三扭矩输出杆输出相应大小的扭矩。

7.根据权利要求1-6任一项所述的手部动作捕获装置，其特征在于，所述控制装置包括无线通信模块。

8.根据权利要求1-6任一项所述的手部动作捕获装置，其特征在于，所述连杆结构包括直连杆和异形连杆，所述直连杆的一端通过所述第一力反馈驱动装置与所述底座连接，所述直连杆的另一端通过所述第二力反馈驱动装置与所述异形连杆的一端连接，所述异形连杆的另一端连接所述固定装置。

9.根据权利要求1-6任一项所述的手部动作捕获装置，其特征在于，所述固定装置包括手掌固定组件和手指固定组件。

10.根据权利要求9所述的手部动作捕获装置，其特征在于，所述手掌固定组件为绑带结构、手套结构或手环结构；所述手指固定组件为扎带结构或指套结构。