CN109582121A - 手套、反馈装置及方法、遥控系统、方法及装置、介质 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种手套、反馈装置及方法、遥控系统、方法及装置以及计算机可读存储介质，其中遥控系统包括手套和抓取装置的反馈装置；手套被配置为能够测量手套本体内的手的运动信息，接收抓取装置的传感单元测得的抓取装置抓取物品时受到的一个第一压力的第一压力信号，根据第一压力信号控制手套向手提供模拟第一压力的第二压力；抓取装置的反馈装置被配置为能够接收来自手套的一个手的运动信息，根据手的运动信息控制抓取装置抓取物品，并感测抓取装置在抓取物品时受到的第一压力，产生第一压力信号，将第一压力信号反馈至手套。本发明实施例的技术方案能够更直观的模拟抓取装置抓取物品时受到的压力，使用户实时的获得真实的触觉体验。
Description
技术领域
本发明涉及机器人、虚拟现实及其控制和模拟的领域，特别涉及可直观感受的模拟外部装置触觉的可穿戴控制系统。
背景技术
随着工业4.0、游戏产业和人工智能产业的蓬勃发展，对人机交互和人与机器人、机械臂之间的交互的要求也随之越来越高。目前的交互系统，主要通过震动反馈、或基于位移反馈、或基于回声反馈、或其他复杂的机械反馈结构建立相对不直观的人机之间的互动反馈关系。为了使用户能够更真实的感受与外部装置所处状态相同的反馈，有必要提供一种可更好地实现人机互动的系统，提高参与者体感，尤其是能够提供更真实的模拟抓取装置触觉的反馈系统。
发明内容
有鉴于此，本发明一方面提出了一种用于控制机器人或者机械臂的数字化手套，用以对机器人的抓取装置进行控制；还提出了一种抓取装置的反馈装置，用于向手套反馈抓取装置受到的压力；另一方面提出了一种抓取装置的遥控系统、一种对手套进行力反馈的方法、一种抓取装置的遥控方法以及一种计算机可读存储介质。
本发明的实施例提出了一种手套，包括：
一手套本体；
一运动捕捉装置，其安装在所述手套本体上，并被配置为能够获取所述手套本体内的一个手的运动信息；
一个控制装置，其被配置为能够将所述手的运动信息传输至一个抓取装置，并接收来自所述抓取装置的传感单元测得的所述抓取装置抓取物品时受到的一个第一压力的第一压力信号，并根据所述第一压力信号输出一个控制信号；
一力反馈装置，其布置在所述手套本体上，被配置为能够接收所述控制信号，并根据所述控制信号向所述手提供模拟所述第一压力的第二压力。
本实施例的手套通过压力提供单元可以使用户实时的感觉到抓取装置执行动作时的压力信息，进而可以更好的控制抓取装置。其既可以用于虚拟领域令游戏玩家感受到直观的触觉，也可以用于对现实中的机器臂或者机械手在实施抓取动作时受到压力的反馈。
在一个实施方式中，力反馈装置包括：
至少一个压力提供单元，每个压力提供单元通过自身的膨胀或收缩向所述手提供所述第二压力；
一执行单元，被配置为能够接收所述控制信号，并根据所述控制信号控制所述压力提供单元。
本发明实施例的压力提供单元为柔性的，其无机械连接，其结构简单，由执行单元控制第二压力作用力作用于整个手掌，可以有效的使用户感受到抓取阻力。
在一个实施方式中，每个压力提供单元配置有一个压力传感器，其感测该压力提供单元的所述第二压力，并向所述控制装置提供第二压力的第二压力信号；所述控制装置被配置为能够根据所述第二压力信号以及所述第一压力信号调整所述控制信号。
本发明实施例的压力传感器用于感测抓取装置抓取物体时的压力信号，而非距离信号，即便抓取装置抓取的是刚性物体，例如类似金属物体等外形无变化的物体，当抓取装置更用力时，虽无位移变化但压力变大，可以将变化的第一压力信号反馈给手套。
在一个实施方式中，控制装置包括：
一收发单元，被配置为能够发送所述手的运动信息，以及接收所述第一压力信号和第二压力信号；和一处理单元，被配置为能够根据所述收发单元接收的信号输出所述控制信号。
本发明实施例的控制装置分为收发单元和处理单元，使得控制装置工作更简单，分工更明确。
在一个实施方式中，所述控制装置在所述第二压力信号和所述第一压力信号的比值小于第一阈值时，输出控制所述力反馈装置加大所述第二压力的控制信号；在所述第二压力信号和所述第一压力信号的比值等于所述第一阈值时，输出控制所述力反馈装置保持所述第二压力的控制信号；在所述第二压力信号和所述第一压力信号的比值大于所述第一阈值时，输出控制所述力反馈装置减小所述第二压力的控制信号。
本发明实施例的控制装置控制力反馈装置提供的第二压力的控制方法其逻辑简单，有效的降低了控制装置的运算量，该控制方法容易执行。
在一个实施方式中，所述第一阈值的选取范围为：1.0-1.5。
本发明实施例的第一阈值的选取范围能够使第二压力更精确的模拟第一压力。
在一个实施方式中，所述压力提供单元为气动压力提供单元。
在一个实施方式中，所述气动压力提供单元包括：气囊；所述执行单元包括：一微型气泵以及至少一个电磁阀；其中所述微型气泵与每个气囊气路连接；每个电磁阀布置在其对应的气囊与所述微型气泵之间的气路上。
本发明实施例的气囊为柔性的，其无机械连接，其结构简单，采用将电磁阀布置在气囊的气路中，其更容易控制气路是否连通。
在一个实施方式中，所述气囊为管状，其布置于所述手套本体的朝向手掌的第一内侧面对应于手指处。
本发明实施例的气囊设置为管状，并且布置于手掌侧的第一内侧面对应于手指处，其能够更真实的模拟第一压力。
在一个实施方式中，包括五个气囊，每个气囊分别位于所述第一内侧面内对应于每个手指的部分。
本发明实施例的气囊设置为五个，能使用户更真实的体验到抓取装置抓取物品时受到的第一压力。
在一个实施方式中，所述微型气泵和/或电磁阀设置于所述手套本体对应的手腕的位置。
本发明实施例的微型气泵和/或电磁阀的排布结构紧凑，节省手套本体的空间。
在一个实施方式中，所述手的运动信息包括：位置信息、姿态信息和手指弯曲信息；
所述运动捕捉装置包括一惯性传感器和一柔性传感器；其中，
所述惯性传感器位于所述手套本体手背侧的内表面，用于获取所述运动信息中的位置信息和姿态信息；
所述柔性传感器位于所述手套本体手背侧的手指内表面处，用于获取所述运动信息中的手指弯曲信息。
本发明实施例采用惯性传感器和柔性传感器分别测量手的位置信息、姿态信息和手指弯曲信息，保证手的运动信息更精准和全面。
本发明的实施例还提出了一种抓取装置的反馈装置，包括：至少一个传感单元，其布置于所述抓取装置的被配置为能够执行抓取动作的部位，以感测其在抓取物品时受到的第一压力，产生第一压力信号；一中心处理装置，其被配置为能够接收一来自一个手套的反应手的运动的运动信息，并根据所述运动信息控制所述抓取装置按照所述手的动作抓取物品以及将所述第一压力信号反馈至所述手套。
本发明实施例的反馈装置结构简单，控制容易。
在一个实施方式中，所述中心处理装置包括：一传输单元，被配置为能够接收所述运动信息，以及向所述手套传输所述第一压力信号；和一中心处理单元，被配置为能够根据所述运动信息控制所述抓取装置抓取物品，或向所述抓取装置的控制器发送抓取控制信号。
本发明实施例的中心处理装置分为传输单元和中心处理单元，使得中心处理装置工作更简单，分工更明确。
在一个实施方式中，所述中心处理装置采用无线方式进行控制和传输。
本发明实施例的中心处理装置采用无线方式进行控制和传输，便于操作，结构精简。
本发明的实施例还提出了一种抓取装置的遥控系统，包括一手套和一抓取装置的反馈装置；
所述手套被配置为能够测量所述手套本体内的一个手的运动信息，接收所述抓取装置的传感单元测得的所述抓取装置抓取物品时受到的一个第一压力的第一压力信号，根据所述第一压力信号控制所述手套向所述手提供模拟所述第一压力的第二压力；
所述抓取装置的反馈装置被配置为能够接收来自所述手套的一个手的运动信息，根据所述手的运动信息控制所述抓取装置抓取物品，并感测所述抓取装置在抓取物品时受到的第一压力，产生第一压力信号，将所述第一压力信号反馈至所述手套。
本发明实施例的遥控系统包括手套和反馈装置，手套通过接收反馈装置的第一压力信号控制力反馈装置改变第二压力。通过改变由柔性结构构成的压力提供单元的内部的压力来模拟用户的触觉，可以使用户实时的感觉到抓取装置执行动作时的压力信息，既可以用于虚拟领域令游戏玩家感受到直观的触觉，也可以用于对现实中的机器臂或者机械手的反馈。
在一个实施方式中，所述手套为上述任一项实施方式中的手套。
本实施例的手套通过压力提供单元产生的第二压力来模拟触觉，可以使用户实时的感觉到抓取装置执行动作时的压力信息。其既可以用于虚拟领域令游戏玩家感受到直观的触觉，也可以用于对现实中的机器臂或者机械手的反馈。
在一个实施方式中，所述反馈装置为上述任一项实施方式中的反馈装置。
本发明实施例的反馈装置结构简单，控制容易。
本发明的实施例还提出了一种对手套进行力反馈的方法，包括：
接收所述抓取装置的传感单元测得的所述抓取装置抓取物品时受到的第一压力的第一压力信号；
根据所述第一压力信号控制设置在所述手套的手套本体上的一力反馈装置向所述手套本体内的手施加模拟所述第一压力的第二压力。
本发明实施例的遥控方法能够快速、精准的根据第一压力信号控制设置在手套本体上的一力反馈装置向手套本体内的手施加能够模拟抓取装置抓取物品时受到的第一压力的第二压力。
在一个实施方式中，接收对应所述力反馈装置反馈的所述第二压力的第二压力信号；
根据所述第二压力信号以及所述第一压力信号调整所述力反馈装置施加的所述第二压力。
本发明实施例通过第一和第二压力信号，可以更精确的控制力反馈装置提供的第二压力。
在一个实施方式中，所述根据第二压力信号以及所述第一压力信号调整所述力反馈装置施加的所述第二压力包括：
根据所述第二压力信号以及所述第一压力信号判定所述第一压力与第二压力的关系，在所述第二压力信号和所述第一压力信号的比值小于第一阈值时，控制所述力反馈装置加大所述第二压力；在所述第二压力信号和所述第一压力信号的比值等于第一阈值时，控制所述力反馈装置保持所述第二压力；在所述第二压力信号和所述第一压力信号的比值大于所述第一阈值时，控制所述力反馈装置减小所述第二压力。
本发明实施例的控制力反馈装置提供的第二压力的控制方法其逻辑简单，有效的降低了控制装置的运算量，该控制方法容易执行。
本发明的实施例还提出了一种抓取装置的遥控方法，包括：
接收来自一手套测量的一个手的运动信息，并根据所述手的运动信息控制所述抓取装置抓取物品；
感测所述抓取装置在抓取物品时受到的第一压力，产生第一压力信号，将所述第一压力信号反馈至所述手套，以使得所述手套被配置为能够根据所述第一压力信号向所述手套本体内的手提供被配置为能够模拟第一压力的第二压力。
本发明实施例的遥控方法能够快速、精准的根据手的运动信息控制抓取装置运动并将第一压力信号反馈至手套。
本发明的实施例还提出了一种抓取装置的遥控装置，包括：处理器和存储器；所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被配置为能够被所述处理器执行，并实现上述任一项方法的步骤。
本发明实施例的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被一处理器执行时被配置为能够实现如上述任一种方法的步骤。
从上述方案中可以看出，由于本发明是通过改变由柔性结构构成的压力提供单元的内部的压力使用户实时的感觉到抓取装置执行动作时的压力，既可以用于虚拟领域令游戏玩家感受到直观的触觉，也可以用于对现实中的机器臂或者机械手的抓取物体时的压力反馈。本发明实施例的压力提供单元为柔性的，其无机械连接，结构简单，在加大第二压力时其作用力作用于手部，可以有效的使用户感受到抓取阻力；而且即便抓取装置抓取的是刚性物体，例如类似金属物体等外形无变化的物体，当抓取装置更用力时，本发明实施例的抓取装置的遥控系统也可以使用户感受到更大的反作用力，相对于其他通过位移反馈压力的装置或系统，本申请通过压力反馈更形象的模拟了触觉。
附图说明
下面将通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，使本领域的普通技术人员更清楚本发明的上述及其它特征和优点，附图中：
图1为本发明的一种实施例中一种抓取装置的遥控系统的结构示意图。
图2为本发明的一种实施例中一种手套的手套本体内部的手背侧的结构示意图。
图3为本发明的一种实施例中一种手套的手套本体内部的手掌侧的结构示意图。
图4为本发明的一种实施例中一种对手套进行力反馈的方法。
图5为本发明的一种实施例中一种对手套进行力反馈的工作流程图。
图6为本发明的一种实施例中一种抓取装置的遥控方法。
其中，附图标记如下：
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下举实施例对本发明进一步详细说明。
图1为本发明实施例中一种抓取装置的遥控系统100的结构示意图。本实施例中的抓取装置的遥控系统100用于控制抓取装置，并将抓取装置受的力反馈至用户的手部，其中抓取装置可以是现实中的机器臂或者抓手，也可以是虚拟环境中的可控可反馈的虚拟抓取装置。而对抓取装置进行遥控的部分在依据本发明的实施方式中为一个可穿戴设备，例如手套或者数字化手套。操控人员通过穿戴设备对抓取装置和/或其数字化双胞胎(DigitalTwin)进行控制，并实时地获得反馈。
依据本发明，如图1所示，遥控系统100可以包括一个手套10，特别是数字化手套10和一个抓取装置的反馈装置20。
本发明实施例中，手套10可包括一个手套本体(图1中未示出，见图2中201)、一个运动捕捉装置11、一个力反馈装置12以及一个控制装置13。其中，手套本体可以是类似于普通的穿戴手套，套于用户的手部。
其中，手套10能够获得手套本体201内的操作人员的手的运动信息，并将运动信息发送，使得抓取装置的反馈装置20的中心处理装置22能够接收该运动信息。接收抓取装置的反馈装置20的传感单元21测得的抓取装置抓取物品时受到的一个第一压力的第一压力信号，根据第一压力信号控制手套10向手提供模拟第一压力的第二压力。其中，手的运动信息包括手的位置信息、姿态信息和手指弯曲信息等表征手及其各个部分的运动状态的信息。抓取装置的反馈装置20用于接收来自手套10的一个手的运动信息，根据手的运动信息对抓取装置进行控制，从而执行和手的运动一样或类似地动作进而抓取物品。抓取装置在抓取物品时，会受到物品给与该抓取装置的反作用力，即第一压力。而佩戴手套10的操作人员，因为是凭空进行抓取动作，因此无法感知到该反作用力，因此对于抓取的强度没有直观体验。因此，本发明的系统100能够给手套10的佩戴人员提供直观的感受，使得其做出抓取动作时也能够感受到一个反作用力，由此可以判断其抓取动作的强度、以及精准性。为了实现这个目的，抓取装置的反馈装置20能够感测抓取装置在抓取物品时受到的第一压力，产生第一压力信号，将第一压力信号反馈至手套10。
下面参考图1与图2、图3对手套10的一种实施方式进行描述。手套10的运动捕捉装置11安装在手套本体201上，用于获取手套本体201内的一个手的运动信息，其中该手的运动信息能够通过控制装置13被传输至抓取装置。
其中，运动捕捉装置11可以根据实际需要采用相应的传感器进行测量，例如，可以包括一个柔性传感器112和一个惯性传感器111。
柔性传感器112可位于手套本体的朝向手背的第二内侧面对应于各个手指处，以获取该处手指的弯曲信息。柔性传感器112可以是细长形状，覆盖于每个手指的上表面，沿着手指方向延伸，感测每个手指的各个关节的状态，通过关节的状态判断手指的状态，例如手指是伸直状态还是弯曲状态。
在其他实施方式中，柔性传感器112也可以设置在每个手指的间隔区域，或者设置在手套本体201朝向手背侧的第二外表面的手指部，用于感知手指的弯曲程度，柔性传感器112的数目也可以根据实际情况而定。
惯性传感器111可位于手套本体201手背侧，例如可以是手套本体201手背侧的手腕处，例如也设置在手套本体的朝向手背的第二内侧面，用于获取运动信息中的位置信息和姿态信息。在其他实施例中，惯性传感器111还可以位于手套本体的朝向手掌的第一外侧面的手腕处。其中，惯性传感器111可以配置为具有9个自由度，且9个自由度的惯性传感器可以选自于陀螺仪、加速器或者磁强针中的一种或多种。本实施例的9个自由度的惯性传感器能够更完整、更准确的获取手部信息。关于柔性传感器和惯性传感器的工作原理在此不再赘述。
在其他实施例中，运动捕捉装置11也可以是位移传感器、红外传感器等多种传感器的组合，用于感知手部信息。
力反馈装置12布置在手套本体上，用于接收控制装置13根据第一压力信号输出的控制信号，并根据控制信号向手提供模拟第一压力的第二压力。
本发明的一种实施例的力反馈装置12可以包括至少一个压力提供单元121和一个执行单元123。其中，压力提供单元121安装在手套本体上，特别的是，布置在手套的朝向手掌的第一侧面上，位于手套内侧。每个压力提供单元121能够通过自身的膨胀或收缩向手套本体内的手提供第二压力，同步改变施加到手指上的压力。其中，压力提供单元121优选的为气动压力提供单元。执行单元123用于接收控制信号，并根据控制信号控制压力提供单元121。
在本发明的一个实施例中，压力提供单元121可采用充气方式改变其提供的第二压力，其可以设置为气动压力提供单元。例如，压力提供单元121可以设置为气囊，气囊充气膨胀，放气收缩，通过改变气囊的充气量改变气囊的压力。
当压力提供单元121设置为气囊时，执行单元123可以包括一个微型气泵以及至少一个电磁阀。其微型气泵与每个气囊气路连接，每个电磁阀布置在其对应的气囊与微型气泵之间的气路上，用于控制气路连通与否。
其中，气囊可以设置为管状，布置于手套本体的朝向手掌的第一内侧面对应于手指处沿着手指方向延伸，用于向手指弯曲方向施加压力。气囊可以设置为五个，每个气囊分别位于所述第一内侧面内对应于每个手指的部分。优选的是气囊的长度使得气囊可以覆盖手指的所有关节，由此能够提供更加真实的力反馈感受。
由于手掌相对于手背更容易感受到气囊带来的阻力，所以气囊安装在手套本体的朝向手掌的第一内侧面。微型气泵和/或电磁阀设置于手套本体201对应的手腕位置，例如可以设置在手套本体201的朝向手掌侧对应的手腕位置A2处。在其他实施例中，气囊、微型气泵和或电磁阀也可以设置在手套本体201的其他位置。
本实施方式中的气囊为柔性结构，相比其他的压力提供单元，其无复杂的机械元件，成本低，极易安装及穿戴。
在其它实施方式中，压力提供单元121也可以设置为其他可提供实时变化的压力的装置，例如填充其他物质改变压力或者采用柔性的微型气缸。本实施例中，执行单元123可通过一个微型气泵和五个电磁阀控制气囊膨胀、收缩或保持现状。在其他实施方式中，执行单元123也可以采用其他控制元件，来控制压力提供单元121的第二压力。
实际应用中，当压力提供单元121设置手套本体的手掌侧时，执行单元123也设置在手套本体的手掌侧。这样方便其相互连接，精简结构。
在本发明的一个实施例中，力反馈装置12进一步为每个压力提供单元121配置有一个压力传感器122。其中，每个压力传感器122用于感测来自一压力提供单元121向位于手套中的手提供的第二压力，并向控制装置13提供反应第二压力的第二压力信号。
在实际应用中，压力传感器122可以设置在手套本体201的朝向手掌的第二内侧面处，与压力提供单元121同侧，便于感测压力提供单元121的第二压力。
在本发明实施例中，压力提供单元121选择气囊时，压力传感器122可以为气压传感器，其可以设置在气囊内部，用于感测气囊内部的压力。
手套的控制装置13将手的运动信息输出；抓取装置的反馈装置20的中心处理装置22能够接收该运动信息，并接收来自抓取装置的传感单元21测得的抓取装置按照手的运动信息抓取物品时受到的第一压力信号，并根据第一压力信号向力反馈装置12输出一个控制信号，使得在手套本体内的手能够感受到抓取装置抓取物品时的第一压力。
本发明实施例中，当力反馈装置12的每个压力提供单元121进一步配置有一个压力传感器122时，控制装置13可进一步配置为根据第二压力信号以及所述第一压力信号调整向力反馈装置12输出的控制信号，即实现压力控制的反馈调整，以使得手套本体内的手能够更加准确的感知抓取装置抓取物品时受到的压力。
例如，控制装置13在第二压力和第一压力的比值小于一个第一阈值时，输出控制力反馈装置12加大所述第二压力的控制信号；在第二压力和第一压力的比值等于第一阈值时，输出控制力反馈装置12保持第二压力的控制信号；在第二压力和第一压力的比值大于第一阈值时，输出控制力反馈装置12减小第二压力的控制信号。其中，第一阈值的选取范围可以为1.0-1.5。
其中，控制装置13可以包括一个收发单元132和一个处理单元131。收发单元132用于发送所述手的运动信息，以及接收第一压力信号和第二压力信号。处理单元131用于根据收发单元132接收的信号输出控制信号，具体为根据第一压力信号向力反馈装置12输出控制信号，使得在手套本体内的手能够感受到抓取装置抓取物品时受到的第一压力，或者处理单元131可接收力反馈装置12通过压力传感器122反馈的提供给手套本体内的手的第二压力的第二压力信号，根据第二压力信号以及第一压力信号调整向力反馈装置12输出的控制信号。
收发单元132可以与运动捕捉装置11同时设置在手套本体201的手背侧。该种安装方式有利于运动捕捉装置11获取更准确的手部运动信息以及便于收发单元132获取运动捕捉装置11感测的运动信息。
处理单元131与收发单元132同侧安装，以便于节省安装空间。实际应用中，处理单元131和收发单元132可以设置在手套本体201的手背侧的手腕处，例如手套本体201朝向手背侧的第二内侧面的手腕位置A1。在其他实施例中，处理单元131与收发单元132还可位于手套本体的其他位置。这种安装方式能够有效的利用手套上的安装空间，并且避免为手套佩戴者带来不适的感觉。
本发明的一种实施例中，抓取装置的反馈装置20可有多种内部实现结构，例如图1中示出了其中一种。如图1所示，该抓取装置的反馈装置20可包括至少一个传感单元21和一个中心处理装置22。
其中，传感单元21布置于抓取装置的被配置为能够执行抓取动作的部位，用于感测抓取装置在抓取物品时受到的第一压力，产生第一压力信号。
传感单元21可以是压力传感器，也可以是其他能够获取抓装置在抓取物品时的运动信息的其他传感器。该传感单元21可以为分布式的多个传感器，其分布于抓取装置的主要施力位置。或者，也可以是单一的压力传感器。
中心处理装置22被配置为能够接收来自一个手套10的反应手的运动的运动信息，并根据运动信息控制抓取装置按照手的动作抓取物品以及将第一压力信号反馈至手套10。
其中，中心处理装置22可包括一个传输单元222和一个中心处理单元221。其中，传输单元222被配置为能够接收手套10测量的手的运动信息，将手的运动信息提供给中心处理单元221，以及向手套10传输第一压力信号。中心处理单元221根据运动信息控制抓取装置抓取物品，或向抓取装置的控制器发送抓取控制信号。
其中，中心处理装置22可采用无线方式进行数据传输。在其他实施例中，其也可以采用有线传输。
图2为本发明一个例子中一种手套10的手套本体201朝向手背侧的结构示意图。图3为本发明所述例子中的手套10的手套本体201朝向手掌侧的结构示意图。下面结合图2和图3对本发明一个例子中的手套10的结构进行说明。
如图2所示，以运动捕捉装置11包括惯性传感器111和柔性传感器112，控制装置13包括收发单元132和处理单元131的情况为例，说明惯性传感器111、柔性传感器112、收发单元132和处理单元131的位置结构和功能。
其中，惯性传感器111、柔性传感器112设置在手套本体201的手背侧，用于获取手部的运动信息，其中该手的运动信息能够通过收发单元132被传输至一个抓取装置。
柔性传感器112可以在手套本体的朝向手背的第二内侧面的每个手指部都设置一个柔性传感器112，以获取所有手指的弯曲信息。
惯性传感器111位于手套本体201手背侧的手腕位置A2，能够更准确的手部位置和姿态信息。其中，惯性传感器111可以选自陀螺仪、加速器和磁强计中的一种或几种。
收发单元132将柔性传感器112和惯性传感器111感测的手的运动信息传输至抓取装置，接收抓取装置的传感单元21测得的抓取装置根据手的运动信息抓取物品时受到的第一压力的第一压力信号，同时，收发单元132还能够接收气囊通过自身的膨胀或收缩向手提供第二压力的第二压力信号。
其中，收发单元132也可以设置在手套本体201的手背侧的手腕位置A2，该种安装方式有利于精简结构，使得收发单元132与惯性传感器111和柔性传感器112间的数据传输更便捷。
处理单元131用于根据收发单元132接收的第一压力信号向力反馈装置12的执行单元123输出控制信号，使得在手套本体内的手能够感受到抓取装置抓取物品时受到的第一压力，或者处理单元131可接收力反馈装置12通过压力传感器122反馈的提供给手套本体内的手的第二压力的第二压力信号，根据第二压力信号以及第一压力信号调整向力反馈装置12输出的控制信号。
其中，处理单元131与收发单元132同时设置手套本体201的手背侧，便于互相连接。在本实施例中，即设置在手套本体201的手背侧的手腕位置A2，见图2所示。在其他实施例中，处理单元131可位于手套本体201的其他位置。
如图3所示，以压力提供单元为气囊121、执行单元123包括一个微型气泵1231和五个电磁阀1232、压力传感器为气压传感器122为例，说明气囊121、微型气泵1231、电磁阀1232以及气压传感器122的位置结构和功能。
在本发明实施例中，气囊121可采用充气方式改变其内部压力，例如微型气泵1231向气囊121内充气，使气囊121膨胀，内部压力变大，则用户的手部感受到的压力变大，反之压力变小。
如图3所示，气囊121可以设置为管状，布置于手套本体201的朝向手掌的第一内侧面对应于手指处沿着手指方向延伸。其与用户的手指弯曲侧相接触，用于向用户手指弯曲方向施加阻力。由于手掌侧的手指处相对于手背部分更容易感受到气囊121带来的阻力，所以气囊121可以选择安装在手套本体朝向手掌的第一内侧面的手指处。
其中，气囊121设置为五个，每个气囊121分别位于第一内侧面内对应于每个手指的部分。五个气囊121分别与用户的每根手指的弯曲侧相接触，向用户的每根手指都提供阻力。该种布置方法有助于用户的每根手指都能真切的感受到手套模拟的抓取装置的第一压力。在其他实施例中，气囊121数量可根据实际情况而定。
在本发明实施例中，气囊121为柔性结构，相比其他结构的压力提供单元，其无复杂的机械元件，成本低，极易安装及穿戴。
在本发明实施例中，采用五个气压传感器122分别感测五个气囊121提供的第二压力，第二压力的第二压力信号被传输至处理单元131，与第一压力信号进行比较。
五个气压传感器122可以设置在手套本体201的手掌侧的手腕位置A1，便于感测气囊121提供的第二压力。
在本发明的实施例中，气囊121的执行单元123包括一个微型气泵1231和五个电磁阀1232。其中，微型气泵1231与每个气囊121气路连接，每个电磁阀1232布置在其对应的气囊121与微型气泵1231之间的气路上，用于控制气路是否连通。
在本发明实施例中，气囊121设置为五个，微型气泵1231同时向五个气囊121充气，五个电磁阀1232分别在五个气囊121的气路中。同时气压传感器122也设置为五个，每个气压传感器122用于分别感测每个气囊121内的压力。在其他实施例中，气囊121、电磁阀1232和气压传感器122也可以设置为其他数量。
本发明实施例中，微型气泵1231和电磁阀1232与气囊121可以同时设置在手套本体201的手掌侧。其中，气囊121设置在手套本体201的朝向手掌的第一内侧面对应于手指处。微型气泵1231和电磁阀1232设置在手套本体201对应的手腕的位置A2，气压传感器122设置为靠近电磁阀1232。这样方便其相互连接，精简结构，使手部的体验更好。在其他实施方式中，微型气泵1231、电磁阀1232和气压传感器122也可以设置在手套本体201的的其他位置。
本实施例中，采用微型气泵1231和五个电磁阀1232控制气囊膨胀、收缩或保持现状。在其他实施方式中，微型气泵1231和五个电磁阀1232也可以由其他控制元件代替，来控制气囊的压力。
图4为本发明实施例中一种对手套进行力反馈的方法的示例性流程图，如图4所示，该方法可包括如下步骤：
步骤401：接收抓取装置的传感单元21测得的抓取装置按照手的运动信息抓取物品时受到的第一压力的第一压力信号；
步骤402：根据第一压力信号控制设置在手套本体201上的一力反馈装置12向手套本体内201的手施加能够模拟抓取装置抓取物品时受到的第一压力的第二压力。
其中，上述方法进一步包括：接收对应力反馈装置12反馈的第二压力的第二压力信号；根据第二压力信号以及第一压力信号调整力反馈装置施加的第二压力。
其中，根据第二压力信号以及第一压力信号调整力反馈装置12施加的第二压力包括：根据第二压力信号以及第一压力信号判定第一压力与第二压力的关系，在第二压力和第一压力的比值小于第一阈值时，控制力反馈装置12加大第二压力；在第二压力和第一压力的比值等于第一阈值时，控制力反馈装置12保持第二压力；在第二压力和第一压力的比值大于第一阈值时，控制力反馈装置12减小第二压力。
当手套的控制装置13包括收发单元132和处理单元131、力反馈装置12包括压力提供单元121、压力传感器122和执行单元123时，手套10的工作流程具体实现如图5所示，具体流程可以包括：
步骤501，压力传感器122感测压力提供单元121的第二压力，并将第二压力的第二压力信号提供给处理单元131。
步骤502，收发单元132接收来自抓取装置的传感单元21测得的抓取装置抓取物品时受到的一个第一压力的第一压力信号，并将第一压力信号提供给处理单元131。
步骤503，处理单元131比较第二压力信号与第一压力信号的关系，产生一个控制信号，执行单元123接收该控制信号，并根据该控制信号控制压力提供单元121的膨胀、收缩或保持现状。
例如，在第二压力信号和第一压力信号的比值小于第一阈值时，执行步骤504a；在第二压力信号和第一压力信号的比值等于第一阈值时，执行步骤504b；当第二压力信号和第一压力信号的比值大于第一阈值时，执行步骤504c。
步骤504a，处理单元131发送一个加大第二压力的控制信号，执行单元123接收该控制信号，控制压力提供单元121膨胀；压力传感器122重新感测第二压力。执行步骤505。
在本实施例中，采用开启电磁阀1232，开启微型气泵1231的方法对气囊121充气，使气囊膨胀，采用气压传感器122重新感测第二压力。
步骤504b，处理单元131发送一个维持第二压力的控制信号，执行单元123接收该控制信号，控制压力提供单元121维持现状，压力传感器122重新感测第二压力。执行步骤505。
在本实施例中，采用关闭电磁阀1232，关闭微型气泵1231的方式使气囊121的形状保持不变，其内部压力也不变，采用气压传感器122重新感测第二压力。
步骤504c，处理单元131发送一个减小第二压力的控制信号，执行单元123接收该控制信号，控制压力提供单元121收缩；压力传感器122重新感测第二压力。执行步骤505。
在本实施例中，采用关闭微型气泵1231、开启电磁阀1232的方式使气囊121放气，气囊121收缩，采用气压传感器122重新感测第二压力。
步骤505，处理单元131获取步骤504a、504b或504c中的压力传感器122重新感测的第二压力；循环步骤503至步骤504，直至第二压力信号与第一压力信号的比值等于第一阈值。
其中，步骤501和步骤502无先后顺序关系。
在本发明实施例中，第一阈值的选取范围为：1.0-1.5。
例如，处理单元131判断第二压力信号是第一压力信号的1.2倍时，关闭电磁阀1232，关闭微型气泵1231，使气囊121保持现状；当第二压力信号与第一压力信号比值小于1.2倍时，打开电磁阀1232，打开微型气泵1231，向气囊121内充气，加大第二压力；当第二压力信号与第一压力信号比值大于1.2倍时，打开电磁阀1232，关闭微型气泵1231，气囊121放气，减小第二压力。在实际应用中，该阈值可根据具体情况而定。
上述的具体实现方式只是本发明的一个实施例，在实际应用中，还可通过其他方式控制气囊内部的第二压力，例如向气囊内填充其他物质或者采用其他结构的压力提供单元。
本发明的实施例还提出了一种抓取装置的遥控方法，如图6所示，该方法可包括如下步骤：
步骤601：接收来自一手套10测量的一个手的运动信息，并根据手的运动信息控制抓取装置按照手的运动信息抓取物品。
步骤602：感测抓取装置在抓取物品时受到的第一压力，产生第一压力信号，将第一压力信号反馈至手套10，以使得手套能够根据第一压力信号向手套本体内的手提供能够模拟所述抓取装置抓取物品时受到的第一压力的第二压力。
上述的具体实现方式只是本发明的一个实施例，在实际应用中，还可通过其他的方法对抓取装置进行遥控。
本发明的实施例中还提出了一种抓取装置的遥控装置，包括：处理器和存储器；所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序能够被所述处理器执行，并实现上述任一种对手套进行力反馈方法和一种抓取装置的遥控方法的步骤。
本发明的实施例还提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序。其中，计算机程序被一处理器执行时实现上述任一种对手套进行力反馈方法和一种抓取装置的遥控方法的步骤。
从上述方案中可以看出，本发明通过改变由柔性结构构成的压力提供单元提供的压力来模拟触觉，其中控制装置和压力传感器为闭环压力控制，其控制简单、执行速度快，可以使用户实时的感觉到抓取装置执行动作时的压力信息，既可以用于虚拟领域令游戏玩家感受到直观的触觉，也可以用于对现实中的机器臂的反馈。本发明实施例的柔性的压力提供单元无机械连接，其结构简单，在加大第二压力时其作用力作用于手指部，可以有效的使用户感受到抓取阻力；而且即便抓取装置抓取的是刚性物体，例如类似金属物体等外形无变化的物体，当抓取装置更用力时，本发明实施例的遥控系统中的手套也可以使用户感受到更大的反作用力，相对于其他通过位移反馈压力的装置或系统，本申请通过压力反馈更形象的模拟了触觉。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (24)
1.一种手套(10)，其特征在于，包括：
一手套本体(201)；
一运动捕捉装置(11)，其安装在所述手套本体(201)上，并被配置为能够获取所述手套本体(201)内的一个手的运动信息；
一个控制装置(13)，其被配置为能够将所述手的运动信息传输至一个抓取装置，并接收来自所述抓取装置的传感单元测得的所述抓取装置抓取物品时受到的一个第一压力的第一压力信号，并根据所述第一压力信号输出一个控制信号；
一力反馈装置(12)，其布置在所述手套本体(201)上，被配置为能够接收所述控制信号，并根据所述控制信号向所述手提供模拟所述第一压力的第二压力。
2.根据权利要求1所述的手套，其特征在于，所述力反馈装置(12)包括：
至少一个压力提供单元(121)，每个压力提供单元(121)通过自身的膨胀或收缩向所述手提供所述第二压力；
一执行单元(123)，被配置为能够接收所述控制信号，并根据所述控制信号控制所述压力提供单元(121)。
3.根据权利要求2所述的手套，其特征在于，
每个压力提供单元(121)配置有一个压力传感器(122)，其感测该压力提供单元(121)的所述第二压力，并向所述控制装置(13)提供第二压力的第二压力信号；
所述控制装置(13)被配置为能够根据所述第二压力信号以及所述第一压力信号调整所述控制信号。
4.根据权利要求3所述的手套，其特征在于，所述控制装置(13)包括：
一收发单元(132)，被配置为能够发送所述手的运动信息，以及接收所述第一压力信号和第二压力信号；和
一处理单元(131)，被配置为能够根据所述收发单元接收的信号输出所述控制信号。
5.根据权利要求3或4中任意一项所述的手套，其特征在于，
所述控制装置(13)在所述第二压力信号和所述第一压力信号的比值小于第一阈值时，输出控制所述力反馈装置(12)加大所述第二压力的控制信号；
在所述第二压力信号和所述第一压力信号的比值等于所述第一阈值时，输出控制所述力反馈装置(12)保持所述第二压力的控制信号；
在所述第二压力信号和所述第一压力信号的比值大于所述第一阈值时，输出控制所述力反馈装置(12)减小所述第二压力的控制信号。
6.根据权利要求5所述的手套，其特征在于，所述第一阈值的选取范围为：1.0-1.5。
7.根据权利要求2所述的手套，其特征在于，所述压力提供单元为气动压力提供单元。
8.根据权利要求7所述的手套，其特征在于，
所述气动压力提供单元包括：气囊(121)；
所述执行单元(123)包括：一微型气泵(1231)以及至少一个电磁阀(1232)；
其中所述微型气泵(1231)与每个气囊(121)气路连接；
每个电磁阀(1232)布置在其对应的气囊(121)与所述微型气泵之间的气路上。
9.根据权利要求8所述的手套，其特征在于，所述气囊(121)为管状，其布置于所述手套本体(201)的朝向手掌的第一内侧面对应于手指处。
10.根据权利要求9所述的手套，其特征在于，包括五个气囊(121)，每个气囊(121)分别位于所述第一内侧面内对应于每个手指的部分。
11.根据权利要求8所述的手套，其特征在于，所述微型气泵(1231)和/或电磁阀(1232)设置于所述手套本体(201)对应的手腕的位置。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的手套，其特征在于，所述手的运动信息包括：位置信息、姿态信息和手指弯曲信息；
所述运动捕捉装置包括一惯性传感器(111)和至少一个柔性传感器(112)；其中，
所述惯性传感器(111)位于所述手套本体(201)手背侧，用于获取所述运动信息中的位置信息和姿态信息；
所述至少一个柔性传感器(112)位于所述手套本体(201)的朝向手背的第二内侧面对应于手指处，以获取所述手指弯曲信息。
13.一种抓取装置的反馈装置(20)，其特征在于，包括：
至少一个传感单元(21)，其布置于所述抓取装置的被配置为能够执行抓取动作的部位，以感测其在抓取物品时受到的第一压力，产生第一压力信号；
一中心处理装置(22)，其被配置为能够接收一来自一个手套(10)的反应手的运动的运动信息，并根据所述运动信息控制所述抓取装置按照所述手的动作抓取物品以及将所述第一压力信号反馈至所述手套(10)。
14.根据权利要求13所述的反馈装置，其特征在于，所述中心处理装置(22)包括：
一传输单元(222)，被配置为能够接收所述运动信息，以及向所述手套传输所述第一压力信号；和
一中心处理单元(221)，被配置为能够根据所述运动信息控制所述抓取装置抓取物品，或向所述抓取装置的控制器发送抓取控制信号。
15.根据权利要求13或14所述的反馈装置，其特征在于，所述中心处理装置(22)采用无线方式进行控制和传输。
16.一种抓取装置的遥控系统，其特征在于，包括一手套(10)和一抓取装置的反馈装置(20)；
所述手套(10)被配置为能够测量所述手套本体(201)内的一个手的运动信息，接收所述抓取装置的传感单元(21)测得的所述抓取装置抓取物品时受到的一个第一压力的第一压力信号，根据所述第一压力信号控制所述手套(10)向所述手提供模拟所述第一压力的第二压力；
所述抓取装置的反馈装置(20)被配置为能够接收来自所述手套(10)的一个手的运动信息，根据所述手的运动信息控制所述抓取装置抓取物品，并感测所述抓取装置在抓取物品时受到的第一压力，产生第一压力信号，将所述第一压力信号反馈至所述手套。
17.根据权利要求16所述的遥控系统，其特征在于，所述手套为权利要求1-13中任一项所述的手套。
18.根据权利要求16所述的遥控系统，其特征在于，所述反馈单元为权利要求14-16中任一项所述的反馈单元。
19.一种对手套进行力反馈的方法，其特征在于，包括：
接收所述抓取装置的传感单元(21)测得的所述抓取装置抓取物品时受到的第一压力的第一压力信号；(401)；
根据所述第一压力信号控制设置在所述手套(10)的手套本体(201)上的一力反馈装置(12)向所述手套本体(201)内的手施加模拟所述第一压力的第二压力；(402)。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，进一步包括：接收对应所述力反馈装置(12)反馈的所述第二压力的第二压力信号；
根据所述第二压力信号以及所述第一压力信号调整所述力反馈装置(12)施加的所述第二压力。
21.根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述根据第二压力信号以及所述第一压力信号调整所述力反馈装置(12)施加的所述第二压力包括：
根据所述第二压力信号以及所述第一压力信号判定所述第一压力与第二压力的关系，在所述第二压力信号和所述第一压力信号的比值小于第一阈值时，控制所述力反馈装置(12)加大所述第二压力；
在所述第二压力信号和所述第一压力信号的比值等于第一阈值时，控制所述力反馈装置(12)保持所述第二压力；
在所述第二压力信号和所述第一压力信号的比值大于所述第一阈值时，控制所述力反馈装置(12)减小所述第二压力。
22.一种抓取装置的遥控方法，其特征在于，包括：
接收来自一手套(10)测量的一个手的运动信息，并根据所述手的运动信息控制所述抓取装置抓取物品；(601)；
感测所述抓取装置在抓取物品时受到的第一压力，产生第一压力信号，将所述第一压力信号反馈至所述手套(10)，以使得所述手套(10)被配置为能够根据所述第一压力信号向所述手套本体(201)内的手提供被配置为能够模拟第一压力的第二压力；(601)。
23.一种抓取装置的遥控装置，其特征在于，包括：处理器和存储器；所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被配置为能够被所述处理器执行，并实现如权利要求19至22中任一项方法的步骤。
24.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被一处理器执行时被配置为能够实现如权利要求19至22中任一项方法的步骤。
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