CN110780744A - 一种机器人触感反馈手套 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种机器人触感反馈手套，其特征在于：包括手掌控制器；手掌控制器包括通讯模块、弯曲传感模块、手掌FPC、震动电机、控制芯片和供电模块；通讯模块、弯曲传感模块、震动电机和供电模块分别连接控制芯片；控制芯片通过通讯模块接收外界信号和/或发出激励信息；弯曲传感模块包括手腕弯曲传感模块、手指弯曲传感模块和/或位置传感模块，手腕弯曲传感模块设置于与人体手腕对应的位置，手指弯曲传感模块设置于与人体手指对应的位置，位置传感模块设置于控制芯片上；震动电机设置一个以上且分布于与人体手指和/或人体手心对应的位置。本手套通过识别人体手掌的位置和运动进行控制与反馈，使控制体验提升，控制自由度高。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人控制装置，具体是一种机器人触感反馈手套。
背景技术
为了更好更方便的控制机器人，市场上出现了机器人控制手套，操作员只需戴上手套并通过手指活动即可控制机器人，这种机器人控制手套中的传感控制原理以光学传感为主，其捕捉位置信息精准，用户使用体验好；但受自由度少、活动空间受限制、缺少反馈功能等缺点的影响，现有的机器人控制手套大多应用在游戏控制上，难以普及到其他领域以更好的服务大众。
因此，需要进一步改进。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的不足，而提供一种机器人触感反馈手套，其通过识别人体手掌的位置和运动对外部输出机构进行控制与反馈，使控制体验获得提升，控制自由度高。
本发明的目的是这样实现的：
一种机器人触感反馈手套，其特征在于：包括设置于手套本体上的手掌控制器；所述手掌控制器包括通讯模块、弯曲传感模块、手掌FPC、震动电机、控制芯片和供电模块；所述通讯模块、弯曲传感模块、震动电机和供电模块分别连接控制芯片；所述控制芯片通过通讯模块接收来自外部输出机构的外界信号和/或向外部输出机构发出激励信息；所述弯曲传感模块包括用于读取人体手腕弯曲程度的手腕弯曲传感模块、用于读取人体手指弯曲程度的手指弯曲传感模块和/或用于读取控制芯片绝对位置的位置传感模块，手腕弯曲传感模块设置于手套本体上与人体手腕对应的位置，手指弯曲传感模块设置于手掌FPC上与人体手指对应的位置，位置传感模块设置于控制芯片上；所述手掌FPC设置于手套本体上；所述震动电机设置一个以上且分布于手套本体上与人体手指和/或人体手心对应的位置。
所述手腕弯曲传感模块上设置有可随手腕弯曲传感模块弯曲的手腕弯曲骨架，手腕弯曲骨架一端连接手掌控制器、另一端延伸至靠近人体手背中心位置，手腕弯曲骨架与手套本体连接。
所述手腕弯曲骨架包括若干相互活动连接的骨架关节，条状的手腕弯曲传感模块插设于一个以上骨架关节的装配通孔中，一个以上骨架关节与手套本体连接。
所述控制芯片上设置有用于存储来自位置传感模块的位置信息的芯片内存。
所述手指弯曲传感模块设置五个，分别设置于手掌FPC上与人体拇指对应的位置、与人体食指对应的位置、与人体中指对应的位置、与人体无名指对应的位置、及与人体尾指对应的位置。
所述震动电机包括拇指震动电机、食指震动电机、中指震动电机、无名指震动电机、尾指震动电机、及一个以上手心震动电机；所述拇指震动电机、食指震动电机、中指震动电机、无名指震动电机和尾指震动电机分别设置于手套本体上相应的指尖位置；所述手心震动电机设置于手套本体上相应的手心位置。
所述手套本体包括由手背外层和手心外层组成的手套表层、及设置于手套表层内腔的手背内层和手心内层；所述手背外层与手背内层之间成形有手背腔室；所述手背内层与手心内层之间成形有佩戴腔室，人体手掌穿戴于佩戴腔室上；所述手心外层与手心内层之间成形有手心腔室；所述震动电机设置于手背腔室和/或手心腔室上；所述手掌FPC设置于手背腔室或手心腔室上。
所述手掌控制器包括设置于手背外层的控制盒子和设置于手心外层的供电盒子；所述控制芯片设置于控制盒子上；所述供电模块设置于供电盒子上；所述手背外层上设有连通手背腔室的第一开口，震动电机与控制芯片之间相互连接的线材穿过第一开口；所述手心外层上设有连通手心腔室的第二开口，供电模块与控制芯片之间相互连接的线材穿过第一开口和/或第二开口。
所述控制盒子包括相互配合装配的控制盒上盖和控制盒下盖，控制芯片和/或通讯模块设置于控制盒子内腔；所述控制芯片上设置有分别外露于控制盒子的通讯端子、校正开关、电源开关、对码按钮、电源信号灯和/或通讯信号灯；所述控制盒下盖连接手套本体。
所述供电盒子包括相互配合装配的供电盒上盖和供电盒下盖，供电模块设置于供电盒子内腔；所述供电盒下盖连接手套本体。
本发明的有益效果如下：
本触感反馈手套通过控制芯片识别人体手掌的细微弯曲动作，为芯片内存提供大量的位置信息，并对外部发出激励信号，以控制动作传感类游戏、动作传感机器人等外部输出机构；触感反馈手套上设置多个震动电机以构成反馈系统，本反馈系统可以使佩戴者感知到在控制外部输出机构时，外部输出机构能通过触感反馈手套感知所接触的物品。本触感反馈手套上的手掌控制器与外部输出机构进行双向连接，既可以通过手掌部分的动作对外部输出机构进行控制，又可以通过微型电机反馈外部输出机构的手掌握取压力感知；对外部输出机构的控制包括手掌位置控制、手腕弯曲控制和各手指的弯曲控制等；触感反馈手套共七个自由度控制，满足不同动作的控制。
附图说明
图1为本发明一实施例中手掌控制器的爆炸图。
图2-图5分别为本发明一实施例中触感反馈手套不同方位的立体图。
图6为本发明一实施例中触犯反馈手套的结构简图。
图7为本发明一实施例中触犯反馈手套的内部结构示意图。
图8为本发明一实施例中骨架关节的正视图。
图9为本发明一实施例中骨架关节的立体图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
参见图1-图9，本机器人触感反馈手套，包括设置于手套本体S上的手掌控制器K；手掌控制器K包括通讯模块2、弯曲传感模块、手掌FPC 4、震动电机、控制芯片15和供电模块16；通讯模块2、弯曲传感模块、震动电机和供电模块16分别连接控制芯片15；控制芯片15通过通讯模块2接收来自外部输出机构的外界信号和向外部输出机构发出激励信息，通讯模块2通过蓝牙、WIFI、5G等通讯方式与外部输出机构沟通互联；弯曲传感模块包括用于读取人体手腕弯曲程度的手腕弯曲传感模块3、用于读取人体手指弯曲程度的手指弯曲传感模块、及用于读取控制芯片15绝对位置的位置传感模块，使控制芯片15能全方位读取佩戴者的手腕弯曲程度、手指弯曲程度、以及手腕所在的绝对位置，再对外部输出机构发出经过处理的位置信息，从而达到位置传感控制的作用；手腕弯曲传感模块3设置于手套本体S上与人体手腕对应的位置，手指弯曲传感模块设置于手掌FPC 4上与人体手指对应的位置，位置传感模块设置于控制芯片15上；手掌FPC 4设置于手套本体S上；震动电机设置一个以上且分布于手套本体S上与人体手指和人体手心对应的位置，控制芯片15可对震动电机发出脉冲信号，进而控制其震动频率，可用作外界信号反馈到人体手掌的作用，使佩戴者感知到在控制外部输出机构时，外部输出机构能通过触感反馈手套感知所接触的物品。外部输出机构可以是动作传感类游戏、动作传感机器人等。
进一步地，手腕弯曲传感模块3上设置有可随手腕弯曲传感模块3弯曲的手腕弯曲骨架13，手腕弯曲骨架13一端连接手掌控制器K、另一端延伸至靠近人体手背中心位置，手腕弯曲骨架13与手套本体S连接；手腕弯曲骨架13的设置可对手腕弯曲传感模块3起到有效的保护作用。当佩戴者手腕弯曲时，手腕弯曲传感器3会跟着同步弯曲，通过控制芯片15记录、芯片内存存储，并对外发送相关控制信号，达到对外部输出机构进行手腕弯曲操作的目的。
进一步地，为了避免手腕弯曲骨架13影响手腕弯曲传感模块3的正常使用，手腕弯曲骨架13需要具备一定的自由度；故手腕弯曲骨架13包括若干相互活动连接的骨架关节1301，骨架关节1301上设有连接通孔1302，一连接线1304（如：鱼线）依次穿过各骨架关节1301上的连接通孔1302，使手腕弯曲骨架13整体具备弯曲功能，连接线1304一端与手掌控制器K连接；条状的手腕弯曲传感模块3插设于一个以上骨架关节1301的装配通孔1303中，一个以上骨架关节1301通过缝制或粘贴等方式与手套本体S连接。
进一步地，控制芯片15上设置有用于存储来自位置传感模块的位置信息的芯片内存。
进一步地，手指弯曲传感模块设置五个，分别设置于手掌FPC 4上与人体拇指对应的位置、与人体食指对应的位置、与人体中指对应的位置、与人体无名指对应的位置、及与人体尾指对应的位置；五个手指弯曲传感器分别可记录佩戴者各手指的弯曲程度，并对外部输出机构进行手指弯曲的控制。手掌FPC 4通过缝制或粘贴等方式与手套本体S连接。
进一步地，震动电机包括拇指震动电机9、食指震动电机8、中指震动电机7、无名指震动电机6、尾指震动电机5、第一手心震动电机10、第二手心震动电机11和第三手心震动电机12；拇指震动电机9、食指震动电机8、中指震动电机7、无名指震动电机6和尾指震动电机5分别设置于手套本体S上相应的指尖位置；第一手心震动电机10、第二手心震动电机11和第三手心震动电机12分别设置于手套本体S上相应的手心位置；各震动电机通过通过缝制或粘贴等方式与手套本体S连接。当接收到外部输出机构的手掌握取物品的信号时，控制芯片15会对一个以上震动电机发出激励信号，使相应的震动电机工作，而外部输出机构的反馈力量大小也可通过控制芯片15对相应震动电机振动频率进行调整，让佩戴者感知外部输出机构手掌的握紧力大小
进一步地，手套本体S包括由手背外层S1和手心外层S2组成的手套表层、及设置于手套表层内腔的手背内层S3和手心内层S4；手背外层S1与手背内层S3之间成形有手背腔室S5；手背内层S3与手心内层S4之间成形有佩戴腔室S6，人体手掌穿戴于佩戴腔室S6中；手心外层S2与手心内层S4之间成形有手心腔室S7，手背腔室S5与手心腔室S7相互连通；拇指震动电机9、食指震动电机8、中指震动电机7、无名指震动电机6和尾指震动电机5分别设置于手背腔室S5中，第一手心震动电机10、第二手心震动电机11和第三手心震动电机12分别设置于手心腔室S7中。手掌FPC 4设置于手背腔室S5中。手腕弯曲骨架13固定于手背外层S1上。
进一步地，手掌控制器K包括设置于手背外层S1的控制盒子K1和设置于手心外层S2的供电盒子K2，通过将用于装载其他电气元件的控制盒子K1与用于装载供电模块16的供电盒子K2分开，可方便更换供电模块16，还能使本触感反馈手套整体轻巧化，减少佩戴者的负担；控制芯片15设置于控制盒子K1内腔；供电模块16设置于供电盒子K2内腔；手背外层S1上设有连通手背腔室S5的第一开口A，一个以上震动电机、及手掌FPC 4与控制芯片15之间相互连接的线材分别穿过第一开口A；手心外层S2上设有连通手心腔室S7的第二开口B，供电模块16与控制芯片15之间相互连接的线材穿过第一开口A和第二开口B，以便于供电模块16的拆装、更换和充电。
进一步地，手背外层S1外侧缝制有覆盖第一开口A的手背隔层S8，手背外层S1与手背隔层S8之间有第三开口C，各线材穿过第三开口C后与控制芯片15连接；手背外层S1、手心外层S2和手背隔层S8分别采用耐磨的材料制成，如：皮革等；手背内层S3和手心内层S4分别采用舒适的材料制成。
进一步地，控制盒子K1包括相互配合装配的控制盒上盖1和控制盒下盖20，控制盒上盖1与控制盒下盖20通过滑槽方式相装配，并以螺钉固定；控制盒上盖1上开设有便于对控制芯片15进行检查维修的检修窗口，检修窗口由控制盒顶盖14进行启闭，控制盒上盖1与控制盒顶盖14通过滑槽方式相装配，并以螺钉固定；控制芯片15和通讯模块2分别设置于控制盒子K1内腔，控制芯片15通过螺钉固定于控制盒上盖1内侧，通讯模块2上的排针与控制芯片15上的排母相互插接；控制芯片15上设置有分别外露于控制盒子K1的通讯端子21、校正开关22、电源开关23、对码按钮24、电源信号灯25和通讯信号灯26；控制盒下盖20通过缝制或粘贴等方式连接手套本体S；手腕弯曲传感模块3伸入控制盒上盖1与控制芯片15连接；手腕弯曲骨架13通过连接线1304连接控制盒上盖1。
进一步地，供电盒子K2包括相互配合装配的供电盒上盖19和供电盒下盖18，供电盒上盖19与供电盒下盖18通过滑槽方式相装配，并以螺钉固定；供电模块16设置于供电盒子K2内腔，供电盒下盖18内腔设置有用于电连接供电模块16的探针17；供电盒下盖18通过缝制或粘贴等方式连接手套本体S。本触感反馈手套的供电模块16与控制盒子K1分开安装，便于供电模块16的更换与维护，提升了触感反馈手套的续航能力与工作效率；供电模块16为蓄电池或可充电的锂电池。
上述为本发明的优选方案，显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (10)
1.一种机器人触感反馈手套，其特征在于：包括设置于手套本体（S）上的手掌控制器（K）；所述手掌控制器（K）包括通讯模块（2）、弯曲传感模块、手掌FPC（4）、震动电机、控制芯片（15）和供电模块（16）；所述通讯模块（2）、弯曲传感模块、震动电机和供电模块（16）分别连接控制芯片（15）；所述控制芯片（15）通过通讯模块（2）接收来自外部输出机构的外界信号和/或向外部输出机构发出激励信息；所述弯曲传感模块包括用于读取人体手腕弯曲程度的手腕弯曲传感模块（3）、用于读取人体手指弯曲程度的手指弯曲传感模块和/或用于读取控制芯片（15）绝对位置的位置传感模块，手腕弯曲传感模块（3）设置于手套本体（S）上与人体手腕对应的位置，手指弯曲传感模块设置于手掌FPC（4）上与人体手指对应的位置，位置传感模块设置于控制芯片（15）上；所述手掌FPC（4）设置于手套本体（S）上；所述震动电机设置一个以上且分布于手套本体（S）上与人体手指和/或人体手心对应的位置。
2.根据权利要求1所述机器人触感反馈手套，其特征在于：所述手腕弯曲传感模块（3）上设置有可随手腕弯曲传感模块（3）弯曲的手腕弯曲骨架（13），手腕弯曲骨架（13）一端连接手掌控制器（K）、另一端延伸至靠近人体手背中心位置，手腕弯曲骨架（13）与手套本体（S）连接。
3.根据权利要求2所述机器人触感反馈手套，其特征在于：所述手腕弯曲骨架（13）包括若干相互活动连接的骨架关节（1301），条状的手腕弯曲传感模块（3）插设于一个以上骨架关节（1301）的装配通孔（1303）中，一个以上骨架关节（1301）与手套本体（S）连接。
4.根据权利要求1所述机器人触感反馈手套，其特征在于：所述控制芯片（15）上设置有用于存储来自位置传感模块的位置信息的芯片内存。
5.根据权利要求1所述机器人触感反馈手套，其特征在于：所述手指弯曲传感模块设置五个，分别设置于手掌FPC（4）上与人体拇指对应的位置、与人体食指对应的位置、与人体中指对应的位置、与人体无名指对应的位置、及与人体尾指对应的位置。
6.根据权利要求1所述机器人触感反馈手套，其特征在于：所述震动电机包括拇指震动电机（9）、食指震动电机（8）、中指震动电机（7）、无名指震动电机（6）、尾指震动电机（5）、及一个以上手心震动电机；所述拇指震动电机（9）、食指震动电机（8）、中指震动电机（7）、无名指震动电机（6）和尾指震动电机（5）分别设置于手套本体（S）上相应的指尖位置；所述手心震动电机设置于手套本体（S）上相应的手心位置。
7.根据权利要求1所述机器人触感反馈手套，其特征在于：所述手套本体（S）包括由手背外层（S1）和手心外层（S2）组成的手套表层、及设置于手套表层内腔的手背内层（S3）和手心内层（S4）；所述手背外层（S1）与手背内层（S3）之间成形有手背腔室（S5）；所述手背内层（S3）与手心内层（S4）之间成形有佩戴腔室（S6），人体手掌穿戴于佩戴腔室（S6）上；所述手心外层（S2）与手心内层（S4）之间成形有手心腔室（S7）；所述震动电机设置于手背腔室（S5）和/或手心腔室（S7）上；所述手掌FPC（4）设置于手背腔室（S5）或手心腔室（S7）上。
8.根据权利要求7所述机器人触感反馈手套，其特征在于：所述手掌控制器（K）包括设置于手背外层（S1）的控制盒子（K1）和设置于手心外层（S2）的供电盒子（K2）；所述控制芯片（15）设置于控制盒子（K1）上；所述供电模块（16）设置于供电盒子（K2）上；所述手背外层（S1）上设有连通手背腔室（S5）的第一开口（A），震动电机与控制芯片（15）之间相互连接的线材穿过第一开口（A）；所述手心外层（S2）上设有连通手心腔室（S7）的第二开口（B），供电模块（16）与控制芯片（15）之间相互连接的线材穿过第一开口（A）和/或第二开口（B）。
9.根据权利要求8所述机器人触感反馈手套，其特征在于：所述控制盒子（K1）包括相互配合装配的控制盒上盖（1）和控制盒下盖（20），控制芯片（15）和/或通讯模块（2）设置于控制盒子（K1）内腔；所述控制芯片（15）上设置有分别外露于控制盒子（K1）的通讯端子（21）、校正开关（22）、电源开关（23）、对码按钮（24）、电源信号灯（25）和/或通讯信号灯（26）；所述控制盒下盖（20）连接手套本体（S）。
10.根据权利要求8所述机器人触感反馈手套，其特征在于：所述供电盒子（K2）包括相互配合装配的供电盒上盖（19）和供电盒下盖（18），供电模块（16）设置于供电盒子（K2）内腔；所述供电盒下盖（18）连接手套本体（S）。
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