CN111045513B - 一种可穿戴的指端力反馈装置 - Google Patents

一种可穿戴的指端力反馈装置 Download PDF

Info

Publication number
CN111045513B
CN111045513B CN201911133425.9A CN201911133425A CN111045513B CN 111045513 B CN111045513 B CN 111045513B CN 201911133425 A CN201911133425 A CN 201911133425A CN 111045513 B CN111045513 B CN 111045513B
Authority
CN
China
Prior art keywords
lead screw
torsion spring
ring
finger
wearable
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911133425.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111045513A (zh
Inventor
吴常铖
宋天赐
曹青青
费飞
杨德华
朱永凯
陆熊
严余超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Nanjing Institute of Industry Technology
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Nanjing Institute of Industry Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing Institute of Industry Technology filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN201911133425.9A priority Critical patent/CN111045513B/zh
Publication of CN111045513A publication Critical patent/CN111045513A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111045513B publication Critical patent/CN111045513B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/016—Input arrangements with force or tactile feedback as computer generated output to the user
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/011—Arrangements for interaction with the human body, e.g. for user immersion in virtual reality
    • G06F3/014—Hand-worn input/output arrangements, e.g. data gloves

Abstract

本发明公开了一种可穿戴的指端力反馈装置，包括：魔术贴、指套、细绳、扭力弹簧、扭力弹簧轴、滑块、导轨、过渡板、电机、联轴器、丝杠、螺母、第一丝杠支架、基座、第一指环、第二指环和第二丝杠支架。本发明能够向人体手指端部位输出反馈力以增强人机交互中的力触觉感知。

Description

一种可穿戴的指端力反馈装置
技术领域
本发明涉及力反馈技术领域，尤其是一种可穿戴的指端力反馈装置。
背景技术
当今，体感、多点触控、虚拟现实、遥操作等技术作为人机交互的几种方式已逐渐渗透到医疗、教育、游戏等各个领域中。以虚拟现实为例，尽管其在视觉和听觉方面已趋于成熟，但在力触觉感知方面仍有不足，即缺少一种能够实现力反馈的控制机构同虚拟现实技术相融合以增强该技术给用户带来的沉浸感、真实感。尽管现有的一些设备如PhantomOmni、Omega、Delta能够实现力反馈，但它们主要是向人体的大的肢体关节提供反馈力且力反馈的作用范围是有限的。因此，研制一种可穿戴的力反馈机构，用于在空间中不受限地直接向人手指端部位输出反馈力，能大大地提升人机交互体验，具有重要的应用价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种可穿戴的指端力反馈装置，能够向人体手指端部位输出反馈力以增强人机交互中的力触觉感知。
为解决上述技术问题，本发明提供一种可穿戴的指端力反馈装置，包括：魔术贴1、指套2、细绳4、扭力弹簧5、扭力弹簧轴6、滑块8、导轨9、过渡板10、电机11、联轴器12、丝杠13、螺母14、第一丝杠支架15、基座16、第一指环19、第二指环20和第二丝杠支架24；第一指环19、第二指环20、指套2依次安在手指的近节21、中节22、远节23处，且第一指环19、第二指环20、指套2上均设有细绳4过孔，细绳4的一端与扭力弹簧5的第二扭力臂18相连，另一端依次穿过第一指环19、第二指环20上的过孔后与指套2相连，滑块8安在导轨9上，滑块8中部开有槽，扭力弹簧5安在扭力弹簧轴6上，扭力弹簧的第二扭力臂18伸入挡板7，第一扭力臂17伸入滑块8槽，电机11设在基座16上，电机11的输出轴通过联轴器12与丝杠13进行连接，丝杠13两端分别安在第一丝杠支架15、第二丝杠支架24上，螺母14安在丝杠13上，螺母14和滑块8通过过渡板10连接，扭力弹簧轴6、导轨9、电机11、第一丝杠支架15、第二丝杠支架24均设在基座16上。
优选的，魔术贴1的正反面均附有毛毡3，内部安有松紧带，进行拉伸以适应手部的大小。
优选的，基座16上还设置有挡板7，防止损伤手指。
本发明的有益效果为：(1)结构设计简单，仅通过丝杠螺母机构、滑块导轨机构及扭力弹簧便可实现力反馈；(2)构造小巧，整个机构中丝杠螺母、电机所在轴向，滑块导轨所在轴向，挡板所在轴向并排安置，使整个机构长宽比例较合适，小巧的构造可将其植入手套等小型轻便穿戴设备上，从而维持手指的灵活性；(3)力反馈的控制设计简单，扭力弹簧将手指的受力大小F同弹簧两条扭力臂之间的夹角θ联系起来，理论上仅需通过控制单一变量θ，即可改变手指的受力状态；(4)无触碰式力反馈，本装置无需触碰外物，仅通过机械制动的方式将力直接反馈于手指上来使用户感受到物体的大小、硬度特征；(5)具有可穿戴性，力反馈机构可直接移植入手套中，是可穿戴的，从而可以在任意空间范围内直接对指端部位提供反馈力，具有移动便携性；(6)具有舒适性、安全性，直接将反馈力作用于手指的，手指的运动幅度较小，大大减小手部长期动作下的疲劳感，且机构中的挡板部件可以有效地避免力反馈机构在错误的指令下对人体的手指造成的损伤。
附图说明
图1为本发明的一种可穿戴的指端力反馈装置的结构图前视图。
图2为本发明的一种可穿戴的指端力反馈装置的结构图右视图。
图3为本发明的一种可穿戴的指端力反馈装置的结构图上视图。
图4为本发明的一种可穿戴的指端力反馈装置的滑块导轨结构的剖视图。
图5为本发明的一种可穿戴的指端力反馈装置的丝杠螺母机构剖视图。
图6为本发明的一种可穿戴的指端力反馈装置的挡板部件的剖视图。
图7为本发明的一种可穿戴的指端力反馈装置相对应的佩戴工具魔术贴的上视图。
图8为本发明的一种可穿戴的指端力反馈装置相对应的佩戴工具魔术贴的下视图。
图9为本发明的一种可穿戴的指端力反馈装置在食指伸直状态下的示意图。
图10为本发明的一种可穿戴的指端力反馈装置在食指伸直状态下的示意图。
图11为本发明的一种可穿戴的指端力反馈装置在食指小角度弯曲状态下的示意图。
图12为本发明的一种可穿戴的指端力反馈装置在食指小角度弯曲状态下的示意图。
图13为本发明的一种可穿戴的指端力反馈装置在食指大角度弯曲状态下的示意图。
图14为本发明的一种可穿戴的指端力反馈装置在食指大角度弯曲状态下的示意图。
图15为本发明的一种可穿戴的指端力反馈装置在食指受到力反馈状态下的示意图。
其中，1、魔术贴；2、指套；3、毛毡；4、细绳；5、扭力弹簧；6、扭力弹簧轴；7、挡板；8、滑块；9、导轨；10、过渡板；11、电机；12、联轴器；13、丝杠；14、螺母；15、第一丝杠支架；16、基座；17、第一扭力臂；18、第二扭力臂；19、第一指环；20、第二指环；21、近节；22、中节；23、远节；24、第二丝杠支架。
具体实施方式
如图1-15所示，一种可穿戴的指端力反馈装置，包括：魔术贴1、第一指环19、第二指环20、指套2、细绳4、扭力弹簧5、扭力弹簧轴6、挡板7、滑块8、导轨9、过渡板10、电机11、联轴器12、丝杠13、螺母14、第一丝杠支架15、第二丝杠支架24、基座16，所述魔术贴1的正反面均附有毛毡3，内部安有松紧带，所述第一指环19、第二指环20、指套2依次安在手指的近节21、中节22、远节23处，且第一指环19、第二指环20、指套2上均设有细绳4过孔，所述细绳4的一端与扭力弹簧5的一条扭力臂18相连，另一端依次穿过第一指环19、第二指环20上的过孔后与指套2相连，所述滑块8安在导轨9上，滑块8中部开有槽，扭力弹簧5安在扭力弹簧轴6上，扭力弹簧的一条扭力臂18伸入挡板7，另一条扭力臂17伸入滑块8槽，电机11设在基座16上，电机11的输出轴通过联轴器12与丝杠13进行连接，丝杠13两端分别安在第一丝杠支架15、第二丝杠支架24上，螺母14安在丝杠13上。螺母14和滑块8通过过渡板10连接。扭力弹簧轴6、挡板7、导轨9、电机11、第一丝杠支架15、第二丝杠支架24均设在基座16上。内有松紧带的魔术贴1可进行拉伸以适应手部的大小。
在食指没有受到反馈力的作用时，扭力弹簧的两条扭力臂相互平行，食指可以进行无约束的自由运动。具体过程为：初始状态下扭力弹簧的两条扭力臂相互平行于Y向，此时食指处于伸直状态，当食指弯曲一定的角度后，食指远节处的指套将拉动细绳沿X向运动，带动扭力弹簧发生转动；食指继续弯曲一定角度，扭力弹簧将继续转动直至极限处，此时扭力弹簧的一条扭力臂紧贴滑块槽内壁，整个过程扭力弹簧的两条扭力臂相互平行且食指处于无约束的自由运动状态。
当滑块开始沿X方向运动时，扭力弹簧的两条扭力臂形成一定的夹角，有反馈力作用于食指上。具体过程为：当食指开始弯曲，若滑块开始沿X方向运动，将使扭力弹簧的两条扭力臂产生一定的夹角，形成阻力矩，转化为对食指端的反馈力，随着滑块继续沿X方向的运动，食指受到的反馈力愈大直至用户自身所能产生的食指弯曲力度的最大值，二力达成平衡，此时食指不再弯曲。
当滑块沿X方向运动，扭力弹簧的两条扭力臂之间的夹角变小，直至食指受到的反馈力大于自身产生的力，食指被细绳拉回一定角度，视觉上食指处于松开状态。
为防止电机因为某些原因快速转动使得滑块突然沿X向运动，导致食指在放松的状态下被迅速拉扯，在基座上设有一挡板以防止损伤手指。

Claims (3)

1.一种可穿戴的指端力反馈装置，其特征在于，包括：魔术贴(1)、指套(2)、细绳(4)、扭力弹簧(5)、扭力弹簧轴(6)、滑块(8)、导轨(9)、过渡板(10)、电机(11)、联轴器(12)、丝杠(13)、螺母(14)、第一丝杠支架(15)、基座(16)、第一指环(19)、第二指环(20)和第二丝杠支架(24)；第一指环(19)、第二指环(20)、指套(2)依次安在手指的近节(21)、中节(22)、远节(23)处，且第一指环(19)、第二指环(20)、指套(2)上均设有细绳(4)过孔，细绳(4)的一端与扭力弹簧(5)的第二扭力臂(18)相连，另一端依次穿过第一指环(19)、第二指环(20)上的过孔后与指套(2)相连，滑块(8)安在导轨(9)上，滑块(8)中部开有槽，扭力弹簧(5)安在扭力弹簧轴(6)上，扭力弹簧的第二扭力臂(18)伸入挡板(7)，第一扭力臂(17)伸入滑块(8)槽，电机(11)的输出轴通过联轴器(12)与丝杠(13)进行连接，丝杠(13)两端分别安在第一丝杠支架(15)、第二丝杠支架(24)上，螺母(14)安在丝杠(13)上，螺母(14)和滑块(8)通过过渡板(10)连接，扭力弹簧轴(6)、导轨(9)、电机(11)、第一丝杠支架(15)、第二丝杠支架(24)均设在基座(16)上。
2.如权利要求1所述的可穿戴的指端力反馈装置，其特征在于，魔术贴(1)的正反面均附有毛毡(3)，内部安有松紧带，进行拉伸以适应手部的大小。
3.如权利要求1所述的可穿戴的指端力反馈装置，其特征在于，基座(16)上还设置有挡板(7)。
CN201911133425.9A 2019-11-19 2019-11-19 一种可穿戴的指端力反馈装置 Active CN111045513B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911133425.9A CN111045513B (zh) 2019-11-19 2019-11-19 一种可穿戴的指端力反馈装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911133425.9A CN111045513B (zh) 2019-11-19 2019-11-19 一种可穿戴的指端力反馈装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111045513A CN111045513A (zh) 2020-04-21
CN111045513B true CN111045513B (zh) 2021-04-16

Family

ID=70232627

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911133425.9A Active CN111045513B (zh) 2019-11-19 2019-11-19 一种可穿戴的指端力反馈装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111045513B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112256136B (zh) * 2020-11-13 2022-07-15 腾讯科技（深圳）有限公司 一种触觉反馈装置、方法、电子设备及人机交互系统

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7472047B2 (en) * 1997-05-12 2008-12-30 Immersion Corporation System and method for constraining a graphical hand from penetrating simulated graphical objects
CN2374876Y (zh) * 1999-03-04 2000-04-19 中国科学院自动化研究所 手指力觉反馈装置
CN100439048C (zh) * 2007-01-26 2008-12-03 清华大学 机器人拟人手欠驱动多指装置
CN102152314B (zh) * 2010-12-13 2012-08-29 天津工业大学 触感装置中的夹持力反馈系统
KR20180013009A (ko) * 2016-07-28 2018-02-07 삼성전자주식회사 호환 가능한 젠더를 포함하는 인터페이스 컨넥터 장치
CN107049325B (zh) * 2016-11-23 2023-09-05 上海健康医学院 一种新型的穿戴式手部外骨骼力-位移实时检测系统及检测方法
CN206805464U (zh) * 2017-03-15 2017-12-26 深圳小宅科技有限公司 Vr环境与现实环境实现真实交互的触感手套
CN108381573B (zh) * 2018-05-17 2023-07-21 南京航空航天大学 振动反馈与力反馈结合人机交互手指、手套及方法
CN109521876B (zh) * 2018-11-02 2020-06-30 东南大学 一种手指可穿戴式柔性力触觉反馈装置
CN109710068A (zh) * 2018-12-25 2019-05-03 南方科技大学 基于静电吸附的力反馈手部可穿戴设备
CN109710082B (zh) * 2019-02-26 2024-04-16 浙江工贸职业技术学院 一种数据手套

Also Published As

Publication number Publication date
CN111045513A (zh) 2020-04-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11717461B2 (en) Palm-supported finger rehabilitation training device and application method thereof
Wang et al. Design and development of a portable exoskeleton for hand rehabilitation
CA2957825C (en) Multi-active-axis, non-exoskeletal rehabilitation device
CN109521876B (zh) 一种手指可穿戴式柔性力触觉反馈装置
EP1876504A1 (en) Active gripper for haptic devices
Takahashi et al. Soft exoskeleton glove with human anatomical architecture: production of dexterous finger movements and skillful piano performance
KR101738098B1 (ko) 근전도 방식의 전동 의수 및 그 제어 장치
EP2056752A1 (en) Strengthening glove
Hosseini et al. Exoten-glove: A force-feedback haptic glove based on twisted string actuation system
CN207465244U (zh) 一种柔性驱动的链式多关节外骨骼康复机械手指机构
Fu et al. Design and development of a portable exoskeleton based CPM machine for rehabilitation of hand injuries
CN111045513B (zh) 一种可穿戴的指端力反馈装置
WO2014085810A1 (en) Multiple degree of freedom portable rehabilitation system having dc motor-based, multi-mode actuator
Jian et al. Wearable hand exoskeleton for activities of daily living
Ghassemi et al. A hand exoskeleton for stroke survivors’ activities of daily life
Talat et al. Design, modeling and control of an index finger exoskeleton for rehabilitation
KR101849478B1 (ko) 손 및 손목 재활 로봇
Decker et al. A hand exoskeleton device for robot assisted sensory-motor training after stroke
JP7029712B2 (ja) 訓練装置
CN108568062B (zh) 手部动态辅具
Sun et al. Design of a bidirectional force feedback dataglove based on pneumatic artificial muscles
Liu et al. Finger flexion and extension driven by a single motor in robotic glove design
JP7411317B2 (ja) 音声認識機能付き、小型、及び携帯型ロボットシステム
JP2014171661A (ja) 身体鍛錬装置
CN115268640A (zh) 一种穿戴式指尖力反馈装置及其反馈方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant