CN216884004U - 一种基于柔性传感器的手臂动作采集装置 - Google Patents

Abstract

一种基于柔性传感器的手臂动作采集装置，包括：上身固定装置、肩关节机械转动装置、上臂连杆、前臂连杆、手腕固定装置、旋转结构、柔性传感器组件、控制器组件。上身固定装置与肩关节机械转动装置相连，上臂连杆上端与肩关节机械转动装置相连，上臂连杆的下端与前臂连杆相连，手腕固定装置与前臂连杆通过柔性传感器组件相连，控制器组件安装在前臂连杆上。本实用新型可准确采集人体手臂的动作，并映射到对应的机器人，实现人机共融。

Description

一种基于柔性传感器的手臂动作采集装置

技术领域

本实用新型涉及人机共融领域，尤其是涉及一种基于柔性传感器的手臂动作采集装置。

背景技术

近年来，工业机器人或机械臂已广泛应用于各领域，其中在人机共融领域中尤其广泛，目前的工业机器人或机械臂多采用预先设定的程序运行，运动轨迹简单、功能单一，当处于随机性大的工况中时，预设程序运行效率很低，不适用于动作复杂，互动要求高的环境。

发明内容

基于此，本实用新型的目的在于提供一种基于柔性传感器的手臂动作采集装置，通过采集人体手臂动作来控制机器人或虚拟机器人的手臂动作姿态，解决轨迹简单、功能单一的问题，实现人与机器良好的互动。

本实用新型的技术方案如下：

一种基于柔性传感器的手臂动作采集装置，包括：上身固定装置、肩关节机械转动装置、上臂连杆、前臂连杆、手腕固定装置、柔性传感器组件、控制器组件、旋转结构。

所述肩关节机械转动装置安装在所述上身固定装置上，通过所述旋转结构连接；所述肩关节机械转动装置的下端与所述上臂连杆的上端通过所述旋转结构相连；所述上臂连杆的下端与所述前臂连杆的上端通过所述旋转结构相连；所述手腕固定装置与所述前臂连杆的下端通过所述柔性传感器组件连接；所述手腕固定装置的手背位置的上端与下端通过所述柔性传感器组件连接；所述控制器组件安装在前臂连杆的前侧。

所述上身固定装置包括背板、前板、肩部固定装置、布料、绑带；所述背板与所述前板左右两侧各有至少一条所述绑带，所述背板与所述前板通过所述绑带连接，所述绑带的长度可调节；所述背板和所述前板与所述布料通过缝线连接或胶粘连接，所述布料为无弹性的材料；所述肩部固定装置的后侧与所述背板通过所述绑带连接；所述肩部固定装置的前侧与所述前板通过所述绑带连接；所述肩部固定装置与所述布料通过缝线连接或胶粘连接。

所述肩关节机械转动装置包括肩部第一连杆、肩部第二连杆；所述肩部第一连杆的下端与所述肩部固定装置的后侧通过所述旋转结构连接；所述肩部第一连杆的上端与所述肩部第二连杆的上端通过所述旋转结构连接；所述肩部第二连杆的下端与所述上臂连杆的上端通过所述旋转结构连接。

所述上臂连杆包括长度调节装置、海绵垫；所述长度调节装置内部具有一个齿条滑槽结构和一个弹簧按键，所述长度调节装置内部具有一个齿条滑槽结构和一个弹簧按键，当按下所述弹簧按键时长度可调节，松开所述弹簧按键即可固定所述上臂连杆的长度；所述海绵垫位于所述上臂连杆的内侧，所述海绵垫与所述上臂连杆通过胶粘连接；所述上臂连杆的下端与所述前臂连杆的上端通过所述旋转结构连接。

所述前臂连杆的前侧有一块平面，平面尺寸为长度40~80mm，宽度20~40mm，平面中间有至少一个螺丝孔，所述控制器组件通过螺丝钉安装在所述平面上；所述前臂连杆内侧有一块海绵垫。

所述手腕固定装置与所述前臂连杆的下端通过所述柔性传感器组件横向相连，当手腕横向转动时，所述柔性传感器组件拉伸和收缩；所述手腕固定装置的手背位置的上端与下端通过所述柔性传感器组件相连并纵向覆盖手腕，当手腕纵向翻转时，所述柔性传感器组件拉伸和收缩。

所述控制器组件，包括前盖和后盖，所述前盖和所述后盖通过螺丝固定；所述控制器组件内部包括电路板、锂电池；所述控制器组件的侧面中间位置有电源接口，所述前盖中间有至少一个控制按键。

所述柔性传感器组件，包括柔性传感器本体、电极、线缆，所述电极位于所述柔性传感器本体两端，所述线缆与所述电极相连；所述柔性传感器本体，其形状为长方形，长度30~60mm，宽5~20mm，两端厚度比中间厚。

所述旋转结构，包括旋转面和螺旋形柔性传感器，所述旋转面具有顺时针或逆时针螺旋形导槽结构，所述螺旋形导槽结构深度8~12mm，宽为1~2mm，所述螺旋形导槽结构内部安装有所述螺旋形柔性传感器；所述螺旋形柔性传感器形状为螺旋形，匹配所述螺旋形导槽结构的形状，两端有电极，电极连接导线；所述旋转结构是通过轴连接，所述轴是一种圆柱形内部空心结构，外部直径为6mm，内部直径为4mm，一侧有宽度为1~2mm开口，所述螺旋形柔性传感器的一端与所述轴固定，另一端与所述螺旋形导槽结构的末端相连，当所述旋转结构旋转时，所述螺旋形柔性传感器拉伸或收缩。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“上端”、“下端”、“前侧”、“内侧”、“外侧”等指示方向或位置关系的术语是基于人体立正站立时手臂自然下垂状态所示的方向或位置关系。

为了使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关附图。

图1：基于柔性传感器的手臂动作采集装置结构示意图；

图2：上身固定装置结构示意图；

图3：肩关节机械转动装置结构示意图；

图4：上臂连杆结构示意图；

图5：前臂连杆和手腕固定装置结构示意图；

图6：控制器组件侧面剖视图；

图7：柔性传感器结构示意图；

图8：旋转结构示意图。

具体实施方式

实施例为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对基于柔性传感器的手臂动作采集装置进行更全面的描述。附图中给了基于柔性传感器的手臂动作采集装置的优选实施例。但是，基于柔性传感器的手臂动作采集装置可以通过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基于柔性传感器的手臂动作采集装置的公开内容更加透彻全面。

如附图1所示，基于柔性传感器的手臂动作采集装置，包括：上身固定装置（1）、肩关节机械转动装置（2）、上臂连杆（3）、前臂连杆（4）、手腕固定装置（5）、柔性传感器组件（6）、控制器组件（7）、旋转结构（8）；所述肩关节机械转动装置（2）安装在所述上身固定装置（1）上，通过所述旋转结构（8）连接；所述肩关节机械转动装置（2）的下端与所述上臂连杆（3）的上端通过所述旋转结构（8）相连；所述上臂连杆（3）的下端与所述前臂连杆（4）的上端通过所述旋转结构（8）相连，使所述旋转结构（8）与人体关节转动自由度重合；所述手腕固定装置（5）与所述前臂连杆（4）的下端通过所述柔性传感器组件（6）连接；所述手腕固定装置（5）的上端与下端通过所述柔性传感器组件（6）连接；所述控制器组件（7）安装在前臂连杆（4）的前侧。

如附图2所示，所述上身固定装置（1）包括背板（1-1）、前板（1-2）、肩部固定装置（1-3）、布料（1-4）、绑带（1-5）；所述背板（1-1）与所述前板（1-2）左右两侧各有至少一条绑带（1-5），所述背板（1-1）与所述前板（1-2）通过绑带（1-5）连接，所述绑带（1-5）的长度可调节，调节范围最小10cm，最大40cm；所述背板（1-1）和所述前板（1-2）与所述布料（1-4）通过缝线连接并通过502胶水粘合，所述布料（1-4）为无弹性的潜水布，布料厚度3mm；所述肩部固定装置（1-3）的后侧与所述背板（1-1）通过所述绑带（1-5）连接；所述肩部固定装置（1-3）的前侧与所述前板（1-2）通过所述绑带（1-5）连接；所述肩部固定装置（1-3）置与所述布料（1-4）通过缝线连接并通过502胶水粘合。

如附图3所示，所述肩关节机械转动装置（2）包括肩部第一连杆（2-1）、肩部第二连杆（2-2）；所述肩部第一连杆（2-1）的下端与所述（1-3）肩部固定装置的后侧通过所述（8）旋转结构连接；所述肩部第一连杆（2-1）的上端与所述肩部第二连杆（2-2）的上端通过所述（8）旋转结构连接；所述肩部第二连杆（2-2）的下端与所述上臂连杆（3）的上端通过所述旋转结构（8）连接。

如附图4所示，所述上臂连杆（3）包括长度调节装置（3-1）、海绵垫（3-2）；所述长度调节装置（3-1）内部具有一个齿条滑槽结构（3-1-1）和一个弹簧按键（3-1-2），当按下弹簧按键（3-1-2）时长度可调节，松开弹簧按键（3-1-2）即可固定上臂连杆（3）的长度；所述海绵垫（3-2）位于所述上臂连杆（3）的内侧，海绵垫（3-2）与上臂连杆（3）通过502胶水粘合；所述上臂连杆（3）的下端与所述（4）前臂连杆的上端通过所述旋转结构（8）连接。

如附图5所示，所述（4）前臂连杆的前侧有一块平面（4-1），所述平面（4-1）尺寸为长度60mm，宽度30mm，中间有4个螺丝孔，所述（7）控制器组件通过螺丝钉安装在所述平面（4-1）上，所述（4）前臂连杆内侧有一块海绵垫（4-2）。

如附图5所示，所述手腕固定装置（5）由带弹性的布料制成，包裹手背和手腕，所述手腕固定装置（5）与所述前臂连杆（4）的下端通过所述柔性传感器组件（6）横向相连，当手腕横向转动时，所述柔性传感器组件（6）拉伸和收缩；所述手腕固定装置（5）的手背位置的上端与下端通过所述柔性传感器组件（6）相连并纵向覆盖手腕，当手腕纵向翻转时，所述柔性传感器组件（6）拉伸和收缩。

如附图6所示，所述控制器组件（7），包括前盖（7-1）和后盖（7-2），所述前盖（7-1）和所述后盖（7-2）通过螺丝固定在一起；所述控制器组件内部（7）包括电路板（7-3）、锂电池（7-4）；所述控制器组件（7）的侧面中间位置有电源接口，通过Type C接口充电，所述前盖中间有3个控制按键。

如附图7所示，所述柔性传感器组件（6），包括柔性传感器本体（6-1）、电极（6-2）、线缆（6-3），所述电极（6-2）位于所述柔性传感器本体（6-1）两端，所述线缆（6-3）与所述电极（6-2）相连；所述柔性传感器本体（6-1），其形状为长方形，长度40mm，宽10mm，两端厚度比中间厚。

如附图8所示，所述旋转结构（8），包括旋转面（8-1）和螺旋形柔性传感器（8-3）所述旋转面具有顺时针或逆时针螺旋形导槽结构（8-2），所述螺旋形导槽结构（8-2）深度10mm，宽为1.6mm；；所述螺旋形导槽结构（8-2）内部安装有所述螺旋形柔性传感器（8-3）；所述螺旋形柔性传感器形状为螺旋形，匹配所述螺旋形导槽结构的形状，两端有电极，电极连接导线；所述旋转面（8-1）是通过轴（8-4）连接，所述轴（8-4）是一种圆柱形内部空心结构，外部直径为6mm，内部直径为4mm，一侧有宽度为2mm开口，所述螺旋形柔性传感器（8-3）的一端与所述轴（8-4）固定，另一端与所述螺旋形导槽结构（8-2）的末端相连，当所述旋转结构（8）旋转时，所述螺旋形柔性传感器（8-3）拉伸或收缩。

本实施例为左右对称结构，以上所述实施例和附图仅展示单右手臂结构，左手臂与右手臂结构对称。

Claims (8)

1.一种基于柔性传感器的手臂动作采集装置，其特征在于，包括上身固定装置、肩关节机械转动装置、上臂连杆、前臂连杆、手腕固定装置、柔性传感器组件、控制器组件、旋转结构；所述肩关节机械转动装置安装在所述上身固定装置上；所述肩关节机械转动装置与所述上臂连杆的上端通过所述旋转结构相连；所述上臂连杆的下端与所述前臂连杆的上端通过所述旋转结构相连；所述手腕固定装置与所述前臂连杆的下端通过所述柔性传感器组件横向相连；所述手腕固定装置的手背位置上端与下端通过所述柔性传感器组件纵向相连。

2.如权利要求1所述的基于柔性传感器的手臂动作采集装置，其特征在于，所述上身固定装置，包括背板、前板、肩部固定装置、布料、绑带；所述背板与所述前板通过所述绑带连接；所述肩部固定装置的后侧与所述背板通过所述绑带连接；所述肩部固定装置的前侧与所述前板通过所述绑带连接。

3.如权利要求1所述的基于柔性传感器的手臂动作采集装置，其特征在于，所述肩关节机械转动装置，包括肩部第一连杆、肩部第二连杆；所述肩部第一连杆的下端与所述肩部固定装置的后侧通过所述旋转结构连接；所述肩部第一连杆的上端与所述肩部第二连杆的上端通过所述旋转结构连接；所述肩部第二连杆的下端与所述上臂连杆的上端通过所述旋转结构连接。

4.如权利要求1所述的基于柔性传感器的手臂动作采集装置，其特征在于，所述上臂连杆，包括长度调节装置、海绵垫；所述长度调节装置内部具有齿条滑槽结构和弹簧按键；所述海绵垫位于所述上臂连杆的内侧。

5.如权利要求1所述的基于柔性传感器的手臂动作采集装置，其特征在于，所述前臂连杆的前侧有一块平面，所述控制器组件安装在所述平面上。

6.如权利要求1所述的基于柔性传感器的手臂动作采集装置，其特征在于，所述控制器组件内部包括电路板、锂电池；所述控制器组件的侧面中间位置有电源接口。

7.如权利要求1所述的基于柔性传感器的手臂动作采集装置，其特征在于，所述柔性传感器组件，包括柔性传感器本体、电极、线缆，所述电极位于所述柔性传感器本体两端，所述线缆与所述电极相连。

8.如权利要求1所述的基于柔性传感器的手臂动作采集装置，其特征在于，所述旋转结构，包括旋转面、螺旋形柔性传感器，所述旋转面具有顺时针或逆时针螺旋形导槽结构，所述螺旋形导槽结构深度8~12mm，宽为1~2mm，所述螺旋形导槽结构内部安装有所述螺旋形柔性传感器，所述旋转结构是通过轴连接，所述轴是一种圆柱形内部空心结构。

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