一种基于外骨骼数据手套和遥操纵杆的遥操作系统与方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110625591A(43)申请公布日2019.12.31(21)申请号201910281645.X(22)申请日2019.04.09(71)申请人华南理工大学地址510641广东省广州市天河区五山路381号申请人苏州晨本智能科技有限公司(72)发明人杨辰光薛宪法贺波涛(51)Int.Cl.B25J3/00(2006.01)B25J9/00(2006.01)B25J9/16(2006.01)B25J13/08(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图5页(54)发明名称一种基于外骨骼数据手套和遥操纵杆的遥操作系统与方法(57)摘要本发明提供了一种基于外骨骼数据手套和遥操纵杆的力反馈遥操作系统与方法，包括外骨骼手数据手套、遥操纵杆、远端机器臂和处理控制单元。所述外骨骼手数据手套和遥操作杆分别用于用户手指关节角度和手部位置的跟踪，同时用于实现手指部位和整条手臂上可感知的力反馈，所述处理控制单元包括传感器电路和上位机系统，上位机对采集到的用户动作信息进行分析处理，并将控制信号发送给远端机器臂控制器，完成相应的操作；此外，位于机械手上的力传感器可将机械手末端压力实时传送给上位机系统，再通过外骨骼数据手套和遥操纵杆反馈给佩戴者，以实现更全面、更真实的力反馈。本发明可应用于航空、工业、医疗、教学和娱乐等领域。CN110625591ACN110625591A权利要求书1/2页1.一种基于外骨骼数据手套和遥操纵杆的力反馈遥操作系统，其特征在于，所述遥操作系统由外骨骼手数据手套a1-1、遥操作杆a1-2、远端机器臂单元a2和处理控制单元a3组成。2.根据权利要求1所述的基于外骨骼数据手套和遥操纵杆的力反馈遥操作系统，其特征在于，所述外骨骼数据手套包括手腕固定基架b7、手背固定基架b6、5个仿人手指（大拇指b1、食指b2、中指b3、无名指b4、小拇指b5）、位置传感器和外骨骼数据手套微控制器b11。3.根据权利要求2所述的基于外骨骼数据手套和遥操纵杆的力反馈遥操作系统，其特征在于，所述外骨骼数据手套的手背固定基架b6一端通过球形铰链与除拇指外的4个仿人手指的指根部相连接，另一端通过4根长度可调节的链条b10与手腕固定基架b7相连，所述手腕固定基架通过球形铰链与拇指b1根部相连接；所述手背b6）和手腕固定基架b7均由弹性材料制成的绷带b8、b9分别固定于佩戴者的手掌与手腕部位。4.根据权利要求2所述的基于外骨骼数据手套和遥操纵杆的力反馈遥操作系统，其特征在于，所述外骨骼数据手套的除拇指外4个仿人手指均包括三段：指尖段c1、指中段c2和指根段c3；指尖段c1通过销钉铰链c4与指中段c2相连接，指中段c2由两部分构成，该两部分由丝杠c5螺母连接c6，实现外骨骼手套的手指部分长度可调节，指中段c2通过销钉铰链与指根段c3相连接，指根段c3另一端通过球形铰链c7与所述手背固定基架b6相连接；所述外骨骼数据手套的拇指也包括三段：指尖段d1、指中段d2和指根段d3，与四指不同的是其指根段为曲柄连杆d3，所述曲柄连杆末端通过球形铰链d7与手腕固定基架b7相连接。5.根据权利要求2所述的基于外骨骼数据手套和遥操纵杆的力反馈遥操作系统，其特征在于，所述外骨骼数据手套的5个仿人手指每段关节的销钉铰链连接处c4、d4的上方均安有定滑轮c9、d9，固定于指尖c1、d1处的驱动绳c10、d10，分别经过指中段c2、d2和指根段c3、d3的两个定滑轮，与安装在手背或手腕固定基架b7上的驱动电机b12相连接，外骨骼数据手套微控制器b11通过控制驱动电机的旋转实现驱动绳的放松与收紧，从而实现部分力反馈功能。6.根据权利要求2所述的基于外骨骼数据手套和遥操纵杆的力反馈遥操作系统，其特征在于，所述外骨骼数据手套的5个仿人手指指尖段均为包裹型结构，其内部底端安有一个弹性压片e1，压片通过丝杠e2与驱动电机e3相连，从而通过驱动电机e3的正反转调节压片的压紧程度，给用户以较为真实的触觉反馈。7.根据权利要求2所述的基于外骨骼数据手套和遥操纵杆的力反馈遥操作系统，其特征在于，所述位置传感器包括两种，一种位于指根部f1位球形铰链连接处，球形铰链基座f2和传感器挡板f4固定于手背或手腕固定基架b6、b7上，位置传感器f3安于传感器挡板f4上，可以满足指根部位弯曲/伸展、外展/内收2个自由度的测量要求；另一种位置传感器c8、d8位于销钉铰链连接的关节处，满足关节1个自由度的测量要求。8.根据权利要求2所述的基于外骨骼数据手套和遥操纵杆的力反馈遥操作系统，其特征在于，所述外骨骼数据手套的手腕固定基架b7上设有遥操纵杆手柄夹持单元，包括支撑板g2、调节螺钉g1和夹持垫片g3，用以固定遥操纵杆的操作手柄，方便所述外骨骼数