气囊式力反馈手控器.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CN106182043A(43)申请公布日2016.12.07(21)申请号201510231863.4(22)申请日2015.05.09(71)申请人姚晨雨地址211189江苏省南京市江宁区东南大学路2号东南大学九龙湖校区(72)发明人姚晨雨王璞(51)Int.Cl.B25J13/02(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称气囊式力反馈手控器(57)摘要本发明涉及一种气囊式力反馈手控器，其核心是使用气囊作为接触媒介并提供力反馈，用于对机械爪进行抓取动作的遥操控。操作者用手握住手控器的气囊，手控器测量操作者控制气囊的速度，控制目标机械爪的运动线速度，同时根据机械爪与抓取物体的作用力，为操作者提供对应的力反馈。本发明手控器结构简约，使用方便，舒适安全，与现有力觉接口设备相比，对目标机械爪没有特定的品种限制和结构限制，可在多种机械爪控制中通用。本发明作为人机交互中的输入设备，将在虚拟装配、机器人控制、游戏娱乐等领域有广阔的应用前景。CN106182043ACN106182043A权利要求书1/1页1.一种气囊式力反馈手控器，操作者用手握住手控器的气囊，远程控制目标机械爪完成简单的抓取工作，手控器测量操作者控制气囊的速度，控制目标机械爪的运动速度，同时根据机械爪与抓取物体的作用力，为操作者提供对应的力反馈。2.根据权利要求1所述的手控器，其特征是，内部核心部分包括一个普通人可抓握的气囊、导气管道、气压传感器、双向流量计、电控蝶阀和单片机控制器，气囊通过导气管道与外界大气相通，气压传感器装在气囊内部末端位置，流量计和蝶阀依次安装在导气管道上，气压传感器、流量计的电路与蝶阀的电动马达控制线连接在单片机上。3.根据权利要求2所述的手控器，其特征是，气压传感器测量气囊内部的压强；双向流量计测量管道内气体的流量大小和流动方向；蝶阀控制气体流出管道的出口大小；单片机采集气压传感器、流量计和机械爪上力传感器的数据，控制蝶阀和机械爪的运动。4.根据权利要求2所述的手控器，其特征是，双向流量计测量从气囊流出或流入的气体的流量大小和流动方向，单片机获取操作人员手部的动作信息，控制机械爪的运动，根据流量大小可以获取气体的流动速度，控制机械爪的关节的平均线速度，根据流动方向可以控制机械爪的关节收拢或者放松。5.根据权利要求2所述的手控器，其特征是，气压传感器测量气囊内气体压强，单片机从而计算出气囊对人手的平均反作用力，与机械爪上力传感器测量得到的接触力数值比较，当导气管的出气口大小变化时，气体流通受到的阻力会发生变化，气囊内平均气压会变化，因此单片机通过蝶阀控制出气口的大小，调整气囊对人手的反作用力，实现柔性握力反馈。2CN106182043A说明书1/4页气囊式力反馈手控器技术领域[0001]本发明涉及一种使用气囊作为接触媒介并提供力反馈的手动控制器，用于对机械爪进行抓取动作的遥操控，属于临场感遥操作机器人领域。背景技术[0002]机械爪是一种灵活的抓取工具，应用广泛。随着虚拟现实技术的发展，控制机械爪的力觉接口设备不断出现，力觉接口设备能够感知人手对机械爪的控制动作，同时模拟出机械爪与远程环境的力觉交互，为操作者提供临场感。[0003]力觉接口设备主要有力反馈数据手套、手控器、操纵杆等，其中力反馈数据手套发展较快，数据手套是一种基于类似手套的结构，测量人手的姿态、各关节运动角度、并对每个手指等施加力反馈作用，能够提供具体到单关节的交互式控制，外骨架式数据手套主要采用金属机械结构，通过电动、气动等施加反馈力。数据手套能够提供三维的、具体到单关节的交互式控制，但是结构复杂笨重，成本高昂，限定目标机械爪种类和结构，通用性不够强。发明内容[0004]本发明涉及一种气囊式力反馈手控器，操作者用手握住手控器的气囊，远程控制目标机械爪完成简单的抓取工作，手控器测量操作者控制气囊的速度，控制目标机械爪的运动速度，同时根据机械爪与抓取物体的作用力，为操作者提供对应的力反馈。这个手控器对目标机械爪没有特定的品种限制和结构限制，可在多种机械爪控制中通用，机械爪只需具备基本的开合角度运动和接触力觉检测功能。[0005]本发明提供的技术方案是：一种气囊式力反馈手控器，其内部核心部分包括一个普通人可抓握的气囊、导气管道、气压传感器、双向流量计、电控蝶阀和单片机控制器，带有力传感器的机械爪在手控器外部，其电路以有线或无线的方式与手控器相连。气囊通过导气管道与外界大气相通，气压传感器装在气囊内部末端位置，流量计和蝶阀依次安装在导气管道上，气压传感器、流量计的电路与蝶阀的电动马达控制线连接在单片机上。[0006]气压传感器测量气囊内部的压强，双向流量计Zephyr_HAF测量管道内气体的