具有自动模式控制逻辑的抓握辅助设备制造技术

本发明专利技术涉及一种具有自动模式控制逻辑的抓握辅助设备。一种系统，包括手套、传感器、致动器组件和控制器。传感器包括测量实际抓握力的负载传感器和确定手套姿态的姿态传感器。致动器组件向手套提供抓握辅助力。工作环境中工作单元的相应位置以及每个工作单元允许的工作任务被编程到控制器。控制器检测手套位置和姿态。控制器选择工作任务的位置。控制器利用从负载传感器测得的实际抓握力来计算所需抓握辅助力。使用致动器组件经由手套施加所需抓握辅助力，从而帮助操作员执行识别的工作任务。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及一种具有自动模式控制逻辑的抓握辅助设备。
技术介绍
人体工程学是一种正在发展中的科学学科，其最终寻求理解并改善人类与工作环境中使用的设备的各个部件的交互，例如，键盘、工作站、转矩扳手、控制输入设备等等。现代人体工程学设计实践寻求优化操作员物理工作环境的所有方面。即使如此，随着时间流逝，重复的动作可能对产品质量和加工效率产生不利的影响。对于需要操作员对工具或其它物体施加抓握力的某些类型的重复任务而言，操作员的握力在工作日期间可能会逐渐下降。例如，由于力量、身材或肌肉疲劳的不同，执行相同工作任务的不同操作员之间的握力也可能差异很大。给定操作员的握力的可变性质可能导致工作环境内某些与抓握相关的工作任务的相对低效的执行。
技术实现思路
本文公开了一种用于抓握辅助设备，例如通常在本领域内公知的基于手套的抓握辅助设备类型的系统和相关联的控制方法。对于给定的工作环境中可能的工作任务的范围可从相对粗糙动作(例如重物提升或相对较大物体比如车轮的定位)到更精细动作(例如定位以及安装紧固件)之间变化。由此，当用在某些类型的工作环境中时，传统抓握辅助设备的现有控制方案(其通常要求操作员通过使用用户界面来手动确定和选择适当的控制模式)可能不是最佳的。因此本设计旨在通过将抓握辅助模式选择决策过程和实施从操作员转移到机载控制器上来解决其中的一些性能问题。本文所公开的抓握辅助设备增加了传感器阵列和相关联的控制逻辑以帮助改善现有技术抓握辅助设备的性能。传感器阵列使得控制器能够自动定位工作环境内的抓握辅助设备并确定佩戴抓握辅助设备的操作员的位置。阵列中的传感器还检测抓握辅助设备的姿势，例如，倾斜、摇晃、偏转、加速、磁场和/或设备各个部分的总体方位。共同地，位置和姿势数据允许控制器，在操作员的所需输入最小时，自动地选择适用于手头工作任务的适当的抓握控制模式。可选特征可被编程到控制器，例如本公开所述的校准模式和打开/关闭手势检测模式，以进一步优化抓握辅助设备的性能。操作员可将本抓握辅助设备的手套部分戴在手上。在这种实施例中，多个挠性筋通过对应的致动器组件，例如机动滚珠螺杆，以计算的张力选择性地拉紧。致动器组件对一个或多个筋施加张力以帮助将操作员的手闭合成预定抓握姿势。位于手指和拇指部分或手套其它表面上的负荷传感器共同地向控制器提供力反馈信号。然后控制器计算并指示来自于由操作员执行的特定工作任务这一水平的各个筋的所需张力。所有这些结合本文公开的基于位置和姿势的自动控制模式选择而发生。通常，当操作员戴着抓握辅助设备移动通过设施时，控制器经由测量/检测或计算自动地识别操作员的位置/前进方向以及目标工作单元，并且随后自动地将抓握辅助设备的操作限制到允许的工作任务的子集，例如，自动从编程到控制器存储器中的预定工作任务的全局列表中选择。当位置被检测时，GPS或RFID传感器是可用作传感器阵列一部分的可能示例性位置传感器，以向控制器提供所需位置/前进方向数据。在工作单元本身内，姿势传感器例如，通过使用放置在抓握辅助设备的各个表面上的关节角度传感器和/或加速计共同地确定抓握辅助设备的手套或其它部分的姿势。随后，控制器紧密地将抓握辅助设备的允许功能限制到特定工作任务或由控制器从预定工作任务限制列表中选择出的任务。抓握辅助设备的位置和/或姿势也可被用来根据需要打开或关闭抓握辅助功能，例如当操作员走出工作单元进入到邻近走道、休息区域，或在另外的不需要抓握辅助设备的指定区域时，和/或当操作员用预定手势来移动抓握辅助设备以示意不管位置如何都需要暂时中断或禁止抓握辅助功能时。在一些实施例中，与控制器通信的移动或固定数据显示设备可以以依赖于操作员在设施中的位置的方式来接收并显示信息。例如，显示设备可显示建造安排或其它建立进度表、工作步骤、生产提示等等。特别地，本公开所述的系统包括手套、传感器阵列、致动器组件和控制器。传感器相对于手套进行定位，并包括负荷传感器和姿态传感器，当佩戴手套时该负荷传感器测量由操作员施加到物体上的实际抓握力，该姿态传感器共同地确定手套的姿态并可以用于可单独确定位置和/或同可选的位置传感器一起确定位置。致动器组件或组件集是可操作的，用于向手套提供抓握辅助力。控制器被一组坐标编程，用于工作环境中的工作单元，还被一组允许的工作任务编程，用于每一个工作单元。控制器进一步被编程以检测工作环境内的操作员的位置以及所检测位置内的手套的姿态。此外，控制器通过所确定的位置和姿态从用于检测位置的允许的工作任务列表中选择一个工作任务，并经由负荷传感器接收所测量的实际抓握力。然后控制器通过所测量的抓握力来计算适用于辅助执行所识别的工作任务的抓握辅助力，并自动地选择所需抓握辅助力并经由致动器组件将所需抓握力施加到手套。以此方式，操作员得到辅助以执行所识别的工作任务。本文还公开了相关方法。在可能的实施例中，该方法包括的步骤有：确定操作员的位置，然后通过姿态信号来确定所确定的位置内的手套的姿态。该方法还包括使用所确定的位置和姿态从用于所确定的位置的允许的工作任务列表中识别工作任务，并经由负荷传感器测量由操作员施加到物体的实际抓握力，并使用所测量实际抓握力来计算用于所识别工作任务的所需抓握辅助力。然后，该方法包括经由致动器组件使用控制器发出将所需抓握辅助力应用到手套的指令由此辅助操作员执行所识别的工作任务。以下将结合附图对实施本公开的最佳方式进行的详细描述，能够很容易了解到本公开的上述内容以及其它特征和优点。附图说明图1是实例性抓握辅助设备和本公开所述的用于自动地控制抓握辅助设备的模式选择的相关控制器的示意图。图2是当在具有多个指定工作任务区域的实例性工作环境内移动时操作员佩戴图1的抓握辅助设备的示意图。图3是描述了图1的控制器的编程模式选择操作的示意性逻辑流程图。图4是描述了用于控制图1所示的抓握辅助设备的实例性方法的流程图。具体实施方式参考附图，贯穿几个视图，其中相似的参考标号表示相同或相似的部件，图1中示出了具有控制器50的实例性抓握辅助设备10。抓握辅助设备10包括手套12和套筒18。当抓握辅助设备10佩戴在操作员的手和前臂上时，该设备自动地辅助操作员抓取物体和/或执行任何数量的手动工作任务。在给定的工作环境中可能的工作任务的范围可从相对粗糙动作(例如重物提升或相对较大物体比如车轮的一般定位)到精细动作技能(比如定位和安装紧固件或安装过程中的支撑体板)之间变化。用于传统抓握辅助设备的现有控制方案在划分为不同工作单元的各种不同工作任务的设施上面不是最优，比如倾向于需要由操作员进行模式判断和肯定选择的设计。例如，操作员可能需要警告控制器有关待执行的特殊任务，或选择所需抓握辅助水平，或者该抓握辅助设备被编程成仅提供有限范围的预定抓握辅助水平。当执行设备辅助工作任务时，本设计旨在通过与本公开所述的传感器阵列协同将该控制决策转移给控制器来解决这种控制问题，并由此优化操作员效率。除了参考以下图2-4所述的自动控制功能外，在另一个实施例中，姿态传感器的上述使用时，利用来自在图1中的实例性位置处所示的位置传感器78和多个姿态传感器88的控制信号，或者由姿态传感器88得到位置，控制器50还计算辅助张力(箭头FA)并将辅助张力(箭头FA)施加到一个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种系统包括：手套；多个传感器，相对于所述手套定位，包括配置用于测量佩戴所述手套的操作员应用到物体的实际抓握力的负荷传感器以及配置用于确定所述手套姿态的姿态传感器；致动器组件，可操作用于通过所述手套提供抓握辅助力；和控制器，根据工作环境中多个工作单元的每个工作单元的各自位置及所述工作单元的每个工作单元的一组允许的工作任务对其进行编程，其中，所述控制器还进一步编程为：确定所述工作环境中所述手套的位置；通过处理来自所述姿态传感器的姿态信号来确定检测到位置中的所述手套的姿态；使用所确定的位置及姿态从检测位置的允许工作任务列表中选择一个工作任务；使用来自所述负荷传感器的所述实际抓握力来计算所需抓握辅助力；和命令使用所述致动器组件经由所述手套对所述物体施加所需抓握辅助力，从而帮助所述操作员执行识别的工作任务。

【技术特征摘要】
2015.06.15 US 14/7394281.一种系统包括：手套；多个传感器，相对于所述手套定位，包括配置用于测量佩戴所述手套的操作员应用到物体的实际抓握力的负荷传感器以及配置用于确定所述手套姿态的姿态传感器；致动器组件，可操作用于通过所述手套提供抓握辅助力；和控制器，根据工作环境中多个工作单元的每个工作单元的各自位置及所述工作单元的每个工作单元的一组允许的工作任务对其进行编程，其中，所述控制器还进一步编程为：确定所述工作环境中所述手套的位置；通过处理来自所述姿态传感器的姿态信号来确定检测到位置中的所述手套的姿态；使用所确定的位置及姿态从检测位置的允许工作任务列表中选择一个工作任务；使用来自所述负荷传感器的所述实际抓握力来计算所需抓握辅助力；和命令使用所述致动器组件经由所述手套对所述物体施加所需抓握辅助力，从而帮助所述操作员执行识别的工作任务。2....

【专利技术属性】
技术研发人员：D·R·戴维斯，C·A·伊哈克，E·拉斯克，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，美国宇航局，
类型：发明
国别省市：美国;US