本实用新型专利技术涉及一种关节角度测量装置，通过设置探测模块与辅助测量模块设置的圆弧面或球面保持固定距离做相对移动，并在所述圆弧面或所述球面上投射探测点，以获取所述探测点在所述圆弧面或所述球面上移动的矢量弧长数据l，以便于后续通过特定的算法计算得到所述辅助测量模块相对于探测点转过的角度数据n和圆心角弧度数据θ。该装置结构简单可行，各组成器件的技术成熟，能够快速研制并投入市场使用。同时，该装置适用范围广，精度高，安装和操作简单方便，以及具备体积小、质量轻，且能够快速响应等优良特性。此外，本实用新型专利技术还提供了一种联动关节角度测量装置和一种设置有上述关节角度测量装置和/或联动关节角度测量装置的手套。
【技术实现步骤摘要】
关节角度测量装置、系统及包括该装置或系统的手套
本技术涉及传感器
，特别是涉及一种关节角度测量装置及包括该装置的手套。
技术介绍
声明：在整个说明书中，对
技术介绍
的任何讨论绝不应被视为承认这样的技术是众所周知的，或者形成本领域公知常识的一部分。角度测量装置(角度传感器)是应用于仪表测量、工业自动化以及航空航海等众多领域的一种重要装置。在测控系统中，经常需要使用角度传感器采集各种角度参数或对转动机构的转动速度、转动的圈数或转动的角度及转动的速度变化情况进行测量。在对各种紧密机械的旋转测量和控制中，要求高分辨率和高精度的角度传感器。在航空和无人机领域中，飞行姿态的控制系统中，精密的角度测量更是获得高精度位置定位的技术关键。目前，角度传感器的测量原理常用的有电位器式、编码盘式、光栅式以及电磁式等。其中，电位器式角度传感器主要存在触点容易磨损、输出特征为阶梯状且分辨率低、成本高等问题。而编码盘式和光栅式等角度传感器则主要存在体积和质量较大、后续测量电路复杂、成本高等问题，且编码盘式的角度传感器受到码盘刻线、轴的安装及电气响应等因素的影响，难以达到秒级的分辨率，不能满足目前众多精密伺服控制系统或VR游戏控制器系统等对高精度和快速响应的角度测量需要。电磁式角度传感器则主要存在体积大、质量大、精度低、适用范围小、成本高等问题，其主要应用于较大的工业机械中，而不能适用于体积小、质量轻的小型或微型器械的角度测量。
技术实现思路
基于此，提供一种体积小、质量轻、且能够快速响应的转动角度测量装置和联动关节角度测量系统。此外，还提供了一种应用上述转动角度测量装置或联动关节角度测量系统的手套。一种关节角度测量装置，包括探测模块和辅助测量模块；所述辅助测量模块至少设置有第一圆弧面或第一球面；所述探测模块与所述第一圆弧面或所述第一球面保持固定距离做相对移动，并在所述第一圆弧面或所述第一球面上投射探测点，以获取所述探测点在所述第一圆弧面或所述第一球面上移动的弧长数据l；所述弧长数据l为矢量数据。在其中一个实施例中，还包括与所述探测模块连接的传动模块；所述传动模块至少设置有第二圆弧面或第二球面，且所述第二圆弧面的圆心或所述第二球面的球心位于所述关节转动轴上；所述第二圆弧面与所述第一圆弧面相对设置，且所述第二圆弧面的半径小于或大于所述第一圆弧面的半径；所述第二球面与所述第一球面相对设置，且所述第二球面的半径小于或大于所述第一球面的半径。在其中一个实施例中，所述第一圆弧面对应的圆心角为70°至180°；所述第一球面对应的任意一个圆心角为70°至180°。在其中一个实施例中，还包括归零单元；所述归零单元设置在所述辅助测量模块上；所述归零单元用于主动或被动生成归零信号；所述归零单元进入所述探测模块的探测范围内时，所述探测模块获取用于将已经获取的所述弧长数据l设置为0的所述归零信号。在其中一个实施例中，所述归零单元设置有光发射器、光敏传感器、光反射元件或反光区域；所述光反射元件或所述反光区域设置有形状不同于所述被测转动体上其他任意一处的形状和/或反射的光信号不同于所述被测转动体上其他任意一处反射的光信号的反射面。在其中一个实施例中，还包括与所述探测模块连接的数据处理模块；所述数据处理模块用于获取所述弧长数据l，并参照下式获取所述弧长数据l对应的角度数据n：n＝180×[l/(π×r1)]；或，参照下式获取所述第一弧长数据l对应的第一圆心角弧度数据θ：θ＝l/r；其中，π为圆周率；r为所述圆弧面或所述球面的半径；在其中一个实施例中，还包括计时模块；所述计时模块用于记录获取所述弧长数据l过程中任意一段弧长数据△l(x)所用的时间△t(x)；所述数据处理模块还用于参照下式获取△t(x)时间段内所述被测转动体转动的角速度数据vn(x)：Vn(x)＝180×[△l(x)/(π×r×△t(x))]；或，参照下式获取△t(x)时间段内所述被测转动体转动的圆心角弧度变化率数据vθ(x)：vθ(x)＝△l(x)/(r×△t(x))；其中，所述△l(x)＝△l(x+1)，或者所述△t(x)＝△t(x+1)；所述△l(x)与所述△l(x+1)为相邻的两段弧长数据；所述弧长数据所述x为正整数；所述b为所述弧长数据l分成的段数。在其中一个实施例中，所述数据处理模块还用于参照下式获取所述被测转动体转动的角加速度数据an(x)：anx＝2×[vn(x+1)-vn(x)]/[△t(x+1)+△t(x)]；或，参照下式获取所述被测转动体转动的圆心角弧度加速度数据aθ(x)：aθ(x)＝2×[vθ(x+1)-vθ(x)]/[△t(x+1)+△t(x)]。在其中一个实施例中，还包括数据传输模块；所述数据传输模块与所述数据处理模块连接；所述数据传输模块用于通过有线或无线方式输出所述数据处理模块生成的数据。上述提供的转动角度测量装置，通过设置探测模块与辅助测量模块设置的圆弧面或球面保持固定距离做相对移动，并在所述圆弧面或所述球面上投射探测点，以获取所述探测点在所述圆弧面或所述球面上移动的矢量弧长数据l。如此设置，能够便于后续利用弧长数据l根据弧长公式计算得到所述辅助测量模块相对于探测点转过的角度数据n和圆心角弧度数据θ。此外，该装置结构简单可行，各组成器件的技术成熟，能够快速研制并投入市场使用。同时，该装置适用范围广，精度高，安装和操作简单方便，以及具备体积小、质量轻，且能够快速响应等优良特性。根据上述提供的转动角度测量装置，本技术还提供了一种联动关节角度测量系统。一种联动关节角度测量系统，包括第一关节角度测量装置和第二关节角度测量装置；所述第一关节角度测量装置和所述第二关节角度测量装置均为上述任何一项实施例中所述的关节角度测量装置；所述第一关节角度测量装置内设置的所述辅助测量模块与所述第二关节角度测量装置内设置的探测模块连接。上述提供的联动关节角度测量系统，通过将两组关节角度测量装置串联，能够实现对两个连续的关节总弯曲角度进行总体测量。此外，该装置结构简单可行，各组成器件的技术成熟，能够快速研制并投入市场使用。同时，该装置适用范围广，精度高，安装和操作简单方便，以及具备体积小、质量轻，且能够快速响应等优良特性，能够作为VR游戏等控制信息输入端的传感器。根据上述提供的转动角度测量装置和联动关节角度测量系统，本技术还提供了一种应用了上述转动角度测量装置或联动关节角度测量系统的手套。一种手套，包括上述任何一项实施例中所述的关节角度测量装置，或包括上述任何一项实施例中所述的联动关节角度测量系统。在其中一个实施例中，所述手套为全指手套，且至少有一根指套从指根到指尖依次设置有第一转动关节、第二转动关节和第三转动关节；所述手套还包括第三关节角度测量装置；所述第三关节角度测量装置为上述任何一项实施例中所述的关节角度测量装置；所述第一转动关节处设置有所述第一关节角度测量装置；所述第二转动关节处设置有所述第二关节角度测量装置；所述第三转动关节处设置有所述第三关节角度测量装置；所述第一关节角度测量装置内设置的所述辅助测量模块与所述第二关节角度测量装置内设置的探测模块连接；所述第二关节角度测量装置内设置的所述辅助测量模块与所述第三关节角度测量装置内设置的探测模块连接；所述第一本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种关节角度测量装置，其特征在于，包括探测模块、辅助测量模块和数据处理模块；所述辅助测量模块至少设置有第一圆弧面或第一球面；所述探测模块与所述第一圆弧面或所述第一球面保持固定距离做相对移动，并在所述第一圆弧面或所述第一球面上投射探测点，以获取所述探测点在所述第一圆弧面或所述第一球面上移动的弧长数据l；所述弧长数据l为矢量数据；所述数据处理模块与所述探测模块相连接，所述数据处理模块能够根据所述弧长数据l计算对应的角度数据和弧度数据。
【技术特征摘要】
1.一种关节角度测量装置，其特征在于，包括探测模块、辅助测量模块和数据处理模块；所述辅助测量模块至少设置有第一圆弧面或第一球面；所述探测模块与所述第一圆弧面或所述第一球面保持固定距离做相对移动，并在所述第一圆弧面或所述第一球面上投射探测点，以获取所述探测点在所述第一圆弧面或所述第一球面上移动的弧长数据l；所述弧长数据l为矢量数据；所述数据处理模块与所述探测模块相连接，所述数据处理模块能够根据所述弧长数据l计算对应的角度数据和弧度数据。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括与所述探测模块连接的传动模块；所述传动模块至少设置有第二圆弧面或第二球面，且所述第二圆弧面的圆心或所述第二球面的球心位于关节转动轴上；所述第二圆弧面与所述第一圆弧面相对设置，且所述第二圆弧面的半径小于或大于所述第一圆弧面的半径；所述第二球面与所述第一球面相对设置，且所述第二球面的半径小于或大于所述第一球面的半径。3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一圆弧面对应的圆心角为70°至180°；所述第一球面对应的任意一个圆心角为70°至180°。4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括归零单元；所述归零单元设置在所述辅助测量模块上；所述归零单元用于主动或被动生成归零信号；所述归零单元进入所述探测模块的探测范围内时，所述探测模块获取用于将已经获取的所述弧长数据l设置为0的所述归零信号。5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述归零单元设置有光发射器、光敏传感器、光反射元件或反光区域；所述光反射元件或所述反光区域设置有形状不同于所述被测转动体上其他任意一处的形状...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘红阳，
申请(专利权)人：刘红阳，
类型：新型
国别省市：辽宁,21
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