本发明专利技术提供一种可穿戴刚柔耦合力反馈灵巧手骨架，包括手腕骨架（1）、手背骨架（2）、单指骨架（3）和力反馈结构，单指骨架由指尖（4）、中指节（5）、下指节（6）和末指节（7）组成，指尖与中指节之间、中指节与下指节之间、下指节和末指节之间活动连接；指尖设有压力传感器（8），中指节、下指节和末指节内设有角度传感器（9），力反馈结构包括若干根腱绳和动组件，手背骨架设有主板（10）和数据传输板（11），驱动组件通过控制键绳的张紧力驱动单指骨架的运动。本发明专利技术的灵巧手骨架与人手生理结构相近，更好地贴外骨骼，便于采集手部数据，可以同时捕捉手部运动过程中外骨骼关节的运动状态，并能够并作出相应的反馈。应的反馈。应的反馈。
【技术实现步骤摘要】
一种可穿戴刚柔耦合力反馈灵巧手骨架
[0001]本专利技术涉及机器人
，特别是涉及一种可穿戴刚柔耦合力反馈灵巧手骨架。
技术介绍
[0002]近些年，人工智能和机器人领域的研究都取得了不错的进展。得益于机器学习尤其是强化学习方面的快速发展，机器人已经逐渐具备基于环境而行动的能力。相比之下，自上世纪70年代就已经开始的灵巧手方面的研究取得的进展并不大，现有的灵巧手依旧不能独立自主地灵巧操作，这极大地限制了机器人在许多精细操作场景中的应用。在文献中，有一种趋势是利用从人类抓取研究中获得的信息来设计和控制机器人。而在灵巧手的研究中，研究人员会选择将人手作为灵巧手控制信息的来源，将人手的位置和手指运动信息作为控制指令传递给灵巧手，同时将灵巧手从环境中获得的信息以及灵巧手和环境的相互作用息反馈给人手。这种人手主从控制灵巧手的方案，将人类的经验智慧以及高层次的任务规划结合到机器人的控制中，使外骨骼和人各自发挥其所擅长，让人进行决策，手部外骨骼执行任务，可以很好地拓展机械手在外太空、深海、排爆等未知环境下的作业能力，就现阶段的机器人应用来说是一个不错的选择。
[0003]然而，这种方案的有效性依赖于可用的人手测量和反馈工具。虽然有许多为此而设计的传感解决方案，但要在操作交互过程中获得一套完整的力测量仍然是一个挑战，包括如何平衡运动测量和力反馈两种需求。就目前的应用来看，力反馈数据手套同时具有动作捕捉功能和力觉反馈功能，不但可以使操作者以比较自然的方式将自己手部的动作传递给灵巧手，也可以使人手得到必要的力觉甚至触觉反馈信息。
[0004]例如，申请公布号：CN 112338899 A，申请公布日2021年02月09日的中国专利公开了手部外骨骼、医疗设备和模拟抓取系统，该专利技术通过在手部外骨骼中设置可以对于部外骨骼进行控制的电机，在手部外骨骼活动的过程中，通过电机对连杆的约束，进而实现对指段固定件的运动约束，从而实现对于手部外骨骼的运动限制。但是，该专利技术的手部外骨骼无任何测量装置，无法测量手部数据，更无法获取触觉反馈信息。
[0005]例如，授权公告号：CN 216061204 U，授权公告日2022年03月18日的中国专利公开了一种基于脑可塑的外骨骼手部动作辅助装置，该技术通过将信号传感器布置在使用者身体上，利用信号传输线将生物电信号传输到驱动单元，驱动单元对生物电信号进行分析、处理并将产生的驱动力传输到手部外骨骼，控制手部外骨骼进行动作，并采用了线驱动的设计，让整个设备轻量化，穿戴方便。但是，该技术的电信号测量精度更低，无法达到高精度要求，同时也没有力反馈装置的设计。
技术实现思路
[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种兼顾运动测量和力反馈两种需求的可穿戴刚柔耦合力反馈灵巧手骨架。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种可穿戴刚柔耦合力反馈灵巧手骨架，包括手腕骨架、手背骨架、若干个与手背骨架转动连接的单指骨架和力反馈结构，所述单指骨架由指尖、中指节、下指节和末指节组成，所述指尖与中指节之间、中指节与下指节之间、下指节和末指节之间活动连接；所述指尖设有压力传感器，所述中指节、下指节和末指节内设有角度传感器，所述力反馈结构包括若干根腱绳和与腱绳的一端固定连接的驱动组件，所述驱动组件设于手腕骨架上，单根键绳贯穿于的单指骨架、手背骨架和手腕骨架，所述手背骨架设有主板和数据传输板，所述驱动组件与主板信号连接，所述驱动组件通过控制键绳的张紧力驱动单指骨架的运动。
[0008]本申请的可穿戴刚柔耦合力反馈灵巧手骨架不妨碍人手运动的手部外骨骼动作捕捉和反馈装置，同时可以使手更好地贴外骨骼，更好地采集手部数据，结合人手的生理结构特点，设计了可以同时捕捉20个人手关节自由度且能进行力反馈的手部外骨骼装置，并在穿戴方式的设计中充分展现了人机相容的原则，力反馈结构可以通过控制键绳的张紧力驱动单指骨架的运动对可穿戴刚柔耦合力反馈灵巧手骨架进行有效控制。
[0009]优选地，所述数据传输板用于接收压力传感器和角度传感器所采集的信息，并发送至主板；所述主板用于接收数据传输板发送的信息，并将其与预设参数做比对，发送执行指令至驱动组件，所述驱动组件用于执行主板的指令，控制键绳的张紧力驱动单指骨架的运动。
[0010]优选地，所述单指骨架的指尖与中指节之间、中指节与下指节之间、下指节和末指节之间均采用连杆结构铰接固定。连杆结构设计简单，便于力的有效传递。
[0011]优选地，所述连杆结构为二连杆结构，所述二连杆结构包括第一连杆和第二连杆，所述第一连杆和第二连杆通过滚轴铰接固定；单个指尖或指节上，所述铰接座与二连杆结构至少有一个连接处设有磁铁，所述角度传感器与磁铁非接触式对应设置。在可穿戴刚柔耦合力反馈灵巧手骨架进行运动时，二连杆结构发生转动，此时磁铁也会发生转动，所述角度传感器为霍尔传感器，其可以根据磁场变化检测到角度变化。
[0012]优选地，所述第一连杆和第二连杆上设有若干个穿线孔。
[0013]优选地，所述指尖依次包括限位块、滑块和指尖铰接座，所述限位块与指尖铰接座卡接固定，所述滑块设于限位块与指尖铰接座之间，所述滑块沿指尖方向设有滑杆，所述限位块设有与滑杆相适配的滑槽，所述滑块与指尖铰接座之间设有复位弹簧组件、压头和压力传感器；所述复位弹簧组件包括若干个伸缩弹簧，所述滑块设有若干个与伸缩弹簧相适配的限位孔，所述指尖铰接座上设有与二连杆结构相适配的铰接装配孔。在运动过程中，当指尖触碰物品时，会对限位块施压，限位块内的滑块会向内滑动，挤压复位弹簧组件使其形变，弹力作用于压头上，压力传感器采集到压力信息，并传输至信息传输板。
[0014]优选地，所述中指节包括中指节铰接座，所述下指节包括下指节铰接座，所述中指节铰接座和下指节铰接座上分别交错设有两个与二连杆结构相适配的铰接装配孔。
[0015]优选地，所述末指节包括旋转座和设于旋转座上方的末指节铰接座，所述末指节铰接座与旋转座转动连接，所述末指节铰接座上设有与二连杆结构相适配的铰接装配孔，所述旋转座设有磁铁，与所述磁铁对应位置，非接触设有角度传感器；除拇指骨架外的单指骨架中，所述旋转座的端部设有伸缩轴，所述伸缩轴与手背骨架固定连接。所述手背固定座设有若干个单指插槽，所述伸缩轴插接固定于单指插槽内，所述伸缩轴的插接深度可调节。
末指节的可旋转设计模拟人手手指的实际结构，更为灵活，角度传感器可以捕捉到单指骨架的摆动角度，并传输至信息传输板。伸缩轴的插接深度可以根据佩戴者手指实际长度调节，适应性强。
[0016]优选地，所述旋转座上设有旋转凸台，所述旋转凸台中心设有轴孔，所述末指节铰接座的底部设有与旋转凸台相适配的旋转槽，所述旋转槽内设有旋转轴，所述旋转轴与轴孔相适配；所述旋转凸台内部设有磁铁容纳腔，所述磁铁设于磁铁容纳腔内。
[0017]优选地，所述手腕骨架包括手腕固定座，所述手腕固定座设有若干个舵机孔位，所述驱动组件包括若干个与单指骨架对应设置的舵机，所述舵机设于本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种可穿戴刚柔耦合力反馈灵巧手骨架，其特征在于，包括手腕骨架（1）、手背骨架（2）、若干个与手背骨架转动连接的单指骨架（3）和力反馈结构，所述单指骨架由指尖（4）、中指节（5）、下指节（6）和末指节（7）组成，所述指尖与中指节之间、中指节与下指节之间、下指节和末指节之间活动连接；所述指尖设有压力传感器（8），所述中指节、下指节和末指节内设有角度传感器（9），所述力反馈结构包括若干根腱绳和与腱绳的一端固定连接的驱动组件，所述驱动组件设于手腕骨架上，单根键绳贯穿于的单指骨架、手背骨架和手腕骨架，所述手背骨架设有主板（10）和数据传输板（11），所述驱动组件与主板信号连接，所述驱动组件通过控制键绳的张紧力驱动单指骨架的运动。2.根据权利要求1所述的可穿戴刚柔耦合力反馈灵巧手骨架，其特征在于：所述数据传输板用于接收压力传感器和角度传感器所采集的信息，并发送至主板；所述主板用于接收数据传输板发送的信息，并将其与预设参数做比对，发送执行指令至驱动组件，所述驱动组件用于执行主板的指令，控制键绳的张紧力驱动单指骨架的运动。3.根据权利要求1所述的可穿戴刚柔耦合力反馈灵巧手骨架，其特征在于：所述单指骨架的指尖与中指节之间、中指节与下指节之间、下指节和末指节之间均采用连杆结构铰接固定。4.根据权利要求3所述的可穿戴刚柔耦合力反馈灵巧手骨架，其特征在于：所述连杆结构为二连杆结构，所述二连杆结构包括第一连杆（12）和第二连杆（13），所述第一连杆和第二连杆通过滚轴（14）铰接固定，所述指尖及各指节分别通过铰接座与二连杆结构的两端铰接固定；单个指尖或指节上，所述铰接座与二连杆结构至少有一个连接处设有磁铁（15），所述角度传感器与磁铁非接触式对应设置。5.根据权利要求4所述的可穿戴刚柔耦合力反馈灵巧手骨架，其特征在于：所述指尖依次包括限位块（16）、滑块（17）和指尖铰接座（18），所述限位块与指尖铰接座卡接固定，所述滑块设于限位块与指尖铰接座之间，所述滑块沿指尖方向设有滑杆（19），所述限位块设有与滑杆相适配的滑槽（20），所述滑块与指尖铰接座之间设有复位弹簧组件、压头（21）和压力传感器；所述复位弹簧组件包括若干个伸缩弹簧（22），所述滑块设有若干个与伸缩弹簧相适配的限位孔（23），所述指...
【专利技术属性】
技术研发人员：鲍官军，王文彪，魏兴意，
申请(专利权)人：杭州闻名智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。