直杆式食指运动检测装置.pdf

直杆式食指运动检测装置，它涉及了一种检测人手手指运动状态的数据手套。本发明是为了解决现有的数据手套传感器价格昂贵，系统复杂，维护困难等缺点，设计了一种依附在人手外部检测关节运动的装置，采用独特的连接方式以及巧妙的关节测量点布局，降低或消除了检测机构对操作者手指运动的阻碍和影响，令操作者在使用该装置时，手指的运动能保持最大程度的灵活和轻巧，且关节的运动状态都能被精确检测到，从而使被控制的从手的手指关节与操作者对应的手指关节协同一致动作，将多个自由度从手复杂的控制变得直观、简单、方便。

权利要求书
1.  一种直杆式食指运动检测装置，用于与计算机、机械手交互作用的装置，由掌指关 节检测机构(100)、手掌基座(1)、食指近指节基座(2)、食指中指节基座(3)、食指远 指节基座(4)、电位器(18)、球头(20)和球头扣连杆(21)组成；
其特征在于：
该装置通过穿戴的方式固定在操作者食指上；
相邻的手掌基座(1)、食指近指节基座(2)、食指中指节基座(3)和食指远指节基座 (4)之间的铰接处均安装有测量关节动作的电位器(18)，用于检测食指各个关节运动的 角度和状态。

2.  根据权利要求1所述的直杆式食指运动检测装置，其特征在于：所述的掌指关节检 测机构(100)的第一电位器(18)的轴与电位器基座(5)底部通过螺钉固接，所述电位 器基座(5)竖直面上的孔座与第二电位器(18)通过螺钉固接，所述第二电位器(18)的 轴与左轴承盖(6)通过螺钉固接，所述直线轴承(8)被左轴承盖(6)和右轴承盖(7) 通过螺钉固定，所述长轴(9)插入直线轴承(8)内，所述长轴(9)与直线轴承(8)之 间为滑动连接，所述长轴(9)一端与球头扣(10)固接。

3.  根据权利要求1所述的直杆式食指运动检测装置，其特征在于：所述食指近指节基 座(2)固定于人手食指的近指节部位，所述食指近指节基座(2)半包围食指近指节，横 截面为“C”形，开口朝向食指近指节的指面，在该基座位于食指近指节背面的位置设有一 孔座和一摇臂，摇臂垂直于所在的指节背面，所述摇臂上安装有球头(20)，所述食指近指 节基座(2)上的球头(20)与掌指关节检测机构(100)的球头扣(10)铰接，所述掌指 关节检测机构(100)底部电位器(18)通过螺钉固定于手掌基座(1)的孔座(A)内，所 述手掌基座(1)的孔座(A)固定于食指的掌指关节上方。

4.  根据权利要求1所述的直杆式食指运动检测装置，其特征在于：所述食指中指节基 座(3)固定于人手食指的食指节部位，所述食指中指节基座(3)半包围食指中指节，横 截面为“C”形，开口朝向食指中指节的指面，在该基座位于食指中指节背面的位置设有一 孔座和一摇臂，摇臂垂直于所在的指节背面。所述食指中指节基座(3)上的摇臂与摇臂(19) 通过球头(20)和球头扣连杆(21)配合成的球形铰链进行连接，所述摇臂(19)与电位 器(18)的轴通过螺钉固接，所述电位器(18)通过螺钉固定于食指近指节基座(2)的孔 座内。

5.  根据权利要求1所述的直杆式食指运动检测装置，其特征在于：所述食指远指节基 座(4)固定于人手食指的远指节部位，所述食指远指节基座(4)的一端为包围食指远指 节的柱形，另一端为半球形，整个基座的纵截面为“U”形，开口朝向食指的远端指间关节 (DIP)，在该基座位于食指远指节背面的位置设有一摇臂，摇臂垂直于所在的指节背面。 所述食指远指节基座(4)上的摇臂与摇臂(19)通过球头(20)和球头扣连杆(21)配合 成的球形铰链进行连接，所述摇臂(19)与电位器(18)的轴通过螺钉固接，所述电位器 (18)通过螺钉固定于食指中指节基座(3)的孔座内。

说明书直杆式食指运动检测装置
技术领域
本发明涉及一种检测人手手指关节运动角度和状态的数据手套。
背景技术
由于科学技术的发展，机器人逐渐在越来越大的范围内被使用，遥操作机器人作为一种 性能可靠、技术成熟的机器人被广泛用于各种危险的、情况复杂的、人类无法到达的环境中 工作，它采用的是非常可靠的控制方式，直接由操作者发出指令来控制。随着遥操作机器人 执行的任务越来越复杂，使得人们在追求可靠性的同时，还对其灵活性提出了更高的要求， 而要对复杂的机械手实施遥操作，控制机械手多个手指的多个关节一起协调运动，以实现特 定功能，这就需用到数据手套，数据手套是对机器人的机械手实施遥操作的最有效装置，它 通过测量操作者手指各个指节的位置信息作为控制指令控制机械手的手指跟踪人手手指运 动。此外，近年来虚拟仿真技术不断发展，其主要的交互设备就是数据手套，例如在一个由 计算机虚拟的场景里，控制一双虚拟的人手拆卸或装配机器等，还有游戏、3D动画制作都需 要用到数据手套。数据手套的弯曲传感器是数据手套的核心部件，世界上只有少数几个国家 能研制，所以数据手套的价格极为昂贵，单只手套售价高达六七万元人民币，而且现有的数 据手套传感器寿命短，不易更换，严重影响了数据手套的普及、推广使用。
发明内容
本发明的目的是针对现有的数据手套价格昂贵、系统复杂、维护困难等缺点，提出了 一种外置传感器检测关节运动的方法，极大降低数据手套的成本。本发明的难点在于依附 在人手外部构架的设计，因为外置传感器的体积较大，再加上摇臂、连杆等联动机构，会 干扰手指的运动，但本发明通过对外部构架的优化设计，在关节基座之间采用独特的连接 方式，并对关节测量点巧妙布局，降低或消除了检测机构对操作者手指运动的阻碍和影响， 令操作者在使用该装置时，手指关节的运动还能保持最大程度的灵活和轻巧。本发明是用 于与计算机、机械手交互作用的装置，由掌指关节检测机构、手掌基座、食指近指节基座、 食指中指节基座、食指远指节基座、电位器、球头和球头扣连杆组成，该装置通过穿戴的 方式固定在操作者食指上；相邻的手掌基座、食指近指节基座、食指中指节基座和食指远 指节基座之间的铰接处均安装有测量关节动作的电位器，用于检测食指各个关节运动的角 度和状态。本发明使用简单，穿戴方便，容易维护，并可极大降低数据手套的成本。
附图说明
图1是直杆式食指运动检测装置的轴测图。
图2是直杆式食指运动检测装置的结构示意图。
图3是掌指关节检测机构的轴测图。
图4是掌指关节检测机构的结构示意图。
具体实施方式
本发明主要零部件：
100.掌指关节检测机构  1手掌基座         2.食指近指节基座
3.食指中指节基座      4.食指远指节基座  18.电位器
具体实施方式一：如图3和图4所示，所述掌指关节检测机构100包括电位器基座5， 左轴承盖6，右轴承盖7，直线轴承8，长轴9，电位器18，球头扣10。所述第一电位器18 的轴与电位器基座5底部通过螺钉固接，所述电位器基座5竖直面上的孔座与第二电位器18 通过螺钉固接，所述第二电位器18的轴与左轴承盖6通过螺钉固接，所述直线轴承8被左轴 承盖6和右轴承盖7通过螺钉固定，所述长轴9插入直线轴承8内，所述长轴9与直线轴承 8之间为滑动连接，所述长轴9一端与球头扣10固接。
具体实施方式二：如图1、图2、图3和图4所示，所述直杆式食指运动检测装置包括掌 指关节检测机构100、手掌基座1、食指近指节基座2、食指中指节基座3、食指远指节基座 4、电位器18、球头20和球头扣连杆21。所述食指近指节基座2固定于人手食指的近指节部 位，所述食指近指节基座2半包围食指近指节，横截面为“C”形，开口朝向食指近指节的指 面，在该基座位于食指近指节背面的位置设有一孔座和一摇臂，摇臂垂直于所在的指节背面， 所述摇臂上安装有球头20。所述食指近指节基座2上的球头20与掌指关节检测机构100的 球头扣10铰接，所述掌指关节检测机构100底部电位器18通过螺钉固定于手掌基座1的孔 座A内，所述手掌基座1的孔座A固定于食指的掌指关节上方。动作实施过程：食指掌指关 节(MP)的运动可分解为两个方向上的分运动，一个是竖直方向上的屈伸运动，另一个是水 平方向上的外展和内收运动，当操作者的食指掌指关节(MP)做屈伸运动时，则食指近指节 基座2带动长轴9在竖直方向上运动，从而带动与左轴承盖6固接的第二电位器18的轴转动， 使孔座内的第二电位器18能测量出操作者食指掌指关节(MP)屈伸的角度和状态；当操作者 食指掌指关节(MP)做外展和内收运动时，则食指近指节基座2带动长轴9在水平方向上运 动，在该动作方向上，长轴9与电位器基座5是刚性连接的，所以食指近指节基座2直接带 动第一电位器18的轴转动，使得第一电位器18能测量出操作者掌指关节(MP)外展和内收 的角度和状态。
所述食指中指节基座3固定于人手食指的中指节部位，所述食指中指节基座3半包围食 指中指节，横截面为“C”形，开口朝向食指中指节的指面，在该基座位于食指中指节背面的 位置设有一孔座和一摇臂，摇臂垂直于所在的指节背面。所述食指中指节基座3上的摇臂与 摇臂19通过球头20和球头扣连杆21配合成的球形铰链进行连接，所述摇臂19与电位器18 的轴通过螺钉固接，所述电位器18通过螺钉固定于食指近指节基座2的孔座内。动作实施过 程：当操作者食指的近端指间关节(PIP)做屈伸运动时，依附于食指中指节上的食指中指节 基座3跟随一起运动，并通过食指中指节基座3上的摇臂推拉球头扣连杆21，从而带动与摇 臂19固接的电位器18的轴转动，使固定于食指近指节基座2孔座内的电位器18能测量出操 作者食指的近端指间关节(PIP)屈伸的角度和状态。
所述食指远指节基座4固定于人手食指的远指节部位，所述食指远指节基座4的一端为 包围食指远指节的柱形，另一端为半球形，整个基座的纵截面为“U”形，开口朝向食指的远 端指间关节(DIP)，在该基座位于食指远指节背面的位置设有一摇臂，摇臂垂直于所在的指 节背面。所述食指远指节基座4上的摇臂与摇臂19通过球头20和球头扣连杆21配合成的球 形铰链进行连接，所述摇臂19与电位器18的轴通过螺钉固接，所述电位器18通过螺钉固定 于食指中指节基座3的孔座内。动作实施过程：当操作者食指的远端指间关节(DIP)做屈伸 运动时，依附于食指远指节上的食指远指节基座4跟随一起运动，并通过食指远指节基座4 上的摇臂推拉球头扣连杆21，从而带动与摇臂19固接的电位器18的轴转动，使固定于食指 中指节基座3孔座内的电位器18能测量出操作者食指的远端指间关节(DIP)屈伸的角度和 状态。
作为本发明的另一实例，也可以用其他传感器代替电位器，同样可以起到检测人手食指 运动的角度和状态，实现本发明的目的。
在不使本发明的原理受到损害的情况下，上述构成的细节和具体实施方式仅仅是当做例 子和图示的东西，它可以不脱离本发明的范围而广泛改变，这些均属于本发明的保护之内。