被动式力反馈主操作手设计.pdf

电气技术与自动化
朱海东,等?被动式力反馈主操作手设计
动式れ反儂主作计
朱海东,孙志峻,史德方2
(1.南京航空航天大学机电学院,江苏南京210016;2.安徽雷鸣科化股份有限公司,安微淮北235042
摘要:利用超声制动器提出了一种被动力反馈主操作手的研究设计方案。主操作手手指由
连杄机构及超声制动器组成,通过连杆机构测量指尖位姿,进而反解手指关节状态信息,在超
声制动器的作用下,将执行机构所受到的力反馈给操作者;运用 Matlab对结构设计的合理性进
行了验证,确定机构尺寸的参数。最后,给出主操作手完整的结构形式。该方案解决了传统力
反馈主操作手中结构复杂、尺寸大,运动不准确、测量偏差大等缺点。
关键词:主操作手;超声制动器;力反馈
中图分类号:TP242文献标志码;B文章编号:1671-5276(2010)05-013204
Design of Multi-fingered Exoskeleton Haptic Device with Passive Force Feedback
ZHU Hai-dong SUN Zhi-jun, SHI De-fang
1 College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics an
Astronau aning 1016, China; Anhui Leiming Tecnology Chemical Co, Ltd, Huaibei 235042, China)
Abstract This paper ses a ml -need x kele on ha ev with passive for fed ack using ul rasonic clutches an
es ke o mar an n E f mar an osiss of a set of ink mechanism and two cl
ches. The maser han can use he link mca ma sios an ans of e rips calculate the information of
the finer is an aes e passive force to be fed back to the operator by the clutches. The rational validation and parameters
ofthemechanismsareveriedbyMatlab.Thismethodisusedtoovercomethedisadvantageofordinarymasterhand,suchascom
plicated structure, big size, inaccurate movement, large measured deviation and so on
Key words: master hand: ultrasonic clutch; force feedback
骨架结构,如图1所示。
0前言
主操作手是一种与操作者交换信息的机器人"リ。一
方面,它将操作者的运动信息(手部)作为输入,另一方面
将虛拟环境或远程控制中从机器于所受力反馈给操作者
B
从而指挥从机器手完成更为精确的抓取任务,如定位、感
知物体的质慼等,并具有较高的效率。
随着计算机的发展,智能化、虚拟现实及科学可视化,
促进了主操作手应用领域的拓展。主操作手主要用于两
个方面:1)在主从系统中、环境中的工作:外太空、核反应
堆等。2)现实系统,如模拟外科手术、游戏以及各种模拟
训练2)。
传统力反馈主操作手具有结构复杂,尺寸大,运动不
够准确,测量精度不够等缺陷。所设计的主操作手,采用
最简单的连杆机构作为骨架,超声制动器实现力反馈,很
图1主操作手单手指结构简图
好地解决了以上的问题。
连杆OA,AB,BC,CD构成了主操作手的基本结构。
1机槭结构设计
连杆BC由ム,L4,s组成。在初始的设计中,连杆BC只
是由2构成,然而经过核算得到,在人手运动的正常范围
主操作手的设计应该满足以下原则:1)能够准确测内,角度总是大于180°,这与实际情况是不允许的,结
量指尖位姿,且与人手指不发生干涉。2)结构简单。根合先前设计经验,连杆BC最终设计为图1所示的勾形机
据以上原则,综合原有设计经验,采用连杆机构作为基本构,该结构保证了6在合理的角度范围内。人手指尖与
作者简介:朱海东(1985-),男,山东临沂人,电子工程师,硕土,研究方向为嵌人式系统控制。
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