一种具有力觉反馈功能的遥操作手套及遥操作系统的制作方法

本发明涉及机器人，具体涉及一种具有力觉反馈功能的遥操作手套及遥操作系统。

背景技术：

1、作为实现人机交互的核心设备，遥操作手套在控制机器人灵巧手方面扮演着至关重要的角色。传统的遥操作手套多为单向指令输入设备，即将遥操作手套的操作通过中央控制器发送给机器人灵巧手，使机器人灵巧手模拟遥操作手套的动作进行工作，这种遥操作手套缺乏必要的触觉反馈机制。这种感官信息的缺失迫使操作员过度依赖视觉来推断交互状态，不仅显著增加了其认知负荷与操作疲劳，还因无法准确感知接触力而引发误操作，导致目标物体或机器人末端执行器的损坏。

2、近年来，带有力反馈功能的遥操作手套应运而生，在一定程度上改善了上述问题。但现有技术方案仍存在明显局限：其一，多数系统仅能提供简单的振动提示，难以精确模拟不同物体的刚度特性及抓握过程中的连续阻力变化，导致操作的临场感与真实感不足；其二，为实现力反馈，引入复杂的机械结构，通过电磁阀、气泵进行驱动，有的气泵还需要外置，也有的通过电机和牵引绳等机构进行驱动，这些往往导致设备笨重、成本高昂，有的甚至需要将驱动装置设置于手掌部，限制遥操作手套的动作，如现有技术cn111645093b、us4302138a 、cn109582121a、cn115644539a、us5143505a等，严重影响了配戴舒适性与系统的实用性。

技术实现思路

1、基于上述现状，本发明的主要目的在于提供一种具有力觉反馈功能的遥操作手套及遥操作系统，通过简单的气动反馈装置，将机器人灵巧手的实时抓握力信息直观地映射并传输给遥操作手套的操作者，从而增强操作者的力觉感知能力，更精准高效地操控机器人完成各类复杂任务，该系统不仅能有效提升遥操作的精准度与沉浸感，还具备结构简单、成本低和稳定性高等优点。

2、为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、本发明的第一方面提供了一种具有力觉反馈功能的遥操作手套，包括手套本体和力反馈单元，所述手套本体包括顺次连接的腕部、手背部和手指部，所述手指部包括相互独立的拇指套和非拇指套；力反馈单元包括：

4、力反馈组件，包括顺次连接的力反馈气囊和柔性气管，所述力反馈气囊为柔性结构，布置于所述手指部的远节指腹区域；所述柔性气管与所述力反馈气囊连通，并沿所述手指部的指背区域、手背部向所述腕部延伸；

5、驱动组件，设置于所述腕部的背侧区域，包括活塞、气缸和电动推杆，所述活塞滑动插装于所述气缸；所述气缸的一端设置有连通孔，所述气缸的内腔通过所述连通孔与所述柔性气管连通；所述电动推杆的固定部固定于所述腕部背侧区域，活动杆与所述活塞连接；

6、其中，所述拇指套和至少一个非拇指套各自设置有所述力反馈单元；所述电动推杆根据反馈压力控制所述活塞运动。

7、可选地，所述远节指腹区域设置有安装孔，所述力反馈气囊安装于所述安装孔。

8、可选地，所述力反馈气囊包括气囊本体和延伸部，所述气囊本体正对所述远节指腹区域，所述延伸部与所述手指部连接。

9、可选地，所述力反馈组件还包括连接气囊和固定气囊，所述连接气囊呈扁管状，其设置于所述手指部的指尖外侧，两端分别与所述力反馈气囊、所述固定气囊连通；所述固定气囊固定于所述远节指背区域，并与所述柔性软管连通。

10、可选地，所述力反馈组件还包括连接件，在所述远节指腹区域的两侧分别设置有所述连接件，各所述连接件连接所述力反馈气囊和所述固定气囊，使所述固定气囊、连接件和力反馈气囊形成环形结构，所述环形结构与所述手套本体连接。

11、可选地，所述力反馈气囊的壁厚小于固定气囊、连接气囊的壁厚。

12、可选地，所述活塞包括相互连接的密封塞和活塞杆，所述密封塞朝向所述连通孔的端面呈圆锥面，所述密封塞活动密封所述气缸的径向空间；所述活塞杆的直径小于所述气缸的内径，与所述活动杆连接。

13、可选地，所述密封塞包括相互连接的锥形部和圆柱筒；

14、所述活塞杆包括第一连接段、限位法兰和第二连接段，所述第一连接段和所述第二连接段的外径均小于所述限位法兰的外径；

15、所述第一连接段插装于所述圆柱筒内，所述圆柱筒的端面抵靠于所述限位法兰。

16、可选地，还包括基座和绑带，所述基座的相对两侧伸出有连接凸耳，所述连接凸耳上设置有贯通孔，所述基座设置于所述腕部的背侧区域；各所述驱动组件安装于所述基座，并通过绑带穿过所述贯通孔与人手绑扎；

17、其中，所述基座沿所述腕部的宽度方向并排设置有多个容纳腔，多个所述驱动组件一一对应设置于多个所述容纳腔。

18、本发明的第二方面提供了一种遥操作系统，包括中央控制器、机器人灵巧手和上述任一项所述的具有力觉反馈功能的遥操作手套，各所述电动推杆与所述中央控制器信号连接；所述机器人灵巧手与所述中央控制器无线连接，所述机器人灵巧手包括与所述具有力觉反馈功能的遥操作手套的手指部一一对应的遥手指，各所述遥手指的指腹处设置有压力检测器；

19、当所述机器人灵巧手拾取工件时，各所述压力检测器将采集的压力信息发送给所述中央控制器；

20、所述中央控制器根据接收到的压力信息生成驱动所述电动推杆动作的驱动指令，并发送给对应的所述电动推杆；

21、所述电动推杆根据接收到的驱动指令工作，进而带动所述活塞活动，以使力反馈气囊向配戴所述遥操作手套的操作者施加作用力。

22、可选地，还包括视觉设备，

23、所述视觉设备与所述中央控制器信号连接，用于采集所述具有力觉反馈功能的遥操作手套的运动轨迹，并将其发送给中央控制器；

24、所述中央控制器还根据接收到的运动轨迹生成所述机器人灵巧手的控制指令，并发送给所述机器人灵巧手；

25、所述机器人灵巧手根据所述控制指令模仿所述具有力觉反馈功能的遥操作手套的动作拾取工件。

26、本发明为每个手指部都配置单独的一个力反馈单元，每个力反馈单元采用小型气缸和微型的电动推杆作为驱动组件，并布置于腕部的背侧，将柔性的力反馈气囊仅设置于各手指部的远节指腹区域，柔性气管沿手指部的指背、手背部向腕背部延伸，连接于气缸。本发明的电动推杆在接收到远程机器人灵巧手抓握的力反馈信息后，能够精准地推动活塞运动，使力反馈气囊向操作者施加相同的作用力，从而将机器人灵巧手的实时抓握力直观映射至操作者手部，不仅能够提供基础的触觉提示，更能精确模拟接触物体过程中连续阻力变化，显著增强了操作者的真实感。且操作者不仅能接收力觉反馈，还能基于感知信息实时调整操作指令，形成闭环控制，有效避免了因缺乏阻力感知导致的误操作，提高了遥操作的安全性与精准度。

27、本发明的上述装置，一方面，通过为每个手指部单独配置力反馈单元，且将力反馈气囊设置于指腹区域，能够提升整个力反馈系统的精准度；另一方面，整个装置除了力反馈气囊外均布置于手套本体的背侧，不会影响遥操作手套的任何操作动作，整个装置结构简单、重量轻，佩戴舒适性高；且对于单个手指，其上仅负载有力反馈气囊和气管，基本没有重量，也不会增加手指活动的任何负担；再一方面，本发明中的小型气缸、柔性的力反馈气囊、柔性气管成本低，大幅降低了系统的制造成本与维护难度。

28、本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。