一种可实现六维力和运动状态测量的操控手柄的制作方法

技术特征：
1.一种可实现六维力和运动状态测量的操控手柄，其特征在于：包括握柄本体、上肢肌力检测单元、电源及数据传输单元；所述握柄本体分为上部握柄本体和下部握柄本体，二者之间采用可拆卸且可旋转方式同轴连接；在上部握柄本体内部安装有内部安装有姿态传感器、柔性器件、电源及数据传输单元；其中柔性器件两端分别固定在上部握柄本体内部以及下部握柄本体上端，使握柄本体上下两部分之间能够实现绕握柄轴线的微小旋转运动；所述上肢肌力检测单元固定安装于握柄本体下端，所述上肢肌力检测单元包含有六个拉压力传感器，通过六个拉压力传感器配合工作实现对握柄本体空间六个方向所受力与力矩的测量，得到使用者对握柄各个方向的施力大小。2.根据权利要求1所述一种可实现六维力和运动状态测量的操控手柄，其特征在于：所述握柄本体为圆柱体结构；上部握柄本体中的柔性器件采用扭簧，扭簧轴线与握柄轴线相重合，扭簧两端分别固定在上部握柄本体内部以及下部握柄本体上端，下部握柄本体固定在所述上肢肌力检测单元上，使握柄本体上下两部分之间能够实现绕握柄轴线的微小旋转运动。3.根据权利要求1所述一种可实现六维力和运动状态测量的操控手柄，其特征在于：上部握柄本体和下部握柄本体之间采用挂钩暗槽方式的相互咬合固定方式；上部握柄本体壳体在靠近下端的外侧面上设有挂钩；在下部握柄本体上端内侧面上设有暗槽，暗槽与挂钩能够配合实现上部握柄本体和下部握柄本体之间的可拆卸且可旋转同轴连接。4.根据权利要求3所述一种可实现六维力和运动状态测量的操控手柄，其特征在于：所述上部握柄本体沿圆柱轴线对半切分成两块，内部形成圆孔型槽位和方形槽位，用于安装姿态传感器、柔性器件、电源及数据传输单元。5.根据权利要求1所述一种可实现六维力和运动状态测量的操控手柄，其特征在于：所述上肢肌力检测单元包含有六个拉压力传感器，所述六个拉压力传感器分两组安装于三片圆形金属夹板之间；三片圆形金属夹板自上而下同心放置；上方金属夹板上端面与握柄本体下端面固定连接，且上方金属夹板中心圆心与握柄本体底面圆心重合；上方金属夹板下端面中心与中间金属夹板上端面中心之间自上而下由通过轴承、转轴、圆柱、第一拉压力传感器和虎克铰链依次连接；第一拉压力传感器的轴线与握柄本体的轴线重合，第一拉压力传感器测量人手作用于握柄上的竖直方向力的大小；上方金属夹板下端面与中间金属夹板上端面之间，在圆柱周围还布置有另外三个拉压力传感器，用以测量握柄在使用时沿竖直方向及水平方向的受力情况；中间金属夹板下端面中心与下方金属夹板上端面中心之间通过万向联轴器连接，中间金属夹板下端面与下方金属夹板上端面之间还布置有两个拉压力传感器，用以测量握柄在使用时在水平方向所受力与力矩，这两个拉压力传感器的轴线相互垂直，且均与万向联轴器轴线垂直相交，这两个拉压力传感器的两条轴线所成的平面与金属夹板所在平面相平行。6.根据权利要求1或5所述一种可实现六维力和运动状态测量的操控手柄，其特征在于：在上肢肌力检测单元下端还通过压簧连接底座，实现握柄机构使用时的柔性体验。
7.根据权利要求5所述一种可实现六维力和运动状态测量的操控手柄，其特征在于：上方金属夹板下端面中心设有轴承槽，轴承安装于所设的轴承槽内，轴承槽与上方金属夹板下端面同心；转轴一端同轴安装在轴承上，另一端底面与一个同等端面尺寸的圆柱端面连接，圆柱的另一个端面与第一拉压力传感器的工作面固定连接，第一拉压力传感器的另一端工作面与虎克铰链的端面固定连接；且第一拉压力传感器的轴线穿过虎克铰链内部十字转动轴的中心点。8.根据权利要求5所述一种可实现六维力和运动状态测量的操控手柄，其特征在于：上方金属夹板下端面与中间金属夹板上端面之间，在圆柱周围还布置有第二拉压力传感器、第三拉压力传感器和第四拉压力传感器；第三拉压力传感器以及第四拉压力传感器的两端均分别通过球形铰链与上方金属夹板下端面以及中间金属夹板上端面连接，第三拉压力传感器以及第四拉压力传感器的轴线分别对应与所述虎克铰链内部十字转轴的两条轴线垂直相交，第三拉压力传感器以及第四拉压力传感器的轴线均与握柄轴线相平行，并且第三拉压力传感器以及第四拉压力传感器的轴线与握柄轴线的距离相同；第二拉压力传感器的两端分别通过球形铰链与两块平板连接，其中一块平板连接在所述圆柱上，且该平板与第二拉压力传感器连接的平面过握柄轴线，另一块平板固定在上方金属夹板下端面；第二拉压力传感器轴线垂直于连接在所述圆柱上的平板平面。9.根据权利要求5所述一种可实现六维力和运动状态测量的操控手柄，其特征在于：中间金属夹板下端面与下方金属夹板上端面之间靠近金属夹板外沿处沿周向均布有多根限位用的金属圆柱，所述金属圆柱长度相同，两端通过球形铰链分别与中间金属夹板下端面以及下方金属夹板上端面连接，且金属圆柱轴线与万向联轴器轴线距离相同，金属圆柱之间的轴线距离也相同。10.根据权利要求5所述一种可实现六维力和运动状态测量的操控手柄，其特征在于：中间金属夹板下端面与下方金属夹板上端面之间布置有第五拉压力传感器和第六拉压力传感器，第五拉压力传感器和第六拉压力传感器均分别通过球形铰链连接在两个平板上，其中一个平板固定在中间金属夹板下端面，另一个平板固定在下方金属夹板上端面。

技术总结
本发明提出一种可实现六维力测量及运动状态测量的操控手柄，包括握柄本体、上肢肌力检测单元、电源及数据传输单元；握柄本体分为上部握柄本体和下部握柄本体，二者之间采用可拆卸且可旋转方式同轴连接；在上部握柄本体内部安装有内部安装有姿态传感器、柔性器件、电源及数据传输单元；上肢肌力检测单元固定安装于握柄本体下端，上肢肌力检测单元包含有六个拉压力传感器，通过六个拉压力传感器配合工作实现对握柄本体空间六个方向所受力与力矩的测量，得到使用者对握柄各个方向的施力大小。本发明能够对使用者施力情况进行全面分析，实时感知手部运动状态从而全方位感知操作者意图。图。图。


技术研发人员：于薇薇 何志杰 职瑾 孙泽宇 金典 肖建华 高华 余翠花
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2021.07.05
技术公布日：2021/10/8