26、用于人体机器人手模拟的数据手套与新型弹簧四杆重力补偿机构

用于人体机器人手模拟的数据手套与新型弹簧四杆重力补偿机构

在科技发展的进程中，对于人体手部运动的精确捕捉以及机械系统的重力补偿一直是研究的热点。前者在虚拟现实、手语识别等领域有着广泛应用，后者则能有效提升机械系统的性能和效率。下面将详细介绍用于人体机器人手模拟的数据手套以及新型弹簧四杆重力补偿机构。

用于人体机器人手模拟的数据手套

手部运动测量方法及问题

手部运动捕捉系统在数字原型评估、虚拟现实生物力学和动画等众多领域都有应用。传统的手部运动测量方法是使用光纤或柔性电阻传感器，利用手指伸展和弯曲时材料电阻的变化来测量。但这种方法存在一些缺点，电阻传感器需要特定的力来产生位移，会让用户手部运动不舒适，而且传感器数量对测量精度影响很大，传感器越多测量越准确，同时柔性传感器只能测量变化率，无法指示弯曲方向。

华中科技大学动力学与控制实验室之前制作的数据手套使用了IMU传感器来收集手指位置和指关节角度，但也存在一些问题，比如为传感器供电和传输数据的柔性铜电路板很脆弱，容易损坏，而且成本高、生产难度大。该实验室团队在此基础上对产品进行了改进。

简化的人体手部模型

人体手部由27块骨头和多组肌肉组成，结构复杂，一些手指与腕骨之间的连接关节活动范围小，难以精确测量，因此跟踪和模拟人体手部的精确运动是一项艰巨的任务。通过将人体手部结构简化为多刚体系统，如文中提到的13个可应用传感器的部分，就可以在可接受的精度范围内捕捉和处理手部运动。传感器模块放置在手掌背部、手腕、中指关节和指尖关节等位置，这些位置稳定且面积较大，便于传感器放置，同时能与附近位置的传感器协同工作，测量相对方向。指尖的运动可以通过中指关节和指尖关节的相对角度计算得