柔顺手指运动发电及手势无线操控手套

摘要

本发明涉及一种柔顺手指运动发电及手势无线操控手套，包括腕戴能量采集器和操控手套基体，腕戴能量采集器与操控手套基体为一体，腕戴能量采集器穿戴于手腕处，操控手套基体穿戴于手上，操控手套基体上设置有柔顺驱动支链，柔顺驱动支链连接驱动腕戴能量采集器，使得腕戴能量采集器中的永磁体相对感应线圈产生相对运动，进而通过永磁体和感应线圈电磁感应而发电，操控手套基体每个手指关节部位均设置有柔软压电材料，柔软压电材料与腕戴能量采集器电连接；本发明同现有技术相比，柔顺手指运动发电具有较高驱动力，且不影响手指运动灵活性和舒适性，通过柔软压电材料感知手指运动信息，通过柔顺手指运动发电驱动腕戴能量采集器为系统供能。

说明书

[技术领域]

本发明涉及人体运动能量采集技术领域，具体地说是一种柔顺手指运动发电及手势无线操控手套。

[背景技术]

手势控制符合人类操控习惯，在生物医疗、工业制造、特种作业、航空航天等领域均具有很大的应用前景。然而，手势控制通过线缆供电和信息传输不够灵活方便；通过电池供电不可持续且电池存在化学污染。尽管有一些学者试图通过柔性材料发电实现自供能无线操控，但目前采用柔性材料发电输出功率太低，只能用作传感，不能满足手势无线操控供电需求。

[发明内容]

本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种柔顺手指运动发电及手势无线操控手套，柔顺手指运动发电具有较高驱动力，并且手指关节部位无刚性约束、无硬物摩擦，不影响手指运动灵活性和舒适性；通过柔软压电材料感知手指运动信息，通过柔顺手指运动发电驱动腕戴能量采集器为系统供能。

为实现上述目的设计一种柔顺手指运动发电及手势无线操控手套，包括腕戴能量采集器1和操控手套基体2，所述腕戴能量采集器1与操控手套基体2为一体，所述腕戴能量采集器1穿戴于手腕处，所述操控手套基体2穿戴于手上，所述操控手套基体2上设置有柔顺驱动支链3，所述柔顺驱动支链3沿手指长度方向布置，且随手指运动时发生松弛或张紧，所述柔顺驱动支链3连接腕戴能量采集器1，且在张紧时驱动腕戴能量采集器1中的永磁体18相对感应线圈19产生相对运动，所述腕戴能量采集器1通过永磁体18和感应线圈19电磁感应而发电，所述操控手套基体2每个手指关节部位均设置有柔软压电材料4，所述柔软压电材料4与腕戴能量采集器1电连接，所述柔软压电材料4在手指运动时因变形产生电压，并将产生的电压及电压幅值信息传输至腕戴能量采集器1。

进一步地，所述腕戴能量采集器1包括驱动盘6，所述驱动盘6上缠绕有柔顺驱动总链5，所述柔顺驱动总链5与柔顺驱动支链3连接，并在柔顺驱动支链3的带动下拉动驱动盘6旋转，所述驱动盘6通过驱动盘轴承7安装在驱动轴8上，所述驱动轴8固定在底盖9上，所述驱动轴8上套设有复位弹簧10，所述复位弹簧10用于驱使驱动盘6复位，所述驱动盘6外圈的齿轮与传动齿轮11啮合连接，所述驱动盘6驱动传动齿轮11旋转，所述传动齿轮11安装在主轴12上，所述主轴12通过端部轴承13设置在底盖9和顶盖14上，所述主轴12上通过单向轴承16装设有工作盘15，所述工作盘15上布置有永磁体18，所述顶盖14上设置有感应线圈19，所述永磁体18随工作盘15旋转后相对感应线圈19产生相对运动。

进一步地，每一根柔顺驱动支链3均与柔顺驱动总链5连接，且任一柔顺驱动支链3在张紧时拉紧柔顺驱动总链5进而拉动驱动盘6旋转，其他处于拉紧状态的柔顺驱动支链3对拉紧驱动共同作用，其他处于松弛状态的柔顺驱动支链3对拉紧驱动无干涉。

进一步地，所述工作盘15上还设置有稳定轴承17，所述稳定轴承17套设于工作盘15中部。

进一步地，所述驱动盘6上设置有弧槽，所述柔顺驱动总链5缠绕若干圈在驱动盘6的弧槽内。

进一步地，所述驱动盘6外圈齿轮的齿数大于传动齿轮11齿数。

进一步地，所述永磁体18内嵌于工作盘15上，且沿圆周阵列布置，相邻永磁体18磁极设置相反，所述感应线圈19与永磁体18对应设置，相邻感应线圈19绕线方向设置相反，所述感应线圈19通过感应线圈安装槽20固定在顶盖14上。

进一步地，所述柔软压电材料4与腕戴能量采集器1电连接的线缆集成在柔顺驱动支链3上，所述顶盖14上还设置有集成控制模块21，所述柔软压电材料4、感应线圈19均与集成控制模块21电连接。

本发明同现有技术相比，结构新颖、简单，设计合理，采用柔顺牵引机制，通过柔顺牵引收集手指关节运动能量，具有较高驱动力，并且手指关节部位无刚性约束、无硬物摩擦，不影响手指舒适性和运动灵活性；而且，本发明通过柔软压电材料感知手指运动信息，通过柔顺手指运动发电驱动腕戴能量采集器为系统供能，构建柔软发电传感-柔顺发电供能多层级协同系统，兼顾自供能传感与无线信息传输功能实现和人体舒适；此外，本发明设计了升频和单向旋转机构，减少传统往复运动机构复位的机械能量损失，提高机电转换效率，圆周阵列进一步提升了激励频率，值得推广应用。

[附图说明]

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明中的腕戴能量采集器爆炸结构示意图；

图3为本发明中的永磁体布置示意图；

图4为本发明中的感应线圈布置示意图；

图5为本发明中的柔软压电材料布置示意图；

图中：1、腕戴能量采集器 2、操控手套基体 3、柔顺驱动支链 4、柔软压电材料 5、柔顺驱动总链 6、驱动盘 7、驱动盘轴承 8、驱动轴 9、底盖 10、复位弹簧 11、传动齿轮12、主轴 13、端部轴承 14、顶盖 15、工作盘 16、单向轴承 17、稳定轴承 18、永磁体 19、感应线圈 20、感应线圈安装槽 21、集成控制模块。

[具体实施方式]

本发明提供了一种柔顺手指运动发电及手势无线操控手套，包括腕戴能量采集器1和操控手套基体2，腕戴能量采集器1与操控手套基体2为一体，腕戴能量采集器1穿戴于手腕处，操控手套基体2穿戴于手上，操控手套基体2上设置有柔顺驱动支链3，柔顺驱动支链3沿手指长度方向布置，且随手指运动时发生松弛或张紧，柔顺驱动支链3连接腕戴能量采集器1，且在张紧时驱动腕戴能量采集器1中的永磁体18相对感应线圈19产生相对运动，腕戴能量采集器1通过永磁体18和感应线圈19电磁感应而发电，操控手套基体2每个手指关节部位均设置有柔软压电材料4，柔软压电材料4与腕戴能量采集器1电连接，柔软压电材料4在手指运动时因变形产生电压，并将产生的电压及电压幅值(反映了哪一根手指在弯曲及弯曲程度)信息传输至腕戴能量采集器1，经过集成控制模块21无线传输，实现无线操控。

下面结合附图对本发明作以下进一步说明：

如附图1所示，本发明所述的柔顺手指运动发电及手势无线操控手套，包括腕戴能量采集器1和操控手套基体2，腕戴能量采集器1与操控手套基体2为一体，腕戴能量采集器1穿戴在手腕，操控手套基体2穿戴在手上，操控手套基体2上设置有柔顺驱动支链3，柔顺驱动支链3连接驱动腕戴能量采集器1，操控手套基体2每个手指关节部位设置有柔软压电材料4，柔软压电材料4与腕戴能量采集器1电连接。

如附图2所示，腕戴能量采集器1包括驱动盘6，驱动盘6上缠绕有柔顺驱动总链5，柔顺驱动总链5与柔顺驱动支链3连接，并在柔顺驱动支链3的带动下拉动驱动盘6旋转，驱动盘6通过驱动盘轴承7安装在驱动轴8上，驱动轴8固定在底盖9上，驱动轴8上套设有复位弹簧10，复位弹簧10可以驱使驱动盘6复位，驱动盘6外圈设有的齿轮与传动齿轮11啮合，传动齿轮11安装在主轴12上，主轴12通过端部轴承13设置在底盖9和顶盖14上，主轴12上装设有工作盘15，工作盘15通过单向轴承16设置在主轴12，工作盘15上还设置有稳定轴承17，稳定轴承17套设于工作盘15中部，工作盘15上设有永磁体18，感应线圈19设置在顶盖14上。驱动盘6上设置有弧槽，柔顺驱动总链5缠绕若干圈在驱动盘6的弧槽内；驱动盘6外圈齿轮的齿数大于传动齿轮11齿数。全部柔顺驱动支链3均与柔顺驱动总链5连接，且任一柔顺驱动支链3在张紧时可以拉紧柔顺驱动总链5，其他处于拉紧状态的柔顺驱动支链3对拉紧驱动共同作用，其他处于松弛状态的柔顺驱动支链3对拉紧驱动无干涉。

如附图3和附图4所示，永磁体18内嵌圆周阵列于工作盘15，相邻永磁体18磁极设置相反，感应线圈19与永磁体18对应设置，相邻感应线圈19绕线方向设置相反，感应线圈19通过感应线圈安装槽20固定在顶盖14上。腕戴能量采集器1通过永磁体和发电线圈电磁感应发电。

如附图2和附图5所示，柔软压电材料4与腕戴能量采集器1电连接的线缆集成在柔顺驱动支链3上，顶盖14上还设置有集成控制模块21，柔软压电材料4、感应线圈19均与集成控制模块21电连接。

本发明的工作原理为：使用时，将本发明装置穿戴在手上，手指运动时，柔顺驱动支链3会随之松弛和张紧，张紧的柔顺驱动支链3会拉动柔顺驱动总链5，柔顺驱动总链5拉动驱动盘6旋转，驱动盘6驱动传动齿轮11更高转速旋转，通过单向轴承16驱动工作盘15单向旋转，工作盘15内嵌的永磁体18相对感应线圈19产生相对运动，从而感应线圈19因为电磁感应而发电；圆周阵列进一步提升了激励频率从而提高机电转换效率，圆周阵列的感应线圈19通过并联或串联可存储后备用。手指运动时，柔软压电材料4因为变形产生电压，柔软压电材料4产生的电压及电压幅值反映了哪一根手指在弯曲及弯曲程度，信息传输到腕戴能量采集器1，经过集成控制模块21无线传输，从而实现无线操控。

本发明采用柔顺牵引机制，通过柔顺牵引收集手指关节运动能量，具有较高驱动力，并且关节部位无刚性约束、无硬物摩擦，不影响手指舒适性和运动灵活性；而且，本发明通过柔软压电材料感知手指运动信息，通过柔顺手指运动发电驱动腕戴能量采集器为系统供能，构建柔软发电传感-柔顺发电供能多层级协同系统，兼顾自供能传感与无线信息传输功能实现和人体舒适；设计了升频和单向旋转机构，减少传统往复运动机构复位的机械能量损失，提高机电转换效率，圆周阵列进一步提升了激励频率。

本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。