CN2358435Y - 柔性角度传感器 - Google Patents
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Abstract
柔性角度传感器是一种具有良好柔性的角度敏感器件,可以与信号转换电路、A/D板卡以及计算机***配合完成对给定角度的测量。本实用新型由薄膜式柔性力敏电阻、薄膜式扁平导线、辅助材料和封装材料等部分组成。将柔性角度传感器紧贴在被测角上,即可通过计算机采样***完成对角度的测量工作。该传感器可以用于测量物体表面弯曲角度或两个物体之间的夹角,适用于对精度要求不太高但需要对角度进行连续和快速测量的场合。
Description
本实用新型是一种具有良好柔性的角度敏感器件，可以与信号转换电路、A/D板卡以及计算机***配合完成对给定角度的测量。
对于数据手套来说，测量用户手指姿态的弯曲传感器和外展传感器的研制非常重要。已知的几种数据手套及其使用的弯曲传感器和外展传感器情况如下：a)美国VPL公司的数据手套Data glove、Fifth Dimension Tech.公司的数据手套5DT DATA GLOVE和北京理工大学研制开发的数据手套采用了不同的光纤作为弯曲传感器。光纤传感器利用了当光导纤维弯曲时传输的光将会有损失，光纤传输的光量与其弯曲程度有关的特点，通过检测光纤受光部分接受的光量来测量手指的弯曲角度和外展状态。此类传感器的主要缺点是需要专门设置发光电路和受光检测电路，***比较复杂。此外，光纤传感器在使用较长时间后还会出现折断现象。b)EXOS数据手套Dexterous Hard Master(DHM)采用一个固定在用户手上的外骨架结构，外骨架结构的各个关节可以随用户手部的动作而运动。外骨架的每个关节上安装有一个霍尔器件，用以测量一种手指外展情况或一个手指关节的弯曲角度。北京航空航天大学研制开发的数据手套也采用了类似于Dexterous Hand Master的外骨架结构，但采用了电位器代替霍尔器件作为弯曲传感器和外展传感器。用这种方法实现弯曲传感器和外展传感器的缺点是数据手套的结构过于复杂，使用很不方便。c)美国Virtual Technology公司的数据手套Cyberglove中使用一种具有很小体积的电阻应变器件作为弯曲传感器和外展传感器。采用这种传感器的数据手套使用比较方便并具有较好性能，但缺点是价格过高，非一般科研单位所能承受。
本实用新型的目的在于提出一种柔性好，尺寸小，成本低，工作可靠，可以作为数据手套弯曲传感器和外展传感器使用的柔性角度传感器。采用了该柔性角度传感器的数据手套具有结构简单，操作方便，成本低，使用可靠等特点。
本实用新型的技术要点在于其基本结构如图1所示。
内部导线2和外部引线6是同一根薄膜式扁平导线1的两端。内部导线2的导体部分与薄膜式柔性力敏电阻3的作用面紧贴在一起。内部导线2，薄膜式柔性力敏电阻3和辅助材料4被装入作为封装材料的热塑管5中，热塑管5受热后收缩，将内部导线2、薄膜式柔性力敏电阻3和辅助材料4封装在一起。因此，柔性角度传感器的尺寸取决于所选内部导线2、薄膜式柔性力敏电阻、辅助材料4和作为封装材料的热塑管5的尺寸。外部引线6是薄膜式扁平导线1处于封装之外的部分，其长度可以根据需要选取。外部引线6与信号转换电路连接。计算机***信号通过信号转换电路和A/D板卡完成对角度的测量。
与现有的弯曲传感器相比，本实用新型提出的柔性角度传感器本身具有柔性好，成本低，不易受损，尺寸可以根据需要制作等优点，非常适合于作为数据手套的弯曲传感器和外展传感器使用。此外，因为本实用新型提出的柔性角度传感器实际上是一个电阻，所以其信号转换电路和采样电路的结构也非常简单。与采用其它传感器的数据手套相比，采用了本实用新型提出的柔性角度传感器作为弯曲传感器和外展传感器的数据手套具有结构简单，成本低，重量轻，使用灵活方便，可靠耐用等优点，有较强的实用性。
附图说明：图1为柔性角度传感器结构图：1-薄膜式扁平导线，2-内部导线，3-薄膜式柔性力敏电阻，4-辅助材料，5-封装材料，6-外部引线图2为柔性角度传感器在数据手套中的应用***图：1-弯曲传感器，2-外展传感器，
实施例：
图2给出了本实用新型应用于数据手套时的***原理图。
本实用新型由薄膜式柔性力敏电阻、内部导线、外部引线、辅助材料和封装材料等部分组成，器件的尺寸可以根据需要制作。将柔性角度传感器紧贴在被测角上，即可通过计算机采样***完成测量工作。该传感器可以用于测量物体表面弯曲角度或两个物体之间的夹角，适用于对精度要求不太高但需要对角度进行连续和快速测量的场合。本实用新型的一种典型应用是将多个柔性角度传感器分别作为弯曲传感器和外展传感器安装在手套上构成数据手套。当用户戴上数据手套时，计算机采样***通过对各个弯曲传感器和外展传感器进行检测，可以得到用户手部动作的信息，因此可以通过手的动作控制操作客体。这种数据手套可以用于虚拟现实***和遥操作机器人***。在虚拟现实***中，数据手套的作用是为操作者提供一种与生成虚拟环境的计算机进行实时交互的工具；而在遥操作机器人***中，数据手套的主要作用则是为了便于操作者对远离现场的机器人进行遥控操作。
具体使用方法如下：
将本实用新型提出的柔性角度传感器按照数据手套弯曲传感器和外展传感器的需要制作成适当尺寸，并将它们缝在手套上与手指关节和其它与手形变化有关的部位，如图2所示。由于数据手套本身是用有一定弹性的材料制成的，所以当操作者戴上数据手套时，手套的各部分将紧贴在操作者手上，从而使缝在数据手套上的柔性角度传感器也紧贴在操作者手上。各柔性角度传感器的弯曲角度将随操作者手形的变化发生相应的变化。如图2所示，缝在1的部位的柔性角度传感器可以测量手指关节角度的变化，作为弯曲传感器使用；而缝在2的部位的柔性角度传感器可以测量手指外展情况，作为外展传感器使用。同样，可以将柔性角度传感器安装在手套的其它部位测量操作者手形的相应变化。当操作者戴上数据手套进行抓握动作时，各个柔性角度传感器的弯曲角度将随操作者手形的变化而变化，操作者的手形不同，各柔性弯曲传感器的弯曲角度也将不同。因此，利用由信号转换电路、A/D采样板卡和计算机组成的采样***对各柔性角度传感器的输出进行连续采样，就可以得到操作者手形变化的数据，并通过操作者手部动作控制相关对象。由于本实用新型提出的柔性角度传感器具有体积小，重量轻，柔性好成本低等特点，所以用这种柔性角度传感器制成的数据手套也具有成本低，重量轻，使用灵活方便，具有较强的实用性等特点。
Claims (3)
1.一种由角度敏感器件、辅助材料、封装材料和外部引线等部分组成的柔性角度传感器；其特征在于角度敏感器件可为薄膜式柔性力敏电阻和两根薄膜式扁平导线，薄膜式柔性力敏电阻的敏感面与两根薄膜式扁平导线的导体部分紧贴在一起，角度敏感器件与辅助材料被封装材料封装在一起，两根外部引线与信号转换电路连接，通过A/D板卡和计算机***完成角度的测量。
2.根据权利要求1所述的柔性角度传感器，其特征在于其内部导线和外部引线为同一根薄膜式扁平导线，薄膜式扁平导线处于封装之内的部分为内部导线，薄膜式扁平导线处于封装之外的部分形成柔性角度传感器的外部引线。
3.根据权利要求1所述的柔性角度传感器，其特征在于其辅助材料是有弹性的薄塑料片，封装材料是热塑管，采用加热工艺封装。
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