霍尔开关在手指动作检测中的应用

随着现代化 工业生产的发展和进步，工业机器人早已经被广泛地用来代替工人完成一些简单和重复性的劳动。然而，由于人们越来越关注机器人在复杂、危险、恶劣环境中的应用，而现有工业机器人又不能很好的应对多变的环境，因而如何使机器人能够灵活、智能的为人类服务，已成为现在机器人研究领域的焦点问题。

机器人有两个发展方向：一、 全自主方式工作的机器人，二、遥控操作的机器人。全自主方式工作的机器人一直是科研工作者所追求的目标。然而上世纪八十年代以来对智能机器人的研究表明全自主式智能机器人的应用在今后可以预见的时间内是难以实现的，这是因为几项支撑技术一控制、 传感和人工智能等目前还不能满足发展全自主式智能机器人的需要。

但是，随着原子能技术、空间技术和海洋技术的迅速发展，迫切需要大量能在危险环境下工作的机器人，因而工作在交互方式下遥控操作的机器人是一种现实可行的选择。工作在交互方式下的遥控机器人是完成远程作业任务的有力手段，所谓交互技术包括人与机器人的交互以及机器人与环境的交互。

前者的意义在于由人去完成机器人在空间未知环境或任务中难以做到的规划和决策，后者的意义在于由机器人去完成人所不宜到达或不能到达的空间环境中的作业任务。例如，在原子能利用、空间探测、海洋开发、排险、医疗、军事等领域的应用。

手是人与外界进行接触及意识表达的主要媒介。人与机器人进行交互的传统接口设备无非就是按钮、手柄等，只能是间断性的操作按钮进行简单运动控制的设备，然而作为表达意识的主体一手 运动的灵巧性被牺牲了，不能让人脑更好的解放出来，阻碍了人对系统控制意识表达的全面性与灵活性，导致机器人难以在恶劣和危险的环境下迅速完成各种复杂的作业任务。

为了解决现有人机交互接口不能及时、高效、可靠的表达人对机器人的控制意识；不能满足人对机器人各关节灵活性的要求等问题。提出了一种检测手部动作的外骨架式数据手套，高的检测精度、可靠性、长的使用寿命，且穿戴方便，以致可以用于工程控制领域。此技术关键在于依附于人手上的外骨架的设计，各个关节之间采用巧妙的联接，减小或消除检测机构对人手手指灵活度的影响。

手指关节弯曲角度信息检测原理：将磁铁安装于空心轴内，通过空心轴将近节指骨内和关节内回转体组成相对运动的转动副，手指弯曲运动时带动近节指骨内及空心轴与磁铁相对于安装于关节内回转体的霍尔开关电路相对转动，进而检测出旋转的角度。

手指在手背平面内左右摆动角度信息检测原理：手指左右摆动通过近节指骨内带动关节内回转体左右摆动，从而使得置于关节内回转体上端的磁铁相对于霍尔开关电路转动，进而获得角度信息；指骨间关节的角度信息检测原理：通过空心轴将近节指骨外与中节指骨外中节指骨内与远节指骨外组成可以相对运动的转动副，磁铁置于空心轴内，并跟随近节指骨外、中节指骨内绕轴心旋转，使得磁铁相对于置于中节指骨外、远节指骨外的霍尔开关电路旋转，进而获得角度信息。

为了适应不同手指的大小及补偿手指弯曲运动过程中对外骨架手指尺寸需求的变化，中近节指骨内与近节指骨外、中节指骨内与中节指骨外远节指骨内与远节指骨外之间可以沿手指轴线方向相对滑动，并有复位装置提供回复力。

手指动作检测装置的安装及佩戴方法：将掌指关节外壳与依附在手背上的外骨架相连，远节指骨内远指端与人手指相连，手指运动带动与手指关节相对应的外骨架关节的运动，从而引起磁铁与霍尔开关电路之间的相对角位移，获取角度信息。