本发明涉及遥操作，具体为一种应用于臂手系统遥操作的外骨骼式主控器。
背景技术：
1、遥操作主控端作为人机交互接口，既需要承担控制从端机器人的任务，又需要负责反馈从端机器人的环境感知信号。目前有如数据手套、手控器、虚拟现实设备等多种人机交互接口设备，如各类力反馈手控器，虽然能够实现较高的映射精度，但无法实现直观的控制，也没办法得到空间机器人的手臂构型。如虚拟现实设备可以实现直观的控制和视觉信息交互，但是没有精准的力反馈。而外骨骼遥操作主控器在得到空间机器人手臂构型的同时还能实现真实的力觉临场感。这类通过模仿人体生理学结构设计的智能机械装置可以实现人机实时运动和力的动态交互，这使得人机交互在遥操作领域中有更好的协同性和灵活性。尤其是应用于远程遥操作臂手系统时，采用外骨骼式主控器能够更直观、更精确地控制目标臂手系统，并得到从端臂手系统的各类环境交互信息。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明公开了一种应用于臂手系统遥操作的外骨骼式主控器，以解决上述背景技术中提出的问题。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种应用于臂手系统遥操作的外骨骼式主控器，包括电缸、后肩关节、上肩关节骨架、前肩骨架、上臂关节骨架、前臂骨架、腕部关节骨架以及手外骨骼；且上述各部件依次相连，所述电缸为整个外骨骼外骨骼主控器提供沿重力方向的直线自由度，以应对人体上肢肩部关节在运动过程中三自由度旋转轴的高度变化，通过所述上肩关节骨架用来实现人体上肢肩部旋内旋外自由度，所述前肩骨架与所述上臂关节骨架相连，实现人体上肢肩部伸展屈曲自由度；所述所述上臂关节骨架与所述前臂骨架相连，从而实现人体上肢肘部的运动自由度；所述腕部关节骨架以所述前臂骨架为基座，实现人体手腕的旋内旋外运动自由度；
3、所述电缸包括矩形法兰接头、导杆、伺服电机和缸体，所述矩形法兰接头位于所述缸体上端，所述导杆位于所述缸体四周位置，并通过所述导杆辅助所述电缸承载整个外骨骼对所述电缸的弯矩作用，所述伺服电机位于所述缸体下端一侧位置，所述矩形法兰接头上设有四个小孔用来与所述后肩关节相连；
4、所述后肩关节包括后肩关节基座、后肩关节电机、垫片以及后肩支撑轴承，所述矩形法兰接头上的所述小孔与所述后肩关节基座连接固定，所述后肩关节电机、垫片依次位于所述后肩关节基座内部，且所述后肩关节基座外侧通过所述支撑轴承外圈连接固定，所述上肩关节骨架与所述支撑轴承内圈连接的同时和内部的后肩关节电机输出轴连接；
5、所述上肩关节骨架包括上肩骨架、上肩关节电机、上肩关节螺柱以及上肩支撑轴承，所述上肩支撑轴承外圈通过所述上肩关节螺柱与所述上肩骨架固连，同理所述前肩骨架在与所述上肩支撑轴承内圈连接的同时与所述上肩关节电机输出轴相连；
6、所述上臂关节骨架包括上臂肩部电机、上臂肘部电机、上臂骨架母头和上臂骨架公头，所述上臂肩部电机输出端与所述上臂骨架母头相连，所述上臂肘部电机与所述上臂骨架公头相连，所述前肩骨架下侧与所述上臂关节骨架中的所述上臂肩部电机相连，所述上臂肘部电机与所述前臂骨架相连；
7、所述腕部关节骨架包括腕手伸杆、齿轮组盖板、盖板螺柱、主动齿轮、从动齿轮、过渡齿轮、过渡齿轮轴、从动齿轮轴、腕部关节电机、腕部电机基座、从动连杆以及主动连杆，所述腕部关节电机固定在所述腕部电机基座上，所述腕部关节电机的输出轴与所述主动齿轮固连，并通过中间位置的所述过渡齿轮将所述腕部关节电机的旋转运动传递到另一侧的所述从动齿轮，所述从动齿轮轴穿过所述腕部电机基座与尾端的所述主动连杆固连，将所述腕部关节电机的旋转运动传递到所述主动连杆上，从而实现腕部关节骨架的周转运动；
8、所述主动齿轮上的凸台结构穿过所述齿轮组盖板与所述腕手伸杆固连，并将所述腕部关节骨架的旋内旋外运动传递到手外骨骼上，所述过渡齿轮轴一端连接在所述腕部电机基座上，另一端连接所述齿轮组盖板上的轴孔，所述从动齿轮轴另一端连接所述齿轮组盖板上的轴孔，所述齿轮组盖板通过设有的螺柱与所述腕部电机基座固连；所述从动连杆上端与所述腕部电机基座相连形成旋转关节，另一端与所述前臂骨架上设有的轴孔相连形成旋转关节。
9、优选的，所述后肩关节基座结构进行镂空处理，并在减重的同时增加所述后肩关节基座的结构强度，并通过所述垫片缓解外骨骼在运动过程中的振动，通过所述支撑轴承支撑外骨骼的重量，以及减少摩擦对所述后肩关节电机的损耗。
10、优选的，所述上肩骨架在弯折处的应力集中部分增设角撑板以提高结构强度，并在无应力集中部分增设镂空，在减重的同时增加上肩骨架的结构强度，在所述上肩骨架与所述后肩关节电机连接部分设置了防摩擦槽，以减少所述上肩关节骨架在运动过程中由于振动碰撞导致的运动摩擦。
11、优选的，所述上臂骨架母头上设有的固定台型面贴合人体肌肉表面，并在固定台型面壁面通过设有的魔术贴穿槽而过和人体上臂固定，所述上臂骨架公头上设有的伸杆与所述上臂骨架母头中的槽孔进行配合，实现所述上臂关节骨架的长度调节，并通过设有的个羊角螺钉通过设有的上通孔紧定住所述伸杆，所述上臂骨架上设有用于减重的直槽口镂空。
12、优选的，所述齿轮组盖板内设有中型轴承，并通过所述中型轴承与所述腕手伸杆固连。
13、优选的，所述过渡齿轮轴一端连接在所述腕部电机基座上设有的轴孔内。
14、优选的，所述齿轮组盖板上与所述从动齿轮轴相连的所述轴孔与所述从动齿轮轴之间安装有小型轴承。
15、优选的，所述腕部电机基座上设有腕通孔，所述从动齿轮轴一端穿过所述腕通孔与主动连杆通过螺钉固连。
16、优选的，所述腕部电机基座设有插杆,所述从动连杆上端与所述插杆相连形成旋转关节。
17、优选的，所述腕手伸杆穿过所述手外骨骼上设有的伸杆槽，实现外骨骼尺寸调节，并将设有的羊角螺钉通过下通孔紧定所述腕手伸杆。
18、与现有技术相比，本发明的有益效果：
19、1、本发明中外骨骼主控器满足人体上肢的运动学及力学特征，在运动过程中不与人体产生干涉与碰撞。在满足正常成年男性上肢各种尺寸参数的同时，具有一定的关节调节范围。
20、2、本发明中外骨骼主控器能够柔顺地跟随人体上肢运动，又具有良好的力学反馈，具有透明性。
21、3、本发明中的遥操作外骨骼主控端具备良好的易佩戴性、安全性、适配性和可操作性，实现对臂手系统精准、直观地控制，并得到真实的力觉临场感。
1.一种应用于臂手系统遥操作的外骨骼式主控器，其特征在于：包括电缸、后肩关节、上肩关节骨架、前肩骨架、上臂关节骨架、前臂骨架、腕部关节骨架以及手外骨骼；且各部件按顺序依次相连，所述电缸为整个外骨骼外骨骼主控器提供沿重力方向的直线自由度，以应对人体上肢肩部关节在运动过程中三自由度旋转轴的高度变化，通过所述上肩关节骨架用来实现人体上肢肩部旋内旋外自由度，所述前肩骨架与所述上臂关节骨架相连，实现人体上肢肩部伸展屈曲自由度；所述所述上臂关节骨架与所述前臂骨架相连，从而实现人体上肢肘部的运动自由度；所述腕部关节骨架以所述前臂骨架为基座，实现人体手腕的旋内旋外运动自由度；
2.根据权利要求1所述的一种应用于臂手系统遥操作的外骨骼式主控器，其特征在于：所述后肩关节基座结构进行镂空处理，并在减重的同时增加所述后肩关节基座的结构强度，并通过所述垫片缓解外骨骼在运动过程中的振动，通过所述支撑轴承支撑外骨骼的重量，以及减少摩擦对所述后肩关节电机的损耗。
3.根据权利要求1所述的一种应用于臂手系统遥操作的外骨骼式主控器，其特征在于：所述上肩骨架在弯折处的应力集中部分增设角撑板以提高结构强度，并在无应力集中部分增设镂空，在所述上肩骨架与所述后肩关节电机连接部分设置了防摩擦槽，以减少所述上肩关节骨架在运动过程中由于振动碰撞导致的运动摩擦。
4.根据权利要求1所述的一种应用于臂手系统遥操作的外骨骼式主控器，其特征在于：所述上臂骨架母头上设有的固定台型面贴合人体肌肉表面，并在固定台型面壁面通过设有的魔术贴穿槽而过和人体上臂固定，所述上臂骨架公头上设有的伸杆与所述上臂骨架母头中的槽孔进行配合，实现所述上臂关节骨架的长度调节，并通过设有的羊角螺钉通过设有的上通孔紧定住所述伸杆，所述上臂骨架上设有用于减重的直槽口镂空。
5.根据权利要求1所述的一种应用于臂手系统遥操作的外骨骼式主控器，其特征在于：所述齿轮组盖板内设有中型轴承，并通过所述中型轴承与所述腕手伸杆固连。
6.根据权利要求1所述的一种应用于臂手系统遥操作的外骨骼式主控器，其特征在于：所述过渡齿轮轴一端连接在所述腕部电机基座上设有的第一轴孔内。
7.根据权利要求1所述的一种应用于臂手系统遥操作的外骨骼式主控器，其特征在于：所述齿轮组盖板上与所述从动齿轮轴相连的所述轴孔与所述从动齿轮轴之间安装有小型轴承。
8.根据权利要求1所述的一种应用于臂手系统遥操作的外骨骼式主控器，其特征在于：所述腕部电机基座上设有腕通孔，所述从动齿轮轴一端穿过所述腕通孔与主动连杆通过螺钉固连。
9.根据权利要求1所述的一种应用于臂手系统遥操作的外骨骼式主控器，其特征在于：所述腕部电机基座设有插杆,所述从动连杆上端与所述插杆相连形成旋转关节。
10.根据权利要求1所述的一种应用于臂手系统遥操作的外骨骼式主控器，其特征在于：所述腕手伸杆穿过所述手外骨骼上设有的伸杆槽，实现外骨骼尺寸调节，并将设有的羊角螺钉通过下通孔紧定所述腕手伸杆。
