本公開(kāi)涉及一種具有自動(dòng)模式控制邏輯的抓握輔助設(shè)備。

背景技術(shù)：

人體工程學(xué)是一種正在發(fā)展中的科學(xué)學(xué)科，其最終尋求理解并改善人類與工作環(huán)境中使用的設(shè)備的各個(gè)部件的交互，例如，鍵盤、工作站、轉(zhuǎn)矩扳手、控制輸入設(shè)備等等。現(xiàn)代人體工程學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)踐尋求優(yōu)化操作員物理工作環(huán)境的所有方面。即使如此，隨著時(shí)間流逝，重復(fù)的動(dòng)作可能對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量和加工效率產(chǎn)生不利的影響。

對(duì)于需要操作員對(duì)工具或其它物體施加抓握力的某些類型的重復(fù)任務(wù)而言，操作員的握力在工作日期間可能會(huì)逐漸下降。例如，由于力量、身材或肌肉疲勞的不同，執(zhí)行相同工作任務(wù)的不同操作員之間的握力也可能差異很大。給定操作員的握力的可變性質(zhì)可能導(dǎo)致工作環(huán)境內(nèi)某些與抓握相關(guān)的工作任務(wù)的相對(duì)低效的執(zhí)行。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本文公開(kāi)了一種用于抓握輔助設(shè)備，例如通常在本領(lǐng)域內(nèi)公知的基于手套的抓握輔助設(shè)備類型的系統(tǒng)和相關(guān)聯(lián)的控制方法。對(duì)于給定的工作環(huán)境中可能的工作任務(wù)的范圍可從相對(duì)粗糙動(dòng)作(例如重物提升或相對(duì)較大物體比如車輪的定位)到更精細(xì)動(dòng)作(例如定位以及安裝緊固件)之間變化。由此，當(dāng)用在某些類型的工作環(huán)境中時(shí)，傳統(tǒng)抓握輔助設(shè)備的現(xiàn)有控制方案(其通常要求操作員通過(guò)使用用戶界面來(lái)手動(dòng)確定和選擇適當(dāng)?shù)目刂颇Ｊ?可能不是最佳的。因此本設(shè)計(jì)旨在通過(guò)將抓握輔助模式選擇決策過(guò)程和實(shí)施從操作員轉(zhuǎn)移到機(jī)載控制器上來(lái)解決其中的一些性能問(wèn)題。

本文所公開(kāi)的抓握輔助設(shè)備增加了傳感器陣列和相關(guān)聯(lián)的控制邏輯以幫助改善現(xiàn)有技術(shù)抓握輔助設(shè)備的性能。傳感器陣列使得控制器能夠自動(dòng)定位工作環(huán)境內(nèi)的抓握輔助設(shè)備并確定佩戴抓握輔助設(shè)備的操作員的位置。陣列中的傳感器還檢測(cè)抓握輔助設(shè)備的姿勢(shì)，例如，傾斜、搖晃、偏轉(zhuǎn)、加速、磁場(chǎng)和/或設(shè)備各個(gè)部分的總體方位。共同地，位置和姿勢(shì)數(shù)據(jù)允許控制器，在操作員的所需輸入最小時(shí)，自動(dòng)地選擇適用于手頭工作任務(wù)的適當(dāng)?shù)淖ノ湛刂颇Ｊ??？蛇x特征可被編程到控制器，例如本公開(kāi)所述的校準(zhǔn)模式和打開(kāi)/關(guān)閉手勢(shì)檢測(cè)模式，以進(jìn)一步優(yōu)化抓握輔助設(shè)備的性能。

操作員可將本抓握輔助設(shè)備的手套部分戴在手上。在這種實(shí)施例中，多個(gè)撓性筋通過(guò)對(duì)應(yīng)的致動(dòng)器組件，例如機(jī)動(dòng)滾珠螺桿，以計(jì)算的張力選擇性地拉緊。致動(dòng)器組件對(duì)一個(gè)或多個(gè)筋施加張力以幫助將操作員的手閉合成預(yù)定抓握姿勢(shì)。位于手指和拇指部分或手套其它表面上的負(fù)荷傳感器共同地向控制器提供力反饋信號(hào)。然后控制器計(jì)算并指示來(lái)自于由操作員執(zhí)行的特定工作任務(wù)這一水平的各個(gè)筋的所需張力。所有這些結(jié)合本文公開(kāi)的基于位置和姿勢(shì)的自動(dòng)控制模式選擇而發(fā)生。

通常，當(dāng)操作員戴著抓握輔助設(shè)備移動(dòng)通過(guò)設(shè)施時(shí)，控制器經(jīng)由測(cè)量/檢測(cè)或計(jì)算自動(dòng)地識(shí)別操作員的位置/前進(jìn)方向以及目標(biāo)工作單元，并且隨后自動(dòng)地將抓握輔助設(shè)備的操作限制到允許的工作任務(wù)的子集，例如，自動(dòng)從編程到控制器存儲(chǔ)器中的預(yù)定工作任務(wù)的全局列表中選擇。當(dāng)位置被檢測(cè)時(shí)，GPS或RFID傳感器是可用作傳感器陣列一部分的可能示例性位置傳感器，以向控制器提供所需位置/前進(jìn)方向數(shù)據(jù)。在工作單元本身內(nèi)，姿勢(shì)傳感器例如，通過(guò)使用放置在抓握輔助設(shè)備的各個(gè)表面上的關(guān)節(jié)角度傳感器和/或加速計(jì)共同地確定抓握輔助設(shè)備的手套或其它部分的姿勢(shì)。隨后，控制器緊密地將抓握輔助設(shè)備的允許功能限制到特定工作任務(wù)或由控制器從預(yù)定工作任務(wù)限制列表中選擇出的任務(wù)。

抓握輔助設(shè)備的位置和/或姿勢(shì)也可被用來(lái)根據(jù)需要打開(kāi)或關(guān)閉抓握輔助功能，例如當(dāng)操作員走出工作單元進(jìn)入到鄰近走道、休息區(qū)域，或在另外的不需要抓握輔助設(shè)備的指定區(qū)域時(shí)，和/或當(dāng)操作員用預(yù)定手勢(shì)來(lái)移動(dòng)抓握輔助設(shè)備以示意不管位置如何都需要暫時(shí)中斷或禁止抓握輔助功能時(shí)。

在一些實(shí)施例中，與控制器通信的移動(dòng)或固定數(shù)據(jù)顯示設(shè)備可以以依賴于操作員在設(shè)施中的位置的方式來(lái)接收并顯示信息。例如，顯示設(shè)備可顯示建造安排或其它建立進(jìn)度表、工作步驟、生產(chǎn)提示等等。

特別地，本公開(kāi)所述的系統(tǒng)包括手套、傳感器陣列、致動(dòng)器組件和控制器。傳感器相對(duì)于手套進(jìn)行定位，并包括負(fù)荷傳感器和姿態(tài)傳感器，當(dāng)佩戴手套時(shí)該負(fù)荷傳感器測(cè)量由操作員施加到物體上的實(shí)際抓握力，該姿態(tài)傳感器共同地確定手套的姿態(tài)并可以用于可單獨(dú)確定位置和/或同可選的位置傳感器一起確定位置。致動(dòng)器組件或組件集是可操作的，用于向手套提供抓握輔助力。

控制器被一組坐標(biāo)編程，用于工作環(huán)境中的工作單元，還被一組允許的工作任務(wù)編程，用于每一個(gè)工作單元。控制器進(jìn)一步被編程以檢測(cè)工作環(huán)境內(nèi)的操作員的位置以及所檢測(cè)位置內(nèi)的手套的姿態(tài)。此外，控制器通過(guò)所確定的位置和姿態(tài)從用于檢測(cè)位置的允許的工作任務(wù)列表中選擇一個(gè)工作任務(wù)，并經(jīng)由負(fù)荷傳感器接收所測(cè)量的實(shí)際抓握力。然后控制器通過(guò)所測(cè)量的抓握力來(lái)計(jì)算適用于輔助執(zhí)行所識(shí)別的工作任務(wù)的抓握輔助力，并自動(dòng)地選擇所需抓握輔助力并經(jīng)由致動(dòng)器組件將所需抓握力施加到手套。以此方式，操作員得到輔助以執(zhí)行所識(shí)別的工作任務(wù)。

本文還公開(kāi)了相關(guān)方法。在可能的實(shí)施例中，該方法包括的步驟有：確定操作員的位置，然后通過(guò)姿態(tài)信號(hào)來(lái)確定所確定的位置內(nèi)的手套的姿態(tài)。該方法還包括使用所確定的位置和姿態(tài)從用于所確定的位置的允許的工作任務(wù)列表中識(shí)別工作任務(wù)，并經(jīng)由負(fù)荷傳感器測(cè)量由操作員施加到物體的實(shí)際抓握力，并使用所測(cè)量實(shí)際抓握力來(lái)計(jì)算用于所識(shí)別工作任務(wù)的所需抓握輔助力。然后，該方法包括經(jīng)由致動(dòng)器組件使用控制器發(fā)出將所需抓握輔助力應(yīng)用到手套的指令由此輔助操作員執(zhí)行所識(shí)別的工作任務(wù)。

以下將結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施本公開(kāi)的最佳方式進(jìn)行的詳細(xì)描述，能夠很容易了解到本公開(kāi)的上述內(nèi)容以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)例性抓握輔助設(shè)備和本公開(kāi)所述的用于自動(dòng)地控制抓握輔助設(shè)備的模式選擇的相關(guān)控制器的示意圖。

圖2是當(dāng)在具有多個(gè)指定工作任務(wù)區(qū)域的實(shí)例性工作環(huán)境內(nèi)移動(dòng)時(shí)操作員佩戴圖1的抓握輔助設(shè)備的示意圖。

圖3是描述了圖1的控制器的編程模式選擇操作的示意性邏輯流程圖。

圖4是描述了用于控制圖1所示的抓握輔助設(shè)備的實(shí)例性方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

參考附圖，貫穿幾個(gè)視圖，其中相似的參考標(biāo)號(hào)表示相同或相似的部件，圖1中示出了具有控制器50的實(shí)例性抓握輔助設(shè)備10。抓握輔助設(shè)備10包括手套12和套筒18。當(dāng)抓握輔助設(shè)備10佩戴在操作員的手和前臂上時(shí)，該設(shè)備自動(dòng)地輔助操作員抓取物體和/或執(zhí)行任何數(shù)量的手動(dòng)工作任務(wù)。在給定的工作環(huán)境中可能的工作任務(wù)的范圍可從相對(duì)粗糙動(dòng)作(例如重物提升或相對(duì)較大物體比如車輪的一般定位)到精細(xì)動(dòng)作技能(比如定位和安裝緊固件或安裝過(guò)程中的支撐體板)之間變化。

用于傳統(tǒng)抓握輔助設(shè)備的現(xiàn)有控制方案在劃分為不同工作單元的各種不同工作任務(wù)的設(shè)施上面不是最優(yōu)，比如傾向于需要由操作員進(jìn)行模式判斷和肯定選擇的設(shè)計(jì)。例如，操作員可能需要警告控制器有關(guān)待執(zhí)行的特殊任務(wù)，或選擇所需抓握輔助水平，或者該抓握輔助設(shè)備被編程成僅提供有限范圍的預(yù)定抓握輔助水平。當(dāng)執(zhí)行設(shè)備輔助工作任務(wù)時(shí)，本設(shè)計(jì)旨在通過(guò)與本公開(kāi)所述的傳感器陣列協(xié)同將該控制決策轉(zhuǎn)移給控制器來(lái)解決這種控制問(wèn)題，并由此優(yōu)化操作員效率。

除了參考以下圖2-4所述的自動(dòng)控制功能外，在另一個(gè)實(shí)施例中，姿態(tài)傳感器的上述使用時(shí)，利用來(lái)自在圖1中的實(shí)例性位置處所示的位置傳感器78和多個(gè)姿態(tài)傳感器88的控制信號(hào)，或者由姿態(tài)傳感器88得到位置，控制器50還計(jì)算輔助張力(箭頭FA)并將輔助張力(箭頭FA)施加到一個(gè)或多個(gè)撓性筋20，正如本領(lǐng)域眾所周知。完全包含或部分包含在手套18內(nèi)并經(jīng)由撓性筋20連接到手套12的筋驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(TDS)16可以用于這種目的，其中，輔助張力(箭頭FA)施加到一些或所有的撓性筋20上以響應(yīng)于由控制器50從相對(duì)于手套12定位的一個(gè)或多個(gè)負(fù)荷傳感器28接收的力反饋信號(hào)(箭頭24)。為了清晰起見(jiàn)，這種負(fù)荷傳感器28在圖1中示出為星形。負(fù)荷傳感器28的位置和/或數(shù)量可以不同于圖1中所示，并因此不限于所示的指尖放置。

手套12可包括一個(gè)或多個(gè)指頭部分，即拇指部分14和/或一個(gè)或多個(gè)手指部分15。手套12可構(gòu)造成如圖所示的傳統(tǒng)的全四指/一個(gè)拇指的手套，或者在其他實(shí)施例中具有較少的手指15/無(wú)拇指14。多個(gè)指骨環(huán)26或者另一合適的承載結(jié)構(gòu)可連接于手指12的材料17，例如縫合就位。指骨環(huán)26的每一個(gè)可至少部分地限定操作員的手指頭，即至少部分限定手套12的拇指部分14或手指部分15的中的一個(gè)。替代地，指骨環(huán)26可放置在拇指部分12/手指部分15內(nèi)。因此，通過(guò)撓性筋20授予的部分或所有任何張力(箭頭FA)能通過(guò)指骨環(huán)26間接地作用在操作員的實(shí)際手指/拇指上。

圖1中示出的負(fù)荷傳感器28可相對(duì)于手套12定位，例如定位在拇指部分14和/或手指部分15的中間(箭頭Md)部分或遠(yuǎn)端(箭頭D)處，或者替代地定位在手套12的手掌上。在替代的實(shí)施例中可只能使用一個(gè)負(fù)荷傳感器28。位置傳感器78和姿態(tài)傳感器88可設(shè)置在拇指部分14和/或手指部分15的一個(gè)或多個(gè)上、或者設(shè)置在手掌上，且負(fù)荷傳感器28、位置傳感器78以及姿態(tài)傳感器88共同地形成抓握輔助設(shè)備10的傳感器陣列。

在傳感器陣列內(nèi)，負(fù)荷傳感器28用于發(fā)出期望的抓握/抓握釋放的信號(hào)，并且如上所述觸發(fā)對(duì)應(yīng)的控制施加或中斷張力(箭頭FA)。位置傳感器78用于檢測(cè)當(dāng)前位置并且還根據(jù)需要計(jì)算抓握輔助設(shè)備10在工作單元中的方向或前進(jìn)方向(例如，下文參照?qǐng)D2進(jìn)行地描述)，并且進(jìn)一步限制針對(duì)給定工作單元的許可的控制模式范圍。姿態(tài)控制器88再由控制器50用于從以下針對(duì)操作員的當(dāng)前工作單元的限制的允許的工作任務(wù)列表中進(jìn)行選擇，并且可執(zhí)行其他控制模式，這些控制模式包括下文參照?qǐng)D3描述的校準(zhǔn)模式和開(kāi)/關(guān)模式。

姿態(tài)傳感器88的示例包括任何無(wú)線位置定位傳感器、收發(fā)器、接收器或可操作以確定抓握輔助設(shè)備10在慣性參考系內(nèi)的定向或姿態(tài)和/或當(dāng)并不使用專用的位置傳感器78時(shí)確定手套12的位置的設(shè)備，例如關(guān)節(jié)角度傳感器、陀螺儀、數(shù)字羅盤、加速計(jì)、高度計(jì)、磁力儀等等。這些設(shè)備可包括本領(lǐng)域已知類型的用在智能電話和可穿戴傳感器中的跟蹤多軸線運(yùn)動(dòng)的基于芯片的設(shè)備。例如，磁力儀可用于確定手套12相對(duì)于地球磁場(chǎng)的定向(例如本領(lǐng)域所公知的那樣)，并且當(dāng)結(jié)合加速度計(jì)使用時(shí)能有助于消除與不使用位置傳感器78時(shí)的得到的任何位置的漂移。相對(duì)于圖1所示的數(shù)量，在給定的設(shè)計(jì)中可使用或多或少的姿態(tài)傳感器88。類似地，可改變姿態(tài)傳感器88的位置。在示例構(gòu)造中，相應(yīng)的關(guān)節(jié)角度傳感器可放置在手套12的手腕和手指/拇指部分處，并且一個(gè)或多個(gè)加速度計(jì)可放置在手套12上。

相對(duì)于可選的位置傳感器78，在一個(gè)可能的方案中可使用射頻識(shí)別(RFID)傳感器系統(tǒng)。例如本領(lǐng)域公知的那樣，適合于室內(nèi)使用的典型的RFID傳感器包括無(wú)線RFID標(biāo)簽和天線。當(dāng)結(jié)合圖1的抓握輔助設(shè)備使用時(shí)，姿態(tài)傳感器88可具體化為這些RFID標(biāo)簽，且借助固定的天線(例如，每個(gè)工作單元一個(gè))將所需的位置信息發(fā)送至RFID標(biāo)簽或從RFID標(biāo)簽接收所需的位置信息，以藉此警告控制器50設(shè)備10的當(dāng)前位置。當(dāng)構(gòu)造為替代的全球定位系統(tǒng)(GPS)設(shè)備時(shí)，位置傳感器78可具體化為與導(dǎo)航衛(wèi)星(未示出)通信的GPS接收器，以確定佩戴該抓握輔助設(shè)備10的操作員的地理空間坐標(biāo)。然而，GPS接收器在室內(nèi)設(shè)施中的使用會(huì)由于頂部和墻壁的存在(其會(huì)干擾GPS信號(hào))而不太理想。如上所述，位置傳感器78的功能可由姿態(tài)傳感器88的一些或所有，例如通過(guò)基于姿態(tài)傳感器(箭頭A10)的數(shù)值變化從姿態(tài)傳感器88得出手套12的位置來(lái)提供。

通常，施加在操作員所抓握的對(duì)象的抓握力激活負(fù)荷傳感器28。指骨環(huán)26再連接于撓性筋20，這些撓性筋行進(jìn)通過(guò)指骨環(huán)26，且至少一些指骨環(huán)26用作撓性筋20的引導(dǎo)件。這里提供兩種類型的指骨環(huán)26：放置在每個(gè)手指部分15和拇指部分14的遠(yuǎn)端(箭頭D)處的指骨環(huán)，以及相應(yīng)的中間(箭頭Md)和近側(cè)(箭頭Pr)指骨環(huán)26。在一些實(shí)施例中，撓性筋20可終止在遠(yuǎn)側(cè)(箭頭D)的指骨環(huán)26處，而中間(箭頭Md)和近側(cè)(箭頭Pr)指骨環(huán)26主要用于引導(dǎo)或指示撓性筋20并且支撐操作員的手指。然而，在本公開(kāi)的范圍內(nèi)可設(shè)想其他構(gòu)造。

負(fù)荷傳感器28可定位并構(gòu)造成僅僅感測(cè)由操作員施加于物體的抓握力。在本實(shí)施例中，負(fù)荷傳感器28可放置在遠(yuǎn)側(cè)指骨環(huán)26(箭頭D)的內(nèi)表面上。也可使用其他設(shè)計(jì)，不會(huì)偏離在圖4中示出并且在下文描述的控制方法100所要求的范圍。

當(dāng)物體由操作員抓握時(shí)，由操作員施加于物體的實(shí)際抓握力通過(guò)負(fù)荷傳感器28測(cè)得并且作為力反饋信號(hào)(箭頭24)傳遞至控制器50，該控制器可佩戴在抓握輔助設(shè)備10的套筒18上/中或者位于該設(shè)備10的外部并且可無(wú)線控制。每個(gè)負(fù)荷傳感器28可構(gòu)造成壓力變換器或者任何其它合適的負(fù)荷或接觸單元，其精確地測(cè)量在負(fù)荷傳感器28和由操作員抓握的任何物體之間的力的量值。另外，位置信號(hào)(箭頭L10)和姿態(tài)信號(hào)(A10)由控制器50從相應(yīng)的位置傳感器78和姿態(tài)傳感器88接收并處理。

關(guān)于撓性筋20，每個(gè)撓性筋20均能可選地配置成編制聚合物(例如，碳氟)，以延長(zhǎng)每個(gè)撓性筋20的抗磨壽命。然而，也可使用其他材料和/或設(shè)計(jì)，而不會(huì)偏離本發(fā)明的預(yù)期范圍。撓性筋20可通過(guò)可選的撓性筋聚集器21，該撓性筋聚集器位于操作員的手掌或者手腕區(qū)域的基部上或附近。撓性筋20通過(guò)導(dǎo)管30行進(jìn)撓性筋20的長(zhǎng)度的至少一部分并且在撓性筋聚集器21和指骨環(huán)26之間自由地行進(jìn)。此種布置可有助于抓握輔助運(yùn)動(dòng)到操作員的手上的區(qū)域和指尖至操作員手掌的基部的區(qū)域進(jìn)行隔離，即隔離撓性筋聚集器21和指骨環(huán)26之間的區(qū)域上任何增大張力的效果。從撓性筋聚集器21的指?jìng)?cè)至遠(yuǎn)側(cè)指骨環(huán)26，撓性筋20可容納在包埋或容納在手套12的材料內(nèi)的通道35中。

例如虛線所示，多個(gè)致動(dòng)器組件32(例如，機(jī)動(dòng)滾珠螺桿設(shè)備)可按照陣列配置在TDS16內(nèi)。每個(gè)致動(dòng)器組件32作用在對(duì)應(yīng)的撓性筋20的一部分上。為了說(shuō)明簡(jiǎn)便起見(jiàn)未示出，撓性筋20可依次通過(guò)給定的一個(gè)致動(dòng)器組件32內(nèi)的螺母，以使得撓性筋20能自由地滑動(dòng)，且撓性筋20的端部例如附連于不同的手指部分15。在此種設(shè)計(jì)中，隨著手指部分15抓握或與物體相接觸，撓性筋20會(huì)滑動(dòng)通過(guò)螺母以使其它手指部分15能持續(xù)抓握或握攏。之后，致動(dòng)器組件32能將抓握力施加于兩個(gè)手指部分15?？稍O(shè)想其它驅(qū)動(dòng)撓性筋的設(shè)計(jì)，以及并不使用撓性筋的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，而不會(huì)偏離預(yù)期的范圍。當(dāng)僅僅使用一個(gè)TDS16時(shí)，撓性筋聚集器21可用于將從拇指部分14和每個(gè)手指部分15引出的撓性筋20連接于單個(gè)致動(dòng)器撓性筋，即經(jīng)由圖1中實(shí)線示出的撓性筋。在此種情形中，撓性筋聚集器21提供多個(gè)撓性筋20的區(qū)域以連接于單個(gè)撓性筋。

仍參考圖1，致動(dòng)器組件32可包括伺服電動(dòng)機(jī)34和驅(qū)動(dòng)組件36，例如根據(jù)一個(gè)可能實(shí)施例的滾珠螺桿類型的致動(dòng)器設(shè)備。TDS16的操作經(jīng)由控制器50提供，該控制器從能源(E)40汲取任何所需的電力。能源40可配置為小型電池組，例如鋰離子電池或多個(gè)鋰離子電池，或者任何其它相對(duì)輕型或低容量的能量存儲(chǔ)設(shè)備。可選的套筒顯示器42連接于套筒18并且布置成與控制器50通信以顯示由控制器選擇的選定控制模式。套筒顯示器42可以是小的操作員可接受的控制板、觸摸板或者觸摸屏，以允許操作員能觀察特定模式的操作或其他信息。

控制器50可包括一個(gè)或多個(gè)集成電路，這些集成電路可由各種電子設(shè)備擴(kuò)增，例如電壓調(diào)節(jié)器、電容器、驅(qū)動(dòng)器、定時(shí)晶體、通信端口等等。控制器50可以是具有處理器和存儲(chǔ)器的微控制器，例如光學(xué)或磁性只讀存儲(chǔ)器(ROM)以及足夠數(shù)量的隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)和/或電氣可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM)、輸入/輸出(I/O)電路、信號(hào)調(diào)節(jié)和緩沖電子設(shè)備等等。輸出信號(hào)(箭頭13)可發(fā)送至可選的靜態(tài)或移動(dòng)顯示屏45(參見(jiàn)圖2)，以在執(zhí)行給定工作任務(wù)時(shí)將詳細(xì)的任務(wù)相關(guān)信息通信給操作員。

參考圖2，示例性工作環(huán)境60示意地為具有由邊界19、190、290和590限定的三個(gè)不同的工作單元WCA、WCB和WCC。作為制造設(shè)施布置的典型，工作單元WCA、WCB和WCC可位于走道21，即劃定的走廊，操作員11能自由地沿著人行道移動(dòng)。工作單元WCA可由內(nèi)邊界390與工作單元WCB隔開(kāi)。類似地，工作單元WCB可由內(nèi)邊界490與工作單元WCC隔開(kāi)。

邊界19、190、290、390、490和590可以是真實(shí)的或虛擬的。例如，墻壁或其他實(shí)心物理屏障可用于將工作單元WCA、WCB和WCA彼此隔開(kāi)和/或與人行道21隔開(kāi)，這些邊界19、190、290、390、490和590可簡(jiǎn)化地表示工作單元WCA、WCB和WCA的限定假想周界。在任一情形下，可將邊界19、190、290、390、490和590的每個(gè)坐標(biāo)可編程到圖1的控制器50的存儲(chǔ)器M中，并且由此稱為控制器50。

隨著穿戴著抓握輔助設(shè)備10的操作員11在圖2的工作環(huán)境60內(nèi)移動(dòng)，控制器50主要通過(guò)圖1的位置傳感器78的操作針對(duì)操作員11的位置和前進(jìn)方向進(jìn)行不斷的更新。因此，在操作員11沿著走道21移動(dòng)或不出現(xiàn)在工作單元WCA、WCB或WCC中的任一個(gè)中時(shí)，控制器50可將抓握輔助設(shè)備10維持在關(guān)閉或待機(jī)狀態(tài)中。在這種實(shí)施例中，抓握輔助設(shè)備10在操作員11離開(kāi)工作單元WCA、WCB或WCC并且不進(jìn)入另一相鄰的工作單元時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。在位于工作單元WCA、WCB或WCC中時(shí)，操作員11可通過(guò)如下參照?qǐng)D3所示的預(yù)定姿態(tài)可選地請(qǐng)求關(guān)閉抓握輔助設(shè)備10。

為了實(shí)現(xiàn)上述功能，控制器50可被編程有位于工作環(huán)境中的各工作單元的地理坐標(biāo)。因此，控制器50可將從圖1的位置傳感器78接收到的位置信號(hào)與劃分上述邊界線190和290的預(yù)定坐標(biāo)進(jìn)行比較。通過(guò)這種方式，控制器50能夠相對(duì)于工作環(huán)境60確定操作員11的實(shí)際位置和前進(jìn)方向。一旦操作員11到達(dá)給定工作單元，則以不同的方式對(duì)設(shè)備10進(jìn)行控制。

對(duì)于可選顯示屏45而言，這種設(shè)備可為靜態(tài)顯示屏，例如與圖1的控制器50無(wú)線通信的視頻監(jiān)視器。由于套管18的尺寸受到限制，因而相對(duì)較大的屏幕45可設(shè)置在每一工作單元WCA、WCB和WCC中，或可由操作員11穿戴，例如，作為智能電話或眼鏡，使得可通過(guò)文本、聲音、視頻等等提醒操作員11有關(guān)手頭上的任務(wù)的信息。例如，當(dāng)控制器50為給定工作單元WCA、WCB或WCC選擇預(yù)定任務(wù)時(shí)，用于特定工作單元的顯示屏45能夠呈現(xiàn)出例如建立進(jìn)度表、順序或指令之類的信息，以作為對(duì)接收到來(lái)自于控制器50的輸出信號(hào)(箭頭13)的響應(yīng)。

參照?qǐng)D3，邏輯流程圖80示出了圖1的控制器50的位置和姿態(tài)傳感功能?？赡艿墓ぷ鲉卧猈CA、WCB和WCC的代表性表83被編程到圖1所示的控制器50的存儲(chǔ)器(M)中，其中示出了三個(gè)工作單元WCA、WCB和WCC，以與圖2的非限制性實(shí)施例保持一致。對(duì)于給定的抓握輔助設(shè)備10而言，表83可包括給定工作環(huán)境60中的所有可能的工作單元，或僅僅包括這種工作單元的子單元，使得抓握輔助設(shè)備10僅僅在特定區(qū)域中工作。在一些實(shí)施例中，來(lái)自于圖1所示的可選位置傳感器78的位置信號(hào)(箭頭L10)可傳送至控制器50中，而且，當(dāng)操作員11進(jìn)入給定工作單元，例如，工作單元WCA時(shí)，對(duì)應(yīng)的工作單元表183被控制器50訪問(wèn)，其中工作單元表183包括授權(quán)用于該特定工作單元的已校準(zhǔn)工作任務(wù)列表93。在不使用位置傳感器78時(shí)，位置可通過(guò)上述的姿態(tài)傳感器88得出。

已校準(zhǔn)工作任務(wù)列表93包括所示出的示例性工作任務(wù)WT1、WT2、WT3和WT4。例如，對(duì)于給定工作單元WCA而言，圖2的操作員11被允許對(duì)車輪進(jìn)行抓握和提升來(lái)作為工作任務(wù)WT1，將車輪放入車輛的輪轂中來(lái)作為工作任務(wù)WT2，通過(guò)放置螺母以固定放置的車輪來(lái)作為工作任務(wù)WT3，以及通過(guò)扭矩扳手緊固螺母來(lái)作為工作任務(wù)WT4。每一工作任務(wù)都可對(duì)應(yīng)于不同組的抓握輔助參數(shù)，例如，作用于不同手指部分15和/或拇指14的不同張力(FA)，其反過(guò)來(lái)可隨著每一穿戴著抓握輔助設(shè)備10的操作員11進(jìn)行改變。例如，對(duì)于示例性工作任務(wù)WT1而言，可在所有手指部分15和拇指部分14上提供最大輔助力，而對(duì)于工作任務(wù)WT3和WT4而言，只有拇指部分14和一個(gè)手指部分15可被激活。

為了快速區(qū)分示例性工作單元WCA中的所有可能的工作任務(wù)，控制器50接收并處理來(lái)自于圖1的姿態(tài)傳感器88的信號(hào)(箭頭A10)。示例性信號(hào)包括抓握輔助設(shè)備10的手掌的加速度和/或手套12的不同部分的傾斜、偏轉(zhuǎn)和搖晃。換言之，控制器50檢測(cè)圖2的操作員11的姿態(tài)，并基于檢測(cè)到的姿態(tài)自動(dòng)為相關(guān)聯(lián)的工作任務(wù)193選擇控制模式，其根據(jù)已校準(zhǔn)工作任務(wù)列表93進(jìn)行該操作。這種能力還使得控制器50被編程有預(yù)定的開(kāi)啟/關(guān)閉姿態(tài)，例如預(yù)定的揮手手勢(shì)，而不是讓操作員11親自啟動(dòng)開(kāi)關(guān)或按下開(kāi)啟/關(guān)閉按鈕。

可選地，控制器50可被編程有校準(zhǔn)模式。由于每一抓握輔助設(shè)備10都會(huì)被不同的操作員11在不同的時(shí)間里穿戴，且每一操作員11都會(huì)相對(duì)于其他操作員11展現(xiàn)出獨(dú)特的抓握特征，因而這種模式是可取的。因此，“一刀切”的設(shè)計(jì)可能不是最佳的。在這種校準(zhǔn)模式中，可通過(guò)一系列或各種不同的預(yù)定姿態(tài)提示圖2的操作員11進(jìn)行移動(dòng)和/或在控制器50學(xué)習(xí)操作員的傾向時(shí)進(jìn)行預(yù)定的工作任務(wù)。通過(guò)這種方式，不同操作員11之間的手套差異得以最小化。

參照?qǐng)D4，用于控制圖1的抓握輔助設(shè)備10的方法100的示例性實(shí)施例開(kāi)始于步驟S102，其中操作員11穿上抓握輔助設(shè)備10，然后開(kāi)始移動(dòng)穿過(guò)圖2所示的工作空間60。方法100接著前進(jìn)到步驟S104。

在步驟S104中，控制器50進(jìn)一步確定在所述工作環(huán)境內(nèi)手套12的位置。例如，如上所述及本領(lǐng)域已知信息，控制器50可以接收并處理來(lái)自圖1所示位置傳感器78的位置信號(hào)(箭頭L10)或可以通過(guò)姿態(tài)傳感器88得出所述位置。該步驟使控制器50確定在所述工作環(huán)境60內(nèi)佩戴手套12的操作員11的位置。然后當(dāng)控制器50繼續(xù)讀取并跟蹤該位置時(shí)，繼續(xù)執(zhí)行該方法100的步驟S106。

步驟S106需要再通過(guò)控制器50確定操作員11是否已經(jīng)進(jìn)入預(yù)定工作單元，如WCA、WCB或WCC。例如，控制器50可以比較操作員11的當(dāng)前坐標(biāo)與劃分各個(gè)工作單元WCA、WCB及WCC周邊的預(yù)定坐標(biāo)以確定操作員11是否已經(jīng)進(jìn)入工作單元WCA、WCB或WCC中的某一個(gè)。如果操作員11已經(jīng)進(jìn)入工作單元WCA、WCB或WCC中的某一個(gè)，繼續(xù)執(zhí)行該方法100的步驟S108。否則，重復(fù)步驟S106，保持抓握輔助設(shè)備10處于關(guān)閉或默認(rèn)待機(jī)模式。

步驟S108需要識(shí)別允許的工作任務(wù)列表中一項(xiàng)工作任務(wù)以根據(jù)所確定的位置及姿態(tài)確定步驟S106的位置。

作為步驟S108的一部分，控制器50提取已校準(zhǔn)的工作任務(wù)列表93，圖3示出了該工作任務(wù)列表，如實(shí)例工作任務(wù)WT1、WT2、WT3和WT4。完成步驟S108可以包括防止抓握輔助設(shè)備10輔助除了已校準(zhǔn)的工作任務(wù)列表93之外的工作任務(wù)。同樣地，可以在步驟S108中單獨(dú)使用抓握輔助設(shè)備10，其用于在當(dāng)前工作單元中一組對(duì)應(yīng)待執(zhí)行工作的已定位的工作任務(wù)?？刂破?0還讀取來(lái)自圖1所示姿態(tài)傳感器88的姿態(tài)信號(hào)(箭頭A10)并繼續(xù)執(zhí)行步驟S110。

作為步驟S108的一部分，控制器50確定已收到的姿態(tài)信號(hào)(箭頭A10)是否對(duì)應(yīng)預(yù)定工作任務(wù)之一，該預(yù)定工作任務(wù)當(dāng)前工作單元所允許的，如實(shí)例工作單元WCA的工作任務(wù)WT1、WT2、WT3和WT4。如果是這樣，控制器50從其存儲(chǔ)器(M)中提取指令輔助所檢測(cè)到任務(wù)并繼續(xù)執(zhí)行步驟S112。否則，重復(fù)步驟S110。如果操作員的姿態(tài)與當(dāng)前工作單元的任一項(xiàng)授權(quán)的工作任務(wù)不相匹配，可通過(guò)圖1所示的顯示屏42選擇性地顯示警告或錯(cuò)誤信息。

在步驟S112中，控制器50接收來(lái)自圖1所示負(fù)荷傳感器28的測(cè)量的實(shí)際抓握力作為力反饋信號(hào)(箭頭24)并計(jì)算輔助操作員11執(zhí)行已識(shí)別工作任務(wù)所需的抓握輔助力。然后，控制器50命令所需的抓握輔助力施加到用于當(dāng)前已授權(quán)工作任務(wù)的手套12，例如當(dāng)手動(dòng)擰緊帶耳螺母時(shí)通過(guò)命令拉力經(jīng)由撓性筋20施加到圖1所示的拇指部分14和手指部分15，或當(dāng)提升重物時(shí)輔助所有的手指部分15和拇指部分14。按照該程序繼續(xù)執(zhí)行所述方法100的步驟S114。

步驟S114包括檢測(cè)到操作員11示意暫時(shí)禁止圖1所示抓握輔助設(shè)備10的默認(rèn)姿態(tài)。例如，可以用默認(rèn)姿態(tài)對(duì)控制器50進(jìn)行編程，例如手套12在設(shè)定狀態(tài)下來(lái)回波動(dòng)。當(dāng)檢測(cè)到該姿態(tài)時(shí)，繼續(xù)執(zhí)行方法100的步驟S116。否則，繼續(xù)循環(huán)執(zhí)行步驟S112及S114直至操作員11轉(zhuǎn)移到另一工作任務(wù)或離開(kāi)該工作單元，此時(shí)從步驟S102重新循環(huán)執(zhí)行該方法100。

通過(guò)使用上述方法，本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)理解基于傳感器數(shù)據(jù)使用動(dòng)態(tài)模式選擇可以優(yōu)化常規(guī)操作員集約型抓握輔助控制?？梢允褂梦恢眯畔⒋_定操作員的位置及前進(jìn)方向，同時(shí)慣性及關(guān)節(jié)角/位置傳感器可以提供姿態(tài)信息，即傾斜、搖晃、偏轉(zhuǎn)等等。只需最小的操作員干擾就可處理傳感器數(shù)據(jù)，從而提高操作員效率。

另外，隨著要求操作員11一直從所顯示的模式中選擇最合適模式，相對(duì)于手動(dòng)選擇/基于GUI的設(shè)備，合適控制模式的數(shù)量也增加，這主要是由于圖1所示套筒18的空間受限，且需要操作員佩戴抓握輔助設(shè)備10的來(lái)滾動(dòng)整個(gè)列表。

雖然詳細(xì)說(shuō)明了執(zhí)行本公開(kāi)的最佳模式，但熟悉本公開(kāi)涉及的領(lǐng)域的人員會(huì)理解，實(shí)踐本公開(kāi)的各種替代性設(shè)計(jì)和實(shí)施例都落在所附權(quán)利要求書(shū)的范圍之內(nèi)。