六自由度力反饋手控器制造技術

本發明專利技術公開了一種六自由度力反饋手控器，由固定基座、直線電機、活動平臺、力傳感器、操作手柄、連桿部分與關節部分組成。該裝置有六條支鏈，每條支鏈都包括直線位移組件、兩自由度萬向節、三自由度球鉸以及連桿。直線位移由直線電機實現，采用直線電機驅動，精度高、響應快、無回程間隙；直線電機均固定在基座上，活動部件質量較小；直線電機與豎直方向有一定的張角，擴大動平臺的活動范圍。該裝置末端安裝六維力/力矩傳感器，有精確的力覺反饋效果，反饋力分辨率較高；本發明專利技術結構簡單，精度較高，操作方便，具有廣闊的應用前景。

【技術實現步驟摘要】
【專利摘要】本專利技術公開了一種六自由度力反饋手控器，由固定基座、直線電機、活動平臺、力傳感器、操作手柄、連桿部分與關節部分組成。該裝置有六條支鏈，每條支鏈都包括直線位移組件、兩自由度萬向節、三自由度球鉸以及連桿。直線位移由直線電機實現，采用直線電機驅動，精度高、響應快、無回程間隙；直線電機均固定在基座上，活動部件質量較小；直線電機與豎直方向有一定的張角，擴大動平臺的活動范圍。該裝置末端安裝六維力/力矩傳感器，有精確的力覺反饋效果，反饋力分辨率較高；本專利技術結構簡單，精度較高，操作方便，具有廣闊的應用前景。【專利說明】六自由度力反饋手控器
本專利技術涉及一種具有六自由度的力反饋手控器，主要用于空間機器人和虛擬現實遙操作領域，操作者在主端進行操縱，測量并計算手柄處的位移與轉角，發送到從端，并進行力/力矩的反饋。
技術介紹
目前的大多數力反饋手控器都是根據特定的使用場合或使用條件來進行設計的，比如特定手術的專用力反饋手控器，難以完成不同的操作任務，如果針對每種使用情況都設計一種專用力反饋手控器，成本太高。因此，設計一款通用性較好的力反饋手控器是很有必要的。力反饋手控器作為一種力覺交互裝置，需要有較好的用戶體驗，操作時在各個方向有相同的手感是其中最重要的一個方面。另外，小慣性，質量輕，較快的響應時間以及無回程間隙等都是影響手控器最終性能的主要因素。本專利技術共有六條支鏈，每條支鏈由直線電機驅動部分、連桿以及連接關節組成；固定基座(I)中，與直線電機連接的各個電機安裝板(101、102、103)方向均與固定基座成120°角，螺釘連接，可以增大活動平臺的活動范圍；六個直線電機兩兩一對，分三組繞圓周分布。活動平臺與球鉸連接部分分別設置120°的斜面，與固定基座中的直線電機安裝板傾斜的角度相對應，使得在球鉸與萬向節一定的活動范圍內，增大動平臺的工作范圍。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一個六自由度力覺人機交互裝置.該裝置由固定基座(1)，直線電機部分(2)，活動平臺(3)，力傳感器(4)，操作手柄(5)，連桿(6)，滑塊(7)，萬向節(8)，球鉸(9)組成。滑塊與基座相連，通過直線電機對滑塊進行控制。桿的一端通過萬向節和滑塊相連，另一端連接球鉸。六根連桿兩兩一對，分成三組，每兩根不相鄰的連桿通過球鉸繞圓周分布于動平臺相連。本專利技術的功能是能夠測量操作手柄沿X，Y，Z三個方向的位置移動和偏轉、俯仰、回轉三種轉動，并模擬虛擬環境中物體之間的接觸力/力矩。由六個直線電機驅動滑軌上的滑塊，通過控制滑塊在導軌上的位置和速度來實現對虛擬環境力的反饋。連桿以及連桿上的萬向節和球鉸保證的操作手柄在X，Y，Z三軸方向的移動和偏轉、俯仰、回轉三種轉動，操作人員進行操作的時候可以靈活地控制手柄，并通過手柄的力傳感器對操作人員的力進行采集，將采集到的數據發送給遠端，從而實現人與機器的交互功能。本專利技術的優點在于:1、采用并聯機構，驅動部件全部固定在機架上，活動部分質量較輕，運動慣量較小，符合力覺交互裝置的設計原則；2、驅動部分采用直線電機，可以快速響應、位置精度高、無回程間隙、動態響應較好、輸出力較大；3、將直線電機與固定基座呈120°安放，有效的增大動平臺的活動范圍，便于操作；直線電機相鄰兩個一組，分三組在圓周方向均勻分布；4、六條支鏈一端連接直線電機，為相鄰兩條為一組相互靠近，另一端也是相鄰兩條一組，與分三組在圓周方向均勻分布連接動平臺，動平臺與基座呈倒三角放置；5、手柄處安裝有輕觸開關，按下開關后電機才開始工作，松開開關停止工作，可以防止運動過程中的突發情況對操作者照成傷害；【專利附圖】【附圖說明】圖1是六自由度手控器的結構圖圖2是六自由度手控器的俯視圖圖3是六自由度手控器的一條支鏈的結構圖圖4是六自由度手控器的球鉸結構剖視圖【具體實施方式】下面結合附圖對本專利技術進行進一步說明。六自由度力反饋手控器，可以在空間內進行三自由度的平移與三自由度的旋轉運動，并且采集位置與角度信息，對末端執行器進行位姿跟蹤；當需要模擬反饋力時，需要驅動元件輸出一定的反饋力，實現虛擬力的再現。六自由度力反饋手控器主要由固定基座(I)、直線電機部分⑵、活動平臺(3)、力傳感器⑷、操作手柄(5)、連桿(6)，滑塊(7)、萬向節⑶、球鉸(9)組成；其中，如圖2所示，支鏈部分包括:直線電機(2a)、直線電機(2b)、直線電機(2c)、直線電機(2d)、直線電機(2e)、直線電機(2f);連桿(6a)、連桿(6b)、連桿(6c)、連桿(6d)、連桿(6e)、連桿(6f);滑塊(7a)、滑塊(7b)、滑塊(7c)、滑塊(7d)、滑塊(7e)、滑塊(7f);萬向節(8a)、萬向節(Sb)、萬向節(Sc)、萬向節(8d)、萬向節(Se)、萬向節(8f);球鉸(9a)、球鉸(9b)、球鉸(9c)、球鉸(9d)、球鉸(9e)、球鉸(9f)。固定基座(I)中，與直線電機連接的各個電機安裝板(101、102、103)方向均與固定基座成120°角，通過止口定位并用螺釘連接；每條支鏈中，滑塊與直線電機的滑座相固連，然后通過滾動軸承與萬向節的十字軸的一條軸相連，十字軸另一條軸與連桿一端連接；連桿另一端通過三自由度的球鉸與滑動平臺連接；三自由度的球鉸是在兩自由度的萬向節的基礎上進行的改進，主要組成部分包括:十字軸(901)、深溝球軸承I (902)、鎖緊螺母I (903)、端蓋I (904)、球鉸連接架I (905)、深溝球軸承2 (906)、套筒(907)、連接架2 (908)、端蓋2 (909)、鎖緊螺母2 (910)、動平臺(3);十字軸(901)通過軸承(902)與球鉸連接架(905)相連接；球鉸連接架(905)通過深溝球軸承2 (906)、套筒(907)與連接架2 (908)連接，增加一個轉動自由度，最后可以將連接架2 (908)固定在動平臺(3)上。【權利要求】1.一種六自由度力覺交互設備，其特征在于:由固定基座(1)、直線電機部分(2)、活動平臺(3)、力傳感器(4)、操作手柄(5)、連桿(6)，滑塊(7)、萬向節(8)、球鉸(9)組成； 傳感器一端固定在活動平臺(3)上，另外一端連接操作手柄(5)，用于測量操作者施加的操作力/力矩； 共有六條支鏈，每條支鏈由直線電機驅動部分、連桿以及連接關節組成； 支鏈部分由以下部件組成:直線電機(2a)、直線電機(2b)、直線電機(2c)、直線電機(2d)、直線電機(2e)、直線電機(2f);連桿(6a)、連桿(6b)、連桿(6c)、連桿(6d)、連桿(6e)、連桿^f);滑塊(7a)、滑塊(7b)、滑塊(7c)、滑塊(7d)、滑塊(7e)、滑塊(7f);萬向節(8a)、萬向節(Sb)、萬向節(Sc)、萬向節(8d)、萬向節(Se)、萬向節(8f);球鉸(9a)、球鉸(9b)、球鉸(9c)、球鉸(9d)、球鉸(9e)、球鉸(9f)。2.根據權利要求1所述的一種六自由度力覺交互設備，其特征在于:固定基座(1)中，與直線電機連接的各個電機安裝板(101、102、103)方向均與固定基座成120°角，螺釘連接，可以增大活動平臺的活動范圍；六個直線電機兩兩一對，分三組繞圓周分布。3.根據權利要求1所述的一種六自由度力覺交互設備，其特征在本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種六自由度力覺交互設備，其特征在于：由固定基座(1)、直線電機部分(2)、活動平臺(3)、力傳感器(4)、操作手柄(5)、連桿(6)，滑塊(7)、萬向節(8)、球鉸(9)組成；傳感器一端固定在活動平臺(3)上，另外一端連接操作手柄(5)，用于測量操作者施加的操作力/力矩；共有六條支鏈，每條支鏈由直線電機驅動部分、連桿以及連接關節組成；支鏈部分由以下部件組成：直線電機(2a)、直線電機(2b)、直線電機(2c)、直線電機(2d)、直線電機(2e)、直線電機(2f)；連桿(6a)、連桿(6b)、連桿(6c)、連桿(6d)、連桿(6e)、連桿(6f)；滑塊(7a)、滑塊(7b)、滑塊(7c)、滑塊(7d)、滑塊(7e)、滑塊(7f)；萬向節(8a)、萬向節(8b)、萬向節(8c)、萬向節(8d)、萬向節(8e)、萬向節(8f)；球鉸(9a)、球鉸(9b)、球鉸(9c)、球鉸(9d)、球鉸(9e)、球鉸(9f)。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：宋荊洲，王冠吉，郭帥，白楊，孫漢旭，賈慶軒，
申請(專利權)人：北京郵電大學，
類型：發明
國別省市：