[實(shí)用新型]力反饋三自由度手控器的機(jī)構(gòu)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200820041156.4
• 申請(qǐng)日: 2008-07-24
• 公開（公告）號(hào): CN201224104Y
• 公開（公告）日: 2009-04-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋愛國;胡相利;崔建偉;胡曉晶;李會(huì)軍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J13/02
• 分類號(hào): B25J13/02
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司
• 代理人: 陸志斌

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型是一種三自由度的力反饋手控器的機(jī)構(gòu)，尤其是一種應(yīng)用于機(jī)器人控制的人機(jī)接口裝置中的通用型異構(gòu)式力反饋手控器機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)

隨著交互式遙操作機(jī)器人的廣泛應(yīng)用，將需要大量的具有力覺反饋?zhàn)饔玫娜藱C(jī)接口裝置。數(shù)據(jù)手套和機(jī)器人手控器是兩種常見的遙操作機(jī)器人的人機(jī)接口裝置，由于數(shù)據(jù)手套無法測(cè)量人手臂關(guān)節(jié)的變化，并且缺乏有效的力覺反饋，因此，機(jī)器人手控器是實(shí)現(xiàn)遙操作機(jī)器人控制的最有效的人機(jī)接口裝置，它一方面通過測(cè)量操作者手部的位置信息作為控制指令控制機(jī)械手或者虛擬現(xiàn)實(shí)中的虛擬機(jī)械手跟蹤人手的運(yùn)動(dòng)，另一方面，將機(jī)器人反饋回來的力覺和觸覺信息轉(zhuǎn)換成直接作用于人手的力或力矩，使操作者產(chǎn)生在遠(yuǎn)地機(jī)器人工作現(xiàn)場(chǎng)或虛擬機(jī)器人工作現(xiàn)場(chǎng)的“身臨其境”的力覺/觸覺臨場(chǎng)感效果，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人帶感覺的控制，或者在虛擬環(huán)境中產(chǎn)生真實(shí)的觸摸感受。機(jī)器人手控器可以分為同構(gòu)式和異構(gòu)式兩種，現(xiàn)有的手控器大都是同構(gòu)式，同構(gòu)式手控器與遠(yuǎn)地機(jī)械手具有相同的結(jié)構(gòu)和自由度，采取關(guān)節(jié)——關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)方式。機(jī)器人同構(gòu)式手控器雖然控制簡(jiǎn)單，但其只能用于特定型號(hào)的機(jī)器人控制，缺少通用性。因此，通用型的手控器都采用和機(jī)器人結(jié)構(gòu)不同的異構(gòu)方式，現(xiàn)有的異構(gòu)式手控器有筆形操作桿結(jié)構(gòu)、并聯(lián)結(jié)構(gòu)、串/并聯(lián)混合結(jié)構(gòu)、一體化的閉鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)和基于Delta機(jī)構(gòu)的異構(gòu)式手控器。前四種異構(gòu)式手控器的缺點(diǎn)在于存在著無法克服的平動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)之間的運(yùn)動(dòng)耦合和力的耦合，后一種基于Delta機(jī)構(gòu)的異構(gòu)式手控器缺點(diǎn)在于工作空間小，無法克服重力的影響，并且控制復(fù)雜。

技術(shù)內(nèi)容

技術(shù)問題本實(shí)用新型提供了一種有利于提高測(cè)量精度的力反饋三自由度手控器的機(jī)構(gòu)，該裝置操作輕便，慣性小，重力自平衡，無重力干擾。

技術(shù)方案一種力反饋三自由度手控器的機(jī)構(gòu)，由菱形連桿機(jī)構(gòu)組件、手部機(jī)構(gòu)、配重、支架、手柄連接件和配重連接件組成。菱形連桿機(jī)構(gòu)組件包括第一組菱形連桿機(jī)構(gòu)、第二組菱形連桿機(jī)構(gòu)和第三組菱形連桿機(jī)構(gòu)。第二組菱形連桿機(jī)構(gòu)和第三組菱形連桿機(jī)構(gòu)相互平行，第一組菱形連桿機(jī)構(gòu)與上述第二、三組菱形連桿機(jī)構(gòu)垂直。并且，以第二、三組菱形連桿機(jī)構(gòu)所在平面或與之平行的平面為XOZ坐標(biāo)平面，以第一組菱形連桿機(jī)構(gòu)所在平面或與之平行的平面為XOY坐標(biāo)平面，以與XOZ坐標(biāo)平面及XOY坐標(biāo)平面相垂直的平面為YOZ平面。在第一組菱形連桿機(jī)構(gòu)和第二組菱形連桿機(jī)構(gòu)上分別設(shè)有圍繞Y軸旋轉(zhuǎn)的1維自由度萬向節(jié)、圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)的1維自由度萬向節(jié)，并且第一組菱形連桿機(jī)構(gòu)通過圍繞Y軸旋轉(zhuǎn)的1維自由度萬向節(jié)與第一力矩反饋電機(jī)的輸出軸連接，第二組菱形連桿機(jī)構(gòu)通過圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)的1維自由度萬向節(jié)與第二力矩反饋電機(jī)的輸出軸連接，第一力矩反饋電機(jī)的基座及第二力矩反饋電機(jī)的基座分別與支架連接。在第三組菱形連桿機(jī)構(gòu)與支架之間設(shè)有圍繞Y軸和Z軸旋轉(zhuǎn)的2維自由度萬向節(jié)，所述的圍繞Y軸旋轉(zhuǎn)的1維自由度萬向節(jié)、圍繞Z軸旋轉(zhuǎn)的1維自由度萬向節(jié)及圍繞Y軸和Z軸旋轉(zhuǎn)的2維自由度萬向節(jié)處于同一平面內(nèi)且該同一平面與YOZ平面平行。在菱形連桿機(jī)構(gòu)組件中的任一菱形連桿機(jī)構(gòu)上設(shè)有第三力矩反饋電機(jī)，第三力矩反饋電機(jī)的基座與組成菱形連桿機(jī)構(gòu)的一根菱形連桿連接，第三力矩反饋電機(jī)的輸出軸與組成菱形連桿機(jī)構(gòu)的另一根菱形連桿連接，且用于設(shè)置第三力矩反饋電機(jī)的菱形連桿機(jī)構(gòu)中的兩根菱形連桿相鄰。菱形連桿機(jī)構(gòu)組件中的任一菱形連桿機(jī)構(gòu)的兩端分別連接有圍繞Z軸和Y軸旋轉(zhuǎn)的2維自由度萬向節(jié)且分別與圍繞Z軸和Y軸旋轉(zhuǎn)的2維自由度萬向節(jié)的一端連接。位于菱形連桿機(jī)構(gòu)一端的圍繞Z軸和Y軸旋轉(zhuǎn)的3個(gè)2維自由度萬向節(jié)的另一端與配重連接件的一側(cè)連接，配重連接件的另一側(cè)與配重連接。位于菱形連桿機(jī)構(gòu)另一端的圍繞Z軸和Y軸旋轉(zhuǎn)的3個(gè)2維自由度萬向節(jié)的另一端與手柄連接件的一側(cè)連接，手柄連接件的另一側(cè)與手部機(jī)構(gòu)連接。