[發明專利]兩自由度力覺交互設備

無效

• 申請號: 200910237798.0
• 申請日: 2009-11-19
• 公開（公告）號: CN101719002A
• 公開（公告）日: 2010-06-02
• 發明（設計）人: 劉冠陽;周墨淵;張玉茹;郭衛東;盧可可
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G05G9/047
• 分類號: G05G9/047
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

技術領域：

本發明涉及一種兩自由度力覺交互設備，具體的說是一種方向控制器。

技術背景：

日常生活中人們去操縱各種機械設備時，會用到許多各種各樣的控制器，最常見的要 數開關和按鈕。除此之外駕駛汽車時要用到方向盤，駕駛輪船會用到舵盤，駕駛飛機時則 要用到駕駛桿，操縱工程機械時會用到操縱桿。這些方向控制器均為一自由度或二自由度 機構，然后通過機械傳動或液壓傳動將控制信號傳遞給轉向機構，從而改變方向。

由于機械和液壓傳動的滯后以及控制的精確度不高，某些方向控制器在沒有助力的情 況下操縱困難，方向控制器的信號傳遞方式逐漸地被電氣傳動取代，但傳統的電氣傳動只 是單方向將控制信號傳遞給執行機構，卻無法將執行機構所處狀態反饋到操縱端，提供給 操縱者，以便作出正確的操作。

隨著機械和電子技術、計算機技術的發展，各種學科交叉融合，形成了許多新興技術。 人機交互技術就是其中之一。人機交互技術主要研究如何更好地實現人與機器的交流溝通。 引入人機交互技術，將機械、液壓傳動和電氣傳動的優點結合起來，不僅可以將操縱者的 操作轉化為電信號輸出給轉向機構，而且同時可以將執行機構的狀態信號轉化為力覺信號 傳遞給操作者，幫助操作者更好的完成方向控制。

發明內容：

本發明的目的是提供一種兩自由度力覺交互設備，能夠模擬真實環境下操縱機械設備 的感受，同時輸出操作者的控制信號。

本發明一種兩自由度力覺交互設備，包括水平轉動關節和豎直轉動關節兩部分；

該豎直轉動關節，包括：

一基座，包括一底板及分別固定在底板兩端的卡具，該卡具均是由U形零件與大螺釘 螺紋配合構成；

一豎直實心軸，穿過底板上的圓孔，與底板固連；在豎直實心軸的頂端和下部各套有 一個深溝球軸承；所述的深溝球軸承的內圈與豎直實心軸間采用過渡配合；該豎直實心軸 的頂端面上固定有一擋片，以頂住深溝球軸承內圈端面，防止其上下竄動。

一豎直空心軸，其兩端的凹槽分別與所述深溝球軸承的外圈過渡配合；

一直流電機，其上端的軸穿過底板的通孔，并豎直固定在底板上，該直流電機的末端 通過一法蘭及一彈性聯軸器與一旋轉編碼器相連，使直流電機轉軸和旋轉編碼器轉軸可同 步轉動。

一減速機構，包括一大傳動輪及一小傳動輪，該小傳動輪，固定在直流電機上端的軸 上，該大傳動輪與豎直空心軸固連，并通過鋼絲繩與小傳動輪傳動；

另外，在大傳動輪上對應于底板凹槽位置的螺紋孔中擰入一顆定位螺釘，便可與底板 組成限位。

該水平轉動關節，包括：

一支撐板，通過其上的通孔與豎直轉動關節中的豎直空心軸連接。

兩支架，即一左支架、一右支架，分別固定于支撐板的左右兩側；兩支架上的通孔內 安放有一個深溝球軸承，并于兩支架的外側對應該深溝球軸承的端面處各固定一端蓋。

一水平空心軸，以過渡配合套入深溝球軸承的內圈，并以軸肩頂住深溝球軸承的一側 端面從而定位。

一減速機構，包括一大傳動輪及一小傳動輪，該大傳動輪與水平空心軸固連，

兩操作手柄，分別固定在水平空心軸兩端，它們結構相同，均由手柄盒及手柄蓋組成， 手柄盒內有凹槽，蓋上手柄蓋后便形成空腔，該兩操作手柄內的空腔與水平空心軸的空腔 相通；其中，操作手柄上各開有兩個方孔和一個圓孔分別用來安放兩個按鍵開關和一個光 電開關，開關引線便可通過空腔穿入水平空心軸內，然后從水平空心軸中部穿出，接入控 制系統。

一直流電機，通過電機支架水平安裝在支撐板上，減速機構中的小傳動輪固定在電機 前軸上，電機后軸通過一法蘭及一彈性聯軸器與一旋轉編碼器相連。

另外水平空心軸上對應右支架切口位置的螺紋孔中擰入一顆定位螺釘，便可與右支架 組成限位。

本發明一種兩自由度專用力覺交互設備，其優點及功效在于：該設備結構簡單，不僅 可以將操作者的控制信號精確檢測到并傳遞給執行機構，同時可以將執行機構的反饋信號 精確地傳遞給操縱者。

附圖說明：

圖1是交互設備的的系統結構圖，圖2是交互設備另一個角度的結構圖；

圖3是豎直轉動關節的系統結構圖，圖4是豎直轉動關節的爆炸視圖；