[發明專利]一種具有冗余自由度的穿戴式六維力覺交互裝置

無效

• 申請號: 201310278029.1
• 申請日: 2013-07-04
• 公開（公告）號: CN103331746A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 丑武勝;張旭龍;劉永
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B25J3/00
• 分類號: B25J3/00;B25J13/00;B25J13/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明專利涉及一種具有冗余自由度的穿戴式六維力覺交互裝置，冗余自由度的設計能夠很好的實現在人體手臂操作空間中完成工作，并且是一種可以在多種力覺交互環境中使用的通用型設備。?

背景技術

遙操作技術（Teleoperation）是研究遙操作機器人的一個重要概念，遙操作技術是機器人技術中的重要技術，經過多年的發展已經取得了很大的應用。我國從80年代開始進行遙操作機器人系統的研究，并且在863高技術計劃中，將臨場感遙操作技術列為關鍵技術進行研究，取得了階段性的進展。?

力反饋裝置是真正實現人機交互的關鍵，力反饋裝置具有力反饋功能，利用傳感器測量操作人員的位置和姿態，將采集到的數據實時、準確地發送到主控計算機，通過計算將從機器人運動中產生的反饋力發送給力反饋裝置，力反饋裝置根據需要輸出的反饋力大小和方向驅動電機的轉動，將力反饋轉化為機械能，使操作人員能夠感受到力的作用，從而真正的實現了依照人類肢體語言的人機交互。?

現有的力覺交互設備主要為桌面式，并且沒有考慮操作人員長期操作過程中由于手臂懸置而帶來的疲勞，進而客觀上增加操作的錯誤率。所以在考慮設備精度的同時也應該從人體工程學角度考慮對操作人員的影響。?

發明內容

本發明提供一種具有冗余自由度的穿戴式六維力覺交互裝置，是一種通用型的力覺交互設備，也可應用于核聚變反應堆（ITER）項目中各類遙操作維護機器人的控制操作，并將設備檢查過程中的碰撞以力覺反饋的形式通知測試人員。本發明除了滿足一般力覺交互環境的使用，也同時從人體工程學進行了考慮，使操作人員在使用過程中能夠減少疲勞感，同時設備可以通過對肘部自由度的限制和小臂固定機構的拆卸實現將其轉換為常用的力覺交互設備，以適用于更多的工作場合。?

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案：?

本發明設備由Z軸回轉基座、肩關節機械臂、肘關節機械臂、偏置球形腕部握持機構、六維力傳感器和驅動電機六部分組成。所述肩關節機械臂通過轉動副安裝于Z軸回轉基座上，肘關節機械臂安裝于肩關節機械臂末端，偏置球形腕部握持機構固定于肘關節機械臂的一端，六維力傳感器固定于握持機構上，交互裝置的七個自由度通過七組驅動電機分別施加反饋力。操作人員通過偏置球形腕部握持機構實現復雜交互作業。?

本發明的優點與積極效果為：?

1.一款通用型的力覺交互設備。通過小臂關節固定部分的安裝與拆除，可以實現穿戴式和桌面式的力覺交互設備之間的自由轉換。?

2.可實現人手臂和設備的重力補償。考慮操作人員手臂在操作過程中長期處于懸置狀態，會增加操作人員的疲勞程度，從而客觀上增加了操作的失誤率，考慮到較少操作人員疲勞，并且給操作人員帶來舒適性，增加了手臂固定部分的設計可以大大減少人體疲勞感，通過控制算法實現重力補償。?

3.工作空間大。在力覺交互設備的肘部關節部分增加了一個旋轉自由度（冗余自由度），一方面考慮在操作人員穿戴式操作過程中能夠自如的保持人體手臂的姿態，另一方面增加了主手的工作空間，可以很好的實現工作需求。?

4.小臂關節固定部分可調節設計。考慮到不同的用戶的實際情況，將小臂的固定部分進行可以調節的設計，前后兩個固定點的調節和固定位置的整體上下移動，使得不同的用戶都能夠舒適的進行操作?

下面結合附圖和實施例對本發明專利進一步說明。?

圖1為本發明專利的外形結構示意圖?

圖2為本發明專利的正視外形結構示意圖?

圖3為本發明專利的俯視外形結構示意圖?

圖4為本發明專利的左視外形結構示意圖?

圖5為本發明專利的基座部分和肩關節旋轉部分的剖視圖?

圖6為本發明專利的握持部分的剖視圖?

圖7為本發明專利的Z軸回轉基座的分解圖?

圖8為本發明專利的肘關節旋轉部分的分解圖?

圖9為本發明專利的偏置球形腕部握持機構（W）的腕部關節1的分解圖?

圖10為本發明專利的握持桿部分分解圖?

圖11為本發明專利的四個轉盤結構圖?

其中：?

1.平行四桿4?????????2.桿4端封蓋?????????3.平行四桿3?????????4.平行四桿桿1?

5.肩關節法蘭板1?????6.傳動小輪2?????????7.平行四桿桿2???????8.肩關節支撐板1?

9.傳動小輪3?????????10.肩關節轉盤2??????10A.桿2安裝孔???????11.肩關節轉盤1?