[發明專利]三自由度平動力反饋手控器

有效

• 申請號: 201310412329.4
• 申請日: 2013-09-11
• 公開（公告）號: CN103433921A
• 公開（公告）日: 2013-12-11
• 發明（設計）人: 宋荊洲;孫漢旭;賈慶軒;白楊;高榮
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: B25J9/08
• 分類號: B25J9/08;B25J9/16;B25J13/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種具有三自由度平動的力反饋手控器，主要用于空間機器人和虛擬現實遙操作領域，能夠測量三個方向的位移，再現虛擬環境中物體之間的接觸力。

背景技術

力反饋手控器又稱力覺交互裝置，一般用于機器人遙操作、虛擬現實、自然交互界面設計等方面。在遙操作中，操作員在本地端通過了解從端信息(視覺、力覺)從而做出決策，并通過操縱手控器來控制遠端的機械臂(從手)運動。

目前適用于遙操作的交互裝置有位置跟蹤器、光學跟蹤儀、力反饋手控器、外骨骼遙操作主手等。采用位置跟蹤器識別人體動作，主要是將位置跟蹤器分布在人體的運動部位，該方法優點是質量輕，使用方便、舒適度高，有利于長時間操作，但容易受電磁環境的干擾，而且不能施加力反饋；對于光學跟蹤器來說，容易受到障礙物的阻擋，不適合用于狹小的環境，不能施加反饋力；外骨骼由于其可穿戴性，能較為方便的獲得人的膚體動作參數，但尺寸龐大，過于笨重。

本發明針對三個方向的平移運動，設計三自由度力反饋手控器，平面兩自由度的運動與豎直方向的運動串聯，通過鋼絲繩和滑輪將豎直方向的電機旋轉運動轉換為直線運動；工作空間大，剛度較好，控制方法簡單有效，操作方便。

發明內容

本發明的主要目的是提供一種三自由度力覺交互裝置，能夠測量三個方向位移，并模擬虛擬環境中物體之間的接觸力矩。

所述的三自由度轉動力反饋手控器，主要由豎直運動部分（4）與平面運動部分（5）組成；

豎直運動部分(4)，主要通過滑輪將電機的旋轉運動轉換為直線導軌的線性運動，配重用于減小豎直方向的電機受力。。

平面運動部分(5)，如圖4所示，平面兩自由度運動機構以直線導軌的滑塊為基座。AOFG為基座，與豎直運動的滑塊固連。OABCDEF為平面六桿機構。A、F處安裝有驅動元件；AB、EF為近端驅動桿；BC、DE為遠端隨動桿；CDJK為動平臺，安裝有六維力/力矩傳感器和操作手柄。六維力/力矩傳感器帶有自己的坐標系，為了使之檢測到三個分力方向與平移運動的方向保持一致，需要保持末端動平臺CDJK實現平移運動，因此需要附加兩個平行四邊形保持架EFGH與DEIJ。如圖4所示，由于CD邊始終平行于AOF，CD中點P₃處做平行線，P₂P₃//BC，P₃P₄//DE，P₁P₂//AB，P₄P₅//EF可以將平面機構簡化為五桿機構，即圖4中虛線所示簡圖。

附圖說明

圖1是三自由度平動手控器的結構圖

圖2是三自由度平動手控器的平面運動部分結構圖

圖3是三自由度平動手控器的豎直運動部分結構圖

圖4是三自由度平動手控器的平面運動部分示意圖

圖5是三自由度平動手控器豎直方向的張緊裝置示意圖

圖6是三自由度平動手控器的平面運動部分桿件限位分析圖

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進行進一步說明。