[發明專利]完全解耦的平面二自由度并聯機構

有效

• 申請號: 201510066847.4
• 申請日: 2015-02-07
• 公開（公告）號: CN104608134A
• 公開（公告）日: 2015-05-13
• 發明（設計）人: 鞏明德;胡孔明;覃永進;李天旭
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: B25J11/00
• 分類號: B25J11/00
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 齊安全;胡景陽

技術領域

本發明涉及一種實現二自由度平動機構，更確切地說，本發明涉及一種完全解耦的平面二自由度并聯機構。

背景技術

主-從遙操作機器人系統要求操作者能夠進行控制指令連續輸入，并獲得包括力/觸覺在內的反饋信息。作為人機接口設備，力反饋操作裝置承擔著操作者與遙操作機器人系統之間運動與力信息的雙向傳輸任務，一度成為遙操作機器人技術發展的瓶頸。在主從機器人系統中，使用高性能的力反饋操縱裝置可提高臨場感、作業質量和效率。近年來，有多種類型的力(觸)覺反饋交互裝置被研究開發出來，但被廣泛使用的PHANToM力反饋操作器的最大控制剛度僅有1.5N/m左右，難以滿足主從機器人系統的要求。

吉林大學設計的2自由度解耦操作桿式的操作手柄，由于自身的桿式結構，需要足夠大的運動空間來滿足其運動的需要，操作空間狹小將會給其以限制。同時由于自身的慣量和結構間隙均比較大，在靈活性和精度方面尚存不足。

很多學者將Microsoft和Logitech公司設計的用于大型飛行游戲的電控手柄用于遙操作領域。周波等在文獻《用DirectInput實現無線遙控挖掘機器人運動操縱和力反饋》中將DirectInput技術和力反饋操縱手柄(SideWinder?Force?Feedback?Pro?Joystick)應用于無線遙控液壓挖掘機器人，實現挖掘過程中機器人運動操作和挖掘阻力反饋；劉玉芹等在文獻《基于網絡的力覺臨場感的實現》中利用“彈簧-阻尼器”系統模型來描述力，并將其映射到游戲桿上，變成操縱方向的約束力。通過采用微軟公司的帶有力反饋的操縱桿作為力覺提示裝置控制移動機器人小車在非結構化環境下順利運行，驗證了力反饋描述方法的有效性；其他高校和科研單位也有類似研究，他們所使用的全是有變化規律的模擬力，而現實中無規律變化的力會出現的更多，但是這種無規律的力在力模擬系統里尚無任何表述，也就無法在無規律變化情況下使用該類操作桿來充當遙操作的主手。

目前，遙操作主手多是采用并聯機構以保證運動精度，但是轉動自由度在逆解求解過程中，會出現多解的情況，需要我們做進一步的解耦，無形中增加了運算時間，造成了時延問題在普通遙操作領域普遍存在的現狀；同時由于操作桿自身尺寸和慣量較大，力反饋不夠準確，以及操作桿屬于空間操作，對力反饋會產生不利影響等因素，需要設計一款機構來實現操作空間狹小，自身尺寸慣量小，響應速度快的操作手柄。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術存在的運動空間需求較大，自身慣量和結構間隙均較大，響應速度較慢的問題，提供了一種完全解耦的平面二自由度并聯機構。

為解決上述技術問題，本發明是采用如下技術方案實現的：所述的完全解耦的平面二自由度并聯機構包括固定平臺、矮滑塊、高滑塊、長連桿、短連桿與手柄.

矮滑塊安裝在固定平臺上為滑動連接，高滑塊安裝在固定平臺上為滑動連接，手柄位于長連桿與短連桿之間并懸于固定平臺之上，短連桿的右端與矮滑塊轉動連接，短連桿的左端與手柄轉動連接，長連桿的左端與高滑塊轉動連接，長連桿的右端與手柄轉動連接。

技術方案中所述的矮滑塊安裝在固定平臺上為滑動連接是指：矮滑塊安裝在固定平臺上的豎向滑塊槽內為滑動連接；高滑塊安裝在固定平臺上為滑動連接是指：高滑塊安裝在固定平臺上的橫向滑塊槽內為滑動連接。

技術方案中所述的短連桿的短連桿右孔與矮滑塊上的矮滑塊螺栓配合套裝為轉動連接，短連桿的短連桿左孔與手柄上的螺桿的光桿部分配合套裝為轉動連接；長連桿上的長連桿左孔與高滑塊上的高滑塊螺栓配合套裝為轉動連接，長連桿上的長連桿右孔與手柄上的螺桿的光桿部分配合套裝為轉動連接，長連桿的右端與短連桿的左端為上下疊置。

技術方案中所述的固定平臺為圓盤形結構件，固定平臺的頂端設置有安裝矮滑塊的T形的豎向滑塊槽和安裝高滑塊的T形的橫向滑塊槽，豎向滑塊槽和橫向滑塊槽在圓盤形的固定平臺上沿直徑方向貫穿布置，豎向滑塊槽和橫向滑塊槽垂直相交，同時將豎向滑塊槽和橫向滑塊槽相交結合處的4個直角均做2×45°的倒角處理。

技術方案中所述的矮滑塊與高滑塊橫截面為“凸”字形的結構件，皆由螺栓與底座組成，即矮滑塊與高滑塊的上表面的中心分別設置有一個矮滑塊螺栓與高滑塊螺栓，矮滑塊螺栓與高滑塊螺栓頂端設置有螺紋，矮滑塊螺栓與高滑塊螺栓其它部分為矮滑塊螺栓光桿部分與高滑塊螺栓光桿部分，矮滑塊螺栓光桿部分與高滑塊螺栓光桿部分的底端和矮滑塊底座與高滑塊底座的上表面固定連接或連成一體。