[發明專利]一種異構式機器人手控器四自由度手部轉動裝置

有效

• 申請號: 201510920943.0
• 申請日: 2015-12-14
• 公開（公告）號: CN105345837B
• 公開（公告）日: 2017-03-22
• 發明（設計）人: 崔建偉;宋愛國;宗玉杰;蔡巖松;陳盼;胡靜;李程程;桑鵬程
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: B25J15/08
• 分類號: B25J15/08;B25J9/12
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙)32249
• 代理人: 楊曉玲

技術領域

本發明涉及一種手部轉動裝置，具體來說，涉及一種異構式機器人手控器四自由度手部轉動裝置。

背景技術

目前，通用型異構式機器人手控器常用的有基于Delta機構的異構式機器人手控器上的球形手部轉動機構。三自由度并聯機構主要由基板、電機罩、旋轉軸、主機械臂、副機械臂、抓具中心等組成,可以完成上下、左右、前后等動作，但由于機構原因，一個方向的運動會引起另外兩個的運動，所以會產生耦合。該機構一方面結構較為復雜，不利于運動和力的解算；另一方面，使用者在操作這種球形轉動機構時，需要克服重力的影響。這就給使用者帶來不便，特別在需要提供力反饋功能時，會給操作者帶來力覺干擾。此外，通用型機器人末端一般都需要一個自由度，來完成抓取或者鉆取任務。這種機構無法直接控制末端的抓取運動，必須通過額外的開關量按鈕來實現，而且無法通過力反饋感知末端抓取力的大小。

發明內容

技術問題：本發明所要解決的技術問題是：提供一種異構式機器人手控器四自由度手部轉動裝置，該裝置可以提高手控器測量精度。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明實施例采用如下的技術方案：

一種異構式機器人手控器四自由度手部轉動裝置，該手部轉動裝置包括第一轉動件、第二轉動件、第三轉動件、第四轉動組件、第一支架、第二支架、第三支架、第一帶輪和第二帶輪；第一轉動件的轉軸穿過第一支架，與第一帶輪固定連接，第二支架與第二帶輪通過轉軸連接，且該轉軸穿過第一支架，第一帶輪和第二帶輪位于第一支架的同側，且第一帶輪和第二帶輪通過皮帶連接；第二轉動件的兩端穿過第二支架相對的兩側；第二轉動件連接在第二支架上；第二轉動件上套裝有軸套，軸套固定連接在第二轉動件上；第三轉動件連接在軸套上，第三支架與第三轉動件固定連接；第四轉動組件連接在第三支架上。

作為優選方案，所述的第四轉動組件包括U形槽、第四轉動件和扳手，第四轉動件的兩端連接在U形槽相對的兩側，且第四轉動件可繞第四轉動件的軸線轉動；扳手固定連接在第四轉動件上。

作為優選方案，所述的第一轉動件的軸線和第四轉動件的軸線相互平行；第二轉動件的軸線和第三轉動件的軸線相互垂直；第一轉動件的軸線和第四轉動件的軸線所在的平面與第二轉動件的軸線和第三轉動件的軸線所在的平面相互垂直。

作為優選方案，所述的第一帶輪的直徑和第二帶輪的直徑相等。

作為優選方案，所述的扳手呈彎折狀。

作為優選方案，所述的第一轉動件、第二轉動件、第三轉動件和第四轉動件的結構相同，分別包括直流電機、減速器和光電編碼器，光電編碼器連接在直流電機的輸入軸上，減速器安裝在直流電機的輸出軸上。

有益效果：與現有技術相比，本發明實施例具有以下有益效果：

（1）本發明采用三軸轉動技術，三個轉動之間相互垂直，不會發生運動的耦合。同時該轉動機構直接安裝在異構式手控器三維平動機構的末端，將三維平動機構與三維轉動機構通過串聯機構相組合，這樣便于運動的解算，同時也提高了精度。

（2）整個轉動裝置的重量通過手控器的配重來平衡，操作者在使用過程中不會受到轉動裝置自身重力的影響，尤其是在提供力反饋的情況下，不會對操作者產生干擾。本發明結構輕便、靈活，便于使用者手握操作，而且比較符合人手部腕關節的活動習慣，操作非常方便，是一種通用型異構式機器人手控器的手部轉動機構。

（3）本發明在轉動部件中采用了傳動機構，通過帶輪傳動將第一帶輪的轉動通過第二帶輪的轉動來實現。這樣做的目的是將第一轉動件的電機安裝在轉動裝置的正面，便于轉動裝置在手控器平動機構上的安裝，避免了第一轉動件的電機對平動機構的干擾。

（4）本發明考慮到了控制機器人末端抓取任務，在手握部分的食指位置，增加了一個類似于扳機的轉動部件，即第四轉動組件。該部件也具有直流電機、減速器、編碼器等。這樣通過食指的轉動角度就可以直接控制機器人手爪的角度，還能通過電機提供的力反饋感受末端抓取力的大小。相比于以往的手控器末端抓取僅僅提供一個開關量信號，本發明在控制精度上有很大提高。

（5）相比較以往手控器手指轉動部件，本發明將主要力集中在手握部分，即第三轉件的位置，便于食指準確的感知力的大小。本發明實施例中，當扳動扳手時，對應機械臂末端實現抓取動作。扳動扳手時，手指對扳手施加水平力，減少手重力帶來的影響。是的