[實用新型]并聯三自由度力反饋手柄

有效

• 申請號: 201620003995.1
• 申請日: 2016-01-06
• 公開（公告）號: CN205272003U
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發明（設計）人: 賈琪
• 申請（專利權）人: 武漢穆特科技有限公司
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J13/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型屬于機器人領域，涉及一種具有力反饋功能的并聯三自由度操作手柄。

背景技術

機器人技術廣泛應用于生產制造、航空航天、醫療器械等領域，這些領域對機器人柔性操作提出了很高要求。具有力反饋功能的操作手柄可用于太空機器人遙操作領域，協助地面站工作人員完成空間站設備檢修、更換等太空任務；可用于核電站輻射區完成機器人更換輻射燃料；可用于醫療機器人領域，協助醫生完成微創介入手術或遠程手術。

虛擬現實技術和增強現實技術是當前世界的前沿技術，虛擬現實中傳遞的力通過力反饋設備表現出來，可以使操作者感受到虛擬現實的力。我國在這方面的技術基本處于實驗室研發階段。

發明內容

本實用新型的目的是提供一種結構簡單、解算容易的并聯三自由度力反饋手柄，用于對柔性操作有較高要求的機器人應用領域，實現太空、醫療、深海和特殊工作場合機器人遙操作控制。

本實用新型的實現方案是：

并聯三自由度力反饋手柄，包括操作手柄、動平臺、平行四邊形連桿、曲面連桿、定平臺、底座和控制電路板。

所述的操作手柄為球形，上部裝有一個凹形按鍵；操作手柄固定在動平臺一側的中心位置。動平臺是一個類正三角形平臺，三個長邊裝有三個軸套，與三組平行四邊形連桿相連。平行四邊形另一側通過軸承與曲面連桿連接。曲面連桿與定平臺使用軸承連接，同時與齒輪A同軸，齒輪A與裝在電機輸出軸的齒輪B嚙合。

定平臺還安裝有3組帶有增量式編碼器的電機和控制電路，并且卡在底座上，與底座保持固定連接，底座前部上安裝有2個LED指示燈和2個按鈕。

控制電路安裝在定平臺背部，設計有電機驅動、編碼器讀取、模式切換和上位機通信模塊，主控制芯片定時向上位機發送位置和狀態，同時接收命令。控制電路與上位機的通信接口有CAN、RS232等。

本實用新型的有益效果是：

本實用新型是并聯三自由度力反饋手柄，通過三組帶有編碼器的電機可以精確檢測到三組連桿的位置，進而解算得到操作手柄的位置，將操作手柄位置移動反饋給上位機用于控制機器人運動。電機工作在力矩模式，控制操作手柄處于重力補償狀態能夠實現“懸停”，也可以使操作者能夠感受到虛擬力的反饋。

附圖說明

圖1是本實用新型的總體結構主視圖

圖2是本實用新型的總體結構俯視圖

圖3是本實用新型的動平臺正視圖（此圖中為去除操作手柄圖）

其中，1、操作手柄，2、動平臺，3、連桿軸承A，4、平行四邊形連桿，5、連桿軸承B，6、曲面連桿，7、定平臺，8、齒輪B，9、電機，10、控制電路板，11、連桿支架，12、支撐塊，13、底座，14、軸銷，15、齒輪A，16、LED指示燈，17、控制按鍵，18、轉動軸承，19、鎖定按鍵，20、導槽，21、微動開關，22、歸零導桿。

具體實施方式

下面結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。

本實用新型提供一種并聯三自由度力反饋手柄包括底座（13）、定平臺（7）、齒輪機構（8、15）、三套曲面連桿（6）、三套平行四邊形連桿（4）、動平臺（2）、操作手柄（1）、和控制電路板（10）。底座（13）為圓環形狀，前端左側安裝有兩個控制按鍵（17）和兩個LED指示燈（16），定平臺（7）與底座（13）通過支撐塊（12）連接固定，呈90°夾角。所述的定平臺（7）為環形，邊緣設有三個橢圓孔沿圓周均勻分布，且三個電機（9）和三套齒輪機構（8、15）分別沿著定平臺（7）圓周均勻分布。

進一步的，齒輪機構是套接在電機（9）輸出軸的齒輪B（8）和與曲面連桿（6）與定平臺（7）同軸的齒輪A（15）嚙合而成。定平臺（7）背面使用螺釘將控制電路板（10）安裝在其上面。

所述曲面連桿（6）通過轉動軸承（18）連接在連接支架（11）上，且轉動軸承（18）與齒輪A（15）同軸。連接支架（11）使用螺釘固定在定平臺（7）上。齒輪B（8）與齒輪A（15）嚙合，并套接在電機（9）輸出軸上。

所述平行四邊形連桿（4）由兩根長連桿和兩根短連桿組成，使用連桿軸承A（3）和軸銷（14）連接。一端短連桿中部套接曲面連桿軸承B（5），穿過曲面連桿（6）連接端孔與之連接；另一端短連桿中部套接曲面連桿軸承B，穿過動平臺（2）連接端孔與之連接。