[發(fā)明專利]一種繩傳動三自由度遙操作主手

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811248465.3
• 申請日: 2018-10-25
• 公開（公告）號: CN109176497B
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 呂鑫;張洪冬;劉昊;王道臣;吳慶勛;趙開宇
• 申請（專利權(quán)）人: 北京機(jī)械設(shè)備研究所
• 主分類號: B25J9/10
• 分類號: B25J9/10
• 代理公司: 北京天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11386
• 代理人: 侯永帥;田英楠

本發(fā)明涉及一種繩傳動三自由度遙操作主手，屬于要操作技術(shù)領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有遙操作主手慣性較大、成本高昂、不適用于小場景的問題。繩傳動三自由度遙操作主手包括約束支鏈、驅(qū)動支鏈和基座；約束支鏈包括約束連桿和萬向塊，且約束連桿穿過萬向塊，并能夠在萬向塊中滑動；萬向塊與基座形成萬向節(jié)結(jié)構(gòu)；驅(qū)動支鏈設(shè)有至少3組，沿圓周均布陣列在約束支鏈的周圍；驅(qū)動支鏈包括驅(qū)動連桿，驅(qū)動連桿一端與基座通過繩傳動機(jī)構(gòu)鉸接，另一端與約束連桿端部的動平臺鉸接。本發(fā)明提出的三自由度繩傳動遙操作主手，具備大剛度、大輸出力、小質(zhì)量、高位置精度、高響應(yīng)速度等優(yōu)點(diǎn)，加工設(shè)計(jì)簡單，成本低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及遙操作技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種繩傳動三自由度遙操作主手。

背景技術(shù)

力反饋是一種虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，利用機(jī)械結(jié)構(gòu)來表現(xiàn)出虛擬場景中的反作用力，通過力反饋技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙操作，常被應(yīng)用于遠(yuǎn)程手術(shù)和反恐防爆等領(lǐng)域。憑借高動態(tài)響應(yīng)、高剛度、高精度等優(yōu)勢，并聯(lián)機(jī)構(gòu)被廣泛應(yīng)用于遙操作主手。然而在一些場景下，例如遠(yuǎn)程手術(shù)，需要在較小的運(yùn)動范圍下，進(jìn)行精確快速的力反饋控制，現(xiàn)有的遙操作主手采用的并聯(lián)機(jī)構(gòu)由于每條連桿必須采用金屬材料以保證剛性，這種遙操作主手的慣性較大，影響了整個(gè)設(shè)備的相應(yīng)速度、操作流暢度，而為了保證在較高的慣性的情況下也能保證控制精度，加工精度要求非常高，進(jìn)而提高制造成本高，不利于推廣和使用。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種繩傳動三自由度遙操作主手，用以解決現(xiàn)有遙操作主手慣性較大、成本高昂、不適用于小場景的問題。

本發(fā)明的目的主要是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明的技術(shù)方案中，一種繩傳動三自由度遙操作主手，繩傳動三自由度遙操作主手包括約束支鏈、驅(qū)動支鏈和基座；約束支鏈包括約束連桿和萬向塊，且約束連桿穿過萬向塊，并能夠在萬向塊中滑動；萬向塊與基座形成萬向節(jié)結(jié)構(gòu)；驅(qū)動支鏈設(shè)有至少3組，沿圓周均布陣列在約束支鏈的周圍；驅(qū)動支鏈包括驅(qū)動連桿，驅(qū)動連桿一端與基座通過繩傳動機(jī)構(gòu)鉸接，另一端與約束連桿端部的動平臺鉸接。

本發(fā)明的技術(shù)方案中，約束連桿的端部與動平臺固定連接；約束連桿為方桿，萬向塊為方塊，且萬向塊的中央設(shè)有尺寸與約束連桿截面尺寸相同的方形通孔。

本發(fā)明的技術(shù)方案中，萬向塊包括內(nèi)塊和外塊；內(nèi)塊和外塊均為方形框；內(nèi)塊通過與內(nèi)塊側(cè)面垂直的第一軸與外塊轉(zhuǎn)動連接，外塊通過與外塊側(cè)面垂直的第二軸與基座鉸接；第一軸與第二軸互相垂直；約束連桿穿過內(nèi)塊。

本發(fā)明的技術(shù)方案中，繩傳動機(jī)構(gòu)包括：電機(jī)、電機(jī)座、第一繩輪和第二繩輪；

電機(jī)固定安裝在電機(jī)座上；電機(jī)座與基座固定連接；第一繩輪通過繩輪軸與電機(jī)座轉(zhuǎn)動連接，且繩輪軸與電機(jī)輸出軸平行；第一繩輪的外緣與驅(qū)動連桿鉸接；

第二繩輪與電機(jī)的輸出軸固定連接；第一繩輪的外緣和第二繩輪的外緣設(shè)有鋼絲繩，且第二繩輪通過鋼絲繩帶動第一繩輪轉(zhuǎn)動。

本發(fā)明的技術(shù)方案中，第一繩輪為半圓輪，繩輪軸固定在第一繩輪的圓心處；第一繩輪的圓周側(cè)面設(shè)有內(nèi)凹的繩槽，直徑側(cè)面設(shè)有2個(gè)緊固機(jī)構(gòu)；

第二繩輪為圓輪，電機(jī)與第二繩輪的圓心處固定；第二繩輪的圓周側(cè)面設(shè)有內(nèi)凹的繩槽；

鋼絲繩纏繞第二繩輪，并跨過第一繩輪的圓周側(cè)面，且鋼絲繩兩端分別與緊固機(jī)構(gòu)固定連接。

本發(fā)明的技術(shù)方案中，電機(jī)上設(shè)有第一角度傳感器，用來測量電機(jī)的轉(zhuǎn)角；

繩輪軸上設(shè)有第二角度傳感器，用來測量繩輪軸轉(zhuǎn)動的角度；

第二角度傳感器通過傳感器座與電機(jī)座固定連接。

本發(fā)明的技術(shù)方案中，驅(qū)動連桿為碳纖維桿，兩端均固定安裝有轉(zhuǎn)動鉸機(jī)構(gòu)；