[發(fā)明專利]包含兩個(gè)垂直交錯(cuò)軸的三自由度力反饋手柄

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110265260.1
• 申請(qǐng)日: 2021-03-11
• 公開（公告）號(hào): CN113012516B
• 公開（公告）日: 2022-12-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 周燁康;彭維鋒;唐子涵;謝雨臻;宋愛國(guó)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué)
• 主分類號(hào): G09B9/04
• 分類號(hào): G09B9/04
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司 32206
• 代理人: 周蔚然

1.包含兩個(gè)垂直交錯(cuò)軸的三自由度力反饋手柄，其特征在于：包括底座、手柄螺桿、四個(gè)旋轉(zhuǎn)架、力矩電機(jī)一、力矩電機(jī)二、手柄和控制電路板；所述底座整體為正方形，內(nèi)部設(shè)有若干框架用于安裝力矩電機(jī)一、力矩電機(jī)二與旋轉(zhuǎn)架；底座上方設(shè)有形狀相同的上蓋，上蓋中央留有空洞，用于手柄螺桿伸出；上蓋和底座之間通過螺絲連接，手柄包括拇指指環(huán)、傳動(dòng)齒輪、支架和力矩電機(jī)三，手柄螺桿與手柄活動(dòng)連接，手柄通過手柄螺桿與旋轉(zhuǎn)架連接力矩電機(jī)一和力矩電機(jī)二，拇指指環(huán)通過傳動(dòng)齒輪連接力矩電機(jī)三；四個(gè)旋轉(zhuǎn)架兩兩組合，通過螺栓和螺母連接，兩個(gè)組合的旋轉(zhuǎn)架成90°交錯(cuò)，旋轉(zhuǎn)架的圓弧分別位于上方和下方；旋轉(zhuǎn)架組合體的圓弧中部留有空槽，將手柄螺桿夾在中間；所述手柄螺桿上方套有外螺紋，手柄下方攻內(nèi)螺紋，二者通過螺紋連接；負(fù)責(zé)控制力矩電機(jī)的控制電路板通過安裝支架固定在平臺(tái)上；所述手柄螺桿的桿身中部和底部各有一圈突起，所述突起將兩組旋轉(zhuǎn)架夾在中間，實(shí)現(xiàn)手柄螺桿的上下方向的限位；力矩電機(jī)一與力矩電機(jī)二呈90°固定在底座上；旋轉(zhuǎn)架的端部預(yù)留有與力矩電機(jī)一與力矩電機(jī)二轉(zhuǎn)軸形狀的插口，力矩電機(jī)轉(zhuǎn)軸插入相應(yīng)插口，實(shí)現(xiàn)力矩電機(jī)與旋轉(zhuǎn)架之間的傳動(dòng)；旋轉(zhuǎn)架遠(yuǎn)離力矩電機(jī)的一端通過軸承一設(shè)置在底座上；所述傳動(dòng)齒輪包括錐齒輪一和錐齒輪二，其中，拇指指環(huán)和錐齒輪一通過螺絲連接在一起；錐齒輪一和支架通過軸承連接；力矩電機(jī)三和錐齒輪二相連，力矩電機(jī)三固定在支架上；兩個(gè)錐齒輪之間成90°夾角傳動(dòng)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的包含兩個(gè)垂直交錯(cuò)軸的三自由度力反饋手柄的操控方法，其特征在于：力矩電機(jī)一、力矩電機(jī)二、力矩電機(jī)三內(nèi)置旋轉(zhuǎn)編碼器和控制寄存器，三臺(tái)力矩電機(jī)通過數(shù)據(jù)線與單片機(jī)進(jìn)行連接，單片機(jī)通過USB串口與電腦進(jìn)行連接，電腦經(jīng)過相應(yīng)計(jì)算后得出所需的力反饋，向單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，單片機(jī)控制三臺(tái)力矩電機(jī)提供相應(yīng)力矩；單片機(jī)讀取三臺(tái)力矩電機(jī)的位姿，向電腦發(fā)送數(shù)據(jù)，電腦判斷手柄螺桿的位姿和拇指指環(huán)的角位移通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換即可對(duì)月球車或其他受控對(duì)象進(jìn)行操控；

三臺(tái)力矩電機(jī)內(nèi)的旋轉(zhuǎn)編碼器反映當(dāng)前力矩電機(jī)轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的角度，將相應(yīng)數(shù)據(jù)傳遞給單片機(jī)，單片機(jī)發(fā)送給電腦，電腦判斷出手柄螺桿當(dāng)前的位姿、拇指指環(huán)的角位移；電腦向控制寄存器中寫值，通過不同的數(shù)值使三臺(tái)力矩電機(jī)以不同的方式運(yùn)轉(zhuǎn)；

兩組垂直的旋轉(zhuǎn)架對(duì)手柄螺桿進(jìn)行限位，手柄螺桿在旋轉(zhuǎn)架上的空槽內(nèi)以兩個(gè)成90°交錯(cuò)的方向移動(dòng)，手柄螺桿與旋轉(zhuǎn)架的組合擁有“前后”與“左右”方向的自由度；旋轉(zhuǎn)架上的空槽有控制和力反饋兩個(gè)部分的功能：控制部分：保證手柄螺桿順利沿空槽走向方向運(yùn)動(dòng)而不推動(dòng)旋轉(zhuǎn)架；手柄螺桿沿垂直于空槽的方向運(yùn)動(dòng)時(shí)能推動(dòng)旋轉(zhuǎn)架旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)力矩電機(jī)一或力矩電機(jī)二旋轉(zhuǎn)；力反饋部分：力矩電機(jī)一或力矩電機(jī)二旋轉(zhuǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)架通過空槽的側(cè)面推動(dòng)手柄螺桿，形成力反饋；

傳動(dòng)齒輪的組合將拇指指環(huán)的上下移動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榱仉姍C(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)，使手柄擁有“上下”方向的自由度；傳動(dòng)齒輪有控制和力反饋兩個(gè)部分的功能：控制部分：拇指指環(huán)通過錐齒輪一、錐齒輪二帶動(dòng)力矩電機(jī)三旋轉(zhuǎn)，改變力矩電機(jī)三內(nèi)部編碼器的位置；力反饋部分：力矩電機(jī)三旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過錐齒輪二、錐齒輪一帶動(dòng)拇指指環(huán)，形成力反饋。