并聯三自由度力反饋手柄的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于機器人領域，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】
[0002]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。
[0003]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】
[0004]本發明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。
[0005]本發明的實現方案是:
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。
[0006]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。
[0007]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。
[0008]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。
[0009]本發明的有益效果是:
本發明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】
[0010]圖1是本發明的總體結構主視圖圖2是本發明的總體結構俯視圖
圖3是本發明的動平臺正視圖(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】
[0011]下面結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。
[0012]本發明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)分別沿定平臺(7)圓周均勻分布。
[0013]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。
[0014]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。
[0015]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。
[0016]所述動平臺(2)為正三角形，三個邊通過連桿軸承B (5)與三套平行四邊形機構
(4)連接。操作手柄(1)固定在動平臺(2)中心，頂部安裝一個鎖定按鍵(19)。動平臺(2)底部安裝有歸零導桿(22)，底座前部中心位置設置導槽(20)。動平臺(2)中部偏下位置安裝有微動開關(21)，微動開關(21)下沿與動平臺(2)下沿保持平齊。
[0017]以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進或變形，這些改進或變形也應視為本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種并聯三自由度力反饋手柄包括底座、定平臺、齒輪機構、三套曲面連桿、三套平行四邊形連桿、動平臺、操作手柄和控制電路板，所述底座為圓環形狀，與定平臺使用支撐塊呈90°夾角固定，定平臺上安裝三個支架用于固定電機和曲面連桿，曲面連桿與齒輪A同軸，齒輪B與齒輪A嚙合，套接在電機輸出軸上，曲面連桿另一端與平行四邊形連桿連接，所述動平臺三個鉸接點是通過連接軸承與平行四邊形連桿相連，球形操作手柄固定在定平臺中心位置。2.根據權利要求1所表述的并聯三自由度力反饋手柄，其特征是:齒輪機構是由齒輪A和齒輪B嚙合而成——齒輪A與曲面連桿同軸，使其安裝在定平臺支架上；齒輪B套接在電機輸出軸上。3.根據權利要求2所表述的并聯三自由度力反饋手柄，其特征是:電機采用直流電機，其尾部輸出軸安裝增量式編碼器。4.根據權利要求1所表述的并聯三自由度力反饋手柄，其特征是:定平臺為環形結構，邊緣設有沿圓周均勻分布的三個橢圓孔，而用于固定電機和曲面連桿的三組支架分布在環形定平臺的橢圓孔內側，電機線纜穿過橢圓孔連到控制電路板上。5.根據權利要求1所表述的并聯三自由度力反饋手柄，其特征是:在曲面連桿采用軸承連接到定平臺支架上，外圓弧輪廓設計成不完全齒輪并與電機輸出端軸齒輪相嚙合。6.根據權利要求1所表述的并聯三自由度力反饋手柄，其特征是:平行四邊形由兩根長桿和兩根短桿組成，短桿通過軸承和銷軸與長桿連接形成平行四邊形，兩側短桿通過軸承分別連接曲面連桿和動平臺連接。7.根據權利要求1所表述的并聯三自由度力反饋手柄，其特征是:定平臺底部安裝微動開關和復位導桿，與之對應的底座放置有復位導槽。
【專利摘要】本發明公開了一種并聯三自由度力反饋手柄，其結構包括底座、定平臺、齒輪機構、曲面連桿、平行四邊形連桿、動平臺、操作手柄和控制電路板；操作手柄固定在動平臺中心位置；動平臺的三條邊通過軸承和三組平行四邊形連桿連接；平行四邊形連桿通過軸承和軸銷與曲面連桿連接；曲面連桿通過轉動軸承連接在定平臺上，且其轉動軸承與齒輪A同軸；齒輪A與套接在電機輸出軸的齒輪B向嚙合；帶有編碼器的電機通過安裝支架安裝在定平臺上。本發明用于并聯三自由度力反饋手柄，結構簡單、解算容易、便于加工。
【IPC分類】B25J9/00, B25J13/02
【公開號】CN105415350
【申請號】CN201610002182
【發明人】賈琪, 羅文豹, 李紹安
【申請人】武漢穆特科技有限公司
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2016年1月6日