CN104842342B - 并联式六维力反馈装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种并联式六维力反馈装置，包括操作台、固定台和连接于操作台与固定台之间的三条支链，其特征在于：每条支链均包含上连杆、下连杆、槽型转动块、U型转动块和十字支座，其中上连杆的一端通过球铰与操作台连接，其另一端通过第一转动副与下连杆的一端连接，下连杆的另一端通过第二转动副与U型转动块的中部连接，U型转动块的两端通过第三转动副与十字支座连接，下连杆的中部为圆柱形结构，通过圆柱面‑平面高副与槽型转动块连接，槽型转动块的两端通过第四转动副与十字支座连接。本发明通过第二主力矩电机和第一主力矩电机分别驱动槽型转动块和U型转动块，通过补偿力矩电机控制上连杆和下连杆的夹角，实现操作台上的精确六维力输出。

Description

并联式六维力反馈装置
技术领域
本发明属于制造技术领域，具体是涉及一种并联式六维力反馈装置。
背景技术
六维力反馈装置能够让操作者感受到执行端六维力和力矩的操作器，能够让操作者有更好的空间感受和更强的真实感，六维力反馈装置应具有结构简洁紧凑、运动空间大、运动惯量小、灵巧度好等特点。
北京邮电大学宋荆洲等研制了六自由度力反馈手控器，该操作器的驱动器固定在机架，运动惯量小，但是结构不够简洁紧凑，并且由于直线电机的布置位置限制了操控器的运动范围，导致操作器运动空间小。北京航空航天大学张玉茹等研制了一种新型的六自由度力反馈装置，华南理工大学肖南峰设计了具有力感觉的六自由度操作器，其运动部分均安装有驱动装置，因此运动惯量大，运动性能较差。
尽管国内外有许多学者研究六维力反馈装置，但是实际中由于应用领域不同，因此需要选择的结构也有很大差别，各项性能指标尚需进一步提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构紧凑、运动空间大、运动惯量小的并联式六维力反馈装置。其技术方案为：
一种并联式六维力反馈装置，包括操作台、固定台和连接于操作台与固定台之间的三条支链，其特征在于：每条支链均包含一个上连杆、一个下连杆、一个槽型转动块、一个U型转动块和一个十字支座，其中上连杆的一端通过球铰与操作台连接，其另一端通过第一转动副与下连杆的一端连接，下连杆的另一端通过第二转动副与U型转动块的中部连接，U型转动块的两端通过第三转动副与十字支座连接，下连杆的中部为圆柱形结构，通过圆柱面-平面高副与槽型转动块连接，槽型转动块的两端通过第四转动副与十字支座连接，第四转动副的转动轴线与圆柱面-平面高副的运动副元素平面平行，下连杆下端的第二转动副、U型转动块两端的第三转动副和槽型转动块两端的第四转动副的转动轴线相交于同一点，十字支座与固定台固接。本发明通过第二主力矩电机和第一主力矩电机分别驱动槽型转动块和U型转动块，通过补偿力矩电机控制上连杆和下连杆的夹角，实现操作台上的精确六维力输出。
所述的并联式六维力反馈装置，三条支链关于固定台的垂直于其上平面的几何轴线均布，下连杆下端的第二转动副和U型转动块两端的第三转动副的转动轴线互相垂直，槽型转动块两端的第四转动副和U型转动块两端的第三转动副的转动轴线互相垂直。
本发明与现有技术相比，其优点为：（1）结构紧凑，工作空间大；（2）主力矩电机安装在固定台上，运动惯量小；（3）采用补偿力矩电机进行六维力的微量补偿，易于实现精确力控制。
附图说明
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是本发明实施例的局部结构示意图。
图中：1、操作台 2、球铰 3、上连杆 4、补偿力矩电机 5、第一转动副 6、下连杆 7、第二主力矩电机 8、第一主力矩电机 9、固定台 10、圆柱面-平面高副 11、第二转动副 12、槽型转动块 13、第四转动副 14、U型转动块 15、第三转动副 16、十字支座。
具体实施方式
每条支链均包含一个上连杆3、一个下连杆6、一个槽型转动块12、一个U型转动块14和一个十字支座16，其中上连杆3的一端通过球铰2与操作台1连接，其另一端通过第一转动副5与下连杆6的一端连接，补偿力矩电机4与第一转动副5同轴安装，下连杆6的另一端通过第二转动副11与U型转动块14的中部连接，U型转动块14的两端通过第三转动副15与十字支座16连接，第一主力矩电机8与第三转动副15同轴安装，下连杆6的中部为圆柱形结构，通过圆柱面-平面高副10与槽型转动块12连接，槽型转动块12的两端通过第四转动副13与十字支座16连接，第二主力矩电机7与第四转动副13同轴安装，第四转动副13的转动轴线与圆柱面-平面高副10的运动副元素平面平行，第二转动副11、第四转动副13和第三转动副15的转动轴线相交于同一点，十字支座16与固定台9固接。通过驱动三条支链下端的第二主力矩电机7和第一主力矩电机8，就能够在操作台1上获得相应的六维力，同时，驱动第一转动副5处的补偿力矩电机4，能够对操作台1上的六维力进行微调，实现精确控制。
三条支链关于固定台9的垂直于其上平面的几何轴线均布，第二转动副11和第三转动副15的转动轴线互相垂直，第四转动副13和第三转动副15的转动轴线互相垂直时，性能最佳。

Claims (2)

1.一种并联式六维力反馈装置，包括操作台（1）、固定台（9）和连接于操作台（1）与固定台（9）之间的三条支链，其特征在于：每条支链均包含一个上连杆（3）、一个下连杆（6）、一个槽型转动块（12）、一个U型转动块（14）和一个十字支座（16），其中上连杆（3）的一端通过球铰（2）与操作台（1）连接，其另一端通过第一转动副（5）与下连杆（6）的一端连接，补偿力矩电机（4）与第一转动副（5）同轴安装，下连杆（6）的另一端通过第二转动副（11）与U型转动块（14）的中部连接，U型转动块（14）的两端通过第三转动副（15）与十字支座（16）连接，第一主力矩电机（8）与第三转动副（15）同轴安装，下连杆（6）的中部为圆柱形结构，通过圆柱面-平面高副（10）与槽型转动块（12）连接，槽型转动块（12）的两端通过第四转动副（13）与十字支座（16）连接，第二主力矩电机（7）与第四转动副（13）同轴安装，第四转动副（13）的转动轴线与圆柱面-平面高副（10）的运动副元素平面平行，第二转动副（11）、第四转动副（13）和第三转动副（15）的转动轴线相交于同一点，十字支座（16）与固定台（9）固接。
2.根据权利要求1所述的一种并联式六维力反馈装置，其特征在于：三条支链关于固定台（9）的垂直于其上平面的几何轴线均布，第二转动副（11）和第三转动副（15）的转动轴线互相垂直，第四转动副（13）和第三转动副（15）的转动轴线互相垂直。
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