CN115614609A - 一种钵体滚珠高自由度结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及AR技术领域，且公开了一种钵体滚珠高自由度结构，包括钵体滚珠结构和设置在用于支撑所述钵体滚珠结构的电动推杆，所述钵体滚珠结构包括钵体和转动设置在所述钵体内的滚珠；所述钵体的下端固定连接有连接套筒，所述连接套筒的下端活动连接在电动推杆的上端；所述钵体呈半球壳状，其内部横向设有转轴，所述转轴穿过所述滚珠的中心。该钵体滚珠高自由度结构，通过电动推杆、滚珠、马达等机械设备实现正上方接触滚珠的物体可以拥有XYZ三个轴的自由度。通过电动推杆实现在Z轴上下的自动度，利用钵体结构实现水平方向绕气缸在XY面实现360度自由度，利用马达驱动齿轮，齿轮带动滚珠绕横轴旋转实现对设备上方物体提供摩擦力。

Description

一种钵体滚珠高自由度结构
技术领域
本发明涉及AR技术领域，具体为一种钵体滚珠高自由度结构。
背景技术
随着VR技术的发展，各种AR(增强现实技术)设备也日益繁多，比如如今市面上出现了万向跑步机，利用机械环固定腰部，使得人可以快速的在光滑带倾角的跑步机上跑动。现有的机械结构无法实现实现正上方接触的物体可以拥有X、Y、Z三个轴的自由度，从而降低了模拟效果。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种钵体滚珠高自由度结构，通过推杆、滚珠马达等机械设备实现正上方接触滚珠的物体可以拥有XYZ三个轴的自由度，达到了逼真拟真效果，且相比市面上相同自由度的机械手结构接触面的排列更紧密。
(二)技术方案
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种钵体滚珠高自由度结构，包括钵体滚珠结构和设置在用于支撑所述钵体滚珠结构的电动推杆，所述钵体滚珠结构包括钵体和转动设置在所述钵体内的滚珠；所述钵体的下端固定连接有连接套筒，所述连接套筒的下端活动连接在电动推杆的上端；所述钵体呈半球壳状，其内部横向设有转轴，所述转轴穿过所述滚珠的中心，且转动的两端转动连接在位于钵体两侧的转轴孔内；所述连接套筒的上设有驱动滚珠转动的第一驱动机构；且连接套筒的的下部设有驱动钵体在电动推杆上转动的第二驱动机构。
优选的，所述驱动机构包括第一马达，所述第一马达通过第一马达固定板固定连接在连接套筒的外侧上部；所述第一马达的输出端穿过第一马达固定板并连接有齿轮；所述钵体的下端面一侧设有通槽，所述滚珠的表面设有一圈齿槽，所述齿轮的上部穿过通槽与滚珠上的齿槽啮合传动；
优选的，所述通槽的方向和转轴的方向垂直，从而保证滚珠围绕转轴转动。
当第一马达转动时，带动齿轮转动，齿轮转动带动滚珠绕横轴旋转，实现对设备上方物体提供摩擦力。
优选的，所述第二驱动机构包括第二马达，所述第二马达固定安装在第二马达固定板上，所述第二马达固定板的远离第二马达的一侧上部和下部均设有连接耳，上部的所述连接耳固定连接在连接套筒的外侧，其下部的所述连接耳呈环状套设在电动推杆的外侧；所述第二马达的输出端穿过第二马达固定板并连接有蜗轮，所述电动推杆的上端固定连接有蜗杆，所述蜗轮和蜗杆之间啮合传动；当第二电动转动时，带动蜗轮转动，由于蜗杆是固定连接在电动推杆上的，因此，蜗轮的转动使得蜗轮、第二马达固定板、连接套筒和钵体一起实现水平方向绕电动推杆在XY面实现360度自由度。同时电动推杆可以带动其沿Z轴方向上下移动，从而实现正上方接触滚珠的物体可以拥有XYZ三个轴的自由度。
优选的，所述钵体结构的顶部平台包裹皮革材料，辅助滚珠模拟摩擦力。
(三)有益效果
与现有技术相比，本发明提供了一种钵体滚珠高自由度结构，具备以下有益效果：
该钵体滚珠高自由度结构，通过电动推杆、滚珠、马达等机械设备实现正上方接触滚珠的物体可以拥有XYZ三个轴的自由度。通过电动推杆实现在Z轴上下的自动度，利用钵体结构实现水平方向绕气缸在XY面实现360度自由度，利用马达驱动齿轮，齿轮带动滚珠绕横轴旋转实现对设备上方物体提供摩擦力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明中钵体滚珠结构的结构示意图；
图3为本发明中钵体的结构示意图；
图4为本发明在AR全地形步行模拟器中的使用图。
图中：4、电动推动；5、钵体滚珠结构；501、钵体；502、滚珠；503、转轴；504、齿轮；505、连接套筒；506、蜗杆；507、蜗轮；508、第一马达；509、第一马达固定板；510、第二马达；511、第二马达固定板；5011、通槽；5012、转轴孔；5091、连接耳。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例：
请参阅图1-4，一种钵体滚珠高自由度结构，包括钵体滚珠结构5和设置在用于支撑钵体滚珠结构5的电动推杆4，钵体滚珠结构5包括钵体501和转动设置在钵体501内的滚珠502；钵体501的下端固定连接有连接套筒505，连接套筒505的下端活动连接在电动推杆4的上端，通过电动推杆4实现在竖直方向上的升降(Z轴上下的自动度)；钵体501呈半球壳状，其内部横向设有转轴503，转轴503穿过滚珠502的中心，且转动的两端转动连接在位于钵体501两侧的转轴孔5012内；连接套筒505的上设有驱动滚珠502转动的第一驱动机构；且连接套筒505的的下部设有驱动钵体501在电动推杆上转动的第二驱动机构。
第一驱动机构包括第一马达508，第一马达508通过第一马达固定板509固定连接在连接套筒505的外侧上部；第一马达508的输出端穿过第一马达固定板509并连接有齿轮504；钵体501的下端面一侧设有通槽5011，滚珠502的表面设有一圈齿槽，齿轮504的上部穿过通槽5011与滚珠502上的齿槽啮合传动；
通槽5011的方向和转轴503的方向垂直，从而保证滚珠502围绕转轴503转动。
当第一马达508转动时，带动齿轮504转动，齿轮504转动带动滚珠502绕横轴旋转(即XZ平面内转动)，实现对设备上方物体提供摩擦力。
第二驱动机构包括第二马达510，第二马达510固定安装在第二马达固定板511上，第二马达固定板511的远离第二马达510的一侧上部和下部均设有连接耳5091，上部的连接耳5091固定连接在连接套筒505的外侧，其下部的连接耳5091呈环状套设在电动推杆4的外侧；第二马达510的输出端穿过第二马达固定板511并连接有蜗轮507，电动推杆4的上端固定连接有蜗杆506，蜗轮507和蜗杆506之间啮合传动；当第二电动转动时，带动蜗轮507转动，由于蜗杆506是固定连接在电动推杆上的，因此，蜗轮507的转动使得蜗轮507、第二马达固定板511、连接套筒505和钵体501一起实现水平方向绕电动推杆在XY面实现360度自由度。同时电动推杆可以带动其沿Z轴方向上下移动，从而实现正上方接触滚珠502的物体可以拥有X、Y、Z三个轴的自由度。
钵体501结构的顶部平台包裹皮革材料，辅助滚珠502模拟摩擦力。
需要说明的是，第一驱动机构可以改为链条或者其他方式传动来实现滚珠502的转动，第二驱动机构也可以改为链条或者其他方式传动来实现钵体501的整体转动，均属于本申请的保护范围。
本发明的工作原理：使用时，将若干个该钵体滚珠高自由度结构组成矩形阵列状安装在AR全地形步行模拟器底座上，或者医疗康复训练和航空航天时的外星球登录器着陆模拟上；使其若干个该钵体滚珠高自由度结构的滚珠面组成一个可以调节变幻的支撑面；当其上端的物体和该支撑面上的物体接触时，通过电动推杆、第一马达、第二马达带动滚珠502在X、Y、Z轴方向移动，从而实现正上方接触滚珠502的物体可以拥有XYZ三个轴的自由度。通过电动推杆实现在Z轴上下的自动度，利用钵体501结构实现水平方向绕气缸在XY面实现360度自由度，利用马达驱动齿轮504，齿轮504带动滚珠502绕横轴旋转实现对设备上方物体提供摩擦力，从而达到了逼真拟真效果。

Claims (5)

1.一种钵体滚珠高自由度结构，包括钵体滚珠结构(5)和设置在用于支撑所述钵体滚珠结构(5)的电动推杆(4)，其特征在于：所述钵体滚珠结构(5)包括钵体(501)和转动设置在所述钵体(501)内的滚珠(502)，以及用于支撑所述钵体的电动推杆(4)；所述钵体(501)的下端固定连接有连接套筒(505)，所述连接套筒(505)的下端活动连接在电动推杆(4)的上端；所述钵体(501)呈半球壳状，其内部横向设有转轴(503)，所述转轴(503)穿过所述滚珠(502)的中心，且转动的两端转动连接在位于钵体(501)两侧的转轴孔(5012)内；所述连接套筒(505)的上设有驱动滚珠(502)转动的第一驱动机构；且连接套筒(505)的的下部设有驱动钵体(501)在电动推杆上转动的第二驱动机构。
2.根据权利要求1所述的一种钵体滚珠高自由度结构，其特征在于：所述第一驱动机构包括第一马达(508)，所述第一马达(508)通过第一马达固定板(509)固定连接在连接套筒(505)的外侧上部；所述第一马达(508)的输出端穿过第一马达固定板(509)并连接有齿轮(504)；所述钵体(501)的下端面一侧设有通槽(5011)，所述滚珠(502)的表面设有一圈齿槽，所述齿轮(504)的上部穿过通槽(5011)与滚珠(502)上的齿槽啮合传动。
3.根据权利要求2所述的一种钵体滚珠高自由度结构，其特征在于：所述通槽(5011)的方向和转轴(503)的方向垂直，从而保证滚珠(502)围绕转轴(503)转动。
4.根据权利要求3所述的一种钵体滚珠高自由度结构，其特征在于：所述所述第二驱动机构包括第二马达(510)，所述第二马达(510)固定安装在第二马达固定板(511)上，所述第二马达固定板(511)的远离第二马达(510)的一侧上部和下部均设有连接耳(5091)，上部的所述连接耳(5091)固定连接在连接套筒(505)的外侧，其下部的所述连接耳(5091)呈环状套设在电动推杆(4)的外侧；所述第二马达(510)的输出端穿过第二马达固定板(511)并连接有蜗轮(507)，所述电动推杆(4)的上端固定连接有蜗杆(506)，所述蜗轮(507)和蜗杆(506)之间啮合传动。
5.根据权利要求4所述的一种钵体滚珠高自由度结构，其特征在于：所述钵体(501)结构的顶部平台包裹皮革材料，辅助滚珠(502)模拟摩擦力。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2024066246A1 (zh) * 2022-09-27 2024-04-04 梁源 一种钵体滚珠高自由度结构及ar全地形步行模拟器

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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