CN205272003U - 并联三自由度力反馈手柄 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种并联三自由度力反馈手柄，其结构包括底座、定平台、齿轮机构、曲面连杆、平行四边形连杆、动平台、操作手柄和控制电路板；操作手柄固定在动平台中心位置；动平台的三条边通过轴承和三组平行四边形连杆连接；平行四边形连杆通过轴承和轴销与曲面连杆连接；曲面连杆通过转动轴承连接在定平台上，且其转动轴承与齿轮A同轴；齿轮A与套接在电机输出轴的齿轮B向啮合；带有编码器的电机通过安装支架安装在定平台上。本实用新型用于并联三自由度力反馈手柄，结构简单、解算容易、便于加工。

Description

并联三自由度力反馈手柄

技术领域

本实用新型属于机器人领域，涉及一种具有力反馈功能的并联三自由度操作手柄。

背景技术

机器人技术广泛应用于生产制造、航空航天、医疗器械等领域，这些领域对机器人柔性操作提出了很高要求。具有力反馈功能的操作手柄可用于太空机器人遥操作领域，协助地面站工作人员完成空间站设备检修、更换等太空任务；可用于核电站辐射区完成机器人更换辐射燃料；可用于医疗机器人领域，协助医生完成微创介入手术或远程手术。

虚拟现实技术和增强现实技术是当前世界的前沿技术，虚拟现实中传递的力通过力反馈设备表现出来，可以使操作者感受到虚拟现实的力。我国在这方面的技术基本处于实验室研发阶段。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种结构简单、解算容易的并联三自由度力反馈手柄，用于对柔性操作有较高要求的机器人应用领域，实现太空、医疗、深海和特殊工作场合机器人遥操作控制。

本实用新型的实现方案是：

并联三自由度力反馈手柄，包括操作手柄、动平台、平行四边形连杆、曲面连杆、定平台、底座和控制电路板。

所述的操作手柄为球形，上部装有一个凹形按键；操作手柄固定在动平台一侧的中心位置。动平台是一个类正三角形平台，三个长边装有三个轴套，与三组平行四边形连杆相连。平行四边形另一侧通过轴承与曲面连杆连接。曲面连杆与定平台使用轴承连接，同时与齿轮A同轴，齿轮A与装在电机输出轴的齿轮B啮合。

定平台还安装有3组带有增量式编码器的电机和控制电路，并且卡在底座上，与底座保持固定连接，底座前部上安装有2个LED指示灯和2个按钮。

控制电路安装在定平台背部，设计有电机驱动、编码器读取、模式切换和上位机通信模块，主控制芯片定时向上位机发送位置和状态，同时接收命令。控制电路与上位机的通信接口有CAN、RS232等。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型是并联三自由度力反馈手柄，通过三组带有编码器的电机可以精确检测到三组连杆的位置，进而解算得到操作手柄的位置，将操作手柄位置移动反馈给上位机用于控制机器人运动。电机工作在力矩模式，控制操作手柄处于重力补偿状态能够实现“悬停”，也可以使操作者能够感受到虚拟力的反馈。

附图说明

图1是本实用新型的总体结构主视图

图2是本实用新型的总体结构俯视图

图3是本实用新型的动平台正视图（此图中为去除操作手柄图）

其中，1、操作手柄，2、动平台，3、连杆轴承A，4、平行四边形连杆，5、连杆轴承B，6、曲面连杆，7、定平台，8、齿轮B，9、电机，10、控制电路板，11、连杆支架，12、支撑块，13、底座，14、轴销，15、齿轮A，16、LED指示灯，17、控制按键，18、转动轴承，19、锁定按键，20、导槽，21、微动开关，22、归零导杆。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

本实用新型提供一种并联三自由度力反馈手柄包括底座（13）、定平台（7）、齿轮机构（8、15）、三套曲面连杆（6）、三套平行四边形连杆（4）、动平台（2）、操作手柄（1）、和控制电路板（10）。底座（13）为圆环形状，前端左侧安装有两个控制按键（17）和两个LED指示灯（16），定平台（7）与底座（13）通过支撑块（12）连接固定，呈90°夹角。所述的定平台（7）为环形，边缘设有三个椭圆孔沿圆周均匀分布，且三个电机（9）和三套齿轮机构（8、15）分别沿着定平台（7）圆周均匀分布。

进一步的，齿轮机构是套接在电机（9）输出轴的齿轮B（8）和与曲面连杆（6）与定平台（7）同轴的齿轮A（15）啮合而成。定平台（7）背面使用螺钉将控制电路板（10）安装在其上面。

所述曲面连杆（6）通过转动轴承（18）连接在连接支架（11）上，且转动轴承（18）与齿轮A（15）同轴。连接支架（11）使用螺钉固定在定平台（7）上。齿轮B（8）与齿轮A（15）啮合，并套接在电机（9）输出轴上。

所述平行四边形连杆（4）由两根长连杆和两根短连杆组成，使用连杆轴承A（3）和轴销（14）连接。一端短连杆中部套接曲面连杆轴承B（5），穿过曲面连杆（6）连接端孔与之连接；另一端短连杆中部套接曲面连杆轴承B，穿过动平台（2）连接端孔与之连接。

所述动平台（2）为正三角形，三个边通过连杆轴承B（5）与三套平行四边形机构（4）连接。操作手柄（1）固定在动平台（2）中心，顶部安装一个锁定按键（19）。动平台（2）底部安装有归零导杆（22），底座前部中心位置设置导槽（20）。动平台（2）中部偏下位置安装有微动开关（21），微动开关（21）下沿与动平台（2）下沿保持平齐。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进或变形，这些改进或变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种并联三自由度力反馈手柄，包括底座、定平台、齿轮机构、三套曲面连杆、三套平行四边形连杆、动平台、操作手柄和控制电路板，所述底座为圆环形状，与定平台使用支撑块呈90°夹角固定，定平台上安装三个支架用于固定电机和曲面连杆，曲面连杆与齿轮A同轴，齿轮B与齿轮A啮合，套接在电机输出轴上，曲面连杆另一端与平行四边形连杆连接，所述动平台三个铰接点是通过连接轴承与平行四边形连杆相连，球形操作手柄固定在定平台中心位置。

2.根据权利要求1所表述的并联三自由度力反馈手柄，其特征是：齿轮机构是由齿轮A和齿轮B啮合而成——齿轮A与曲面连杆同轴，使其安装在定平台支架上；齿轮B套接在电机输出轴上。

3.根据权利要求2所表述的并联三自由度力反馈手柄，其特征是：电机采用直流电机，其尾部输出轴安装增量式编码器。

4.根据权利要求1所表述的并联三自由度力反馈手柄，其特征是：定平台为环形结构，边缘设有沿圆周均匀分布的三个椭圆孔，而用于固定电机和曲面连杆的三组支架分布在环形定平台的椭圆孔内侧，电机线缆穿过椭圆孔连到控制电路板上。

5.根据权利要求1所表述的并联三自由度力反馈手柄，其特征是：在曲面连杆采用轴承连接到定平台支架上，外圆弧轮廓设计成不完全齿轮并与电机输出端轴齿轮相啮合。

6.根据权利要求1所表述的并联三自由度力反馈手柄，其特征是：平行四边形由两根长杆和两根短杆组成，短杆通过轴承和销轴与长杆连接形成平行四边形，两侧短杆通过轴承分别连接曲面连杆和动平台连接。

7.根据权利要求1所表述的并联三自由度力反馈手柄，其特征是：定平台底部安装微动开关和复位导杆，与之对应的底座放置有复位导槽。