通用型6自由度力反馈设备制造技术

本发明专利技术提出了一种通用型6自由度力反馈设备，包括基座、并联机构和串联机构；并联机构包括浮动平台和多条支链，每条支链包括电机、电路板、电机端编码器、主动绕线轮、半圆盘、连接杆与轴端编码器，电机和电路板分别与基座固定连接，电路板与电机端编码器电连接，电机端编码器与电机输出轴末端连接，主动绕线轮分别与电机的输出轴前端和半圆盘传动连接，半圆盘分别与基座和连接杆转动连接，轴端编码器在半圆盘内，测量其转动角度；串联机构与浮动平台转动连接。设置电机端编码器和轴端编码器，分别测量输出轴和半圆盘的转动角度，通过两个编码器的读数比较和算法补偿，可以消除传动误差，得到传动机构关节转动的真实角度，使得设备操作更加简单。

【技术实现步骤摘要】
通用型6自由度力反馈设备
本专利技术涉及到力反馈设备领域，特别是涉及到一种通用型6自由度力反馈设备。
技术介绍
多自由度力觉交互设备，作为人机交互的接口，是完成力/触觉交互不可缺少的硬件设备，因此，多自由度力觉交互设备的设计与制造，成了力/触觉人机交互效果好坏的关键。目前的力反馈设备主要存在着如下问题：1.末端三个自由度用编码器旋转轴作关节旋转轴，刚度低，容易损坏；2.只在电机末端设置增量式编码器，每次上电开机都需要执行校准程序，操作麻烦，且传动线的弹性变形得不到补偿，影响设备的定位精度；3.设备整体惯量太大，对交互操作实时性影响较大；4.旋转关节只用了单个深沟球轴承，导致设备整体的定位精度严重降低，针对以上存在缺点，本专利技术提出了一种通用型6自由度力反馈设备。
技术实现思路
本专利技术的主要目的为提供一种通用型6自由度力反馈设备，可以进行自动校准，同时设备整体结构紧凑，精度高。本专利技术提出了一种通用型6自由度力反馈设备，包括基座、并联机构和串联机构；并联机构包括浮动平台和多条支链，每一条破支链包括电机、电路板、电机端编码器、主动绕线轮、半圆盘、连接杆与轴端编码器，电机和电路板分别与基座固定连接，电路板和电机以及电机端编码器电连接，电机端编码器与电机的输出轴末端连接，主动绕线轮与电机的输出轴前端传动连接，半圆盘与基座转动连接，多个半圆盘直立在基座上，多个半圆盘均匀分布，且朝向同一个轴心，半圆盘与主动绕线轮传动连接，轴端编码器安装在半圆盘内，用于测量半圆盘的转动角度，连接杆与半圆盘转动连接，浮动平台与连接杆转动连接；串联机构与浮动平台转动连接。进一步地，串联机构包括U型杆、弓形杆和手柄，U型杆与浮动平台转动连接，弓形杆与U型杆转动连接，手柄与弓形杆转动连接。进一步地，还包括第四编码器、第五编码器和第六编码器，第四编码器的码盘与U型杆固定连接，且其外壳与浮动平台固定连接；第五编码器的码盘与弓形杆固定连接，且其外壳与U型杆固定连接；第六编码器的码盘与手柄固定连接，且其外壳与弓形杆固定连接。进一步地，还包括传动线，半圆盘包括传动紧固机构和传动线槽，传动线槽位于半圆盘的轮辐上，传动线沿着传动线槽分别连接主动绕线轮和传动紧固机构，传动紧固机构用于保持传动线处于张紧状态。进一步地，半圆盘还包括导向轮，导向轮安装在传动线槽的两端，传动线通过导向轮分别连接主动绕线轮和传动紧固机构。进一步地，基座还包括半圆盘支撑架、第一空心旋转轴、第一深沟球轴承、第一推力球轴承、第一蝶形弹簧，第一空心旋转轴穿过半圆盘与半圆盘支撑架，半圆盘支撑架与第一空心旋转轴固定连接，半圆盘与第一空心旋转轴通过第一深沟球轴承转动连接，半圆盘与半圆盘支撑架通过第一推力球轴承和第一蝶形弹簧转动连接。进一步地，每一条支链所包括的连接杆的数量为4根，4根连接杆组成平行四边形结构，两根相对的连接杆分别与半圆盘和浮动平台转动连接。进一步地，连接杆之间通过旋转关节连接，旋转关节包括关节轴、第一深沟球轴承、轴承锁紧环、平垫圈、第二弹簧垫圈，第一深沟球轴承套在关节轴上，轴承锁紧环套在第一深沟球轴承的外圈上，第一深沟球轴承通过平垫圈和第二弹簧垫圈固定在关节轴上。进一步地，还包括第二空心旋转轴、第三深沟球轴承、第二推力球轴承和第二蝶形弹簧，第二空心旋转轴穿过U型杆与浮动平台，且一端伸出U型杆，U型杆与第二空心旋转轴固定连接，第二空心旋转轴通过第三深沟球轴承与浮动平台转动连接，U型杆通过第二推力球轴承和第二蝶形弹簧与浮动平台转动连接。进一步地，U形架与浮动平台之间设置有限位柱。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提出了一种通用型6自由度力反馈设备，在电机输出轴端设置电机端编码器，用于测量电机输出轴的转动角度，在半圆盘内设置轴端编码器，用于测量半圆盘的转动角度，通过把三个轴端编码器的值与三个电机末端输出轴上的电机端编码器的读数进行比较，通过算法补偿来消除传动过程中的误差，使用时不再需要重新校准，使得设备操作更加简单，同时通过正向运动学的计算，便可计算出设备末端在空间的位置。在传动线的拐角处设置有导向轮，消除了以往力反馈设备中拐角处结构对传动线导致的应力集成问题，使传动线的使用寿命更长。传动线末端的安装固定采用传动紧固机构的形式，使传动线时刻保持张紧状态，减小了长期使用后传动线的松驰问题，使设备的定位精度更高。连接的旋转关节中，通过深沟球轴承，推力球轴承与蝶形弹簧的组合，可以消除关节轴上的摆动间隙，使得设备的刚度更大，定位精度更高。附图说明图1是本专利技术通用型6自由度力反馈设备第一实施例的整体装配示意图。图2是本专利技术通用型6自由度力反馈设备第二实施例的整体装配示意图。图3是本专利技术通用型6自由度力反馈设备第三实施例的基座的装配示意图。图4是本专利技术通用型6自由度力反馈设备第四实施例的半圆盘的结构示意图。图5是本专利技术通用型6自由度力反馈设备第五实施例的半圆盘关节的剖面示意图。图6是本专利技术通用型6自由度力反馈设备第六实施例的部分装配示意图。图7是本专利技术通用型6自由度力反馈设备第七实施例的传动线紧固结构示意图。图8是本专利技术通用型6自由度力反馈设备第八实施例的串联机构装配示意图。图9是本专利技术通用型6自由度力反馈设备第九实施例的并联机构部分装配示意图。图10是本专利技术通用型6自由度力反馈设备第十实施例的连接杆关节结构剖面示意图。图11是本专利技术通用型6自由度力反馈设备第十一实施例的串联机构关节结构剖面示意图。图12是本专利技术通用型6自由度力反馈设备第十二实施例的串联机构关节结构剖面示意图。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明，本专利技术实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变，的连接可以是直接连接，也可以是间接连接。另外，在本专利技术中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本专利技术要求的保护范围之内。如图1、图2、图3、图5所示，本专利技术提出了一种通用型6自由度力反馈设备，包括基座1、并联机构2和串联机构3；在一些实施例中，基座1包括支撑座、固定平台103。并联机构2包括浮动平台203和多条支链，每一条支链包括电机104、电路板105、电机端编码器106、主动绕线轮107、半圆盘201、连接杆202与轴端编码器204，电机104与固定平台103固定连接，电路板105本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通用型6自由度力反馈设备，其特征在于，包括基座、并联机构和串联机构；所述并联机构包括浮动平台和多条支链，每一条所述支链包括电机、电路板、电机端编码器、主动绕线轮、半圆盘、连接杆与轴端编码器，所述电机和所述电路板分别与所述基座固定连接，所述电路板与所述电机端编码器电连接，所述电机端编码器与所述电机的输出轴末端连接，所述主动绕线轮与所述电机的输出轴前端传动连接，所述半圆盘与所述基座转动连接，多个所述半圆盘直立在所述基座上，多个所述半圆盘均匀分布，且朝向同一个轴心，所述半圆盘与所述主动绕线轮传动连接，所述轴端编码器安装在所述半圆盘内，用于测量所述半圆盘的转动角度，所述连接杆与所述半圆盘转动连接，所述浮动平台与所述连接杆转动连接；所述串联机构与所述浮动平台转动连接。

【技术特征摘要】
1.一种通用型6自由度力反馈设备，其特征在于，包括基座、并联机构和串联机构；所述并联机构包括浮动平台和多条支链，每一条所述支链包括电机、电路板、电机端编码器、主动绕线轮、半圆盘、连接杆与轴端编码器，所述电机和所述电路板分别与所述基座固定连接，所述电路板与所述电机端编码器电连接，所述电机端编码器与所述电机的输出轴末端连接，所述主动绕线轮与所述电机的输出轴前端传动连接，所述半圆盘与所述基座转动连接，多个所述半圆盘直立在所述基座上，多个所述半圆盘均匀分布，且朝向同一个轴心，所述半圆盘与所述主动绕线轮传动连接，所述轴端编码器安装在所述半圆盘内，用于测量所述半圆盘的转动角度，所述连接杆与所述半圆盘转动连接，所述浮动平台与所述连接杆转动连接；所述串联机构与所述浮动平台转动连接。2.根据权利要求1所述的通用型6自由度力反馈设备，其特征在于，所述串联机构包括U型杆、弓形杆和手柄，所述U型杆与所述浮动平台转动连接，所述弓形杆与所述U型杆转动连接，所述手柄与所述弓形杆转动连接。3.根据权利要求2所述的通用型6自由度力反馈设备，其特征在于，还包括第四编码器、第五编码器和第六编码器，所述第四编码器的码盘与所述U型杆固定连接，且其外壳与所述浮动平台固定连接；所述第五编码器的码盘与所述弓形杆固定连接，且其外壳与所述U型杆固定连接；所述第六编码器的码盘与所述手柄固定连接，且其外壳与所述弓形杆固定连接。4.根据权利要求1所述的通用型6自由度力反馈设备，其特征在于，还包括传动线，所述半圆盘包括传动紧固机构和传动线槽，所述传动线槽位于所述半圆盘的轮辐上，所述传动线沿着所述传动线槽分别连接所述主动绕线轮和所述传动紧固机构，所述传动紧固机构用于保持所述传动线处于张紧状态。5.根据权利要求4所述的通用型6自由度力反馈设备，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴书传，章兴石，许辉勇，王清辉，严刚，
申请(专利权)人：欣旺达电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44