一种基于力传感器的三维运动控制手柄制造技术

本发明专利技术公开了一种基于力传感器的三维运动控制手柄，涉及机电自动化设备技术领域；解决了现有运动控制手柄在多维控制场合中实现起来比较困难，结构复杂，稳定性下降的技术问题；该技术方案包括：手柄杆、塔弹簧、支架、虎克铰十字轴、虎克铰下连接体、移动副底座、三维力传感器和拉伸弹簧。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机电自动化设备
，特别涉及一种基于力传感器的三维运动控制手柄。
技术介绍
运动控制手柄是一种常用的人机接口工具，它广泛应用于工程机械、交通运输工具、医疗设备、测量机、游戏机等设备的运动控制操作。按照使用场合，控制手柄分为工业用手柄、精确控制手柄和游戏手柄。工业用手柄适用于环境比较恶劣，使用频繁的场合，例如叉车、起重机、农业机械、军用机械等应用场合；精确控制手柄适用于转向、定位和速度控制等对控制精度要求比较高的场合，例如显微镜控制、坐标测量设备、相机调节、轮椅、医疗设备等场合；游戏手柄主要是用来进行游戏操作。常用的控制手柄有电位器式、电感式、光电效应式、压阻式、霍尔效应式以及微动开关式等。比如PALFIN公司生产的JC6000型多轴操作控制手柄使用霍尔效应传感器或电位器，可产生与上端移动距离成比例的模拟信号，它还可通过配置而具备一系列的其它输出信号，方向或中位开关功能，控制手柄操作力，以及手柄上端形式。具有紧凑的外形，高强度的控制杆及极佳的比例控制，是多种非公路车辆，包括起重机，装载机，挖掘机，升降平台，拖拉机及收割机等的理想控制装置。目前运动控制手柄大多采用位移或角度传感器检测手柄的位移或角度信息实现设备的步进运动，这些方式在多维控制场合中实现起来比较困难，结构复杂，稳定性下降。
技术实现思路
本专利技术要解决的是现有运动控制手柄多维控制场合中实现起来比较困
难，结构复杂，稳定性下降的技术问题。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于力传感器的三维运动控制手柄，包括：手柄杆、塔弹簧、支架、虎克铰十字轴、虎克铰下连接体、移动副底座、三维力传感器和拉伸弹簧；所述控制手柄底部为三维力传感器，支架下端固定在三维力传感器的上平台上，支架上端与塔弹簧的大直径端连接，塔弹簧的小径端与手柄杆连接，移动副底座下端面与三维力传感器的上平台连接，且位于上平台的中心，移动副底座中心具有一定深度的沉孔，所述沉孔与虎克铰下连接体的柱体连接并构成移动副，拉伸弹簧的一端与移动副底座沉孔底部连接，另一端与虎克铰下连接体的柱体连接，手柄杆与虎克铰下连接体通过虎克铰十字轴连接。更优地，所述移动副底座中心具有一定深度的沉孔为方形。更优地，所述虎克铰下连接体一端为方形柱体。更优地，所述移动副底座为四棱柱体。更优地，手柄杆上端为圆球头。更优地，手柄杆端与虎克铰十字轴的一根轴通过转动副连接，虎克铰十字轴的另一根轴与虎克铰下连接体上端通过转动副连接。更优地，拉伸弹簧为圆柱状。通过以上技术方案可知，本专利技术提供一种基于力传感器的三维运动控制手柄，该手柄通过多维力传感器检测运动信号，具有结构和原理简便，性能稳定可靠，可同时实现对设备三维方向位移、速度、加速度等参数进行控制，操作直观等优点。附图说明图1 一种基于力传感器的三维运动控制手柄结构示意图；图2 一种基于力传感器的三维运动控制手柄关节连接结构示意图。具体实施方式下面将结合附图及实施例对本专利技术的技术方案进行更详细的说明。需要说明的是，如果不冲突，本专利技术实施例以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本专利技术的保护范围之内。实施例一，一种基于力传感器的三维运动控制手柄，如图1、图2所示，包括：手柄杆1、塔弹簧2、支架3、虎克铰十字轴4、虎克铰下连接体5、移动副底座6、三维力传感器7、拉伸弹簧8。所述基于力传感器的三维运动控制手柄底部为三维力传感器，支架3下端固定在三维力传感器7的上平台上，支架3上端与塔弹簧2的大直径端连接，塔弹簧2的小径端与手柄杆1连接，移动副底座6下端面与三维力传感器7的上平台连接，且位于上平台的中心，移动副底座6中心具有一定深度的沉孔，所述沉孔与虎克铰下连接体5的柱体连接并构成移动副，拉伸弹簧8的一端与移动副底座6沉孔底部连接，另一端与虎克铰下连接体5的柱体连接，手柄杆1与虎克铰下连接体5通过虎克铰十字轴4连接。实施例二，一种基于力传感器的三维运动控制手柄，如图1、图2所示，在实施例一的基础上，进一步包括：进一步地，所述移动副底座6中心具有一定深度的沉孔为方形。也可以为圆形，只要能够跟所述虎克铰下连接体5配合连接即可。进一步地，所述虎克铰下连接体5一端为方形柱体，与移动副底座6方形沉孔配合构成移动副。移动副底座6方形沉孔内放置拉伸弹簧8，拉伸弹簧8的两端分别连接虎克铰下连接体5和移动副底座6。所述虎克铰下连接体5一端为也可以为圆形，只要能够跟所述移动副底座6中心具有一定深度的沉孔配合连接即可。进一步地，所述移动副底座6为四棱柱体；不限于四棱柱体，也可以为圆柱体等。进一步地，手柄杆1上端为圆球头，便于握持。手柄杆1上端不限于圆球头，也可以为其它便于握持得构造。进一步地，手柄杆1端与虎克铰十字轴4的一根轴通过转动副连接，虎克铰十字轴4的另一根轴与虎克铰下连接体5上端通过转动副连接。进一步地，拉伸弹簧8为圆柱状；也可以为其它形状能实现弹拉伸功能的弹簧。所述基于力传感器的三维运动控制手柄的工作原理为：当在水平方向推动手柄杆时，虎克铰转动，塔弹簧发生弹性变形，并将水平力的大小和方向通过支架传递到三维力传感器上；当在竖直方向推动手柄杆时，移动副伸缩，拉伸弹簧变形，并将竖直方向力传递到三维力传感器上。按此方式，由三维力传感器检测结果，可得到空间三维方向上推动手柄杆力信息的大小和方向，再通过运动控制算法，可实现机电设备在三维方向上位移、速度和加速度等参数的控制。本专利技术可用于多轴运动机电设备，特别是工业机器人的运动控制中，实现设备的快速、灵活、精确的位移、速度、加速度控制。本专利技术具有结构和原理简便，性能稳定可靠，可同时实现三维方向参数控制，操作直观等优点。当然，本专利技术还可有其他多种实施例，在不背离本专利技术精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本专利技术作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本专利技术的权利要求的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于力传感器的三维运动控制手柄，其特征在于，包括：手柄杆、塔弹簧、支架、虎克铰十字轴、虎克铰下连接体、移动副底座、三维力传感器和拉伸弹簧；所述控制手柄底部为三维力传感器，支架下端固定在三维力传感器的上平台上，支架上端与塔弹簧的大直径端连接，塔弹簧的小径端与手柄杆连接，移动副底座下端面与三维力传感器的上平台连接，且位于上平台的中心，移动副底座中心具有一定深度的沉孔，所述沉孔与虎克铰下连接体的柱体连接并构成移动副，拉伸弹簧的一端与移动副底座沉孔底部连接，另一端与虎克铰下连接体的柱体连接，手柄杆与虎克铰下连接体通过虎克铰十字轴连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于力传感器的三维运动控制手柄，其特征在于，包括：手柄杆、塔弹簧、支架、虎克铰十字轴、虎克铰下连接体、移动副底座、三维力传感器和拉伸弹簧；所述控制手柄底部为三维力传感器，支架下端固定在三维力传感器的上平台上，支架上端与塔弹簧的大直径端连接，塔弹簧的小径端与手柄杆连接，移动副底座下端面与三维力传感器的上平台连接，且位于上平台的中心，移动副底座中心具有一定深度的沉孔，所述沉孔与虎克铰下连接体的柱体连接并构成移动副，拉伸弹簧的一端与移动副底座沉孔底部连接，另一端与虎克铰下连接体的柱体连接，手柄杆与虎克铰下连接体通过虎...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志军，贺静，崔冰艳，李占贤，
申请(专利权)人：华北理工大学，
类型：发明
国别省市：河北;13