并联三自由度力反馈手柄制造技术

技术编号:14872238 阅读:58 留言:0更新日期:2017-03-21 11:51
本实用新型专利技术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。本实用新型专利技术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。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于机器人领域,涉及一种具有力反馈功能的并联三自由度操作手柄。
技术介绍
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。
技术实现思路
本技术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。本技术的实现方案是: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。本技术的有益效果是:本技术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是本技术的总体结构主视图图2是本技术的总体结构俯视图图3是本技术的动平台正视图(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技术作进一步说明。本技术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。以上所述仅是本技术的优选实施方式,应当指出,对于本
的普通技术人员来说,在不脱离本技术原理的前提下,还可以做出若干改进或变形,这些改进或变形也应视为本技术的保护范围。本文档来自技高网
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【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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。
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【专利技术属性】
技术研发人员:贾琪
申请(专利权)人:武汉穆特科技有限公司
类型:新型
国别省市:湖北;42

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