一种绳传动三自由度力反馈设备制造技术

本发明专利技术涉及一种绳传动三自由度力反馈设备，属于力反馈技术领域，解决现有力反馈设备惯性较大、成本高昂、不适用于小场景的问题。绳传动三自由度力反馈设备包括：约束支链、驱动支链和基座；约束支链包括第一连杆和第二连杆，且第一连杆和第二连杆通过万向节连接；第二连杆与基座铰接；驱动支链设有至少3组，沿圆周均布阵列在约束支链的周围；驱动支链包括驱动连杆，驱动连杆一端与基座通过绳传动机构铰接，另一端与第一连杆端部的动平台铰接。本发明专利技术提出的三自由度绳传动力反馈设备，具备大刚度、大输出力、小质量、高位置精度、高响应速度等优点，加工设计简单，成本低。

A Three Degree of Freedom Force Feedback Equipment for Rope Drive

The invention relates to a three-degree-of-freedom force feedback device for rope transmission, which belongs to the field of force feedback technology, and solves the problems of large inertia, high cost and unsuitability for small scenes of existing force feedback equipment. The three-degree-of-freedom force feedback equipment of rope transmission includes: restraint bracket, drive bracket and base; restraint bracket includes the first and second connecting rods, and the first and second connecting rods are connected through universal joints; the second connecting rod is hinged with the base; the driving bracket has at least three groups, which are evenly distributed around the restraint bracket along the circumference; the driving bracket includes drive connecting rod, one end of the driving connecting rod and the other end of the driving connecting rod are connected with the restraint The base is articulated by a rope drive mechanism, and the other end is articulated by a moving platform at the end of the first connecting rod. The three-degree-of-freedom rope drive force feedback device has the advantages of large stiffness, large output force, small mass, high position accuracy and high response speed, simple processing design and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种绳传动三自由度力反馈设备
本专利技术涉及力反馈
，尤其涉及一种绳传动三自由度力反馈设备。
技术介绍
力反馈是一种虚拟现实技术，利用机械结构来表现出虚拟场景中的反作用力，通过力反馈技术可以实现远程操作，常被应用于远程手术、电子游戏和反恐防爆等领域。凭借高动态响应、高刚度、高精度等优势，并联机构被广泛应用于力反馈设备。然而在一些场景下，例如远程手术，需要在较小的运动范围下，进行精确快速的力反馈控制，现有的力反馈设备采用的并联机构由于每条连杆必须采用金属材料以保证刚性，这种力反馈设备的惯性较大，影响了整个设备的相应速度、操作流畅度，而为了保证在较高的惯性的情况下也能保证控制精度，加工精度要求非常高，进而提高制造成本高，不利于推广和使用。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种绳传动三自由度力反馈设备，用以解决现有力反馈设备惯性较大、成本高昂、不适用于小场景的问题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：本专利技术技术方案中，一种绳传动三自由度力反馈设备，绳传动三自由度力反馈设备包括：约束支链、驱动支链和基座；约束支链包括第一连杆和第二连杆，且第一连杆和第二连杆通过万向节连接；第二连杆与基座铰接；驱动支链设有至少3组，沿圆周均布阵列在约束支链的周围；驱动支链包括驱动连杆，驱动连杆一端与基座通过绳传动机构铰接，另一端与第一连杆端部的动平台铰接。本专利技术技术方案中，第一连杆的端部与动平台固定连接；第二连杆的端部设有垂直贯穿第二连杆的连杆轴，且第二连杆能绕连杆轴转动；连杆轴的两端均与基座固定连接。本专利技术技术方案中，万向节采用十字轴的形式：包括互相垂直的第一轴和第二轴；第一连杆与第一轴连接，第二连杆与第二轴连接，且第二轴能够始终与第二连杆垂直。本专利技术技术方案中，绳传动机构包括：电机、电机座、第一绳轮、第二绳轮；电机固定安装在电机座上；电机座与基座固定连接；第一绳轮通过绳轮轴与电机座转动连接，且绳轮轴与电机输出轴平行；第一绳轮的外缘与驱动连杆铰接；第二绳轮与电机的输出轴固定连接；第一绳轮的外缘和第二绳轮的外缘设有钢丝绳，且第二绳轮通过钢丝绳带动第一绳轮转动。本专利技术技术方案中，第一绳轮为半圆轮，绳轮轴固定在第一绳轮的圆心处；第一绳轮的圆周侧面设有内凹的绳槽，直径侧面设有2个紧固机构；第二绳轮为圆轮，电机与第二绳轮的圆心处固定；第二绳轮的圆周侧面设有内凹的绳槽；钢丝绳缠绕第二绳轮，并跨过第一绳轮的圆周侧面，且钢丝绳两端分别与紧固机构固定连接。本专利技术技术方案中，电机上设有第一角度传感器，用来测量电机的转角；绳轮轴上设有第二角度传感器，用来测量绳轮轴转动的角度；第二角度传感器通过传感器座与电机座固定连接。本专利技术技术方案中，驱动连杆为碳纤维杆，两端均固定安装有转动铰机构；转动铰机构包括转动轴、固定套和球轴承；固定套一端设有盲孔，驱动连杆的端部插入盲孔中；固定套另一端设有通孔，通过球轴承与转动轴连接；第一绳轮的外缘和动平台的外缘均设有能够与转动轴固定连接的轴套。本专利技术技术方案中，第一绳轮的靠近电机座的半圆面上设有一体化的限位销轴；电机座对应限位销轴的位置设有圆弧形的通槽，限位销轴插入通槽中，形成限位结构。本专利技术技术方案中，动平台为正多边形结构，且边数与驱动支链的组数相同；动平台的轴套设置在动平台的顶点处。本专利技术技术方案中，基座包括第一底盘和的第二底盘；第一底盘为圆环形，驱动支链与第一底盘连接；约束支链与第一底盘的内圈铰接；第二底盘与第一底盘垂直固定连接；第二底盘为圆环或椭圆环或多边形环。本专利技术技术方案的有益效果是：1、本专利技术通过约束支链，限制动平台的运动范围，防止动平台移动出目标区域，结合线传动机构中的限位结构，还能防止因运动幅度过大造成整个设备的损坏；2、本专利技术在驱动支链的驱动连杆使用了碳纤维杆，通过转动铰机构来实现驱动连杆的转动，而且回避了碳纤维杆不易连接的问题，能够有效的减轻整个设备的质量，减轻在运动过程中的惯性，提高整个设备的响应速度，增加输出力的大小，还不会影响整个设备的刚度和精度，进而降低了生产过程中对零部件的精度要求，降低了生产成本。本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1本专利技术所述的三自由度绳传动力反馈设备整体装配图；图2本专利技术所述的三自由度绳传动力反馈设备驱动支链结正面构图；图3本专利技术所述的三自由度绳传动力反馈设备驱动支链结背面构图；图4本专利技术所述的三自由度绳传动力反馈设备约束支链结构图；图5本专利技术所述的三自由度绳传动力反馈设备基座结构图。附图标记：1-驱动支链、101-电机、102-第一角度传感器、103-电机座、104-第二角度传感器、105-传感器座、106-绳轮轴、107-第一绳轮、108-限位销轴、109-转动轴、110-球轴承、111-驱动连杆、112-第二绳轮、113-钢丝绳、114-紧固机构、2-约束支链、201-固定座、202-连杆轴、203-第二连杆、204-十字轴、205-第一连杆、206-动平台、207-轴套、3-基座、301-第一底盘、302-第二底盘。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理，并非用于限定本专利技术的范围。为了能够在充分利用并联结构的高动态响应、高刚度、高精度的优势，同时限制反馈设备的虚拟运动范围，本专利技术实施例中，一种绳传动三自由度力反馈设备，包括：约束支链2、驱动支链1和基座3。约束支链2包括第一连杆205和第二连杆203，且第一连杆205和第二连杆203通过万向节连接，能够保证动平台206在可移动的空间内自由移动；第二连杆203与基座3铰接；本专利技术实施例通过约束支链2连限制力反馈设备的运动范围。驱动支链1设有至少3组，优选为3组，过多的驱动支链1虽然能够同样实现本专利技术实施例的功能，但是增加了控制的难度，而且增加了整体的质量。驱动支链1沿圆周均布阵列在约束支链2的周围，驱动支链1包括驱动连杆111，驱动连杆111一端与基座3通过绳传动机构铰接，另一端与第一连杆205端部的动平台206铰接，形成闭环结构，当驱动支链1设有3组时，3组驱动支链1绕基座3的中心圆周均布，同时使用绳传动机构来带动驱动连杆111转动，进而实现动平台206的移动。为了能够使动平台206在可移动的空间内自由移动，第一连杆205需要能够随动平台206移动，本专利技术实施例中，第一连杆205的端部与动平台206固定连接。为了不使第二连杆203影响动平台206的移动，本专利技术实施例中，第二连杆203的端部设有垂直贯穿第二连杆203的连杆轴202，且第二连杆203能绕连杆轴202转动。考虑到安装和拆卸方便，连杆轴202的两端均通过固定座201与基座3固定连接。万向节可以采用多种形式，例如球铰，考虑到简化整个结构，同时在实际控制的过程中通常采用笛卡尔坐标系，因此本专利技术实施例中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种绳传动三自由度力反馈设备，其特征在于，所述绳传动三自由度力反馈设备包括：约束支链(2)、驱动支链(1)和基座(3)；所述约束支链(2)包括第一连杆(205)和第二连杆(203)，且所述第一连杆(205)和第二连杆(203)通过万向节连接；所述第二连杆(203)与基座(3)铰接；所述驱动支链(1)设有至少3组，沿圆周均布阵列在所述约束支链(2)的周围；所述驱动支链(1)包括驱动连杆(111)，所述驱动连杆(111)一端与基座(3)通过绳传动机构铰接，另一端与所述第一连杆(205)端部的动平台(206)铰接。

【技术特征摘要】
1.一种绳传动三自由度力反馈设备，其特征在于，所述绳传动三自由度力反馈设备包括：约束支链(2)、驱动支链(1)和基座(3)；所述约束支链(2)包括第一连杆(205)和第二连杆(203)，且所述第一连杆(205)和第二连杆(203)通过万向节连接；所述第二连杆(203)与基座(3)铰接；所述驱动支链(1)设有至少3组，沿圆周均布阵列在所述约束支链(2)的周围；所述驱动支链(1)包括驱动连杆(111)，所述驱动连杆(111)一端与基座(3)通过绳传动机构铰接，另一端与所述第一连杆(205)端部的动平台(206)铰接。2.根据权利要求1所述的绳传动三自由度力反馈设备，其特征在于，所述第一连杆(205)的端部与动平台(206)固定连接；所述第二连杆(203)的端部设有垂直贯穿所述第二连杆(203)的连杆轴(202)，且所述第二连杆(203)能绕所述连杆轴(202)转动；所述连杆轴(202)的两端均与所述基座(3)固定连接。3.根据权利要求2所述的绳传动三自由度力反馈设备，其特征在于，所述万向节采用十字轴(204)的形式：包括互相垂直的第一轴和第二轴；所述第一连杆(205)与所述第一轴连接，所述第二连杆(203)与所述第二轴连接，且所述第二轴能够始终与所述第二连杆(203)垂直。4.根据权利要求3所述的绳传动三自由度力反馈设备，其特征在于，所述绳传动机构包括：电机(101)、电机座(103)、第一绳轮(107)和第二绳轮(112)；所述电机(101)固定安装在所述电机座(103)上；所述电机座(103)与所述基座(3)固定连接；所述第一绳轮(107)通过绳轮轴(106)与所述电机座(103)转动连接，且所述绳轮轴(106)与电机(101)输出轴平行；所述第一绳轮(107)的外缘与所述驱动连杆(111)铰接；所述第二绳轮(112)与电机(101)的输出轴固定连接；所述第一绳轮(107)的外缘和第二绳轮(112)的外缘设有钢丝绳(113)，且所述第二绳轮(112)通过所述钢丝绳(113)带动所述第一绳轮(107)转动。5.根据权利要求4所述的绳传动三自由度力反馈设备，其特征在于，所述第一绳轮(107)为半圆轮，所述绳轮轴(106)固定在所述第一绳轮(107)的圆心处；所述第一绳轮(107)的圆周侧面设有内凹的...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕鑫，张洪冬，李鑫，骆丹媚，李候，李冠呈，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11