基于并联机构的全方位操纵杆系统技术方案

一种基于并联机构的全方位操纵杆系统，用于运动控制技术领域。包括：直线电位器活动杆、复位弹簧、连接架、动虎克铰、壳体、直线电位器本体、静虎克铰、球形轴承、操纵杆手柄。操纵杆手柄通过球形轴承穿过壳体，三个静虎克铰与壳体固定连接，三个直线电位器本体与三个静虎克铰连接，三个直线电位器活动杆设置在各自的直线电位器本体中，并分别与三个动虎克铰相连，而三个动虎克铰汇交于连接架；操纵杆手柄在壳体内部一端与连接架相连，复位弹簧一端与壳体相固定，另一端与连接架固定。本发明专利技术结构简单，体积小，装配容易，手感好，造价低，更重要的是，能够提供三维的信息，可广泛用于多方向信息输入、三维运动控制、复杂的空间运动执行设备。（*该技术在2024年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种全方位操纵杆系统，特别是一种基于并联机构的全方位操纵杆系统。用于运动控制

技术介绍
目前获得广泛应用的传统方向操纵杆几乎都是采用一对正交配置的旋转电位器。经文献检索发现，中国专利技术专利申请号02106130.0，专利技术名称操纵杆，该专利反应了目前获得广泛应用的操纵杆的工作方式在实际应用中，将一对正交配置的旋转电位器接成分压器电路两个旋转电位器的共4个固定端接电源正负极，两个中间抽头输出电压。通过操作操纵杆手柄带动正交配置的旋转式十字滑块机构使两个旋转电位器旋转，外部电路检测这两个旋转电位器中间抽头输出电压，换算成角度，进而经过计算可以获得操纵杆手柄的姿态。如果在上述结构中采用高精度的旋转电位器，可以相当精确地得到中间抽头输出电压并换算成角度，实现对受控对象的控制。但是这类操纵杆只能输出二维的方向信息，不能满足三维运动控制的场合。在进一步的文献检索中，尚未发现与本专利技术主题相同或者类似的文献报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对
技术介绍
中的不足，提供一种基于并联机构的全方位操纵杆系统，使其不仅具有结构简单，体积小，装配容易，手感好，耐用的优点，而且可以输入三维运动控制信息，可以广泛的应用于多方向信息输入、三维运动控制的场合，可以用于控制复杂的空间运动执行设备。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括直线电位器活动杆、复位弹簧、连接架、动虎克铰、壳体、直线电位器本体、静虎克铰、球形轴承、操纵杆手柄。其连接方式为操纵杆手柄通过球形轴承穿过壳体，这使得操纵杆手柄可以以球形轴承为中心相对壳体上下活动或摆动；三个静虎克铰与壳体固定连接，它们在水平面上相差120°周向均等分布；三个直线电位器本体与三个静虎克铰连接，它们可以以各自相连的静虎克铰为中心任意旋转；三个直线电位器活动杆设置在各自的直线电位器本体中并可以直线运动；三个直线电位器活动杆分别与三个动虎克铰相连，而三个动虎克铰汇交于连接架；操纵杆手柄在壳体内部一端与连接架相连，并且连接架与操纵杆手柄形成一个转动副连接，连接架可以绕操纵杆手柄轴线旋转，但是不能沿操纵杆手柄轴线作直线运动；复位弹簧一端与壳体相固定，另一端与连接架固定。当操作者操作操纵杆手柄时，操纵杆手柄的姿态由于球形轴承的约束在另一端带动连接架作相应的空间运动。由于连接架与三套直线电位器的活动杆通过动虎克铰铰接，而三个直线电位器本体与三个静虎克铰连接，所以操作者操作操纵杆手柄的动作反映到连接架的空间位置变化上，进而实现三个直线电位器电阻活动触点的位置变化。实际应用时，可以分别将三个直线电位器的两个电阻固定端接电源正负极，三个中间端输出电压。由于三个直线电位器的空间配置形式，通过将检测到的三个直线电位器的输出值换算为它们的伸缩距离并经过并联机构运动学解算可以得出操纵杆手柄在壳体外面端点的唯一的空间位置，因此可以用作三维的方向信息输入设备。复位弹簧的设置，可以保证操纵杆手柄不受力时，能够自动回复到初始状态。与现有技术相比，本专利技术结构简单，体积小，装配容易，手感好，造价低，更重要的是，它不像传统采用一对正交配置的旋转电位器的操纵杆只能实现二维方向信息输入，而是能够提供三维的信息。本专利技术可以广泛的应用于多方向信息输入、三维运动控制的场合，可以用于控制复杂的空间运动执行设备，例如机器人，可以控制它们前后、左右或上下运动。附图说明图1本专利技术机构示意2本专利技术机构俯视剖面3本专利技术等效电路原理4本专利技术工作示意图具体实施方式如图1、图2、图3所示，本专利技术包括直线电位器活动杆1、复位弹簧2、连接架3、动虎克铰4、壳体5、直线电位器本体6、静虎克铰7、球形轴承8、操纵杆手柄9。其连接方式为操纵杆手柄9通过球形轴承8穿过壳体5，操纵杆手柄9可以以球形轴承8为中心相对壳体5上下活动或摆动；三个静虎克铰7与壳体5固定连接，它们在水平面上相差120°周向均等分布；三个直线电位器本体6与三个静虎克铰7连接，它们可以以各自连接的静虎克铰7为中心任意旋转；三个直线电位器活动杆1设置在各自的直线电位器本体6中，并且分别与三个动虎克铰4相连，而三个动虎克铰4汇交于连接架3，操纵杆手柄9在壳体5内部一端与连接架3相连，并且连接架3与操纵杆手柄9形成一个转动副连接，连接架3可绕操纵杆手柄9轴线旋转，但是不能沿操纵杆手柄轴线作直线运动；复位弹簧2一端与壳体5相固定，另一端与连接架3固定。如图4所示，操纵杆手柄9的姿态由于球形轴承8的约束在另一端带动连接架3作相应的空间运动。由于连接架3与三套直线电位器的活动杆1通过动虎克铰4铰接，而三个直线电位器本体6与三个静虎克铰7连接，所以操作者操作操纵杆手柄9的动作反映到连接架3的空间位置变化上，进而实现三个直线电位器电阻活动触点的位置变化。实际应用时，可以分别将三个直线电位器的两个电阻固定端接电源正负极，三个中间端输出电压。由于三个直线电位器的空间配置形式，通过将检测到的三个直线电位器的输出值换算为它们的伸缩距离并经过并联机构运动学解算可以得出操纵杆手柄9在壳体5外面端点的唯一的空间位置，因此可以用作三维的方向信息输入设备。复位弹簧2的设置，可以保证操纵杆手柄不受力时，能够自动回复到初始状态。权利要求1.一种基于并联机构的全方位操纵杆系统，其特征在于，包括直线电位器活动杆(1)、复位弹簧(2)、连接架(3)、动虎克铰(4)、壳体(5)、直线电位器本体(6)、静虎克铰(7)、球形轴承(8)、操纵杆手柄(9)，操纵杆手柄(9)通过球形轴承(8)穿过壳体(5)，三个静虎克铰(7)与壳体(5)固定连接，三个直线电位器本体(6)与三个静虎克铰(7)连接，三个直线电位器活动杆(1)设置在各自的直线电位器本体(6)中，并且分别与三个动虎克铰(4)相连，而三个动虎克铰(4)汇交于连接架(3)，操纵杆手柄(9)在壳体内部一端与连接架(3)相连，并且连接架(3)与操纵杆手柄(9)形成一个转动副连接，复位弹簧(2)一端与壳体(5)相固定，另一端与连接架(3)固定。2.根据权利要求1所述的基于并联机构的全方位操纵杆系统，其特征是，三个静虎克铰(7)在水平面上周向相差120°均等分布，三个直线电位器本体(6)以各自连接的静虎克铰(7)为中心任意旋转。3.根据权利要求1或者2所述的基于并联机构的全方位操纵杆系统，其特征是，实际应用时，分别将三个直线电位器本体(6)的两个电阻固定端接电源正负极，三个中间端输出电压。4.根据权利要求1所述的基于并联机构的全方位操纵杆系统，其特征是，操纵杆手柄(9)以球形轴承(8)为中心相对壳体(5)上下活动或摆动。5.根据权利要求1所述的基于并联机构的全方位操纵杆系统，其特征是，连接架(3)绕操纵杆手柄(9)轴线旋转。6.根据权利要求1或者5所述的基于并联机构的全方位操纵杆系统，其特征是，操作者操作操纵杆手柄(9)的动作反映到连接架(3)的空间位置变化上，实现三个直线电位器电阻活动触点的位置变化。全文摘要一种基于并联机构的全方位操纵杆系统，用于运动控制
包括直线电位器活动杆、复位弹簧、连接架、动虎克铰、壳体、直线电位器本体、静虎克铰、球形轴承、操纵杆手柄。操纵杆手柄通过球形轴承穿过壳体，三个静虎克铰与壳体固定连接，三个直线电位器本体与三个静虎克铰连接，三个直线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于并联机构的全方位操纵杆系统，其特征在于，包括：直线电位器活动杆（１）、复位弹簧（２）、连接架（３）、动虎克铰（４）、壳体（５）、直线电位器本体（６）、静虎克铰（７）、球形轴承（８）、操纵杆手柄（９），操纵杆手柄（９）通过球形轴承（８）穿过壳体（５），三个静虎克铰（７）与壳体（５）固定连接，三个直线电位器本体（６）与三个静虎克铰（７）连接，三个直线电位器活动杆（１）设置在各自的直线电位器本体（６）中，并且分别与三个动虎克铰（４）相连，而三个动虎克铰（４）汇交于连接架（３），操纵杆手柄（９）在壳体内部一端与连接架（３）相连，并且连接架（３）与操纵杆手柄（９）形成一个转动副连接，复位弹簧（２）一端与壳体（５）相固定，另一端与连接架（３）固定。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宁柯军，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]