一种三自由度平动力反馈式手控器制造技术

本发明专利技术公开了一种三自由度平动力反馈式手控器，包括X方向直线模组、Y方向直线模组、Z方向直线模组、操作组件和驱动控制器。X方向直线模组的滑台与Y方向直线模组的底座连接，Y方向直线模组的滑台与Z方向直线模组的底座连接。操作组件包括三维力传感器和操作手柄，三维力传感器一端与Z方向直线模组的滑台连接，另一端与操作手柄连接，用于检测操作手柄受到的操作力的大小和方向并输出三维力参数。驱动控制器与所有驱动电机电气连接，驱动控制器与三维力传感器通过信号电缆线连接，驱动控制器用于根据三维力参数和外部远端执行器上三维力传感器参数调整所有驱动电机的转速和输出转矩。

【技术实现步骤摘要】
一种三自由度平动力反馈式手控器
本专利技术属于反馈式手控器领域，尤其涉及一种三自由度平动力反馈式手控器。
技术介绍
随着人类作业领域的不断增大，任务执行的复杂性、精度要求也在不断提高。而由于目前机器人控制技术的局限，在今后的很长一段时间内，针对复杂环境下的空间机器人操作仍然需要操作人员的参与。人机交互技术是指人通过一定的交互方式实现操作者和机器之间交互的一种技术，在虚拟现实、深海探测和远程手术等领域应用广泛。力反馈手控器是遥操作机器人系统中广泛采用的一种人机交互设备。作为操作者和虚拟机器人或真实机器人中间的媒介，手控器不但具有将操作者手部位姿信息发送给本地控制系统的功能，而且可以将虚拟系统中虚拟机器人接触到的纹理信息或者远端机器人与环境的交互力展示给操作者。因此，能使操作人员在远距离操作过程中获得临场感，辅助操作人员进行精确控制的反馈式手控器尤为重要。然而，目前的三自由度平动力反馈手控器机身结构复杂、结构刚度低、工作行程范围小。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种三自由度平动力反馈式手控器，以解决现有技术中三自由度平动力反馈手控器结构复杂的问题。本专利技术的技术方案为：一种三自由度平动力反馈式手控器，包括：X方向直线模组、Y方向直线模组、Z方向直线模组、操作组件和驱动控制器；所述X方向直线模组、所述Y方向直线模组和所述Z方向直线模组均包括底座、驱动电机和设于所述底座上的滑动组件，所述滑动组件包括导轨、滑台和第一传动部件，所述驱动电机与所述第一传送部件连接，用于通过所述传送部件驱动所述滑台沿所述导轨做直线往复运动；所述X方向直线模组的所述滑台与所述Y方向直线模组的所述底座连接，所述Y方向直线模组的所述滑台与所述Z方向直线模组的所述底座连接，所述X方向直线模组的所述导轨、所述Y方向直线模组的所述导轨和所述Z方向直线模组的所述导轨相互垂直；所述操作组件包括三维力传感器和操作手柄，所述三维力传感器一端与所述Z方向直线模组的所述滑台连接，另一端与所述操作手柄连接，用于检测所述操作手柄受到的操作力的大小和方向并输出三维力参数；所述驱动控制器与所有所述驱动电机电气连接，所述驱动控制器与所述三维力传感器通过信号电缆线连接，所述驱动控制器用于根据所述三维力参数和外部远端执行器上三维力传感器参数调整所有所述驱动电机的转速和输出转矩。优选地，所述第一传动部件包括设于所述底座上的主动轮、被动轮和同步带，所述同步带绕设于所述主动轮和所述被动轮，且所述同步带的运动方向与所述导轨的导向平行，所述滑台固定连接于所述同步带。3、根据权利要求2所述的三自由度平动力反馈式手控器，其特征在于，所述X方向直线模组包括平行设置的两个所述滑动组件，所述X方向直线模组中的两个所述滑动组件中的两个所述主动轮之间通过第二传动部件连接，以实现同步转动，所述X方向直线模组的所述驱动电机与其中一个所述滑动组件中的所述主动轮连接；所述Y方向直线模组和所述Z方向直线模组均包括一个所述滑动组件和一个所述驱动电机，所述Y方向直线模组的所述底座分别与所述X方向直线模组中的两个所述滑动组件中两个所述滑台连接。优选地，所述传动部件包括传动轴和两个联轴器，所述传送轴两端分别通过所述联轴器与所述X方向直线模组中的两个所述滑动组件中的两个所述主动轮连接。优选地，所述滑台上设有连接件，所述连接件与对应的所述底座或所述三维力传感器连接。优选地，所述操作手柄上设有按压式按键，所述按压式按键与所述驱动控制器信号连接，所述驱动控制器还用于根据所述按压式按键的开关信号辅助调整所有所述驱动电机的转速和输出转矩。优选地，所述驱动控制器为数字式驱动控制器。优选地，所述驱动电机的末端设有光电编码器，所述光电编码器与所述驱动控制器信号连接。本专利技术由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：(1)本专利技术将空间复杂力问题转化为了简单的三轴分力进行相应控制，即简化了求解难度，也使得手控器操作更加符合操作员的直观感受；同时，本专利技术将三轴分力各自通过X方向直线模组、Y方向直线模组、Z方向直线模组三个模组模拟输出，结构简单、可靠，操作简单，容易实现。(2)本专利技术一实施例提供的三自由度平动力反馈式手控器，利用直线导轨具有较长工作行程的特性，使其相对于其他结构的三自由度手控器而言更大的工作范围，并且通过更换不同规格的直线导轨模组可实现工作行程的自由定制，而不必受制于机器结构局限。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。图1为本专利技术的一种三自由度平动力反馈式手控器的结构示意图；图2为本专利技术的一种X方向直线模组的结构示意图；图3为本专利技术的一种Y方向直线模组的结构示意图；图4为本专利技术的一种Z方向直线模组的结构示意图；图5为本专利技术的直线模组驱动方式示意图；图6为本专利技术的一种三自由度平动力反馈式手控器的控制电路示意图。附图标记说明：1：X方向直线模组；2：Y方向直线模组；3：Z方向直线模组；4：操作组件；5：移动平台支撑基座；6：传动轴；7：联轴器；8：支撑座；9：连接件；10：驱动电机；11：工作台面；12：三维力传感器；13：操作手柄；14：按压式按键；15：同步带；16：滑台；17：盖板；18：主动轮。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本专利技术的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本专利技术相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。本专利技术针对目前存在的空间三自由度平动手控器，提供一种基于力觉反馈引导的遥操作手控器，其具有结构可靠、行程大、精度高和工作范围可定制等特性，可实现高精度的位置追踪，并能为遥操作和虚拟现实交互提供实时而高精度的反馈力。参看图1至图6，本实施例提供一种三自由度平动力反馈式手控器，包括X方向直线模组1、Y方向直线模组2、Z方向直线模组3、操作组件4和驱动控制器。X方向直线模组1、Y方向直线模组2和Z方向直线模组3均包括底座、驱动电机10和设于底座上的滑动组件，滑动组件包括导轨、滑台16和第一传动部件，驱动电机10与第一传送部件连接，用于通过传送部件驱动滑台16沿导轨做直线往复运动。X方向直线模组1的滑台16与Y方向直线模组2的底座连接，Y方向直线模组2的滑台16与Z方向直线模组3的底座连接，X方向直线模组1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三自由度平动力反馈式手控器，其特征在于，包括：X方向直线模组、Y方向直线模组、Z方向直线模组、操作组件和驱动控制器；/n所述X方向直线模组、所述Y方向直线模组和所述Z方向直线模组均包括底座、驱动电机和设于所述底座上的滑动组件，所述滑动组件包括导轨、滑台和第一传动部件，所述驱动电机与所述第一传送部件连接，用于通过所述传送部件驱动所述滑台沿所述导轨做直线往复运动；/n所述X方向直线模组的所述滑台与所述Y方向直线模组的所述底座连接，所述Y方向直线模组的所述滑台与所述Z方向直线模组的所述底座连接，所述X方向直线模组的所述导轨、所述Y方向直线模组的所述导轨和所述Z方向直线模组的所述导轨相互垂直；所述操作组件包括三维力传感器和操作手柄，所述三维力传感器一端与所述Z方向直线模组的所述滑台连接，另一端与所述操作手柄连接，用于检测所述操作手柄受到的操作力的大小和方向并输出三维力参数；/n所述驱动控制器与所有所述驱动电机电气连接，所述驱动控制器与所述三维力传感器通过信号电缆线连接，所述驱动控制器用于根据所述三维力参数和外部远端执行器上三维力传感器参数调整所有所述驱动电机的转速和输出转矩。/n

【技术特征摘要】
1.一种三自由度平动力反馈式手控器，其特征在于，包括：X方向直线模组、Y方向直线模组、Z方向直线模组、操作组件和驱动控制器；
所述X方向直线模组、所述Y方向直线模组和所述Z方向直线模组均包括底座、驱动电机和设于所述底座上的滑动组件，所述滑动组件包括导轨、滑台和第一传动部件，所述驱动电机与所述第一传送部件连接，用于通过所述传送部件驱动所述滑台沿所述导轨做直线往复运动；
所述X方向直线模组的所述滑台与所述Y方向直线模组的所述底座连接，所述Y方向直线模组的所述滑台与所述Z方向直线模组的所述底座连接，所述X方向直线模组的所述导轨、所述Y方向直线模组的所述导轨和所述Z方向直线模组的所述导轨相互垂直；所述操作组件包括三维力传感器和操作手柄，所述三维力传感器一端与所述Z方向直线模组的所述滑台连接，另一端与所述操作手柄连接，用于检测所述操作手柄受到的操作力的大小和方向并输出三维力参数；
所述驱动控制器与所有所述驱动电机电气连接，所述驱动控制器与所述三维力传感器通过信号电缆线连接，所述驱动控制器用于根据所述三维力参数和外部远端执行器上三维力传感器参数调整所有所述驱动电机的转速和输出转矩。


2.根据权利要求1所述的三自由度平动力反馈式手控器，其特征在于，所述第一传动部件包括设于所述底座上的主动轮、被动轮和同步带，所述同步带绕设于所述主动轮和所述被动轮，且所述同步带的运动方向与所述导轨的导向平行，所述滑台固定连接于所述同步带。


3.根据权利要求2所述的三自由度平动力反馈式手控器，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹家勇，吴世豪，陈星，许海波，吴沛华，
申请(专利权)人：上海应用技术大学，
类型：发明
国别省市：上海;31