一种3R测力手腕运动装置及其使用方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种3R测力手腕运动装置及其使用方法，包括：旋转盘，其旋转轴线竖直向上，记其旋转轴线为第一旋转轴线；球面二自由度并联机构，其包括设于所述旋转盘上方的动平台，所述旋转盘能够带动所述动平台绕所述第一旋转轴线旋转，所述动平台还能够绕第二旋转轴线和第三旋转轴线旋转，所述第二旋转轴线和所述第三旋转轴线位于同一水平面，且所述第一旋转轴线、所述第二旋转轴线和所述第三旋转轴线相互垂直并交于一点；测力组件，其包括设置在所述动平台上的测力传感器以及设置在所述测力传感器上的握杆。本发明专利技术的目的在于测量人手腕在运动过程中的交互力，以便得到手腕旋转刚度中极为重要的力信息，提高测量精度。提高测量精度。提高测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种3R测力手腕运动装置及其使用方法


[0001]本专利技术属于手腕刚度提取
，具体涉及一种3R测力手腕运动装置及其使用方法。

技术介绍

[0002]随着机器人技术的发展，下一代机器人需要在熟练操作的场景中工作，像手一样的灵巧操作便成为其所需具备的关键能力。人手腕的运动对于实现灵巧操作有着重要的意义，是完成许多技能的必要环节。其中，手腕的旋转刚度对手腕的运动起着决定性的作用，是人机技能传递中不可或缺的一部分。
[0003]手腕关节具有三个自由度，分别是屈曲/伸展、尺偏/桡偏、旋前/旋后，手腕运动装置需要能够驱动手腕在这三个自由度上进行旋转。现有的部分手腕运动装置只能实现单一自由度或两个自由度的运动，这样的机构无法实现手腕全自由度力的测量。为了实现三个自由度的运动，一些机构采取了绳驱动、气动人造肌肉等方法，但这些方法由于其本身的物理特性，其响应速度、运动精度等指标无法满足手腕力测量的要求。不仅如此，在三自由度手腕运动装置中，相当一部分机构受限于驱动方式和自身结构，其工作空间无法覆盖手腕的运动范围，导致无法在整个手部活动范围内完整地测量腕部交互力。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一种3R测力手腕运动装置及其使用方法，其目的在于测量人手腕在运动过程中的交互力，以便得到手腕旋转刚度中极为重要的力信息，提高测量精度。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0006]一种3R测力手腕运动装置，包括：
[0007]旋转盘，其旋转轴线竖直向上，记其旋转轴线为第一旋转轴线；
[0008]球面二自由度并联机构，其包括设于所述旋转盘上方的动平台，所述旋转盘能够带动所述动平台绕所述第一旋转轴线旋转，所述动平台还能够绕第二旋转轴线和第三旋转轴线旋转，所述第二旋转轴线和所述第三旋转轴线位于同一水平面，且所述第一旋转轴线、所述第二旋转轴线和所述第三旋转轴线相互垂直并交于一点；
[0009]测力组件，其包括设置在所述动平台上的测力传感器以及设置在所述测力传感器上的握杆。
[0010]进一步地，所述3R测力手腕运动装置还包括：
[0011]手臂支撑架，其位于所述旋转盘的上方且呈水平布置，用于给手臂提供支撑，所述手臂支撑架的末端位于所述第一旋转轴线、所述第二旋转轴线和所述第三旋转轴线的交点上。
[0012]进一步地，所述动平台上设置有导向件，所述测力传感器的底部固定有滑动配合在所述导向件上的滑动件，所述滑动件能够沿所述导向件向靠近或远离所述手臂支撑架末
端的位置滑移。
[0013]进一步地，所述导向件为开设在所述动平台上的滑槽，所述滑动件包括用于固定所述测力传感器的安装板以及固定在所述安装板底部的滑块，所述滑块与所述滑槽滑动配合。
[0014]进一步地，所述3R测力手腕运动装置还包括：
[0015]底座，所述旋转盘位于所述底座上方，并与设置在所述底座上的第一旋转驱动装置的旋转输出端连接，所述第一旋转驱动装置旋转轴线与所述第一旋转轴线重合；所述手臂支撑架固定连接在所述底座上。
[0016]进一步地，所述第一旋转驱动装置为端面电机。
[0017]进一步地，所述旋转盘上沿其周向呈九十度分布的两个位置上分别固定有第一支撑座和第二支撑座，所述第一支撑座和所述第二支撑座上分别设置有第二旋转驱动装置和第三旋转驱动装置，所述第二旋转驱动装置和所述第三旋转驱动装置的旋转轴线分别与所述第三旋转轴线和所述第二旋转轴线重合，所述第二旋转驱动装置用于驱动所述动平台绕所述第三旋转轴线旋转，所述第三旋转驱动装置用于驱动所述动平台绕所述第二旋转轴线旋转。
[0018]进一步地，所述球面二自由度并联机构还包括第一支链和第二支链，所述第一支链的一端与所述第二旋转驱动装置的旋转输出端固定连接，所述第一支链的另一端与所述动平台通过第一转动轴连接，所述第一转动轴的轴线即为所述第二旋转轴线；所述第二支链包括第一构件和第二构件，所述第一构件和所述第二构件的一端通过第二转动轴连接，所述第二转动轴的轴线与所述第一旋转轴线重合，所述第一构件的另一端与所述第三旋转驱动装置的旋转输出端固定连接，所述第二构件的另一端与所述动平台通过第三转动轴连接，所述第三转动轴的轴线即为所述第三旋转轴线。
[0019]进一步地，所述第二旋转驱动装置包括分别设置在所述第一支撑座上靠近下方和上方位置的第一驱动电机和第一传动轴，所述第一驱动电机和所述第一传动轴通过第一同步带传动连接，所述第一传动轴与所述第一支链的一端固定连接；
[0020]所述第三旋转驱动装置包括分别设置在所述第二支撑座上靠近下方和上方位置的第二驱动电机和第二传动轴，所述第二驱动电机和所述第二传动轴通过第二同步带传动连接，所述第二传动轴与所述第一构件的另一端固定连接。
[0021]一种3R测力手腕运动装置的使用方法，包括：
[0022]手握所述握杆；
[0023]控制所述旋转盘带动所述动平台绕所述第一旋转轴线旋转，进而驱动手腕做屈曲/伸展运动，利用所述测力传感器测取交互力；
[0024]和/或，控制所述动平台绕所述第二旋转轴线旋转，进而驱动手腕做旋前/旋后运动，利用所述测力传感器测取交互力；
[0025]和/或，控制所述动平台绕所述第三旋转轴线旋转，进而驱动手腕做尺偏/桡偏运动，利用所述测力传感器测取交互力。
[0026]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0027]本专利技术提供的一种3R测力手腕运动装置，将球面二自由度并联机构的动平台设于旋转盘的上方，并使得旋转盘的第一旋转轴线以及动平台的第二旋转轴线和第三旋转轴线
分别相互垂直并交于一点，巧妙的实现了动平台在空间中的三个旋转自由度。使用时，人们手握握杆，利用旋转盘带动动平台绕第一旋转轴线旋转，进而驱动手腕做屈曲/伸展运动，利用球面二自由度并联机构的动平台本身的两个旋转运动，即动平台绕第二旋转轴线旋转，进而驱动手腕做旋前/旋后运动，以及利用动平台绕第三旋转轴线旋转，进而驱动手腕做尺偏/桡偏运动，同时，在手腕进行屈曲/伸展、旋前/旋后以及尺偏/桡偏运动的过程中，利用测力传感器测取交互力。本专利技术的手腕运动装置，动平台的运动空间足以覆盖手腕的运动范围，可以很好的测量人手腕在运动过程中的交互力，得到手腕旋转刚度中极为重要的力信息，测量精度高。
[0028]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，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。
[0030]图1为本专利技术实施例一种3R测力手腕运动装置的整体结构示意图；
[0031]图2为图1的另本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种3R测力手腕运动装置，其特征在于，包括：旋转盘(1)，其旋转轴线竖直向上，记其旋转轴线为第一旋转轴线；球面二自由度并联机构(2)，其包括设于所述旋转盘(1)上方的动平台(200)，所述旋转盘(1)能够带动所述动平台(200)绕所述第一旋转轴线旋转，所述动平台(200)还能够绕第二旋转轴线和第三旋转轴线旋转，所述第二旋转轴线和所述第三旋转轴线位于同一水平面，且所述第一旋转轴线、所述第二旋转轴线和所述第三旋转轴线相互垂直并交于一点；测力组件(3)，其包括设置在所述动平台(200)上的测力传感器(300)以及设置在所述测力传感器(300)上的握杆(301)。2.根据权利要求1所述的一种3R测力手腕运动装置，其特征在于，所述3R测力手腕运动装置还包括：手臂支撑架(4)，其位于所述旋转盘(1)的上方且呈水平布置，用于给手臂提供支撑，所述手臂支撑架(4)的末端位于所述第一旋转轴线、所述第二旋转轴线和所述第三旋转轴线的交点上。3.根据权利要求2所述的一种3R测力手腕运动装置，其特征在于，所述动平台(200)上设置有导向件(200a)，所述测力传感器(300)的底部固定有滑动配合在所述导向件(200a)上的滑动件(300a)，所述滑动件(300a)能够沿所述导向件(200a)向靠近或远离所述手臂支撑架(4)末端的位置滑移。4.根据权利要求3所述的一种3R测力手腕运动装置，其特征在于，所述导向件(200a)为开设在所述动平台(200)上的滑槽，所述滑动件(300a)包括用于固定所述测力传感器(300)的安装板以及固定在所述安装板底部的滑块，所述滑块与所述滑槽滑动配合。5.根据权利要求2所述的一种3R测力手腕运动装置，其特征在于，所述3R测力手腕运动装置还包括：底座(5)，所述旋转盘(1)位于所述底座(5)上方，并与设置在所述底座(5)上的第一旋转驱动装置(5a)的旋转输出端连接，所述第一旋转驱动装置(5a)旋转轴线与所述第一旋转轴线重合；所述手臂支撑架(4)固定连接在所述底座(5)上。6.根据权利要求5所述的一种3R测力手腕运动装置，其特征在于，所述第一旋转驱动装置(5a)为端面电机。7.根据权利要求1所述的一种3R测力手腕运动装置，其特征在于，所述旋转盘(1)上沿其周向呈九十度分布的两个位置上分别固定有第一支撑座(1a)和第二支撑座(1b)，所述第一支撑座(1a)和所述第二支撑座(1b)上分别设置有第二旋转驱动装置(1a0)和第三旋转驱动装置(1b0)，所述第二旋转驱动装置(1a0)和所述第三旋转驱动装置(1b0)的旋转轴线分别与所述第三旋...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵飞，杨竞博，廖志炜，王虓，梅雪松，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：