【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及力反馈，更具体地，涉及一种旋转动作的力反馈装置和力反馈方法。
技术介绍
1、传统操作系统的操控过程中，操控动作是从操作端到动作端的单向过程，如叉车、吊臂等设备操作员对操控端输入动作，动作端进行相应的动作，操作员仅通过目视对动作进行判断，其操作精度依赖操作员的经验判断。对于操作精度要求较低的设备来说单向的操控过程足够使用，但是对于动作精度要求非常高的设备，如手术机器人来说，操作端输入的动作在动作端上完成之后，需要将动作端的触觉信息反馈到操作端上从而避免操作不当对操作对象造成不可逆的损伤。
2、目前，操作系统通过在操作端上设置力反馈器将动作端感受到的力反馈给操作员，但是现有的力反馈器大多仅能将直线运动感受到的力进行反馈，且传统的力反馈通常利用直线电机作为动力源，但是此种动力源存在两个问题，一是控制精度较低，直线电机通过电流来输出力矩，但是电流大小和力矩值的映射关系非线性，导致输出的反馈力精度低；二是电机不是平滑地输出的力，当需要反馈的力较大时，反馈力会存在明显的停顿感，降低操作者的操作体验，影响操作的准确性和精度。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术进行力反馈时存在明显的停顿感，降低操作者的操作体验，同时不能对旋转动作进行力反馈的不足，提供一种旋转动作的力反馈装置。
2、本专利技术的目的可采用以下技术方案来达到：
3、一种旋转动作的力反馈装置，包括底座、与所述底座转动连接的第一转动件和第二转动件、用于检测所述第一转动件转
4、本专利技术用于各种控制设备中，如机械臂的操控端、手术机器人的控制端中，所述底座可以为控制设备的结构。使用时，如在手术机器人中，医生对输入端进行操作，控制装置接收到输入端的动作信号，然后控制手术端的动作部件进行对应的操作后，手术端上设有对应的传感器检测手术目标对动作部件的作用力大小并发送给控制装置，控制装置则利用本专利技术的力反馈装置，使得医生在操作输入端时受到反馈，让医生的操作更加精确，操作体验更好。
5、本专利技术用于实现旋转动作的力反馈，通过设置轴线相同且绕同一轴线转动的第一转动件和第二转动件分别与输入端和驱动装置连接，在不需要进行力反馈时，医生对输入端进行转动时所述第一转动件和第二转动件的其中一个进行转动，另一个在驱动装置的驱动下同步转动。当需进行力反馈时，由于所述第一转动件和第二转动件分别设有第一永磁体和第二永磁体，则只需要控制驱动装置使得所述第一转动件和第二转动件之间产生角度差，就可使得所述第一转动件和第二转动件之间产生相互作用力，从而操作端受到该作用力实现力反馈。由于本专利技术是利用两个永磁体之间是距离变化从而改变两个永磁体之间的相互作用力，这样输出的反馈力在增大或减小的过程中是连续，且第一转动件和第二转动件之间不直接接触，避免直线电机输出的不连续感、停顿感和抖动，提高力反馈精度。
6、第一永磁体和第二永磁体数量相同且位置对应，即所述第一转动件外周上设置有第一永磁体的位置处第二转动件外周上也对应设置有第二永磁体，位置对应的所述第一永磁体和第二永磁体相互平行且两者之间的磁极相反从而产生磁吸力。
7、进一步的，所述第一永磁体和第二永磁体均弧形片状，所述弧形片的圆心位于所述第一转动件的转轴上。
8、所述第一永磁体和第二永磁体做成弧形片，使得在第一转动件和第二转动件相对转动时，所述第一永磁体和第二永磁体之间的角度差与磁吸力之间的关系更加接近理想值和线性关系，从而便于控制装置更精确地进行力反馈。本专利技术通过同心磁体对来映射角度和反馈力的关系，可产生精确、稳定的反馈力，消除反馈力的停顿感。
9、进一步的，所述第一永磁体和第二永磁体的数量均为两个，两个所述第一永磁体以所述第一转动件的转轴为对称轴对称设置在所述第一转动件上，两个所述第二永磁体以所述第二转动件为对称轴对称设置在所述第二转动件上。
10、所述第一永磁体和第二永磁体对称设置从而使得所述第一转动件和第二转动件受力两侧平衡，这样第一转动件和第二转动件转动轴线不容易发生偏移，提高力反馈精度。
11、进一步的，所述第一角度传感结构为设于所述底座上用于感应所述第一转动件转动角度的第一角度传感器，所述第一角度传感器与所述控制装置电连接。
12、所述第一角度传感器设于所述底座上对所述第一转动件的转动角度进行测量。
13、进一步的，所述第二角度传感结构包括与所述第二转动件固定连接的第一同步轮、与所述底座转动连接的同步轴、套设在所述同步轴上与所述同步轴固定连接的第二同步轮、设于所述第一同步轮和第二同步轮上的第一同步带、以及用于识别所述同步轴转动角度的第二角度传感器，所述同步轴的轴线与所述第一转动件的转轴相互平行，所述第一同步轮套设在所述第一转动件外，所述第二角度传感器与所述控制装置电连接。
14、由于所述第二转动件套设在所述第一转动件外，且所述第一转动件对应设有第一角度传感器，为了测量所述第二转动件的转动角度时避免与第一角度传感器发生干涉，本方案中利用所述第一同步轮和第二同步轮、第一同步带的结构，将所述第二转动件的转动转化为同步轴的转动，通过所述第二角度传感器测量所述同步轴的转动角度从而得到所述第二转动件的转动角度。
15、进一步的，所述驱动装置包括设于所述底座上的步进电机，所述步进电机的输出轴上设有第三同步轮，所述第二转动件包括第四同步轮，所述第三同步轮和第四同步轮上设有第二同步带，所述步进电机与所述控制装置电连接。
16、本方案中，所述驱动装置用于驱动所述第二转动件，因此所述第一转动件与输入端传动连接，医生对操作输入端使得所述第一转动件产生转动，所述第一角度传感器将识别到的转动角度信息传输给所述控制装置，所述控制装置控制所述驱动装置驱动所述第二转动件与所述第一转动件同步转动。此时，若是手术端检测的手术目标对动作部件的作用力大小并发送给控制装置，所述控制装置控制步进电机的转动速度从而使得所述第二转动件与所述第一转动件产生角度差，从而产生反馈力。
17、进一步的，所述第三同步轮和所述第四同步轮的数量为两个，所述第二永磁体设于两个所述所述第四同步轮之间。
18、设置两个第四同步轮并将所述第二永磁体设于两个所述所述第四同步轮之间，这样在所述步进电机的驱动所述第二转动件转动时减少所述第二转动件偏差。将所述第二永磁体设于两个所述所述第四同本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种旋转动作的力反馈装置，其特征在于，包括底座(1)、与所述底座(1)转动连接的第一转动件(2)和第二转动件(3)、用于检测所述第一转动件(2)转动角度的第一角度传感结构(6)、用于检测所述第二转动件(3)的第二角度传感结构(7)、用于驱动所述第一转动件(2)或第二转动件(3)转动的驱动装置(8)、以及控制装置，所述第一转动件(2)和所述第二转动件(3)同轴且均绕同一轴线转动，所述第二转动件(3)套设在所述第一转动件(2)外，所述第一转动件(2)周向上设有若干第一永磁体(4)，所述第二转动件(3)周向上设有第二永磁体(5)，所述第一永磁体(4)和第二永磁体(5)的数量相同且在周向上的位置相同对应，所述第一转动件(2)和第二转动件(3)两者中的一个与旋转动作的输入端连接，另一个与所述驱动装置(8)连接，所述第一角度传感结构(6)、第二角度传感结构(7)和驱动装置(8)均与所述控制装置连接。
2.根据权利要求1所述的旋转动作的力反馈装置，其特征在于，所述第一永磁体(4)和第二永磁体(5)均弧形片状，所述弧形片的圆心位于所述第一转动件(2)的转轴上。
3.根
4.根据权利要求1至3任意一项所述的旋转动作的力反馈装置，其特征在于，所述第一角度传感结构(6)为设于所述底座(1)上用于感应所述第一转动件(2)转动角度的第一角度传感器(61)，所述第一角度传感器(61)与所述控制装置电连接。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的旋转动作的力反馈装置，其特征在于，所述第二角度传感结构(7)包括与所述第二转动件(3)固定连接的第一同步轮(71)、与所述底座(1)转动连接的同步轴(72)、套设在所述同步轴(72)上与所述同步轴(72)固定连接的第二同步轮(73)、设于所述第一同步轮(71)和第二同步轮(73)上的第一同步带(74)、以及用于识别所述同步轴(72)转动角度的第二角度传感器(75)，所述同步轴(72)的轴线与所述第一转动件(2)的转轴相互平行，所述第一同步轮(71)套设在所述第一转动件(2)外，所述第二角度传感器(75)与所述控制装置电连接。
6.根据权利要求5所述的旋转动作的力反馈装置，其特征在于，所述驱动装置(8)包括设于所述底座(1)上的步进电机(81)，所述步进电机(81)的输出轴上设有第三同步轮(82)，所述第二转动件(3)包括第四同步轮(83)，所述第三同步轮(82)和第四同步轮(83)上设有第二同步带(84)，所述步进电机(81)与所述控制装置电连接。
7.根据权利要求6所述的旋转动作的力反馈装置，其特征在于，所述第三同步轮(82)和所述第四同步轮(83)的数量为两个，所述第二永磁体(5)设于两个所述所述第四同步轮(83)之间。
8.根据权利要求1所述的旋转动作的力反馈装置，其特征在于，所述第一转动件(2)上固定连接有输入轴(9)，所述输入轴(9)防控包括输入段(91)以及与所述第一转动件(2)固定固定连接的反馈段(92)，所述输入段(91)和反馈段(92)相互连接两端的端面上设有相互匹配的凹凸结构(93)以及力传感器(94)，所述力传感器(94)与所述控制装置电连接。
9.一种应用如权利要求2-8所述的力反馈装置的力反馈方法，其特征在于，包括如下步骤：
10.根据权利要求1所述的力反馈方法，其特征在于，与输入端连接的第一永磁体(4)所需要扭矩M与所述角度差θ1的关系如下：
...【技术特征摘要】
1.一种旋转动作的力反馈装置，其特征在于，包括底座(1)、与所述底座(1)转动连接的第一转动件(2)和第二转动件(3)、用于检测所述第一转动件(2)转动角度的第一角度传感结构(6)、用于检测所述第二转动件(3)的第二角度传感结构(7)、用于驱动所述第一转动件(2)或第二转动件(3)转动的驱动装置(8)、以及控制装置，所述第一转动件(2)和所述第二转动件(3)同轴且均绕同一轴线转动，所述第二转动件(3)套设在所述第一转动件(2)外，所述第一转动件(2)周向上设有若干第一永磁体(4)，所述第二转动件(3)周向上设有第二永磁体(5)，所述第一永磁体(4)和第二永磁体(5)的数量相同且在周向上的位置相同对应，所述第一转动件(2)和第二转动件(3)两者中的一个与旋转动作的输入端连接，另一个与所述驱动装置(8)连接，所述第一角度传感结构(6)、第二角度传感结构(7)和驱动装置(8)均与所述控制装置连接。
2.根据权利要求1所述的旋转动作的力反馈装置，其特征在于，所述第一永磁体(4)和第二永磁体(5)均弧形片状，所述弧形片的圆心位于所述第一转动件(2)的转轴上。
3.根据权利要求2所述的旋转动作的力反馈装置，其特征在于，所述第一永磁体(4)和第二永磁体(5)的数量均为两个，两个所述第一永磁体(4)以所述第一转动件(2)的转轴为对称轴对称设置在所述第一转动件(2)上，两个所述第二永磁体(5)以所述第二转动件(3)为对称轴对称设置在所述第二转动件(3)上。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的旋转动作的力反馈装置，其特征在于，所述第一角度传感结构(6)为设于所述底座(1)上用于感应所述第一转动件(2)转动角度的第一角度传感器(61)，所述第一角度传感器(61)与所述控制装置电连接。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的旋转动作的力反馈装置，其特征在于，所述第二...
【专利技术属性】
技术研发人员：林生智，晏丕松，
申请(专利权)人：广州市微眸医疗器械有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。