[发明专利]触感装置中的夹持力反馈系统

说明书

技术领域

本发明涉及遥操作机器人系统以及虚拟现实系统中所需的夹持结构，它可以实现遥操作机器人系统或虚拟现实系统中的夹持力反馈，尤其适用于水下、医疗、航空航天及危险环境下遥操作机器人系统或虚拟现实系统中所需的夹持关节及其力反馈的实现。

背景技术

随着遥操作机器人技术的快速发展和广泛应用，各种各样的触感装置被成功开发出来，这些触感装置将从操作机器人末端执行器与环境交互作用力信息反馈给操作者，使操作者产生“身临其境”的感知效果，在这些触感装置中一般都会涉及到夹持关节，但目前商品化的触感装置(如PHANTOM、Omega等触感装置)中还未实现夹持关节的力反馈，且大多数夹持结构是在特定的应用环境下开发出来的，通用性差，因此开发一种通用性强，结构简单，易于操作的夹持力反馈系统对于弥补现有结构的不足具有重大意义。另外，近年来虚拟现实技术在医疗、遥操作、军事及娱乐等领域得到了广泛应用。虚拟现实技术主要包括以下三方面内容，即视觉、力觉和听觉，其中力觉感受对于某些特殊环境及特定操作具有重要意义，如能见度差的环境、表面跟踪操作等，在这些场合，实时准确的力觉感受是成功完成作业的保障。因此，夹持力反馈系统对提高触感装置的临场感以及虚拟现实系统的真实性意义非凡。

发明内容

本发明目的在于在现有夹持关节结构的基础上，进一步开发出一种可实现夹持力反馈的结构，该结构可以广泛应用于遥操作机器人系统或虚拟现实系统。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

触感装置中的夹持力反馈系统，它包括夹持部分和力反馈实现部分。本发明夹持力反馈系统的夹持部分包括支撑件外壳，两个夹持手柄分别通过连接短轴和轴承与外壳相连，两个夹持连杆一端与夹持手柄通过连接短轴和轴承连接，另一端通过轴承与滑块连接，滑块与弹簧固定相连，两个夹持手柄分别绕两个连接短轴转动形成夹持的开合运动。力反馈的实现：控制器接收到夹持力信号，并向电机发出控制信号，电机驱动丝杠转动，丝杠与外壳通过轴承连接，与丝杠匹配的螺母在丝杠上作直线运动，当有力反馈时，丝杠带动螺母向压缩弹簧方向运动，螺母压缩弹簧变形为ΔX，弹簧变形产生弹力F＝K·ΔX，弹力传递到夹持手柄上使操作者感受到夹持力。本发明夹持力反馈系统有以下优点：

1.本发明的机构可以用于多种遥操作机器人系统或虚拟现实系统中，通用性强，符合人机工程学要求。

2.本机构所述的夹持力反馈系统使夹持力得到了精确控制，大大提高了人机联合操作的临场感以及精确度。

3.本机构具有结构紧凑、力反馈精度高、刚度高、制造成本低等优点。

4.本机构通过丝杠螺母和弹簧的组合结构实现夹持力反馈，结构简单，便于实现。

附图说明

图1是本发明在一种六维力反馈触感装置中的应用示意图。

图2是本发明触感装置的夹持力反馈系统的总体示意图。

图3是图2所示的装置的内部结构示意图。

图4是图2所示的装置的内部结构剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。

图1是本发明在主从式遥操作机器人主操作手系统中的应用示例。图1中主操作手系统包括：底座1-1、大臂机构1-2，肘关节机构1-3、小臂机构1-4、腕关节结构1-5以及本发明夹持力反馈系统1-6。在本示例中本发明直接与主操作手系统的腕关节结构1-5的姿态架相连，即姿态架替代外壳作为支撑存在，此腕关节为三轴交汇于一点的结构，本发明夹持力反馈系统亦可应用于其它腕部结构或者独立存在于其它系统结构中。