[实用新型]并联三自由度力反馈手柄

说明书

技术领域

本实用新型属于机器人领域，涉及一种具有力反馈功能的并联三自由度操作手柄。

背景技术

机器人技术广泛应用于生产制造、航空航天、医疗器械等领域，这些领域对机器人柔性操作提出了很高要求。具有力反馈功能的操作手柄可用于太空机器人遥操作领域，协助地面站工作人员完成空间站设备检修、更换等太空任务；可用于核电站辐射区完成机器人更换辐射燃料；可用于医疗机器人领域，协助医生完成微创介入手术或远程手术。

虚拟现实技术和增强现实技术是当前世界的前沿技术，虚拟现实中传递的力通过力反馈设备表现出来，可以使操作者感受到虚拟现实的力。我国在这方面的技术基本处于实验室研发阶段。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种结构简单、解算容易的并联三自由度力反馈手柄，用于对柔性操作有较高要求的机器人应用领域，实现太空、医疗、深海和特殊工作场合机器人遥操作控制。

本实用新型的实现方案是：

并联三自由度力反馈手柄，包括操作手柄、动平台、平行四边形连杆、曲面连杆、定平台、底座和控制电路板。

所述的操作手柄为球形，上部装有一个凹形按键；操作手柄固定在动平台一侧的中心位置。动平台是一个类正三角形平台，三个长边装有三个轴套，与三组平行四边形连杆相连。平行四边形另一侧通过轴承与曲面连杆连接。曲面连杆与定平台使用轴承连接，同时与齿轮A同轴，齿轮A与装在电机输出轴的齿轮B啮合。

定平台还安装有3组带有增量式编码器的电机和控制电路，并且卡在底座上，与底座保持固定连接，底座前部上安装有2个LED指示灯和2个按钮。

控制电路安装在定平台背部，设计有电机驱动、编码器读取、模式切换和上位机通信模块，主控制芯片定时向上位机发送位置和状态，同时接收命令。控制电路与上位机的通信接口有CAN、RS232等。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型是并联三自由度力反馈手柄，通过三组带有编码器的电机可以精确检测到三组连杆的位置，进而解算得到操作手柄的位置，将操作手柄位置移动反馈给上位机用于控制机器人运动。电机工作在力矩模式，控制操作手柄处于重力补偿状态能够实现“悬停”，也可以使操作者能够感受到虚拟力的反馈。

附图说明

图1是本实用新型的总体结构主视图

图2是本实用新型的总体结构俯视图

图3是本实用新型的动平台正视图（此图中为去除操作手柄图）

其中，1、操作手柄，2、动平台，3、连杆轴承A，4、平行四边形连杆，5、连杆轴承B，6、曲面连杆，7、定平台，8、齿轮B，9、电机，10、控制电路板，11、连杆支架，12、支撑块，13、底座，14、轴销，15、齿轮A，16、LED指示灯，17、控制按键，18、转动轴承，19、锁定按键，20、导槽，21、微动开关，22、归零导杆。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

本实用新型提供一种并联三自由度力反馈手柄包括底座（13）、定平台（7）、齿轮机构（8、15）、三套曲面连杆（6）、三套平行四边形连杆（4）、动平台（2）、操作手柄（1）、和控制电路板（10）。底座（13）为圆环形状，前端左侧安装有两个控制按键（17）和两个LED指示灯（16），定平台（7）与底座（13）通过支撑块（12）连接固定，呈90°夹角。所述的定平台（7）为环形，边缘设有三个椭圆孔沿圆周均匀分布，且三个电机（9）和三套齿轮机构（8、15）分别沿着定平台（7）圆周均匀分布。

进一步的，齿轮机构是套接在电机（9）输出轴的齿轮B（8）和与曲面连杆（6）与定平台（7）同轴的齿轮A（15）啮合而成。定平台（7）背面使用螺钉将控制电路板（10）安装在其上面。

所述曲面连杆（6）通过转动轴承（18）连接在连接支架（11）上，且转动轴承（18）与齿轮A（15）同轴。连接支架（11）使用螺钉固定在定平台（7）上。齿轮B（8）与齿轮A（15）啮合，并套接在电机（9）输出轴上。

所述平行四边形连杆（4）由两根长连杆和两根短连杆组成，使用连杆轴承A（3）和轴销（14）连接。一端短连杆中部套接曲面连杆轴承B（5），穿过曲面连杆（6）连接端孔与之连接；另一端短连杆中部套接曲面连杆轴承B，穿过动平台（2）连接端孔与之连接。