[发明专利]含有差动轮系的混联六自由度力反馈装置

说明书

本发明请求保护一种含有差动轮系的混联六自由度力反馈装置，其特征在于，包括一个五自由度的并联机构和一个单自由度的串联机构；所述并联机构包括定平台、动平台，以及布置在两者之间的第一支链、第二支链、第三支链和约束支链；所述定平台上布置有第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、第四驱动装置和第五驱动装置；所述串联机构包括第六驱动装置及操作柄；所述操作柄由所述第六驱动装置进行驱动，可以相对第六驱动装置进行转动；所述并联机构的定平台固定在基座上，所述串联机构的第六驱动装置固定在所述并联机构的动平台上。本发明可以有效减少运动部件的惯性，提高整个混联力反馈装置的刚度，并且具有大转角转动能力。

技术领域

本发明属于力反馈机构设计领域，特别是涉及一种含有差动轮系的混联六自由度力反馈装置。

背景技术

在执行空间机器人维修、深海探索、拆解核化设施、微创手术等任务时，通常需要依靠人机交互设备实现对远端机器人的遥操作。研究表明，具有力反馈的交互设备，可以将远端执行器与周边环境发生接触的力触觉信息反馈给操作者，使得操作者能真实地感受到远端执行器的状态，能有效提高操作的准确性与可靠性。因此，力反馈交互设备是构建主从遥操作系统和虚拟现实系统的关键设备，而针对力反馈交互设备的研究也是人机交互领域的热点问题。

力反馈交互设备已经经过了半个世纪的发展，随着不断拓宽的应用领域，不断有新的需求涌现出来。因此，尽管Force Dimension公司、Sensable Technologies公司、Novint Technologies公司已推出多种带有力触觉反馈的商业化桌面式手控器，但仍然存在各自的局限。例如，Sensable Technologies公司生产的PHANToM Touch系列与PHANToMTouchX系列采用的是串联结构。由于串联结构的固有的性质，该系列设备的刚度低，所提供的力反馈输出小。Force Dimension公司根据Delta并联机构设计的omega.3虽然具有良好的刚度及力反馈输出，但不具有三维转动感知能力。为此，在Delta并联机构的基础之上，通过串联具有三个转动副的串联机构来实现6自由度运动，Force Dimension公司又提出了Sigma.7与Omega.6系列。由于串联部分的质量较大，Sigma.7与Omega.6系列存在较大的惯性。因此，设计具有低惯性、高刚度的6自由度力反馈装置仍然是一个具有挑战性的问题。

发明内容

本发明旨在解决以上现有的技术问题，提出了一种含有差动轮系的混联六自由度力反馈装置。该混联六自由度力反馈装置仅串联了一个单自由度的转动机构，能在保证具有大转动能力的前提下，提高整个装置的刚度，同时还具有较低的惯性。本发明的技术方案如下：

一种含有差动轮系的混联六自由度力反馈装置，其包括：包括一个五自由度的并联机构和一个单自由度的串联机构；所述并联机构用于产生三个移动与两个转动运动，所述串联机构用于产生另一个转动运动；通过将所述串联机构串联在所述并联机构之上，整个混联装置可以实现六自由度运动的感知能力；所述并联机构包括定平台、动平台，以及布置在定平台与动平台之间的第一支链、第二支链、第三支链和约束支链；所述第一支链、第二支链和第三支链对称布置在定平台与所述动平台之间，所述定平台上布置有第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、第四驱动装置与第五驱动装置；所述串联机构包括第六驱动装置及操作柄；所述操作柄由所述第六驱动装置进行驱动，可以相对第六驱动装置进行转动；所述并联机构的定平台固定在基座上，所述串联机构的第六驱动装置固定在所述并联机构的动平台上。