[发明专利]一种四轴力反馈手柄及其位姿映射方法

权利要求书

1.一种四轴力反馈手柄，其特征在于，包括底座组件、活动臂组件和编码器手柄；

所述底座组件包括电机支架和固定于所述电机支架的电机；

所述活动臂组件与所述支架可转动连接，且所述活动臂组件与所述电机传动连接；

其中，所述电机设有多个，多个所述电机圆形阵列分布，所述活动臂组件设有多个，多个所述活动臂组件与多个所述电机一一对应地传动连接；

所述编码器手柄包括第四轴球柄、内置于所述第四轴球柄内的编码器以及与所述编码器传动连接的滚轮，所述第四轴球柄与多个所述活动臂组件的远离所述电机支架的一端连接，所述滚轮的边缘露出在所述第四轴球柄外，当所述滚轮带动所述编码器转动时，所述编码器产生脉冲信号。

2.根据权利要求1所述的四轴力反馈手柄，其特征在于，所述底座组件还包括底板、定平台、后壳和三个电机壳，所述定平台竖直固定在所述底板上，所述后壳固定于所述定平台的一侧，所述电机支架和所述电机均设有三个，三个所述电机支架呈圆形阵列地固定于所述定平台的另一侧，三个所述电机一一对应地固定于三个所述电机支架，位于顶部的所述电机的电机轴呈水平布置，三个所述电机壳固定于所述定平台且一一对应的罩住三个所述电机。

3.根据权利要求2所述的四轴力反馈手柄，其特征在于，所述活动臂组件设有三个，三个活动臂组件一一对应地与三个所述电机支架可转动连接，三个活动臂组件一一对应地与三个所述电机传动连接。

4.根据权利要求3所述的四轴力反馈手柄，其特征在于，所述活动臂组件包括平移轴圆轮、第一连接块、第一连杆、第二连接块、第二连杆和杆臂，所述电机支架的远离所述定平台的一端设有第二轴孔，所述平移轴圆轮的一侧面设有第三轴孔，所述第三轴孔与第二轴孔穿设一根前三轴旋转轴，所述平移轴圆轮的一边缘为以所述第三轴孔为圆心的圆弧边，所述电机与所述平移轴圆轮的圆弧边传动连接，所述第一连接块固定于所述平移轴圆轮，所述第一连接块设有与所述第三轴孔的轴线平行但不共轴线的第四轴孔，所述第一连杆可转动地穿设于所述第四轴孔内，所述第二连接块设有第五轴孔，所述第二连杆可转动地穿设于所述第五轴孔内，所述杆臂的两端分别与所述第一连杆和第二连杆连接，所述杆臂设有两根，两根所述杆臂平行且间隔设置。

5.根据权利要求4所述的四轴力反馈手柄，其特征在于，所述活动臂组件还包括销轴，所述销轴设有四根，四根销轴相互平行，其中两根所述销轴分别固定于所述第一连杆的两端，另外两根所述销轴分别固定于所述第二连杆的两端，所述杆臂的两端各设有一个第六轴孔，所述销轴穿设于所述第六轴孔以使所述杆臂连接所述第一连杆和第二连杆。

6.根据权利要求5所述的四轴力反馈手柄，其特征在于，所述活动臂组件还包括动平台，所述动平台与三个所述第二连接块相固定，且三个所述第二连接块沿所述动平台的边缘均匀分布。

7.根据权利要求6所述的四轴力反馈手柄，其特征在于，所述编码器手柄还包括球柄连接部，所述球柄连接部的一端与所述第四轴球柄相固定，所述球柄连接部的另一端与所述动平台相固定。

8.根据权利要求7所述的四轴力反馈手柄，其特征在于，所述四轴力反馈手柄还包括控制启停的使能按钮，所述使能按钮设置于所述第四轴球柄的外侧。

9.一种如权利要求1-8任意一项所述的四轴力反馈手柄的位姿映射方法，其特征在于，所述四轴力反馈手柄的电机设有三个，三个所述电机的电机轴分别为J1轴、J2轴和J3轴，所述编码器手柄为J4轴，所述编码器手柄用于连接从动末端工具；

以垂直方向定位为Z轴，以水平方向且指向三个电机的中心的方向为X轴，以与X轴、Z轴垂直的方向为Y轴，在多个电机的作用下，编码器手柄沿X轴、Y轴、Z轴的移动分别对应X自由度、Y自由度和Z自由度，以通过编码器手柄实现绕X轴旋转的自由度为U自由度；

当从动末端工具需要具有空间三维移动和自转四个自由度运动时，X自由度、Y自由度和Z自由度映射从动末端工具的三维移动，U自由度映射从动末端工具的自转；

当从动末端工具需要具有二维摆动、自转和伸缩四个自由度运动时，X自由度映射从动末端工具的伸缩运动，Y自由度和Z自由度映射从动末端工具的二维摆动，U自由度映射从动末端工具的自转。