[发明专利]一种四轴力反馈手柄及其位姿映射方法

说明书

本发明公开了一种四轴力反馈手柄及其位姿映射方法，涉及力反馈手控器技术领域，四轴力反馈手柄包括底座组件、活动臂组件和编码器手柄；底座组件包括电机支架和固定于电机支架的电机；活动臂组件与支架可转动连接，且活动臂组件与电机传动连接；编码器手柄包括第四轴球柄、内置于第四轴球柄内的编码器以及与编码器传动连接的滚轮，第四轴球柄与多个活动臂组件的远离电机支架的一端连接，滚轮的边缘露出在第四轴球柄外，当滚轮带动编码器转动时，编码器产生脉冲信号。在三轴力反馈手柄的基础上，增加了一个控制自由度的编码器手柄，使其成为具有高度灵活性的精密力反馈设备，可实现高精度的平动转动联合控制。

技术领域

本发明涉及力反馈手控器技术领域，具体涉及一种四轴力反馈手柄及其位姿映射方法。

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。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。

目前市面上的力反馈产品有三轴、六轴和七轴的力反馈手柄。其中三轴力反馈手柄仅具有三个自由度，能简单实现机器人的三维坐标定位，当机器人末端需要增加其它控制自由度时，如实现旋转或伸缩等运动，三轴力反馈手柄就无法满足其控制需求。当机器人运动仅增加了末端旋转或伸缩等一个控制自由度时，如果选用六轴或者七轴力反馈手柄进行操作控制又会有闲置的控制轴不参与控制，这样反而增加了控制程序编写时的难度，以及在手柄操作时由于自由度较多，增加了运动操控控制时的复杂程度；而且六轴和七轴力反馈手柄的价格同样较高，很大程度上产生了浪费，增加了控制成本。此外，操作人员不能仅凭直觉就能做出正确操作反应，需考虑位姿对应关系。

发明内容

为此，本发明提供一种四轴力反馈手柄及其位姿映射方法，可实现高精度的平动转动联合控制，以解决现有技术中由于无四自由度力反馈手柄而导致的采用三轴力反馈手柄不能满足四自由度控制需求以及采用六轴或七轴力反馈手柄控制程序难编写、操作复杂、成本高的问题，而且还解决在操作时需要考虑位姿对应关系的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明的第一方面，一种四轴力反馈手柄，其包括底座组件、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。

进一步地，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。

进一步地，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。