[发明专利]一种三自由度转动手控器及其控制方法

说明书

本发明公开了一种三自由度转动手控器及其控制方法，旨在提供一种结构简单、操作方便、成本低廉的三自由度转动手控器；三自由度手控器包括：第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、操作手柄、力传感器和十字铰支，第一驱动装置控制该装置在Z轴的转动，并提供力反馈，第二驱动装置控制该装置在X轴的转动，并提供力反馈，第三驱动装置控制该装置在Y轴的转动，并提供力反馈，使用者通过对操作手柄的操控就能对本三自由度转动手控器进行控制，让整个操作过程直观方便。

技术领域

本发明涉及一种机器人，更具体地说，是一种三自由度转动手控器与其控制方法。

背景技术

三自由度转动手控器是一种广泛应用于医疗手术机器人操作、机器人遥控操作系统、力反馈操控装置、虚拟仿真交互操作等领域的操作机构，这种手控器可以让使用者更加直观地对目标装置进行操作，极大地提高了人机交互的友好性，降低了使用者的操作门槛；但目前国内对于三自由度转动手控器领域的研究还处于起步阶段，国内生产的三自由度转动手控器相较于国外的同类型产品还存在一些劣势，国内对于三自由度转动手控器产品的使用在很大程度上仍然依赖进口；同时，三自由度转动手控器往往结构复杂，价格昂贵，不利于用户降低成本。

发明内容

本发明的目的在于针对目前三自由度转动手控器的缺点，研发出结构更加精巧的手控器机械结构以及与之配套的命令处理与下发算法，优点在于结构精巧简单、安装方便、操作容易、成本低廉。

为达到本发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种三自由度转动手控器，其特征在于，包括第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、操作手柄、力传感器、法兰盘和十字铰支架，法兰盘固定在操作台上，力传感器安装在法兰盘上，第一驱动装置下端通过套筒安装在力传感器上，第一驱动装置包括：Z轴电机、套筒、Z轴联轴器和Z轴轴承箱，套筒包围在Z轴电机外，Z轴电机动力输出端与Z轴联轴器的一端连接，Z轴联轴器外套装有Z轴轴承箱，Z轴轴承箱与套筒顶端连接，Z轴联轴器的另一端连接X轴节叉的节叉杆，X轴节叉的一个节叉头套在X轴第二轴承箱上，X轴第二轴承箱安装在十字铰支架的D端，X轴节叉的另一个节叉头套在X轴第一轴承箱上，X轴第一轴承箱安装在十字铰支架的B端；使能按钮安装在操作手柄上，操作手柄通过手柄杆与Y轴节叉固定连接。

进一步地，十字铰支架的四端顺时针设置A、B、C、D端，A、B、C、D端均为阶梯轴，十字铰支架A端连接Y轴节叉，十字铰支架B端连接第二驱动装置和X轴节叉；十字铰支架C端连接第三驱动装置和Y轴节叉；十字铰支架D端与X轴节叉连接。

进一步地，第二驱动装置包括X轴电机、X轴第一轴承箱和X轴联轴器，X轴电机的动力输出端通过X轴联轴器与十字铰支架的B端连接，X轴联轴器外套装有X轴第一轴承箱，X轴第一轴承箱外套有X轴节叉的一个叉头。

进一步地，第三驱动装置包括Y轴电机、Y轴第一轴承箱和Y轴联轴器，Y轴电机的动力输出端通过Y轴联轴器与十字铰支架的C端连接，Y轴联轴器外套装有Y轴第一轴承箱，Y轴第一轴承箱外套装有Y轴节叉的一个叉头，Y轴节叉的另一个叉头套在Y轴第二轴承箱上，Y轴第二轴承箱安装在十字铰支架的A端。

进一步地，所述力传感器为六位力传感器。

进一步地，所述三自由度转动手控器外侧有防护罩。

进一步地，所述使能按钮通过螺纹连接安装在操作手柄上，操作手柄轴向开有螺纹盲孔，操作手柄侧面开有安装使能按钮的螺纹孔，操作手柄上的螺纹盲孔和侧面的螺纹孔相连通；所述操作手柄的螺纹盲孔与手柄杆一端的外螺纹配合，操作手柄通过螺纹连接固定在手柄杆的一端，手柄杆的另一端通过螺纹连接固定在Y轴节叉的中部；手柄杆从操作手柄到Y轴节叉的方向，依次在手柄杆外侧圆周上安装有风琴防护罩轴承和防护罩轴承，防护罩轴承将手柄杆和防护罩连接在一起。

进一步地，塔型风琴防护罩小口端与风琴防护罩轴承连接，塔型风琴防护罩大口端与防护罩通过螺钉连接。