[发明专利]一种具有重力补偿的六自由度力反馈遥操作主手

说明书

本发明公开了一种具有重力补偿的六自由度力反馈遥操作主手，包括固定底座，还包括安装在固定底座上的腰关节机构、肩关节机构、肘关节机构、大臂机构、小臂机构、小臂旋转连接机构和腕关节机构，大臂机构上设有大臂重力补偿机构，小臂旋转连接机构上设有小臂重力平衡机构。上述关节机构均安装有编码器和驱动电机，以实现遥操作信息流中的六维目标位姿信息输入和反馈力输出。本发明利用弹性重力补偿以及重力平衡的方式抵消遥操作力反馈主手在运动过程中的重力干涉，减小关节电机的扭矩输出和负载，且可实现力反馈的透明性。其优点在于结构简单，工作空间大，系统刚度高、并可输出较大的反馈力。

技术领域

本发明实施例涉及力反馈遥操作技术领域，具体涉及一种具有重力补偿的六自由度力反馈遥操作主手。

背景技术

众所周知，对于复杂多变的工作任务以及危险的工作环境，单依靠机器人自主智能系统无法完成既定的规划目标任务。人机交互遥操作技术可以作为操作人员与远端作业环境的交互媒介，将人的操作目的信息传递到远端环境并执行任务，同时也需要将远端作业环境中的接触力反馈信息尽可能真实地反馈给操作人员。其中遥操作主手设备负责将操作人员期望的机器人位姿意图传递到远端作业环境。因此，建立稳定，安全的人机遥操作交互信息流需要精确、可靠的遥操作主手设备，其具有广泛的应用前景。

传统的力反馈机械臂需要完全或部分依靠电机平衡自身重力矩，如此降低了电机的有效负载，使得配套电机减速器的减速比增大，同时，传统力反馈机械臂工作空间较小，刚度较低，影响实际使用效果。

因此，如何设计新型的六自由度力反馈操作主手，为操作者提供一种与远端机器人之间进行直观交互的遥操作工具，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种具有机械式重力补偿装置的串联六自由度力反馈遥操作主手装置，可实现遥操作环境中操作人员的位姿信息输入以及远端操作环境中的反馈力信息的输出。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

一种具有重力补偿的六自由度力反馈遥操作主手，包括固定底座，还包括安装在所述固定底座上的腰关节机构、肩关节机构、肘关节机构、大臂机构、小臂机构、小臂旋转连接机构、腕关节机构、大臂重力补偿机构和小臂重力平衡机构，所述肩关节机构和肘关节机构对称设于所述腰关节机构上端，所述大臂机构下端传动连接所述肩关节机构，所述大臂机构上端传动连接所述小臂机构，所述小臂旋转连接机构上端传动连接所述小臂机构，所述小臂旋转连接机构下端传动连接所述肘关节机构，所述小臂机构末端传动连接腕关节机构；用于输入空间中的六维位姿信息并输出空间中六维反馈力；

其中，所述大臂机构上设有大臂重力补偿机构，所述小臂旋转连接机构上设有小臂重力平衡机构。

进一步地，所述大臂重力补偿机构设有两套，两套所述大臂重力补偿机构对称设于所述大臂机构两侧；

所述大臂重力补偿机构包括弹簧套筒、弹簧本体、弹簧调节杆、直线轴承和弹簧拉杆，所述弹簧套筒内穿设有弹簧拉杆，所述弹簧拉杆上套设有弹簧本体，所述弹簧拉杆第一端向外穿出所述弹簧套筒并与大臂机构铰接，所述弹簧拉杆第二端上设有弹簧预压缩调节螺纹，所述弹簧预压缩调节螺纹连接于弹簧调节杆，所述直线轴承外圈设于所述弹簧套筒的内端部，且所述直线轴承内圈直线滑动于所述弹簧拉杆，所述弹簧本体两端分别与所述弹簧套筒和弹簧调节杆相抵；

其中第一侧的所述弹簧套筒第一端铰接在所述肩关节机构上端，第二侧所述弹簧套筒第一端铰接在所述肘关节机构上端。

进一步地，所述小臂重力平衡机构包括力矩调节杆和配重，所述力矩调节杆固定连接所述小臂旋转连接机构末端，所述力矩调节杆上设有螺纹丝杠，所述配重螺纹连接在所述螺纹丝杠上。