一种自主调节自重平衡的力反馈交互设备

摘要

本发明公开了一种具有自主调节自重平衡的力反馈交互装置，它由底座机构、肩部机构、大臂机构、小臂机构、腕部机构、末端执行器机构、自主调节平衡机构、四个直流电机四个光电编码器、三个高精度角度电位计等构成。本发明使用直流电机与线传动减速机构相配合提供三个自由度力反馈，通过三个光电编码器和三个角度电位计检测它的六个运动自由度。自主调节平衡机构采用一个直流电机通过减速装置驱动和控制平衡滑块自动、实时的对该设备的手臂机构进行自重进行补偿，有效降低人手疲劳。本机构设计紧凑、工作空间范围大、刚度高，反馈力的范围大。

主权项

一种自主调节自重平衡的力反馈交互设备，包括底座机构、串联连杆机构、直流电机、线传动减速机构、光电编码器、角度电位计，其特征在于：（1）、所述设备增加了一种自主调节平衡机构，该自主调节平衡机构依靠一个直流电机通过减速机构实时调节和控制一个平衡滑块在平衡杆的位置，实现对力反馈交互设备的机构手臂的自重平衡调节，从而实现该设备实时的重力补偿；（2）、所述设备包括底座机构、肩部机构、大臂机构、小臂机构、腕部机构、末端执行器机构、自主调节平衡机构、第一直流电机、第二直流电机、第三直流电机、第四直流电机、第一光电编码器、第二光电编码器、第三光电编码器、第四光电编码器和三个高精度角度电位计，该力反馈交互设备的结构为：底座机构是由底座减速机构、底座支撑平台、底座转轴三部分组成，第一光电编码器(10‑1)安装在第一直流电机(8‑1)后部形成一个整体安装在底座支撑平台上，底座减速机构主动轮(1‑3‑1)嵌套在第一直流电机(8‑1)输出轴上，钢丝绳连接底座减速机构主动轮(1‑3‑1)和底座减速机构从动轮(1‑3‑2)构成底座减速装置，该减速装置的减速比是10:1；肩部机构由肩部支撑架、肩部转轴、大臂减速机构、小臂减速机构、自主调节平衡减速机构、安装固定构件六个部分组成；安装固定构件(2‑6)将自主调节平衡机构和大臂机构安装固定在固定构件(2‑6)上；第二光电编码器(10‑2)、第三光电编码器(10‑3)、第四光电编码器(10‑4)按各自相应顺序分别安装在第二直流电机(8‑2)、第三直流电机(8‑3)、第四直流电机(8‑4)上，形成三个整体然后一起安装在肩部支撑架上，大臂减速机构主动轮(2‑3‑1)、小臂减速机构主动轮(2‑4‑1)和自主调节平衡减速机构主动轮(2‑5‑1)分别嵌套在第二直流电机(8‑2)、第三直流电机(8‑3)和第四直流电机(8‑4)的输出轴，并分别通过钢丝绳与大臂减速机构从动轮(2‑3‑2)、小臂减速机构从动轮(2‑4‑2)、自主调节平衡机构减速从动轮(2‑5‑2)组成大臂减速装置、小臂减速装置、自主调节平衡机构减速装置；这三个减速装置的减速比也是10:1；大臂机构一端与自主调节平衡机构一端分别安装在固定构件(2‑6)上，固定构件(2‑6)安装在肩部转轴(2‑2)上；大臂机构和自主调节平衡机构分别位于肩部转轴(2‑2)前后位置，围绕肩部转轴(2‑2)旋转；大臂机构另外一端通过转轴与小臂机构一端相连，小臂机构另一端与腕部机构一端通过转轴相连；末端执行器通过转轴与腕部机构另外一端相连；自主调节平衡机构依靠安装在肩部支撑架上的第四直流电机(8‑4)与自主调节平衡机构减速装置相配合控制平衡滑块在平衡杆上的位置，当大臂机构、小臂机构、腕部机构和末端执行器所处位置发生变化时，自主调节平衡机构能够调节平衡滑块在平衡机构上的位置来充分抵消和补偿整个力反馈设备机械手臂所受重力；大臂机构、小臂机构通过转轴首尾相连，小臂机构通过转轴与腕部机构相连；腕部机构上安装有两个高精度角度电位计，末端执行器机构通过转轴与腕部机构相连接，并且末端执行器机构上也安装有一个高精度角度电位计。