一种具有力觉临场感的2-DOF机器人遥操作装置

摘要

本发明公开一种具有力觉临场感的2-DOF机器人遥操作装置，其特征在于该遥操作装置主要包括箱体、手柄、电机、集成电路板及安装在箱体上板上的液晶显示模块和控制面板；操作手柄结构上具有球副特点，两个转动弯轴中部加工有半圆环体，手柄与两弯轴的三轴线以空间相交于弯轴半圆环体圆心的形式安装在箱体中的支架轴孔上；在操作手柄上安装有开关按钮；在每个弯轴的一端分别安装了电机，在另一端分别安装了角位移传感器；箱体的上板中间部位加工有一个拥有球体最大直径且上下通透的不完整空球壳；手柄上融入类似于球副的动连接方式，增强了操作顺滑感，不但提高了位置控制精度，而且使力觉反馈的保真度得到提高。

主权项

一种具有力觉临场感的‑DOF机器人遥操作装置，其特征在于该遥操作装置包括箱体、操作手柄、支撑结构、液晶显示模块、控制面板、直流电机、集成电路板和角位移传感器；所述箱体除了上板之外，其它各面均完整、密封，箱体上板上安装有液晶显示模块和控制面板，并有一个用于安装操作手柄的孔；所述操作手柄包括小弯轴、上滑槽、大弯轴、下滑槽、手柄轴、轴上球体、紧固盖、方形定位块和手柄开关按钮；手柄开关按钮位于手柄轴的顶端；所述支撑结构包括大弯轴电机支架、小弯轴电机支架、大弯轴支撑板、小弯轴支撑板和支撑球壳；所述支撑结构位于箱体内部，大弯轴电机支架、小弯轴电机支架、大弯轴支撑板、小弯轴支撑板各一块，在箱体内呈四边形排列，四边形对边为不同类型，大弯轴电机支架对边为大弯轴支撑板，小弯轴电机支架对边为小弯轴支撑板，每块板上均有一个用于安装弯轴的轴孔，支撑球壳位于箱体上板的内侧；所述支撑球壳为拥有轴上球体最大直径且上下通透的不完整空球壳；小弯轴两端的轴柄、分别安装在支撑结构中的小弯轴电机支架、小弯轴支撑板上的轴孔中，大弯轴两端的轴柄、分别安装在支撑结构中的大弯轴电机支架、大弯轴支撑板的轴孔中，两弯轴各自两端的轴柄连线呈垂直相交状态，交点位于手柄轴的中心线上；每个弯轴轴柄两端，安装在支撑板上的一端曲柄上装有角位移传感器，另一端曲柄下方电机支架上安装有直流电机；所述两个直流电机分别位于大弯轴电机支架和小弯轴电机支架上；所述直流电机转动的角度分别由安装在同一根弯轴轴柄的另一端的角位移传感器检测；支撑球壳套在手柄轴上并对手柄轴起到支撑作用，轴上球体与支撑球壳之间以类似于球副形式的方式连接；所述手柄轴与小弯轴及大弯轴的三轴线成空间互相垂直相交，交点为轴上球体的球心与小弯轴、大弯轴半圆环体的圆心的三点重合处，手柄轴底端安装方形定位块；只有在操作手柄不工作时三轴线成空间互相垂直相交，操作手柄工作后三轴线成空间相交，小弯轴与大弯轴两轴线始终垂直相交；小弯轴与大弯轴的半圆环体上加工有圆环形滑槽，操作手柄摆动时，手柄轴的下端可以在圆环形滑槽内滑动； 所述控制面板包括电源开关、反馈力比例设置按钮、比例增设置按钮、比例减设置按钮和存储设置按钮；所述集成电路板包括电路基板、MCU处理器单元、信号采集与调理模块、存储模块、电源模块、通讯模块和A/D转换模块；所述小弯轴和大弯轴的轴柄两侧的角位移传感器与直流电机和集成电路板通过电线连接；两个直流电机的信号采集及控制调节由集成电路板上的MCU处理器单元完成，电气连接关系是：角位移传感器‑‑‑信号采集与调理模块‑‑‑A/D转换模块‑‑‑MCU处理器单元‑‑‑通讯模块；存储模块直接与MCU处理器单元相连，电源模块与所有需要供电的元器件相连；所述信号采集与调理模块的功能是对角位移传感器输出的微弱信号进行放大、滤波处理后，送入A/D转换模块，转换成数字信号后输入到MCU处理器单元进行相应的处理；电源模块负责供给电力；存储模块采用外部独立的存储器，记录所述机器人遥操作系统在线工作过程中的参数信息，便于离线后对所测数据进行分析和管理；通讯模块负责遥操作装置与机器人的主控机进行通讯，将所测信息实时地传输给机器人主控机，以便机器人根据任务做出相应决策；通讯模块采用了标准的通讯接口，为串口或USB接口；所述控制面板上设计有电源开关按钮，反馈力比例设定按钮，比例增按钮，比例减按钮及存储设置按钮。