一种用来模拟力觉交互设备操作过程的接触刚度生成装置

摘要

本发明公开了一种用来模拟力觉交互设备操作过程的接触刚度生成装置，该接触刚度生成装置包括有X轴平移组件、Y轴平移组件、Z轴平移转动组件、支撑组件和六维力传感器五部分。X轴平移组件、Y轴平移组件和Z轴平移转动组件通过支撑组件连接形成三自由度机构，六维力传感器安装在支撑组件的下方。在本发明中，XYZ三轴上的零部件采用相同结构设计。本发明装置通过弹簧来模拟力觉交互设备操作时的接触刚度，探查真实物体表面过程中实时的采集探头末端的三维力和图形工具位置、图形工具位姿。本发明装置代替了力交互过程中力觉设备的小刚度。

主权项

一种用来模拟力觉交互设备操作过程的接触刚度的生成装置，其特征在于：该接触刚度生成装置包括有X轴平移组件(1)、Y轴平移组件(2)、Z轴平移转动组件(3)、支撑组件(4)和六维力传感器(5)五部分；支撑组件(4)包括有第一连接件(41)、第二连接件(42)、重心配重块(48)、五个支撑轴和十个直线轴承；第一连接件(41)的X轴支臂(411)的A通孔(411A)内安装有A支撑轴(41)的一端，A支撑轴(41)的另一端顺次套接有B直线轴承(402)、A直线轴承(401)；第一连接件(41)的Y轴支臂(412)的B通孔(412A)内安装B支撑轴(42)的一端，B支撑轴(42)的另一端顺次套接有D直线轴承(404)、C直线轴承(403)；第一连接件(41)的Z轴支臂(413)的C通孔(413A)内从下至上安装有I直线轴承(409)、J直线轴承(410)；I直线轴承(409)和J直线轴承(410)套接在E支撑轴(47)的一端上，E支撑轴(47)的另一端安装在第二连接件(42)的支撑柱(423)的通孔内；第二连接件(42)的前端柱(421)上设有D通孔(421A)，该D通孔(421A)的上端用于安装重心配重块(48)，该D通孔(421A)的下端用于安装有六维力传感器(5)；第二连接件(42)的后端柱(422)上设有E通孔(422A)、F通孔(422B)、E销孔(422C)、F销孔(422D)；E通孔(422A)用于安装C支撑轴(45)的一端，C支撑轴(45)的另一端顺次套接有F直线轴承(406)、E直线轴承(405)；F通孔(422B)用于安装D支撑轴(46)的一端，D支撑轴(46)的另一端顺次套接有H直线轴承(408)、G直线轴承(407)；E销孔(422C)用于安装销钉，通过该销钉与E销孔(422C)的配合实现将C支撑轴(45)的一端固定安装在第二连接件(42)的后端柱(422)上；F销孔(422D)用于安装销钉，通过该销钉与F销孔(422D)的配合实现将D支撑轴(46)的一端固定安装在第二连接件(42)的后端柱(422)上；第二连接件(42)的支撑柱(423)上设有G通孔(423A)，G销孔(423B)；G通孔(423A)用于安装E支撑轴(47)的一端，E支撑轴(47)的另一端顺次套接有J直线轴承(409)、I直线轴承(410)；G销孔(423B)用于安装销钉，通过该销钉与G销孔(423B)的配合实现将E支撑轴(47)的一端固定安装在第二连接件(42)的支撑柱(423)上；X轴平移组件(1)包括有六个直线轴承、三根支撑轴、六个支撑轴轴座、一根X轴弹簧(11C)、一个X轴配重块(13C)、一个X轴支架(14)、一个X轴直线轴承座(15)、两段钢丝绳、两个导轮和两个导轮座；X轴直线轴承座15的XA凸块154上设有XA通孔151，该XA通孔151用于放置XA直线轴承101、XB直线轴承102；X轴直线轴承座15的XB凸块155上设有XB通孔152，该XB通孔152用于放置XC直线轴承103、XD直线轴承104；X轴直线轴承座15的XC凸块156上设有XC通孔153，该XC通孔153用于放置B直线轴承402、A直线轴承401；X轴直线轴承座15的凹槽两端设有XF钢丝绳通孔121F、XN钢丝绳通孔122H；直线轴承安装在通孔里且用销钉顶紧，故X轴直线轴承座15上设有多个用于放置销顶的轴承顶孔157；X轴支架14为U形结构；X轴支架14的A侧板141的外侧面上安装有XA导轮座125，XA导轮座125上安装有XA导轮123；X轴支架14的B侧板142的外侧面上安装有XB导轮座126，XB导轮座126上安装有XB导轮124；X轴支架14的A侧板141的内侧面上安装有XA轴座11A、XC轴座12A和XE轴座13A，且XA轴座11A、XC轴座12A和XE轴座13A的安装位置呈等腰直角三角形，XA轴座11A与XC轴座12A在等腰直角三角形的底边上；X轴支架14的B侧板142的内侧面上安装有XB轴座11B、XD轴座12B和XF轴座13B，且XB轴座11B、XD轴座12B和XF轴座13B的安装位置呈等腰直角三角形，XB轴座11B与XD轴座12B在等腰直角三角形的底边上；X轴支架14的A侧板141上设有用于安装XA轴座11A、XC轴座12A和XE轴座13A的通孔和用于第一段钢丝绳121通过的XB钢丝绳通孔121B、XK钢丝绳通孔121E；X轴支架14的B侧板142上设有用于安装XB轴座11B、XD轴座12B和XF轴座13B的通孔和用于第二段钢丝绳122通过的XH钢丝绳通孔122B、XM钢丝绳通孔122G；XA支撑轴11的一端安装在XA轴座11A上，XA支撑轴11的另一端顺次穿过XA直线轴承101、XB直线轴承102、X轴弹簧11C后安装在XB轴座11B上；XB支撑轴12的一端安装在XC轴座12A上，XB支撑轴12的另一端顺次穿过XC直线轴承103、XD直线轴承104后安装在XD轴座12B上；XC支撑轴13的一端安装在XE轴座13A上，XC支撑轴13的另一端顺次穿过XE直线轴承105、XF直线轴承106后安装在XF轴座13B上；XE直线轴承105和XF直线轴承106置于X轴配重块13C的XD通孔13D内；第一段钢丝绳121的一端固定在XF钢丝绳通孔121F上，第一段钢丝绳121的另一端顺次穿过XE钢丝绳通孔121E、XD钢丝绳通孔121D、XA导轮123、XC钢丝绳通知121C、XB钢丝绳通孔121B后固定在X轴配重块13C一端的XA钢丝绳通孔121A上；第二段钢丝绳122的一端固定在XN钢丝绳通孔122H上，第二段钢丝绳122的另一端顺次穿过XM钢丝绳通孔122G、XL钢丝绳通孔122F、XK钢丝绳通孔122E、XB导轮124、XJ钢丝绳通孔122D、XI钢丝绳通孔122C、XH钢丝绳通孔122B后固定在X轴配重块13C另一端的钢丝绳通孔上；Y轴平移组件2包括有六个直线轴承、三根支撑轴、六个支撑轴轴座、一根Y轴弹簧21C、一个Y轴配重块23C、一个Y轴支架24、一个Y轴直线轴承座25、两段钢丝绳、两个导轮和两个导轮座；Y轴直线轴承座25的YA凸块254上设有YA通孔251，该YA通孔251用于放置YA直线轴承201、YB直线轴承202；Y轴直线轴承座25的YB凸块255上设有YB通孔252，该YB通孔252用于放置YC直线轴承203、YD直线轴承204；Y轴直线轴承座25的YC凸块256上设有YC通孔253，该YC通孔253用于放置D直线轴承404、C直线轴承403；Y轴直线轴承座25的凹槽两端设有YF钢丝绳通孔221F、YN钢丝绳通孔222H；直线轴承安装在通孔里且用销钉顶紧，故Y轴直线轴承座25上设有多个用于放置销顶的轴承顶孔257；Y轴支架24为U形结构；Y轴支架24的A侧板241的外侧面上安装有YA导轮座225，YA导轮座225上安装有YA导轮223；Y轴支架24的B侧板242的外侧面上安装有YB导轮座226，YB导轮座226上安装有YB导轮224；Y轴支架24的A侧板241的内侧面上安装有YA轴座21A、YC轴座22A和YE轴座23A，且YA轴座21A、YC轴座22A和YE轴座23A的安装位置呈等腰直角三角形，YA轴座21A与YC轴座22A在等腰直角三角形的底边上；Y轴支架24的B侧板242的内侧面上安装有YB轴座21B、YD轴座22B和YF轴座23B，且YB轴座21B、YD轴座22B和YF轴座23B的安装位置呈等腰直角三角形，YB轴座21B与YD轴座22B在等腰直角三角形的底边上；Y轴支架24的A侧板241上设有用于安装YA轴座21A、YC轴座22A和YE轴座23A的通孔和用于第三段钢丝绳221通过的YB钢丝绳通孔221B、YK钢丝绳通孔221E；Y轴支架24的B侧板242上设有用于安装YB轴座21B、YD轴座22B和YF轴座23B的通孔和用于第四段钢丝绳222通过的YH钢丝绳通孔222B、YM钢丝绳通孔222G；YA支撑轴21的一端安装在YA轴座21A上，YA支撑轴21的另一端顺次穿过YA直线轴承201、YB直线轴承202、Y轴弹簧21C后安装在YB轴座21B上；YB支撑轴22的一端安装在YC轴座22A上，YB支撑轴22的另一端顺次穿过YC直线轴承203、YD直线轴承204后安装在YD轴座22B上；YC支撑轴23的一端安装在YE轴座23A上，YC支撑轴23的另一端顺次穿过YE直线轴承205、YF直线轴承206后安装在YF轴座23B上；YE直线轴承205和YF直线轴承206置于Y轴配重块23C的YD通孔23D内；第三段钢丝绳221的一端固定在YF钢丝绳通孔221F上，第三段钢丝绳221的另一端顺次穿过YE钢丝绳通孔221E、YD钢丝绳通孔221D、YA导轮223、YC钢丝绳通知221C、YB钢丝绳通孔221B后固定在Y轴配重块23C一端的YA钢丝绳通孔221A上；第四段钢丝绳222的一端固定在YN钢丝绳通孔222H上，第四段钢丝绳222的另一端顺次穿过YM钢丝绳通孔222G、YL钢丝绳通孔222F、YK钢丝绳通孔222E、YB导轮224、YJ钢丝绳通孔222D、YI钢丝绳通孔222C、YH钢丝绳通孔222B后固定在Y轴配重块23C另一端的钢丝绳通孔上；Z轴平移组件3包括有四个直线轴承、两个滚珠轴承、两根支撑轴、四个支撑轴轴座、一根Z轴弹簧31C、一个Z轴配重块33C、一个Z轴支架34、一个Z轴直线轴承座35、两段钢丝绳、两个导轮和两个导轮座；Z轴直线轴承座35上设有ZA通孔351、ZB通孔352、ZC通孔353；该ZA通孔351用于放置F直线轴承406、E直线轴承405；该ZB通孔352用于放置H直线轴承408、G直线轴承407；该ZC通孔353用于放置ZB直线轴承302、ZA直线轴承301；直线轴承安装在通孔里且用销钉顶紧，故Z轴直线轴承座35上设有多个用于放置销顶的轴承顶孔357；ZA直线轴承301的外部套接有ZA滚珠轴承303，ZB直线轴承302的外部套接有ZB滚珠轴承304；Z轴支架34为U形结构；Z轴支架34的上侧板341的下方安装有ZA导轮座325，ZA导轮座325上安装有ZA导轮323；Z轴支架34的下侧板342的上方安装有ZB导轮座326，ZB导轮座326上安装有ZB导轮324；Z轴支架34的上侧板341的下方安装有ZA轴座31A、ZA导轮座325和ZE轴座33A；Z轴支架34的下侧板342的上方安装有ZB轴座31B、ZB导轮座326和ZF轴座33B；ZA支撑轴31的一端安装在ZA轴座31A上，ZA支撑轴31的另一端顺次穿过Z轴弹簧31C、ZA直线轴承301、ZB直线轴承302后安装在ZB轴座31B上；ZA滚珠轴承303套接在ZA直线轴承301上，ZA滚珠轴承303的外部套接有上法兰31D，上法兰31D上安装有上垫片31F；ZB滚珠轴承304套接在ZB直线轴承302上，ZB滚珠轴承304的外部套接有下法兰31E，下法兰31E上安装有下垫片31G；ZC支撑轴33的一端安装在ZE轴座33A上，ZC支撑轴33的另一端顺次穿过ZE直线轴承305、ZF直线轴承306后安装在ZF轴座33B上；ZE直线轴承305和ZF直线轴承306置于Z轴配重块33C的ZD通孔33D内；第五段钢丝绳321的一端固定在ZB钢丝绳通孔321B上，第五段钢丝绳321的另一端穿过ZA导轮323后固定在Z轴配重块33C一端的ZA钢丝绳通孔321A上；第六段钢丝绳322的一端固定在ZD钢丝绳通孔322B上，第六段钢丝绳322的另一端穿过ZB导轮324后固定在Z轴配重块33C另一端的钢丝绳通孔上。