发明名称 六自由度力觉人机交互装置
摘要 本发明公开了一种六自由度力觉人机交互装置,由基座、静平台、动平台、六个支链、驱动单元和复合球副组成。本发明装置通过六个直流电机分别驱动六条支链,以钢丝绳传动减速机构作为减速传动方式,带动支链中的第一连杆转动,第一连杆与第二连杆通过三个轴线共点的转动副串联构成的球副连接,第二连杆通过复合球副与动平台连接;六条支链两两汇交于动平台上的复合球副处,即两条支链确定动平台上一个复合球副的空间位置,因此三个不共线的复合球副即可实现动平台的六个运动自由度,在动平台上输出三维力和三维力矩,给人手提供一个和虚拟环境中虚拟力和虚拟力矩相同的交互感觉。
申请公布号 CN100431809C 申请公布日期 2008.11.12
申请号 CN200710062916.X 申请日期 2007.01.22
申请人 北京航空航天大学 发明人 张玉茹;曹永刚;王党校;马运忠
分类号 B25J19/00(2006.01) 主分类号 B25J19/00(2006.01)
代理机构 北京永创新实专利事务所 代理人 周长琪
主权项 1、一种六自由度力觉人机交互装置,其特征在于:由基座(1)、静平台(2)、动平台(3)、第一支链(5a)、第二支链(5b)、第三支链(5c)、第四支链(5d)、第五支链(5e)、第六支链(5f)、第一支链电机(4a)、第二支链电机(4b)、第三支链电机(4c)、第四支链电机(4d)、第五支链电机(4e)、第六支链电机(4f)、主动轮A(6a)、主动轮B(6b)、主动轮C(6c)、主动轮D(6d)、主动轮E(6e)、主动轮F(6f)、从动轮A(7a)、从动轮B(7b)、从动轮C(7c)、从动轮D(7d)、从动轮E(7e)、从动轮F(7f)、半圆弧形件A(8a)、半圆弧形件B(8b)、半圆弧形件C(8c)、以及安装在所述三个半圆弧形件上的十字轴组成;所述基座(1)的T形立柱(12)的一端通过螺钉固定在底盘(11)的连接端(13)上,T形立柱(12)的端面上固定有静平台(2);所述静平台(2)上安装有六个支撑架,即支撑架A(21)、支撑架B(22)、支撑架C(23)、支撑架D(24)、支撑架E(25)和支撑架F(26);第一支链电机(4a)安装在支撑架A(21)的外侧,第二支链电机(4b)安装在支撑架B(22)的外侧,第三支链电机(4c)安装在支撑架C(23)的外侧,第四支链电机(4d)安装在支撑架D(24)的外侧,第五支链电机(4e)安装在支撑架E(25)的外侧,第六支链电机(4f)安装在支撑架F(26)的外侧;从动轮A(7a)安装在支撑架A(21)的内侧,从动轮B(7b)安装在支撑架B(22)的内侧,从动轮C(7c)安装在支撑架C(23)的内侧,从动轮D(7d)安装在支撑架D(24)的内侧,从动轮E(7e)安装在支撑架E(25)的内侧,从动轮F(7f)安装在支撑架F(26)的内侧;第一支链电机(4a)的输出轴上连接有主动轮A(6a),主动轮A(6a)通过钢丝绳与从动轮A(7a)传动;第二支链电机(4b)的输出轴上连接有主动轮B(6b),主动轮B(6b)通过钢丝绳与从动轮B(7b)传动;第三支链电机(4c)的输出轴上连接有主动轮C(6c),主动轮C(6c)通过钢丝绳与从动轮C(7c)传动;第四支链电机(4d)的输出轴上连接有主动轮D(6d),主动轮D(6d)通过钢丝绳与从动轮D(7d)传动;第五支链电机(4e)的输出轴上连接有主动轮E(6e),主动轮E(6e)通过钢丝绳与从动轮E(7e)传动;第六支链电机(4f)的输出轴上连接有主动轮F(6f),主动轮F(6f),通过钢丝绳与从动轮F(7f)传动;所述第一支链(5a)的第一连杆(51)的一端安装在从动轮A(7a)的中心凸部(71)上,第一连杆(51)的另一端安装在连接件A(53)的轴承内,连接件A(53)的另一端与连接件B(54)通过轴与轴承配合连接;第二连杆(52)的一端安装在连接件B(54)的另一端的轴承内,第二连杆(52)的另一端与连接件C(55)的一端固连;十字轴A(81)的C端安装在连接件C(55)的另一端的轴承内,十字轴A(81)的A端和B端安装在半圆弧形件A(8a)的弧底两端的轴承内,十字轴A(81)的D端安装在第六支链(5f)的连接件D(56)的轴承内,半圆弧形件A(8a)的顶端与动平台(3)连接;第二支链(5b)、第三支链(5c)、第四支链(5d)、第五支链(5e)、第六支链(5f)的连接方式与第一支链(5a)相同;第一连杆(51)和连接件A(53)构成第一转动副,连接件A(53)和连接件B(54)构成第二转动副,连接件B(54)和第二连杆(52)构成第三转动副,第一转动副、第二转动副和第三转动副的三个轴线汇交于一点;十字轴A(81)的C端和连接件C(55)构成第一转动副A,十字轴A(81)的D端和第六支链(5f)的连接件D(56)构成第四转动副,十字轴A(81)的A端、B端和半圆弧形件A(8a)构成第二转动副A,半圆弧形件A(8a)和动平台(3)构成第三转动副A;第一转动副A、第二转动副A和第三转动副A的三个轴线汇交于一点;第二转动副A、第三转动副A和第四转动副的三个轴线汇交于一点,实现了球副功能;在上述两个球副中,共用球心,即形成一个复合球副机构;相对于动平台(3)来讲,第一支链(5a)与第六支链(5f)共用半圆弧形件A(8a),第二支链(5b)与第三支链(5c)共用半圆弧形件B(8b),第四支链(5d)与第五支链(5e)共用半圆弧形件C(8c)。
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