三自由度力觉交互装置

摘要

本发明公开了一种三自由度力觉交互装置，其由三套减速机构、机座、旋转支架、连杆机构、手柄、两个编码器和三个电机组成。减速机构A和旋转支架安装在机座的上方，旋转支架上安装有另两套减速机构、编码器和两个电机，连杆机构安装在从动轮上且绕旋转支架的竖直轴线转动，手柄安装在连杆机构的末端。本发明装置是一个能够固定在一个工作台面上的桌面式力觉交互机构，在正向运动状态下，可以在较大的工作空间内给握在手柄上的人手一个较准确的模拟虚拟环境下虚拟力的大小和方向，且力值较大；在反向驱动状态下，机构的工作空间更大，人手通过手柄带动机构灵敏运动。该力觉交互装置实现了在正向驱动时在较大的工作空间内和较高刚度下输出较大的触觉力、在反向驱动时运动灵敏的特性要求。

主权项

1、一种三自由度力觉交互装置，其特征在于：由减速机构A(2)、减速机构B(12)、减速机构C(4)、机座(1)、旋转支架(3)、连杆机构(5)、手柄(6)、数字编码器C(10)、数字编码器B(11)和电机A(7)、电机B(8)、电机C(9)组成；所述减速机构A(2)由主动轮A(214)、两根钢丝绳和从动轮A(213)构成；所述减速机构B(12)由主动轮、两根钢丝绳(1202)和从动轮B(1201)构成；所述减速机构C(4)由主动轮、两根钢丝绳(412)和从动轮C(411)构成；减速机构A(2)安装在机座(1)的安装面(111)上，旋转支架(3)的第三段轴(314)、第二段轴(313)、第一段轴(312)顺次穿过减速机构A(2)的从动轮A(213)的中心孔(201)后，第一段轴(312)安装在深沟球轴承(108)中，第三段轴(314)安装在圆锥滚子轴承(109)中；连接板(106)上设有孔A(107)，电机A(7)的输出轴穿过孔A(107)固定在连接板(106)上，电机A(7)输出轴与主动轮A(214)连接；所述主动轮A(214)上设有钢丝绳螺纹段(216)和与电机A(7)输出轴连接的连接段(217)，螺纹段(216)上设有两个套孔，连接段(217)上设有两个用于固紧电机A(7)输出轴的螺纹孔(218)，主动轮A(214)的中心是一通孔(219)，通孔(219)的直径与电机A(7)输出轴的直径适配；电机B(8)固定在旋转支架(3)的安装面A(302)上，且电机B(8)输出轴安装在旋转支架(3)的安装面A(302)的安装孔(309)内，数字编码器C(10)安装在旋转支架(3)的安装面A(302)的安装孔(308)内，电机B(8)的旋转角度由数字编码器C(10)检测；电机C(9)固定在旋转支架(3)的安装面B(301)上，且电机C(9)输出轴安装在旋转支架(3)的安装面B(301)的安装孔(304)内，数字编码器B(11)安装在旋转支架(3)的安装面B(301)的安装孔(305)内，电机C(9)的旋转角度由数字编码器B(11)检测；减速机构B(12)和减速机构C(4)通过水平旋转轴(317)安装在旋转支架(3)的安装面A(302)的凸柱(310)和安装面B(301)的凸柱(306)上；连杆机构(5)的第三连杆(530)的L形连接端(533)安装在减速机构C(4)的从动轮C(411)上，连杆机构(5)的第四连杆(540)的L形连接端安装在减速机构B(12)的从动轮B(1201)上；手柄(6)通过一球铰安装在连杆机构(5)的圆形连接端(513)内，手柄(6)为一圆柱棒；所述机座(1)的底盘(101)上设有供电机A(7)安装的孔B(102)，以及用于将机座(1)固定在一个基面的安装孔，在底盘(101)的中心设有凸面(103)，凸面(103)至连接板(106)之间是立柱(104)，以及用于固定限位开关(206)的安装孔(110)，立柱(104)的中心是一通孔(105)，通孔(105)的内底部设有圆锥滚子轴承(109)，通孔(105)的上部设有深沟球轴承(108)；所述减速机构A(2)的从动轮A(213)的中心位置处设有凸缘(211)，凸缘(2 11)中心孔(201)的孔径与旋转支架(3)的第一轴承段(312)直径适配，凸缘(211)上设有销孔(209)，第一轴承段(312)上的销孔(315)与从动轮A(213)的凸缘(211)上的销孔(209)通过一销柱实现旋转支架(3)与从动轮A(2 13)的连接，凸缘(211)与轮缘(2 10)之间对称开设有三个圆孔(202)，每两个圆孔(202)之间设有“ㄩ”形凸耳(203)，凸耳(203)的两个“ㄩ”角上分别设有销孔(204)和螺纹孔(207)，螺纹孔(207)位置的轮缘(210)上设有供钢丝绳(215)通过的穿孔(208)；所述旋转支架(3)上设有第一轴承段(312)、第二轴承段(313)、第三轴承段(314)，与第一轴承段(312)接合处是水平安装面(311)，水平安装面(311)的两个侧边上设有安装面A(302)和安装面B(301)，安装面A(302)上设有孔C(308)、孔D(309)，孔C(308)供安装数字编码器C(10)，孔D(309)供安装电机B(8)，安装面A(302)的凸柱(310)外侧安装有限位开关(307)，凸柱(310)的端部中心开设有供水平旋转轴(317)穿过的孔，安装面B(301)上设有孔E(304)、孔F(305)，孔E(304)供安装数字编码器B(11)，孔F(305)供安装电机C(9)，安装面B(301)的凸柱(306)外侧安装有限位开关(303)，凸柱(306)的端部中心开设有供水平旋转轴(317)穿过的孔；所述减速机构C(4)的从动轮C(411)的中心位置处设有支撑缘(401)，支撑缘(401)通孔(402)的孔径与支撑轴(412)的直径适配，在从动轮C(411)的轮缘(404)上设有供连杆机构(5)的第三连杆(530)的连接臂(531)放置的槽口(405)，在槽口(405)开口垂直方向上设有安装孔(414)，支撑缘(401)与轮缘(404)之间开设有两个圆孔(403)，与圆孔(403)对称位置设有“ㄩ”形凸耳(406)，凸耳(406)的两个“ㄩ”角上分别设有螺纹孔(413)，螺纹孔(413)位置的轮缘(404)上设有供钢丝绳通过的穿孔(408)，“ㄩ”形凸耳(406)的外侧边设有销孔(407)，限位销(410)安装在销孔(407)内；所述连杆机构(5)由第一连杆(510)、第二连杆(520)、第三连杆(530)和第四连杆(540)构成，第四连杆(540)的轴孔与第一连杆(510)的U形连接端(511)采用滚动轴承的相对转动连接，第三连杆(530)的轴孔与第二连杆(520)的U形连接端(522)采用滚动轴承的相对转动连接，第二连杆(520)的轴孔与第一连杆(510)的方形连接端(512)采用滚动轴承的相对转动连接，第一连杆(510)的圆形连接端(513)的圆孔(519)内安装有球铰，各连杆的连接形成一个四边形形状，第一连杆(510)上设有连接臂(514)，连接臂(514)的一端是U形连接端(511)，U形连接端(511)的上板(515)和下板(516)上分别设有安装孔，连接臂(514)的另一端是方形连接端(512)，方形连接端(512)的上板(517)和下板(518)上分别设有安装孔，方形连接端(512)的端部是用于安装所述手柄(6)球铰的圆形连接端(513)，第二连杆(520)上设有连接臂(521)，连接臂(521)的一端是U形连接端(522)，U形连接端(522)的上板(524)和下板(525)上分别设有安装孔，连接臂(521)的另一端上设有轴孔(523)，第三连杆(530)上设有连接臂(531)，连接臂(531)的一端上设有轴孔(532)，连接臂(531)的另一端设计成L形连接端(533)，端板上(534)上设有安装孔(535)。