[发明专利]一种基于柔性铰链的六自由度控制杆

说明书

本发明提供了一种基于柔性铰链的六自由度控制杆，包括通过卡扣依次连接的上顶盖、中心体、下底盖和底座，中心体包括外壳体和中心操作杆，中心操作杆的两端对称地设置有柔性铰链组件，沿所述中心操作杆的长度方向柔性铰链组件依次包括外铰链、中心铰链和内铰链；中心操作杆的端部与内铰链连接。本发明通过提供绕X轴，绕Y轴，绕Z轴的平动和旋转的六自由度控制输入，从而使得控制精度高，响应速度快，操作直观简便。

技术领域

本发明涉及一种交互式控制杆，尤其是涉及一种基于柔性铰链的六自由度控制杆，属于控制仪器领域。

背景技术

控制手柄，作为输入设备，操作者通过对手柄及其配件的操作，实现对目标物(如机器人、电脑虚拟角色等)的控制。常用的控制手柄包括十字方向键控制手柄、类比摇杆、无线手柄、体感操作控制等，但大部分手柄需要双手操作，且控制自由度有限。

通常用于电脑图标控制的指点杆组件，位于电脑键盘中部，指点杆组件包括指点杆及橡胶套，使用时，用指尖轻推指点杆，其底部的陶瓷板就会产生细微的弯曲，安装在陶瓷板上的4个弯曲传感器马上就会感知力度的方向和大小，并将信号用于电脑控制。指点杆组件的良好的操作性在于，它能够迅速感知施加在指点杆上的即使是非常微小的力量，并且能够根据其强度和持续的时间准确地实现操作。

柔性铰链，一般是指通过其部分或全部具有柔性的构件变形而产生位移，传动力的机械结构，相对于传统的刚性结构而言，柔性结构具有构件数目少、无需装配、成本低、无需铰链或轴承等运动副、无摩擦、无效行程小、不需润滑、精度高、无污染、高寿命、易于小型化和大批量生产等优点。但传统柔性铰链通常自由度较少，无法满足自由度较多的复杂的运动要求。

如申请号为201621260907.2的中国实用新型专利，公开了一种柔性铰链，包括柔性铰链主体、固定轴和圆弧穿孔。通过整体设计，保证了运动精度，增加了抗疲劳强度。但是整个装置自由度过少，且整体体积较大，无法满足多自由度控制装置的操作要求。

如申请号为201620801321.6的中国实用新型专利，公开了一种无人机遥控手柄，包括手柄主体、旋钮组件、传感器等装置，传感器固定于上盖，与手柄控制其电性连接，操作时，通过方位传感器检测控制信号，实现无人机大幅度转向，同时旋钮组件不突出于手柄，收纳时无需其他保护措施。但该装置所需传感器较多，装配复杂，且不易控制小幅度的运动。

发明内容

有鉴于现有技术的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供可以实现包括旋转和平移的六自由度控制输入，控制精度高，响应快速准确，操作直观简便的基于柔性铰链的控制杆。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于柔性铰链的六自由度控制杆，包括通过卡扣依次连接的上顶盖、中心体、下底盖和底座，所述中心体包括外壳体和中心操作杆，所述中心操作杆的两端对称地设置有柔性铰链组件，沿所述中心操作杆的长度方向所述柔性铰链组件依次包括外铰链、中心铰链和内铰链；所述中心操作杆的端部与所述内铰链连接；

其中，所述外铰链和所述内铰链包括中心部、外圈部和连杆，所述连杆的一端与所述中心部连接，另一端与所述外圈部的内表面连接；所述连杆的侧面包括多个的弧面，多个所述弧面呈对称分布，同时所述连杆呈之字形；多个所述连杆围绕所述中心部均匀分布；

所述中心铰链包括主体部和设置在所述主体部上的球形铰链，所述主体部为长方体，所述球形铰链包括多个条形槽，每个条形槽在所述主体部的一个侧面内向所述长方体的一个角的方向延伸，并在相邻侧面内沿平行于所述相邻侧面的边的方向延伸，最后延伸至相对侧面的中心处，使得所述球形铰链能够提供绕x、y轴转动的自由度；所述条形槽的端部设置为圆柱形槽。

进一步地，呈之字形的所述连杆中，直接与所述中心部相连的L形部分用于提供沿x轴、y轴的平动和绕z轴的转动的自由度，直接与所述外圈部相连的直段部分用于提供沿z轴平动的自由度。