[发明专利]通用型6自由度力反馈设备

说明书

本发明提出了一种通用型6自由度力反馈设备，包括基座、并联机构和串联机构；并联机构包括浮动平台和多条支链，每条支链包括电机、电路板、电机端编码器、主动绕线轮、半圆盘、连接杆与轴端编码器，电机和电路板分别与基座固定连接，电路板与电机端编码器电连接，电机端编码器与电机输出轴末端连接，主动绕线轮分别与电机的输出轴前端和半圆盘传动连接，半圆盘分别与基座和连接杆转动连接，轴端编码器在半圆盘内，测量其转动角度；串联机构与浮动平台转动连接。设置电机端编码器和轴端编码器，分别测量输出轴和半圆盘的转动角度，通过两个编码器的读数比较和算法补偿，可以消除传动误差，得到传动机构关节转动的真实角度，使得设备操作更加简单。

技术领域

本发明涉及到力反馈设备领域，特别是涉及到一种通用型6自由度力反馈设备。

背景技术

多自由度力觉交互设备，作为人机交互的接口，是完成力/触觉交互不可缺少的硬件设备，因此，多自由度力觉交互设备的设计与制造，成了力/触觉人机交互效果好坏的关键。目前的力反馈设备主要存在着如下问题：1.末端三个自由度用编码器旋转轴作关节旋转轴，刚度低，容易损坏；2.只在电机末端设置增量式编码器，每次上电开机都需要执行校准程序，操作麻烦，且传动线的弹性变形得不到补偿，影响设备的定位精度；3.设备整体惯量太大，对交互操作实时性影响较大；4.旋转关节只用了单个深沟球轴承，导致设备整体的定位精度严重降低，针对以上存在缺点，本发明提出了一种通用型6自由度力反馈设备。

发明内容

本发明的主要目的为提供一种通用型6自由度力反馈设备，可以进行自动校准，同时设备整体结构紧凑，精度高。

本发明提出了一种通用型6自由度力反馈设备，包括基座、并联机构和串联机构；并联机构包括浮动平台和多条支链，每一条破支链包括电机、电路板、电机端编码器、主动绕线轮、半圆盘、连接杆与轴端编码器，电机和电路板分别与基座固定连接，电路板和电机以及电机端编码器电连接，电机端编码器与电机的输出轴末端连接，主动绕线轮与电机的输出轴前端传动连接，半圆盘与基座转动连接，多个半圆盘直立在基座上，多个半圆盘均匀分布，且朝向同一个轴心，半圆盘与主动绕线轮传动连接，轴端编码器安装在半圆盘内，用于测量半圆盘的转动角度，连接杆与半圆盘转动连接，浮动平台与连接杆转动连接；串联机构与浮动平台转动连接。

进一步地，串联机构包括U型杆、弓型杆和手柄，U型杆与浮动平台转动连接，弓型杆与U型杆转动连接，手柄与弓型杆转动连接。

进一步地，还包括第一编码器、第二编码器和第三编码器，第一编码器的码盘与U型杆固定连接，且其外壳与浮动平台固定连接；第二编码器的码盘与弓型杆固定连接，且其外壳与U型杆固定连接；第三编码器的码盘与手柄固定连接，且其外壳与弓型杆固定连接。

进一步地，还包括传动线，半圆盘包括传动紧固机构和传动线槽，传动线槽位于半圆盘的轮辐上，传动线沿着传动线槽分别连接主动绕线轮和传动紧固机构，传动紧固机构用于保持传动线处于张紧状态。

进一步地，半圆盘还包括导向轮，导向轮安装在传动线槽的两端，传动线通过导向轮分别连接主动绕线轮和传动紧固机构。

进一步地，基座还包括半圆盘支撑架、第一空心旋转轴、第一深沟球轴承、第一推力球轴承、第一蝶形弹簧和第一弹簧垫圈，第一空心旋转轴穿过半圆盘与半圆盘支撑架，半圆盘支撑架与第一空心旋转轴固定连接，半圆盘与第一空心旋转轴通过第一深沟球轴承转动连接，半圆盘与半圆盘支撑架通过第一推力球轴承和第一蝶形弹簧转动连接。

进一步地，每一条支链所包括的连接杆的数量为4根，4根连接杆组成平行四边形结构，两根相对的连接杆分别与半圆盘和浮动平台转动连接。

进一步地，连接杆之间通过旋转关节连接，旋转关节包括关节轴、第二深沟球轴承、轴承锁紧环、平垫圈、第二弹簧垫圈，第二深沟球轴承套在关节轴上，轴承锁紧环套在第二深沟球轴承的外圈上，第二深沟球轴承通过平垫圈和第二弹簧垫圈固定在关节轴上。