[发明专利]六自由度触觉交互装置和机器人系统

说明书

本申请提供一种六自由度触觉交互装置和机器人系统，涉及物理交互装置技术领域，包括定平台、设在定平台上的三组并联的驱动机构和分别与三组驱动机构连接的重构手柄，驱动机构为二自由度驱动机构，且三组驱动机构呈等腰三角形设置，通过三组驱动机构运动，以带动重构手柄运动，重构手柄用于触觉交互。采用三组并联的驱动机构，每组驱动机构形成一个二自由度驱动机构，则三组并联的驱动机构形成六个自由度。三组驱动机构采用非对称布置形式、呈等腰三角形设置，大大增加了驱动机构的运动空间及空间利用率，且有效减小驱动机构的尺寸。本六自由度触觉交互装置，既具有并联机构高精度的特点，又增加了驱动机构的运动空间及空间利用率，适用性广。

技术领域

本申请涉及物理交互装置技术领域，具体涉及一种六自由度触觉交互 装置和机器人系统。

背景技术

触觉交互是指那些用于虚拟环境中手部感觉、体验和操作的人机交互。 触觉交互一方面能够感觉用户手的位姿和作用力，另一方面可以把力信息 反馈给用户。借助合适的传感器和执行器，并利用手部相对于物体的状态 函数来产生力指令，可以使人和虚拟物体之间产生逼真的力位传递信息。

现有触觉交互机器人按机构构型可分为基于串联机构、基于并联机构 及基于串并联混合机构。其中，并联机构的驱动全部固定布置于底座，系 统惯性小，具有良好的背驱性，且自由度及驱动数量的增加对系统的惯性 影响小，无系统累积误差，具有高精度、高刚度、高带宽特性，更易模拟 真实的力触觉反馈，但并联机构的工作空间较小，使得并联机构在使用时 限制较多，不利于广泛应用。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种六自由度触觉交互装置和机器人系 统，能够增大工作空间，适用性广。

本申请实施例的一方面，提供了一种六自由度触觉交互装置，包括定 平台、设在定平台上的三组并联的驱动机构和分别与三组驱动机构连接的 重构手柄，所述驱动机构为二自由度驱动机构，且三组所述驱动机构呈等 腰三角形设置，通过三组所述驱动机构运动，以带动所述重构手柄运动， 所述重构手柄用于触觉交互。

可选地，所述驱动机构包括两个动力件和四个杆件，四个所述杆件分 别为依次连接的第一杆件、第二杆件、第三杆件和第四杆件，所述第一杆 件和所述第四杆件之间有间隔，以使四个所述杆件在所述定平台上形成五 边形结构的投影，两个所述动力件分别和所述第一杆件、所述第四杆件连 接。

可选地，所述驱动机构还包括连接销，所述连接销穿过两个连接的所 述杆件并通过螺母固定，所述连接销和其中一个所述杆件之间设有深沟球 轴承；所述杆件的长度为定值，或者所述杆件均为可伸缩杆件；还包括隔 离套，所述隔离套伸进两个连接的所述杆件，所述深沟球轴承套设在所述 隔离套上。

可选地，所述驱动机构包括两个相互交叉连接的直线电机，所述重构 手柄和其中一个所述直线电机连接于两个所述直线电机的交叉点。

可选地，所述驱动机构为平面驱动机构，三组所述驱动机构分布在同 一个高度平面上或分布在两个平行的高度平面上。

可选地，所述第一杆件的两端、所述第二杆件的两端、所述第三杆件 的两端、所述第四杆件的两端分别位于不同的高度平面。

可选地，还包括连杆，所述连杆的两端分别和所述重构手柄、所述驱 动机构连接。

可选地，所述连杆和所述驱动机构通过转动关节连接，所述转动关节 为三自由度转动关节。

可选地，所述转动关节包括两个关节体和分别与两个所述关节体对应 设置的第一转动接头、第二转动接头，所述第一转动接头和所述第二转动 接头均包括连接头和与所述连接头连接的连接杆，且所述第一转动接头和 所述第二转动接头连接；两个所述连接杆分别伸进对应的所述关节体，且 所述连接杆分别通过一对相对设置的深沟球轴承、一对相对设置的止推球 轴承和所述关节体连接，一对所述止推球轴承位于一对所述深沟球轴承之 间，且所述止推球轴承和所述深沟球轴承贴合设置。