[发明专利]可分解为单自由度遥操作装置的二自由度虚拟力反馈装置

权利要求书

1.一种可分解为单自由度遥操作装置的二自由度虚拟力反馈装置，其特征在于，4根圆立柱连接面板和底板形成安装大力矩电机的大台架，大力矩电机紧贴面板固联在面板下方，大力矩电机的转轴垂直于面板和底板；大单摆臂通过第一联轴套固联在大力矩电机转轴上端，在大单摆臂根部设有应变式力传感器，在大单摆臂的末端设有加速度计，大力矩电机的转轴通过第二联轴套连接设置于底板的角位移传感器，大力矩电机、应变式力传感器、加速度计和角位移传感器组成以大力矩电机转轴为中心线的第一级单自由度力反馈手臂；

安装小力矩电机的小面板由4根短立柱支撑，4根短立柱下端分别与面板的4根圆立柱相连，在小面板上4根短立柱的内侧，再用4根小立柱将基座板固联在小面板上方，形成倒置的小台架；小力矩电机紧贴小面板反面安装在小台架内，小力矩电机轴心线垂直于小面板并与大力矩电机的轴心线重合；摩擦传动轮通过第三联轴套固联在小力矩电机转轴一端，该转轴的另一端通过第四联轴套连接固定于基座板的角位移传感器；小单摆臂的根部固定在具有摩擦轮的传动轮轴上端，该传动轮轴通过嵌在大单摆臂前端内的轴承垂直安装在大单摆臂上；小力矩电机轴上的摩擦传动轮与传动轮轴的摩擦轮，摩擦传动轮与摩擦轮通过钢丝传动连接，在小单摆臂上对应大单摆臂安装传感器的部位，分别设有和大单摆臂相同的加速度计和应变式力传感器，由此形成一个以大单摆臂前端轴承孔的中心线为转轴的第二级单自由度力反馈手臂。

2.根据权利要求1所述的可分解为单自由度遥操作装置的二自由度虚拟力反馈装置，其特征在于，在大台架内设有直角形支架，用于辅助支撑大单摆臂末端；该直角形支架的一端固联在第二联轴套上，另一端与大单摆臂端部相连，直角形支架与大力矩电机轴、第二联轴套和大单摆臂一起组成一个整体转动机构。

3.根据权利要求1所述的可分解为单自由度遥操作装置的二自由度虚拟力反馈装置，其特征在于，在大单摆臂、小单摆臂上均设置有测量电路和无线通信模块，测量电路与无线通信模块连接；测量电路包含微控制器和力传感器的信号调理电路，大单摆臂、小单摆臂上的力传感器采用金属电阻应变片；加速度传感器、力传感器和角位移传感器的输出都接入微控制器中的A/D转换输入通道；大单摆臂、小单摆臂上的无线通信模块分别与上位计算机的两个无线接收端无线通信连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的可分解为单自由度遥操作装置的二自由度虚拟力反馈装置，其特征在于，大力矩电机的驱动电路包括两级放大电路和过载保护电路，第一级放大电路采用运放OP-27，第二级放大电路采用集成音频功率放大器TDA7294；小力矩电机的驱动电路的功放采用音频功率放大器LM1875，并在LM1875的正向输入端设有钳位保护电路；大力矩电机、小力矩电机的驱动电路分别连接在大力矩电机、小电机的电流接入端和上位计算机的输出控制端之间。

5.根据权利要求4所述的可分解为单自由度遥操作装置的二自由度虚拟力反馈装置，其特征在于，分别卸下安装在大单摆臂上的钢丝、传动轮轴和小单摆臂以及直角形支架，卸下位于面板上的4根短立柱，将包括小力矩电机、第三联轴套和角位移传感器的小台架作为整体从台架上卸下，以小面板在上放置小台架，将已卸下的小单摆臂固联在小力矩电机转轴上端的第三联轴套上，组成一个独立的单自由度子系统；将留在台架内的大力矩电机与大单摆臂作为另一个独立的单自由度转动力臂子系统；将这两个子系统隔开放置，并通过两组信号输入与控制输出线路分别接入由通信线路连接的两台上位计算机的信号输入和控制输出通道，由此构成可进行单自由度遥操作实验的主从式单自由度力/位移遥操作实验装置。