[发明专利]一种基于不同半径的六自由度并联机构

说明书

一、技术领域：

本发明涉及一种基于不同半径的六自由度并联机构，尤其涉及一种具有六个自由度的并联式力觉人机交互装置，它是一种能够准确模拟虚拟环境中物体之间相互作用所产生的接触力、接触力距的大小和方向的力觉机构。属于力觉人机交互设备技术领域。

二、背景技术：

在人类与环境的交互过程中，操作者向环境输入力或运动，环境不但以视觉或听觉信号的形式向操作者反馈作用效果，而且将其相应以运动或力的形式通过触觉反馈给操作者。广义触觉从其信号形式上可区分为力觉和狭义触觉，力觉通常是指对所接触物体的硬度、形状特征等的感觉，狭义触觉通常是指对物体的质地特征等的感觉。与之相对应，交互设备也分为狭义触觉交互设备和力觉交互设备。

力觉交互又称触觉再现，目的是给予异地的操作者提供力觉信息，模拟其临场操作的感知，以提高操作质量和效率。近年来，力觉再现技术在虚拟现实领域得到快速发展，成为一种新的计算机人机交互方式，在对虚拟物体进行操作时，操作者通过力觉在线装置感收到虚拟物体的作用力、物体的材质和形状，甚至物体的运动，体验到如同操作真实物体的力觉感知效果。其功能是测量操作者操作趋势，与虚拟仿真环境通信，接受虚拟环境计算的虚拟力信号，通过机械接口将反馈力施加给操作者。

力觉交互装置的类型包括固定于操作者手臂和固定于工作台上的两大类型，适用于不同的应用场合。前者主要包括数据比、数据手套；这类设备的特点是可以跟踪作者手臂或手指的多自由度运动，但普遍存在尺寸庞大、重量较重、力觉感受逼真度差等缺点，适用于不要求逼真感知交互力的场合，一般用于机械臂或机器人灵巧手的主从操作。本发明是一种固定于工作台上的桌面，是力觉交互装置，具有操作方便、运动灵活、力觉感受逼真等特点。

目前已有的六自由度并联机构作为力觉交互装置普遍上还是存在着运动空间较小的问题，尤其是在转动方面的性能还比较差，本发明的六自由度并联机构在旋转方面性能的提高有了很大的进步，这大大的加强了六自由度并联机构应用在力觉交互装置的优势。

三、发明内容

1.目的：本发明的目的是为六自由度力觉人机交互装置提供一种基于不同半径的六自由度并联机构，它克服了现有技术的不足，是一种构型新颖、结构简单、性能良好的力觉交互设备。

2.技术方案：

本发明一种基于不同半径的六自由度并联机构，它包括有静平台、动平台、六个支撑架、六个上球铰、六个下球铰、六个直流电机、六条支链和操作杆，它们之间的位置连接关系是：六个支撑架在预定位置与静平台固连；六个直流电机分别穿过支撑架上的孔与六条支链的各下连杆连接；六条支链的各上连杆通过六个上球铰与动平台连接；六条支链的各上、下连杆通过六个下球铰相互连接，操作杆与动平台的通孔连接。

所述的静平台是块特殊的三角形板料，其形心设有通孔，其角顶或者角顶和边的中部都设有凸出的矩形板料；

所述的动平台是形心设有通孔的三角形板料；

所述的支撑架是一块设有通孔的矩形板料在另一矩形板料中部位置彼此相互垂直而构成的支撑件；

所述的六个上球铰、六个下球铰是普通的球铰结构，按需在市场选购；

所述的六个直流电机为可实现位置和力反馈的电机，按需在市场选购；

所述的六条支链，分别由上、下连杆和下球铰连接而组成，该上、下连杆为普通的圆杆件；

所述的操作杆是普通的圆杆件。

其中，所述第一支链电机3_a安装在支撑架A的内侧，第二支链电机3_b安装在支撑架B的外侧，第三支链电机3_c安装在支撑架C的内侧，第四支链电机3_d安装在支撑架D的外侧，第五支链电机3_e安装在支撑架E的内侧、第六支链电机3_f安装在支撑架F的外侧；

其中，所述第一支链4_a的第一下连杆4₁的一端安装在第一支链电机3_a的输出轴上，另一端安装在第一下球铰C₁上；第一上连杆5₁一端安装在与第一端连接的第一下球铰C₁上，另一端安装在动平台的第一上球铰B₁上；第二支链4_b、第三支链4_c、第四支链4_d、第五支链4_e、第六支链4_f的连接方式与第一支链4_a相同；