[发明专利]机械手柄可全向操作机构及方法

说明书

技术领域

本发明涉及操纵结构，具体为一种机械手柄可全向操作机构及方法。

背景技术

控制手柄是一种常见的电气元器件，主要应用于电子竞技、VR虚拟现实、飞行器、工业机器人、移动平台等方面进行控制操作。

目前，现有的全向手柄通常采用两个正交转轴并在转轴上放置电位器的设计方案。

在工作时，操作手柄转动改变两个电位器的阻值，进而检测其上通过的电压或电流，得到两个正交的角位移矢量，通过该矢量的合成，实现位移全向操控。然而，这种全向手柄只能控制二维平面上的操作，对于VR虚拟现实或者遥控飞机之类的多维度操控往往需要两个或两个以上手柄联合操作，这给使用者带来不便，影响了操作人员的体验。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提出了一种可实现单手柄空间全向操作的机械手柄可全向操作机构及方法。

能够解决上述技术问题的机械手柄可全向操作机构，其技术方案包括单手柄，所不同的是所述单手柄安装于摩擦球的顶部，所述摩擦球的下半球体置于球架内并与球架内圆周均布的三个单排全向轮摩擦接触，三个单排全向轮通过对应的轮架安装且三个单排全向轮的回转中心线斜向下方并相交于一点，该相交点处于摩擦球球心的正下方，各轮架上设有检测对应单排全向轮转角的编码器或电位器，所述球架上设有作用在摩擦球球径部位的限位组件(约束摩擦球以及降低单排全向轮上的负载)。

上述结构的工作原理是通过三个与单排全向轮同轴固连的编码器检测单手柄的运动矢量，再经过三个矢量合成得到单手柄的空间运动矢量，使单手柄具有三维操控的效果。

进一步，各单排全向轮设于“U”形轮架内并通过轮轴就位安装，为使操纵的单手柄顺利回位，所述轮轴的一轴端与轮架之间设有使单排全向轮回位的扭簧。

所述限位组件的一种结构包括于球架上安装的上、下环形保持架，各环形保持架内圆周均布的滚珠与摩擦球的对应部位滚动连接。

本发明机械手柄可全向操作机构的操作方法，其方案步骤为：

1、操作单手柄，单手柄带动摩擦球转动，摩擦球通过摩擦力驱动三个单排全向轮转动。

2、编码器电位器检测各对应单排全向轮的运动矢量，再通过三个运动矢量的合成得到摩擦球的空间运动矢量即单手柄的空间运动矢量，如此实现单手柄的三维全向操控。

3、当单手柄解除操纵恢复自由时，在复位弹簧的作用，各单排全向轮带动单手柄回到初始位置。

本发明的有益效果：

1、本发明机械手柄可全向操作机构的结构中，通过三个与对应单排全向轮同轴固连的编码器检测单手柄的运动矢量，再经过三个矢量合成，得到手柄的空间运动矢量，使单手柄具有三维操作的效果。

2、本发明结构中，采用上、下环形保持架对摩擦球进行约束，并在环形保持架与摩擦球之间设置滚珠，可使单手柄操作顺畅和降低单排全向轮上的负载。

3、本发明结构中，各单排全向轮上设置扭簧，当单手柄恢复自由时能自动回到初始位置。

4、本发明方法可实现VR虚拟现实或者遥控飞机之类的多维度单手柄操控。

附图说明

图1为本发明一种实施方式的主视图。

图2为图1中的A-A剖视图。

图号标识：1、单手柄；2、摩擦球；3、球架；4、单排全向轮；5、限位组件；6、轮架；7、编码器；8、环形保持架；9、滚珠。

具体实施方式

下面结合附图所示实施方式对本发明的技术方案作进一步说明。

本发明机械手柄可全向操作机构，其结构包括单手柄1，所述单手柄1竖直安装于摩擦球2的顶部，所述摩擦球2的下半球体通过球架3顶面上的球孔置于球架3内，摩擦球2的上半球体露出在球架3顶面上，所述球架3顶面球孔处同轴设有与球架3顶面安装连接的上、下环形保持架8(共同形成对摩擦球2约束的限位组件5)，上、下环形保持架8与摩擦球2球径处的上、下半球体同轴套装，各环形保持架8内圆周均布的滚珠9与对应的半球体滚动接触，如图1、图2所示。

所述球架3内于摩擦球2下半球体的外侧下方圆周均布设有三个单排全向轮4，三个单排全向轮4均与摩擦球2下半球体摩擦接触且三个单排全向轮4的回转中心线斜向下方并相交于一点，该相交点处于摩擦球2球心的正下方，各单排全向轮4设于对应设置的“U”形轮架6内并通过轮轴就位安装，所述轮轴的一轴端与轮架6之间设有使单排全向轮4回位的扭簧，各轮架6安装于球架3内的对应位置上，各轮架6上安装有与对应单排全向轮4轮轴同轴的编码器7，如图1、图2所示。

本发明的操作方案步骤为：