[发明专利]一种同步调心球形超声电机驱动的力触感交互装置

说明书

一种同步调心球形超声电机驱动的力触感交互装置，本申请上部外壳内有上端轴，上端轴外侧的槽内安装有压力传感器，上部外壳顶端有球把手，上端轴下端通过联轴器与转台上端的连接轴相连，转台下端的连接轴上套有转台轴，转台通过转台轴安装在上平台上，转台的两个旋转端各安装有一个压力传感器，上平台通过连接柱与下平台相连，上平台与下平台之间有航姿参考芯片，下平台安装在球形转子上，定子托住球形转子，定子通过测力器安装在对应定子支架的端部，定子支架底部通过转轴安装在对应滑块上，滑块安装在底座外壳的卡槽上。本申请球形超声电机可以在单个作动器上同时实现多个自由度的驱动效果，从而解决了传统装置的体积冗大、控制复杂等问题。

技术领域

本发明涉及力触感交互装置领域，特别是涉及一种同步调心球形超声电机驱动的力触感交互装置。

背景技术

随着太空探索、远程手术、遥操作机器人的不断发展，人机交互技术得到越来越广泛的应用。传统的人机交互主要依赖于图像与声音进行信息反馈，但这种方式逐渐暴露出其局限性，比如当远地设备与环境发生交互力作用，操作者需要在本地了解其作用状况，从而更加准确有效地进行遥操作时，仅依赖图像与声音信息就显得无能为力。针对这一局限，力触感交互技术作为一种增强操作者临场感的重要手段，日益受到重视，并成为一个新的研究领域。

力触感交互技术主要包括力反馈技术和触觉再现技术。前者具有力反馈功能，使操作者能够感受到远地或虚拟物体对操作者的作用力。后者将远地物体的触觉特征再现给操作者，使操作者产生实际接触远地或虚拟物体的触觉感觉，目前多轴力/力矩传感器普遍比较昂贵，因此申请人考虑采用多个单自由度压力传感器组合测力/力矩的方法这样能够大大降低成本。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提供一种同步调心球形超声电机驱动的力触感交互装置，该球形超声电机可以在单个作动器上同时实现多个自由度的驱动效果，将其应用在力触感交互技术中，从而解决了传统装置的体积冗大、控制复杂等问题，以及现有的球形超声电机往往存在不能同步在线调节定转子预压力的问题，从而保证球形转子相对定子的对心调节，为达此目的，本发明提供一种同步调心球形超声电机驱动的力触感交互装置，包括球把手、上部外壳、上平台、连接柱、下平台、测力器、滑块、齿轮安装轴、压力传感器、航姿参考芯片、球形转子、定子、定子支架、扭簧、底座外壳、转台、转台轴、上端轴、联轴器和信号线，所述上部外壳内有上端轴，所述上端轴外侧的槽内安装有压力传感器，所述上端轴的压力传感器等角度绕上端轴转轴一周，所述上部外壳顶端有球把手，所述上端轴下端通过联轴器与转台上端的连接轴相连，所述联轴器为万向联轴器，所述转台下端的连接轴上套有转台轴，所述转台通过转台轴安装在上平台上，所述转台的两个旋转端各安装有一个压力传感器，所述上平台通过连接柱与下平台相连，所述连接柱等角度绕上平台中心线一周，所述上平台与下平台之间有航姿参考芯片，所述下平台安装在球形转子上，所述定子托住球形转子，所述定子等角度绕下平台中心线一周，所述定子通过测力器安装在对应定子支架的端部，所述测力器连有信号线，所述定子支架底部通过转轴安装在对应滑块上，所述定子支架底部的转轴上套有扭簧，所述滑块安装在底座外壳的卡槽上通过底座外壳内有驱动机构沿卡槽移动形成对应的卡盘结构。

本发明的进一步改进，所述底座外壳内驱动结构包括大锥齿轮和小锥齿轮，所述大锥齿轮尾端有平面螺纹，所述大锥齿轮通过平面螺纹安装在底座外壳内，每个滑块对应一个小锥齿轮，所述滑块底部的卡槽卡装在平面螺纹，所述大锥齿轮的齿部与小锥齿轮的齿部相啮合，所述小锥齿轮通过齿轮安装轴安装在底座外壳内，本发明主要通过锥形齿轮组以及平面螺纹渠道对应滑块同向移动。

本发明的进一步改进，所述定子有3个，本发明一般采用三个定子即可达到稳定运动。

本发明的进一步改进，所述上端轴的压力传感器有3个，上方的压力传感器有3个，本发明由5个“压力传感器”构成的三轴力/力矩传感器连接，用于测量人手与该装置的交互力/力矩。