[发明专利]一种应用于力反馈设备的三自由度并联机构

说明书

本发明涉及一种应用于力反馈设备的三自由度并联机构，属于力反馈设备技术领域，解决了现有力反馈设备输出力小、大惯量、刚度低、结构及加工装配工艺复杂的问题。该三自由度并联机构，包括基座、三条驱动支链和一条被动约束支链，基座为圆环状结构；驱动支链包括第一驱动连杆和第二驱动连杆，两个驱动连杆通过连杆球副连接；被动约束支链包括第一被动约束连杆和第二被动约束连杆，两个被动约束连杆通过十字轴连接；第一驱动连杆通过驱动转动轴安装在基座的外圆周，第二驱动连杆通过连接件球副与第二被动约束连杆连接，第一被动约束连杆通过被动约束转动轴安装在基座的内圆周。本发明的三自由度并联机构，可广泛用于三维造型、触觉仿真、遥操作、虚拟现实等领域。

技术领域

本发明涉及力反馈设备技术领域，尤其涉及一种应用于力反馈设备的三自由度并联机构。

背景技术

力反馈是指在人机交互过程中，计算机对用户的输入做出响应，并通过力反馈设备作用于用户的过程。目前，力反馈设备已广泛应用于三维造型、触觉仿真、遥操作、虚拟现实、医学手术等技术领域。

目前，商用力反馈设备通常采用串联机构或并联机构，然而采用串联机构力反馈设备具有输出力小、刚度小、位姿分辨率低等缺陷；力反馈设备采用最多的并联机构是Delta机构，Delta并联机构最早是由clavel在1985年提出一种可实现纯平面运动的并联机器人，并且在运动支链中采用平行四边形机构约束动平台的转动自由度，Clavel在1988年提出了分支中含有球面四杆机构的Delta并联机器人，被视为三自由度移动并联机构的一个里程碑，该机构包含12个球副，9个转动副和17个构件，非常适于完成小质量物体的拿放操作，然而现有Delta三自由度并联机构多采用三组平行四边形杆件作为支链，此结构的三自由度并联机构的连杆数目多、结构复杂、加工和装配复杂，还存在惯量相对较大、机械刚度低的问题。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种应用于力反馈设备的三自由度并联机构，用以解决现有力反馈设备的输出力小、惯量大、刚度低、结构及加工装配工艺复杂的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种应用于力反馈设备的三自由度并联机构，包括基座和三条驱动支链，基座为圆环状结构；还包括被动约束支链；

驱动支链包括第一驱动连杆和第二驱动连杆，第一驱动连杆和第二驱动连杆通过连杆球副连接；

被动约束支链包括第一被动约束连杆和第二被动约束连杆，第一被动约束连杆和第二被动约束连杆通过十字轴连接；

第一驱动连杆通过驱动转动轴安装在基座的外圆周，第二驱动连杆通过连接件球副与第二被动约束连杆连接，第一被动约束连杆通过被动约束转动轴安装在基座的内圆周。

进一步地，十字轴包括垂直交叉设置的水平转动轴和竖直转动轴，水平转动轴与被动约束转动轴平行。

进一步地，第二被动约束连杆固定设置有连接件，连接件垂直于第二被动约束连杆轴线的截面为圆形、正三角形或正六边形。

进一步地，连接件球副为三个且均匀分布在连接件的外周；

驱动转动轴为三个且均匀分布在基座的外圆周。

进一步地，基座的内圆周设置凹槽，被动约束转动轴设置于凹槽内；

凹槽的中心与其中一个驱动转动轴的轴心所确定的直线通过基座的圆心。

进一步地，被动约束转动轴与通过直线的驱动转动轴平行。

进一步地，第二驱动连杆的长度大于第一驱动连杆的长度；

第二被动约束连杆的长度大于第一被动约束连杆的长度。

进一步地，第二驱动连杆由碳纤维材料制成。