[发明专利]一种六自由度三维力反馈机构

说明书

本发明涉及一种六自由度三维力反馈机构，包括底座、转台、安装在转台上的平行四连杆机构以及安装在平行四连杆机构末端的末端执行器机构；转台通过转动副连接于底座，第一从动轮以及平行四连杆机构的一根长杆固定安装于转台上的支撑轴，第二从动轮以及平行四连杆机构的近端杆转动安装于转台上的支撑轴，平行四连杆机构的另一根长杆转动连接于的近端杆的另一端；远端杆安装有末端三自由度执行器机构，末端执行器机构由三个轴线依次垂直布置的转动副连接构成。本发明采集手腕的位置和姿态六自由度信息，并能够在三个移动自由度方向施加力反馈；本发明采用混联拓扑结构，实现较大的工作空间和较好的机构刚度，结构紧凑，定位精确，应用广泛。

技术领域

本发明涉及一种力反馈机构，特别是涉及一种六自由度三维力反馈机构。

背景技术

虚拟现实技术和增强现实技术是当前科研领域的前沿技术，虚拟现实过程中的力觉临场感是体现虚拟现实交互性的重要部分，较好的力觉临场感使得操作过程更真实可靠。而力觉交互设备(力反馈设备)是设计人员与虚拟环境进行力觉交互的接口，是虚拟现实系统中的重要组成部分。

国内外有不少科研人员从事于力反馈设备的开发，经过对现有技术文献检索发现，瑞士force dimension的并联力反馈设备，其已成功申请的发明专利(US8667860)，其涉及的是一款六自由度力反馈手柄，可以实现四个自由度的力反馈，但由于采用并联结构，其运动空间较小，运动灵活性一般，且由于使用材料的特殊性导致设备价格昂贵；美国Senable公司的PHANTOM系列力反馈手柄，其已公开专利(US20080291161A1)，其是一款串联六自由度力反馈机械臂，具有较大的工作空间和较好的运动灵活性，但其机械刚度较差，且反馈力较小，价格较高。

发明内容

本发明技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种六自由度三维力反馈机构，采用混联拓扑结构，运动空间大，机械刚度较好，结构紧凑，定位精确，应用广泛。

本发明技术解决方案：一种六自由度三维力反馈机构，包括底座、转台、安装在转台的平行四连杆机构以及安装在平行四连杆机构末端的末端三自由度执行器机构；

所述转台通过转动副安装于所述底座上，转台驱动电机与所述底座固定连接，所述转台驱动电机通过丝传动驱动所述转台转动；所述转台固定安装有第一驱动电机、第二驱动电机，所述转台转动安装有平行四连杆机构支撑轴；

进一步地，所述支撑轴上固定安装有第一从动轮以及平行四连杆机构下部长杆。所述第一从动轮通过顶丝与支撑轴固定连接，且安装于所述第一驱动电机输出轴一侧，所述第一驱动电机与所述第一从动轮之间采用丝传动驱动；

进一步地，所述支撑轴转动安装有所述第二从动轮，且安装于所述第二驱动电机输出轴一侧，所述第二驱动电机与所述第二从动轮之间采用丝传动驱动。所述第二从动轮与平行四连杆机构近端短杆固定连接，所述平行四连杆机构近端短杆一端与所述支撑轴转动连接，另一端与所述平行四连杆上部长杆转动连接。所述平行四连杆机构上端长杆和所述平行四连杆机构下端长杆的另一端分别与所述平行四连杆机构远端杆转动连接；

进一步地，所述平行四连杆机构远端杆末端固定有三自由度执行器机构。所述末端三自由度执行器机构包括自平行四连杆远端杆到末端依次相连下的第四转轴、第五转轴以及第六转轴；

进一步地，所述第四转轴与所述平行四连杆远端杆转动连接，且在连接处安装有旋转编码器，从而实现对于所述第四转轴的角度检测；

进一步地，所述第五转轴与所述第四转轴转动连接，且第五转轴的轴线方向与第四转轴的轴线方向垂直，且在连接处安装有旋转编码器，以此实现对于所述第五转轴的角度检测；

进一步地，所述第六转轴轴线与所述第五转轴转动连接，且第六转轴的轴线方向与第五转轴的轴线方向垂直，且在连接处安装有旋转编码器，以实现对于所述第六转轴角度检测。在所述第六转轴上固定安装有机械开关。