[发明专利]一种新型的六自由度力反馈装置

摘要

一种新型的六自由度力反馈装置，它是由底板（1）、并联3RRC机构和转动机构（6）组成；并联3RRC机构的驱动模块（2）安装于底板（1）上，转动机构（6）安装于并联3RRC机构的动平台上（5）；该装置各结构件的固定通过螺钉实现；位置零位标定柱（4）与姿态零位标定支座（35）分别用于装置初始的位置与姿态角标定；并联3RRC机构的三驱动支链均布在底板上；本发明实现了平动运动与转动运动的解耦，机构具有多自由度、大转动工作空间、高位置精确等优点，在虚拟手术或其它虚拟现实交互任务中具有广阔的应用价值。

主权项

一种新型的六自由度力反馈装置，其特征在于：它是由底板（1）、并联3RRC机构和转动机构（6）组成；并联3RRC机构的驱动模块（2）安装于底板（1）上，转动机构（6）安装于并联3RRC机构的动平台上（5）；该装置各结构件的固定通过螺钉实现；位置零位标定柱（4）与姿态零位标定支座（35）分别用于装置初始的位置与姿态角标定；并联3RRC机构的三驱动支链均布在底板上；所述底板（1）是带有螺纹安装孔的金属板，用于固定并联3RRC机构的驱动模块（2）；所述并联3RRC机构是由驱动模块（2）、RC连杆支链（3）和动平台（5）组成，RC连杆支链（3）的连杆A（17）通过螺钉固定于驱动模块（2）中大绕线轮（13）上，同时圆柱副导轨（20）固定于动平台（5）上；该驱动模块（2）是由编码器（7）、电机(8)、轴承端盖(9)、轴承(10)、电机支撑架(11)、绕线轮轴(12)、大绕线轮(13)、钢丝绳（14）、绕线轮支撑架(15)和小绕线轮(16)构成；编码器（7）安装于电机（8）尾部，电机（8）安装于电机支撑架（11）上，小绕线轮（16）固定于电机（8）的输出轴上，并通过钢丝绳（14）与大绕线轮（13）产生传动，大绕线轮（13）固定于绕线轮轴（12）上，绕线轮轴（12）两端分别通过轴承（10）和轴承端盖(9)安装在电机支撑架(11)与绕线轮支撑架(15)上；电机支撑架(11)与绕线轮支撑架(15)通过螺钉固定于底板（1）上；该编码器(7)用于获取电机当前时刻的转角变化，用于计算3RRC机构驱动关节的转角；该电机(8)是直流无刷电机，用于提供输出力矩；该轴承端盖(9)是普通圆环式法兰盖，起轴承定位和支承作用；该轴承(10)是深沟球轴承；该电机支撑架(11)是L型金属结构支架，起支撑作用；该绕线轮轴(12)是普通台阶轴，其功能是支撑大绕线轮(13)；该大绕线轮(13)是半圆轮，其上开槽洞用于减轻质量；该钢丝绳（14）用于小绕线轮（16）与大绕线轮（13）间传递力矩；该绕线轮支撑架(15)是L型金属结构支架，起支撑作用；该小绕线轮(16)是带螺旋槽的金属轮，钢丝绳（14）缠绕于螺旋槽中；该大绕线轮（13）与小绕线轮（16）组成传动机构，其上钢丝绳（14）采用8字绕线法；该RC连杆支链（3）是由连杆A（17）、连杆B（18）、滚珠轴承（19）、圆柱副导轨（20）、轴承挡圈（21）、轴承（22）和轴AB（23）组成；连杆A（17）与连杆B（18）之间通过轴承（22）及轴AB（23）组成的转动副（R副）连接，连杆B（18）与圆柱副导轨（20）之间为圆柱副即C副；该连杆A（17）是其上开有小孔的条状结构件；该连杆B（18）一端呈套筒状，另一端呈劈叉Y形状，中间条板连接；该圆柱副导轨（20）是不锈钢圆柱；该轴AB（23）是不锈钢阶梯轴；该动平台（5）是轻质高强度材料加工而成，呈人字状，其中部设有通孔放置轴承A（27），三个端部为Y形状，其上设有圆柱副导轨（20）的安装孔；所述转动机构（6），采用串联3R方式实现转动，它是由位置零位标定基座（24）、电机（25）、电机支座A（26）、轴承A（27）、电机支座B（28）、轴承B（29）、电机支座C（30）、轴承C（31）、操作末端接口支座（32）、操作末端接口（33）、末端执行器（34）和姿态零位标定支座（35）组成；电机（25‑1）通过电机支座A（26）固定于动平台（5）上，其输出轴与电机支座B（28）固定连接；电机（25‑2）固定于电机支座B（28）上，其输出轴与电机支座C（30）固定连接；电机（25‑3）固定于电机支座C（30）上，其输出轴与操作末端接口（33）固定；操作末端接口（33）通过螺钉与末端执行器间固定；轴承A（27）用于电机支座B（28）与动平台（5）间转动；轴承B（29）用于电机支座C（30）与电机支座B（28）间转动；轴承C（31）用于操作末端接口（33）与电机支座C（30）间转动；该零位标定基座（24）是带有定位孔与安装槽的圆柱状结构件，安装于电机（25‑1）尾部，用于位置零位的标定；该电机（25‑1）、（25‑2）、（25‑3）是小尺寸的直流无刷电机，带有小传动比的减速器，同时自带 编码器实现转角位置检测；该轴承A（27）、轴承B（29）轴承C（31）均是深沟球轴承；该电机支座A（26）是条板弯制的中部凸出的结构件，用于固电机（25‑1）；该电机支座B（28）是底端为圆柱轴凸出的U型构件，用于固定电机（25‑2）和支撑轴承A（27）、轴承B（29）；该电机支座C（30）是两端为圆柱轴中间为平板的结构件，用于固电机（25‑3），两端安装轴承；该操作末端接口支座（32）是中部设有通孔的凹形构件，与电机支座C（30）固定，其上孔用于安装轴承C（31）；该操作末端接口（33）是一端开槽的圆柱构件，其中开槽一端的通孔通过螺钉固定末端执行器（34），末端执行器（34）能更换；该姿态零位标定支座（35）是T型构件，将末端执行器（34）放置于其上的定位槽中实现零位标定。