CN107239095B - 一种力觉反馈及转动姿态测量的三维转动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种力觉反馈及转动姿态测量的三维转动机构。本发明的力觉反馈及转动姿态测量的三维转动机构，其特征在于，包括分别位于X、Y、Z三维轴向上的转轴A、转轴C和转轴B，所述转轴A和所述转轴B之间通过连接部件二连接，所述的转轴B和所述转轴C之间通过连接部件一连接，所述转轴A、转轴B、转轴C上分别沿轴向安装有一个磁流变阻尼器，每个所述的磁流变阻尼器上安装有惯性测量单元。本发明结合机械结构、力觉机构、测量机构，实现力感输出，并通过转动姿态测量实现控制目的。
Description
技术领域：
本发明涉及一种力觉反馈及转动姿态测量的三维转动机构，属于技术领域。
背景技术：
当前同类装置多具有转动自由度耦合、转动角度测量精度低等缺点，不适用于精确控制的应用场景。另外，普通三维转动机构多为纯机械结构，只能进行空间三个坐标方向的转动运动，没有力觉感受输出，无法应用在有力觉信息输出的使用场景；另外，普通三维转动机构缺少转动的姿态测量技术，无法精确测量在三个坐标轴上的转动角度，不能将转动姿态同步至控制端。
发明内容
本发明的目的是提供一种力觉反馈及转动姿态测量的三维转动机构，结合机械结构、力觉机构、测量机构，实现力感输出，并通过转动姿态测量实现控制目的。
上述的目的通过以下技术方案实现：
一种力觉反馈及转动姿态测量的三维转动机构，包括分别位于X、Y、Z三维轴向上的转轴A、转轴C和转轴B，所述转轴A和所述转轴B之间通过连接部件二连接，所述的转轴B和所述转轴C之间通过连接部件一连接，所述转轴A、转轴B、转轴C上分别沿轴向安装有一个磁流变阻尼器，每个所述的磁流变阻尼器上安装有惯性测量单元。
所述的力觉反馈及转动姿态测量的三维转动机构，所述的转轴A通过支撑部件安装在固定板上。
所述的力觉反馈及转动姿态测量的三维转动机构，所述的转轴C通过联轴器连接手柄。
所述的力觉反馈及转动姿态测量的三维转动机构，所述的连接部件二上位于所述转轴A的一侧设置有一段延伸段，所述的延伸段上连接有配重。
所述的力觉反馈及转动姿态测量的三维转动机构，所述的手柄上连接有直流电机和扳机。
有益效果：
采用两个连接部件连接的空间三轴，实现了转动运动的机械解耦，各个轴向上的转动相互独立互不干涉，为转动姿态测量提供便利。
采用磁流变阻尼器作为力反馈执行器，通过输出力矩实现力触觉的输出，并且力矩的大小和方向受控制信号控制，可以扩展应用在具有力觉输出的各种场景。
采用手柄结构，方便手部握持；手柄处采用扳机式设计，符合人体功效学，并增加手指运动的力反馈。
采用惯性测量单元，置于每个转轴顶端，可以精确测量每个轴向的转动角度，从而精准描述整个三维转动机构的转动姿态。
采用配重平衡整个转动机构在转轴C上的重力矩，减轻人手部操作此三维机构的力负荷，使驱动整个转动机构变得更轻松省力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图中：1、转轴A；2、转轴C；3、转轴B；4、连接部件二；5、连接部件一；6、磁流变阻尼器；7、惯性测量单元；8、支撑部件；9、固定板；10、联轴器；11、手柄；12、配重。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
本实施例的力觉反馈及转动姿态测量的三维转动机构，包括分别位于X、Y、Z三维轴向上的转轴A 1、转轴C 2和转轴B 3，所述转轴A和所述转轴B之间通过连接部件二4连接，所述的转轴B和所述转轴C之间通过连接部件一5连接，所述转轴A、转轴B、转轴C上分别沿轴向安装有一个磁流变阻尼器6，每个所述的磁流变阻尼器上安装有惯性测量单元7。不同轴向上的磁流变阻尼器产生不同方向的阻尼力矩，从而使得末端可获得不同方向的力感；惯性测量单元器件测量三个转轴方向上的转动角度，描述三个轴的转动状态。
本实施例中所述的力觉反馈及转动姿态测量的三维转动机构，所述的转轴A通过支撑部件8安装在固定板9上。
本实施例中所述的力觉反馈及转动姿态测量的三维转动机构，所述的转轴C通过联轴器10连接手柄11。
本实施例中所述的力觉反馈及转动姿态测量的三维转动机构，所述的连接部件二上位于所述转轴A的一侧设置有一段延伸段，所述的延伸段上连接有配重12，配重用于平衡整个转动机构在转轴C上的重力矩。
所述的力觉反馈及转动姿态测量的三维转动机构，所述的手柄上连接有，直流电机和扳机，电机输出力矩通过扳机给手指施加力反馈。
工作过程：
当手部带动手柄，绕转轴C运动，实现了C轴上的转动运动自由度；在转动过程中，惯性测量原件实时获取绕C轴转动的角度，并将角度信息通过编码，传递给控制端；当控制端发出输出C轴转动力矩的控制信号时，C轴上的磁流变阻尼器工作，将力矩通过转轴传递给手部。
当手部带动连接部件一，绕转轴B运动，实现了B轴上的转动运动自由度；在转动过程中，惯性测量原件实时获取绕B轴转动的角度，并将角度信息通过编码，传递给控制端；当控制端发出输出B轴转动力矩的控制信号时，B轴上的磁流变阻尼器工作，将力矩通过转轴传递给手部。
手部带动连接部件一及连接部件二，绕转轴A运动,实现了A轴上的转动运动自由度；在转动过程中，惯性测量原件实时获取绕A轴转动的角度，并将角度信息通过编码，传递给控制端；当控制端发出输出A轴转动力矩的控制信号时，A轴上的磁流变阻尼器工作，将力矩通过转轴传递给手部。
三个转轴顶部的磁流变阻尼器输出力矩，获得相应力感，控制端发出输出某个转轴转动力矩的控制信号时，某个转轴上的磁流变阻尼器工作，将力矩通过转轴传递给手部
三个转轴顶部的惯性测量单元器件测量三个转轴的姿态角，将数据返回给处理系统。
应当指出，上述实施实例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种力觉反馈及转动姿态测量的三维转动机构，其特征在于，包括分别位于X、Y、Z三维轴向上的转轴A、转轴C和转轴B，所述转轴A和所述转轴B之间通过连接部件二连接，所述的转轴B和所述转轴C之间通过连接部件一连接，所述转轴A、转轴B、转轴C上分别沿轴向安装有一个磁流变阻尼器，每个所述的磁流变阻尼器上安装有惯性测量单元。
2.根据权利要求1所述的力觉反馈及转动姿态测量的三维转动机构，其特征在于，所述的转轴A通过支撑部件安装在固定板上。
3.根据权利要求1所述的力觉反馈及转动姿态测量的三维转动机构，其特征在于，所述的转轴C通过联轴器连接手柄。
4.根据权利要求1所述的力觉反馈及转动姿态测量的三维转动机构，其特征在于，所述的连接部件二上位于所述转轴A的一侧设置有一段延伸段，所述的延伸段上连接有配重。
5.根据权利要求3所述的力觉反馈及转动姿态测量的三维转动机构，其特征在于，所述的手柄上连接有直流电机和扳机。
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