一種空間遙操作手控制器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種空間遙操作手控制器，將空間遙操作手控制器用作“空間遙操作”等其他人機(jī)交互設(shè)備的主手控制，該空間遙操作手控制器工作空間大，適合遙操作機(jī)械臂的控制；該空間遙操作手控制器可以分別對空間機(jī)器人進(jìn)行轉(zhuǎn)動控制與平動控制，亦可實(shí)現(xiàn)對空間機(jī)器人轉(zhuǎn)動與平動的同時控制，完成空間六自由度任意操作，控制靈活。包括平動機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，平動機(jī)構(gòu)包括基座、移動平臺和三個支鏈，三個支鏈呈等邊三角形固定在基座上。轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)位于基座上側(cè)，與平動機(jī)構(gòu)的移動平臺相連。該結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn)：（1）機(jī)構(gòu)緊湊配置合理，增大了工作空間，無奇異；（2）平動與轉(zhuǎn)動完全解耦，降低了控制的難度和成本；（3）運(yùn)動慣量小，動態(tài)性能好。
【專利說明】一種空間遙操作手控制器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種空間遙操作手控制器，具體涉及一種新型空間遙操作手控制器。【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類空間活動的不斷發(fā)展，特別是近年來各國對太陽系以及深空探索計劃的逐步展開，將會有大量的空間生產(chǎn)、空間加工、空間裝備、空間維護(hù)和護(hù)理工作。然后，向空間發(fā)送宇航員需要大量的資金，而且由于空間工作需要在一個了解不多并且不可控的環(huán)境中進(jìn)行，艙外活動存在一定的危險，因此必須充分利用空間機(jī)器人技術(shù)，減小宇航員從事危險工作的代價和成本。監(jiān)獄機(jī)器人探測器已經(jīng)在星際探索中發(fā)揮重要作用，2004年NASA在空間探索展望報告處提出未來空間活動的目標(biāo)之一就是“執(zhí)行持續(xù)的人類和機(jī)器人計劃，探索太陽系及深空間”。NASA將實(shí)施一項(xiàng)綜合的、長期的機(jī)器人和人類空間探索計劃。因此，在未來的太空活動中，機(jī)器人是先驅(qū)者，而后才有人類進(jìn)行一系列的探索活動。但智能機(jī)器人的研究現(xiàn)狀表明，由于受到機(jī)構(gòu)、控制、傳感和人工智能等支撐技術(shù)的限制，研制出能在未知或復(fù)雜環(huán)境下全自主方式工作的智能機(jī)器人，是短期內(nèi)難以達(dá)到的目標(biāo)。因此，利用現(xiàn)有技術(shù)以及人機(jī)合作的遙操作機(jī)器人概念，機(jī)器人也可以在許多空間任務(wù)中代替人，以降低成本和危險、增強(qiáng)人類的活動能力。從長期觀點(diǎn)看，遙操作是空間機(jī)器人完成作業(yè)任務(wù)的主要手段。手控器是遙操作系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，它不僅是機(jī)械手進(jìn)行實(shí)時運(yùn)動控制的輸入設(shè)備，而且是將機(jī)械手與未知環(huán)境之間的相互作用力提供給操作者的力覺遙現(xiàn)裝置，是人與機(jī)器人之間建立緊密聯(lián)系的重要接口。
[0003]手控器大致可以分為兩類:串聯(lián)式和并聯(lián)式。串聯(lián)式手控器具有工作空間大、控制簡單的優(yōu)點(diǎn)，但存在累積位置誤差、剛度差，不利于力反饋的實(shí)現(xiàn)；而并聯(lián)式手控器精度高，剛度大，是實(shí)現(xiàn)力反饋更好的平臺。而并聯(lián)機(jī)構(gòu)的最早應(yīng)用可以追溯到1938年，Pollard提出采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)作為汽車噴漆裝置。自Hunt出可以將6自由度的Stewart機(jī)構(gòu)作為機(jī)器人機(jī)構(gòu)以來，并聯(lián)機(jī)構(gòu)逐漸成為國際上研究的熱點(diǎn)。國內(nèi)燕山大學(xué)較早地開展了并聯(lián)機(jī)器人機(jī)構(gòu)學(xué)理論的研究。隨著國內(nèi)研究的深入，清華大學(xué)、天津大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等單位也陸續(xù)研制了結(jié)構(gòu)各異的并聯(lián)機(jī)構(gòu)的機(jī)器人。其中Delta型并聯(lián)機(jī)構(gòu)是實(shí)踐中應(yīng)用最成功的并聯(lián)機(jī)構(gòu)之一，廣泛應(yīng)用于食品、藥品的包裝和電子產(chǎn)品的裝配以及手控器的控制機(jī)構(gòu)。最早的概念機(jī)構(gòu)由瑞士的Clavel提出。Tsai提出了一種簡單的改進(jìn)Delta并聯(lián)機(jī)構(gòu)。目前，越來越多的研究將少自由度并聯(lián)機(jī)構(gòu)應(yīng)用于手控器的設(shè)計，但由于這些設(shè)計都是建立在少自由度的基礎(chǔ)上，這樣就直接限制了手控器的功能，使得現(xiàn)在的手控器只能單一的完成平動控制或是轉(zhuǎn)動控制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]要解決的技術(shù)問題
[0005]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種空間遙操作手控制器，克服其剛度差、工作空間小、控制不靈活的問題。[0006]技術(shù)方案
[0007]一種空間遙操作手控制器，其特征在于包括轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)1、移動平臺2、基座14、3套支鏈結(jié)構(gòu)；基座14上設(shè)有三個基座電機(jī)，每個基座電機(jī)通過轉(zhuǎn)動軸與一個支鏈結(jié)構(gòu)連接，支鏈結(jié)構(gòu)的另一端連接移動平臺2上，移動平臺2通過螺栓與轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)I連接；所述支鏈結(jié)構(gòu)包括執(zhí)行桿和兩個連桿，執(zhí)行桿的一端通過轉(zhuǎn)動軸與基座電機(jī)連接，另一端通過第一轉(zhuǎn)動軸與兩個連桿并聯(lián)連接，兩個連桿的另一端通過第二轉(zhuǎn)動軸與移動平臺2連接；所述轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)I包括第二轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)22、曲桿23、第三轉(zhuǎn)動電機(jī)24、第二轉(zhuǎn)動電機(jī)25、第一轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)26、第一轉(zhuǎn)動電機(jī)27、第三轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)28 ;其中第一轉(zhuǎn)動電機(jī)27通過螺栓與移動平臺2相連；第一轉(zhuǎn)動電機(jī)27通過轉(zhuǎn)動軸與第一轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)26相連，第二轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)22通過轉(zhuǎn)動軸與第一轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)相連，并通過曲桿23與第二轉(zhuǎn)動電機(jī)25相連，第三轉(zhuǎn)動電機(jī)24通過螺栓與第二轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)22相連，第三轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)28通過轉(zhuǎn)動軸與第三轉(zhuǎn)動電機(jī)24相連。
[0008]有益效果
[0009]本發(fā)明提出的一種空間遙操作手控制器，以改進(jìn)Delta機(jī)構(gòu)作為平動子結(jié)構(gòu)，而以3-R結(jié)構(gòu)作為轉(zhuǎn)動子結(jié)構(gòu)的復(fù)合結(jié)構(gòu)的新型空間遙操作手控制器。該結(jié)構(gòu)具有以下特點(diǎn):(1)機(jī)構(gòu)緊湊配置合理，增大了工作空間，無奇異；(2)平動與轉(zhuǎn)動完全解耦，降低了控制的難度和成本；(3)運(yùn)動慣量小，動態(tài)性能好。
[0010]本發(fā)明將空間遙操作手控制器用作“空間遙操作”等其他人機(jī)交互設(shè)備的主手控制，該空間遙操作手控制器工作空間大，適合遙操作機(jī)械臂的控制；該空間遙操作手控制器可以分別對空間機(jī)器人進(jìn)行轉(zhuǎn)動控制與平動控制，亦可實(shí)現(xiàn)對空間機(jī)器人轉(zhuǎn)動與平動的同時控制，完成空間六自由度任意操作，控制靈活。包括平動機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，平動機(jī)構(gòu)包括基座、移動平臺和三個支鏈，三個支鏈呈等邊三角形固定在基座上。轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)位于基座上側(cè)，與平動機(jī)構(gòu)的移動平臺相連。
[0011]平動機(jī)構(gòu)的設(shè)計增大了空間遙操作手控制器的平動工作空間，該平動機(jī)構(gòu)適合用作空間遙操作系統(tǒng)的主手平動控制，可實(shí)現(xiàn)對空間機(jī)器人的大范圍平動控制；轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)固連與平動機(jī)構(gòu)的移動平臺上，且轉(zhuǎn)動中心位于移動平臺的中心，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)動的平動的解耦，即轉(zhuǎn)動與平動互不影響；轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)三個轉(zhuǎn)動自由度相互垂直，亦互不影響；這樣該空間遙操作手控制器便可以分別對空間機(jī)器人進(jìn)行轉(zhuǎn)動控制與平動控制，亦可實(shí)現(xiàn)對空間機(jī)器人轉(zhuǎn)動與平動的同時控制，完成空間六自由度任意操作，控制靈活。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明新型空間遙操作手控制器的結(jié)構(gòu)圖，為初始狀態(tài)示意圖；
[0013]圖2為圖1中轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)I的正面示意圖；
[0014]圖3為圖1中轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)I的背面示意圖；
[0015]1.轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu),2.移動平臺，3.第一支鏈第一連桿,4.第一支鏈第二連桿,5.第一支鏈第一轉(zhuǎn)動軸，6.第一支鏈執(zhí)行桿,7.基座第一電機(jī),8.第二支鏈第二轉(zhuǎn)動軸,9.第二支鏈第一連桿，10.第二支鏈第一轉(zhuǎn)動軸，11.第二支鏈第二連桿，12.第二支鏈執(zhí)行桿，13.基座第二電機(jī)，14.基座，15.基座第三電機(jī)，16.第三支鏈執(zhí)行桿，17.第三支鏈第一連桿，18.第三支鏈第一轉(zhuǎn)動軸，19.第三支鏈第二連桿，20.第三支鏈第二轉(zhuǎn)動軸，21.第一支鏈第二轉(zhuǎn)動軸，22.第二轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，23.曲桿，24.第三轉(zhuǎn)動電機(jī)，25.第二轉(zhuǎn)動電機(jī)，26.第一轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，27.第一轉(zhuǎn)動電機(jī)，28.第三轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0016]現(xiàn)結(jié)合實(shí)施例、附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
[0017]本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案包括平動機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu),平動機(jī)構(gòu)包括基座、移動平臺和三個支鏈，三個支鏈呈等邊三角形固定在基座上。轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)位于基座上側(cè)，固定在平動機(jī)構(gòu)的移動平臺上。
[0018]所述平動機(jī)構(gòu)又基座、三個支鏈和移動平臺組成，基座包括三個凸塊，分別裝有電機(jī)固連裝置，三個固連裝置呈等邊三角形；三個支鏈結(jié)構(gòu)完全相同，包括一個執(zhí)行桿和兩個連桿和兩個轉(zhuǎn)動軸；執(zhí)行桿通過轉(zhuǎn)動軸與基座電機(jī)相連，基座電機(jī)通過驅(qū)動對執(zhí)行桿進(jìn)行控制；兩個連桿和兩個轉(zhuǎn)動軸呈平行四邊形，并通過轉(zhuǎn)動軸分別與執(zhí)行桿和移動平臺相連；轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)與第一轉(zhuǎn)動電機(jī)通過轉(zhuǎn)動軸相連，第一轉(zhuǎn)動電機(jī)通過螺栓與移動平臺相連。
[0019]所述轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)包括第一轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)、第二轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)、第三轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，第一轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)與第一轉(zhuǎn)動電機(jī)通過轉(zhuǎn)動軸固連在移動平臺上；第二轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)通過曲桿和轉(zhuǎn)動軸與第二轉(zhuǎn)動電機(jī)相連，第二轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)通過轉(zhuǎn)動軸與第一轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)相連；操作桿固連在第三轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)上，第三轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)和第三轉(zhuǎn)動電機(jī)通過轉(zhuǎn)動軸與第二轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)相連，最后形成具有三自由度的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，且各方向相互垂直互不影響。
[0020]具體實(shí)施例參見圖1、圖2、圖3,基座第一電機(jī)7通過轉(zhuǎn)動軸和第一支鏈執(zhí)行桿6連接，該轉(zhuǎn)動軸通由基座第一電機(jī)7驅(qū)動，基座第一電機(jī)7通過螺栓與基座14相連；基座第二電機(jī)13通過轉(zhuǎn)動軸和第二支鏈執(zhí)行桿12連接，該轉(zhuǎn)動軸通由基座第二電機(jī)13驅(qū)動，基座第二電機(jī)13通過螺栓與基座14相連；基座第三電機(jī)15通過轉(zhuǎn)動軸和第三支鏈執(zhí)行桿16連接，該轉(zhuǎn)動軸通由基座第三電機(jī)15驅(qū)動，基座第三電機(jī)15通過螺栓與基座14相連；三個電機(jī)固定安裝在基座14上；第一支鏈執(zhí)行桿6通過第一支鏈第一轉(zhuǎn)動軸5和第一支鏈第一連桿3以及第一支鏈第二連桿4相連，第一支鏈第一轉(zhuǎn)動軸5和第一支鏈第一連桿3以及第一支鏈第二連桿4通過轉(zhuǎn)動軸相連；第二支鏈執(zhí)行桿12通過第二支鏈第一轉(zhuǎn)動軸10和第二支鏈第一連桿9以及第二支鏈第二連桿11相連，第二支鏈第一轉(zhuǎn)動軸10和第二支鏈第一連桿9以及第二支鏈第二連桿11通過轉(zhuǎn)動軸相連；第三支鏈執(zhí)行桿16通過第三支鏈第一轉(zhuǎn)動軸18和第三支鏈第一連桿17以及第三支鏈第二連桿19相連，第三支鏈第一轉(zhuǎn)動軸18和第三支鏈第一連桿17以及第三支鏈第二連桿19通過轉(zhuǎn)動軸相連；第一支鏈第一連桿3和第一支鏈第二連桿4通過第一支鏈第二轉(zhuǎn)動軸21與移動平臺2相連；第二支鏈第一連桿10和第二支鏈第二連桿9通過第二支鏈第二轉(zhuǎn)動軸8與移動平臺2相連；第三支鏈第一連桿17和第三支鏈第二連桿19通過第三支鏈第二轉(zhuǎn)動軸20與移動平臺2相連，這樣三條支鏈將基座與移動平臺相連，形成并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
[0021]轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)I由第二轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)22、曲桿23、第三轉(zhuǎn)動電機(jī)24、第二轉(zhuǎn)動電機(jī)25、第一轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)26、第一轉(zhuǎn)動電機(jī)27、第三轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)28組成，其中第一轉(zhuǎn)動電機(jī)27通過螺栓與移動平臺2相連；第一轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)26通過轉(zhuǎn)動軸與第一轉(zhuǎn)動電機(jī)27相連,該轉(zhuǎn)動軸由第一轉(zhuǎn)動電機(jī)27驅(qū)動；第二轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)22通過轉(zhuǎn)動軸與第一轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)相連，并通過曲桿23與第二轉(zhuǎn)動電機(jī)25相連，該轉(zhuǎn)動軸由第二轉(zhuǎn)動電機(jī)25驅(qū)動；第三轉(zhuǎn)動電機(jī)24通過螺栓與第二轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)22相連，第三轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)28通過轉(zhuǎn)動軸與第三轉(zhuǎn)動電機(jī)24相連，該轉(zhuǎn)動軸由第三轉(zhuǎn)動電機(jī)24驅(qū)動。
【權(quán)利要求】
1.一種空間遙操作手控制器，其特征在于包括轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)(I )、移動平臺(2)、基座(14)、三套支鏈結(jié)構(gòu)；基座(14)上設(shè)有三個基座電機(jī)，每個基座電機(jī)通過轉(zhuǎn)動軸與一個支鏈結(jié)構(gòu)連接，支鏈結(jié)構(gòu)的另一端連接移動平臺(2)上，移動平臺(2)通過螺栓與轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)(I)連接；所述支鏈結(jié)構(gòu)包括執(zhí)行桿和兩個連桿，執(zhí)行桿的一端通過轉(zhuǎn)動軸與基座電機(jī)連接，另一端通過第一轉(zhuǎn)動軸與兩個連桿并聯(lián)連接，兩個連桿的另一端通過第二轉(zhuǎn)動軸與移動平臺(2)連接；所述轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)(I)包括第二轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)(22)、曲桿(23)、第三轉(zhuǎn)動電機(jī)(24)、第二轉(zhuǎn)動電機(jī)(25)、第一轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)(26)、第一轉(zhuǎn)動電機(jī)(27)、第三轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)(28);其中第一轉(zhuǎn)動電機(jī)(27)通過螺栓與移動平臺(2)相連；第一轉(zhuǎn)動電機(jī)(27)通過轉(zhuǎn)動軸與第一轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)(26)相連，第二轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)(22)通過轉(zhuǎn)動軸與第一轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)相連，并通過曲桿(23)與第二轉(zhuǎn)動電機(jī)(25)相連，第三轉(zhuǎn)動電機(jī)(24)通過螺栓與第二轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)(22)相連，第三轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)(28)通過轉(zhuǎn)動軸與第三轉(zhuǎn)動電機(jī)(24)相連。
【文檔編號】B25J13/00GK103786156SQ201410025650
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月21日
【發(fā)明者】黃攀峰, 周陽, 劉正雄, 常海濤 申請人:西北工業(yè)大學(xué)