本實(shí)用新型涉及屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種六自由度力反饋設(shè)備。

背景技術(shù)：

力反饋?zhàn)鳛橐环N新的概念，在醫(yī)療、科研、精密試驗(yàn)等領(lǐng)域有廣闊的發(fā)展前景。比如力反饋概念引入的虛擬手術(shù)系統(tǒng)，通過對手術(shù)器械和軟組織等形變過程進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)值計(jì)算，模擬出軟組織的變形情況和器械受力狀態(tài)，并通過外接的力反饋設(shè)備，使醫(yī)生在手術(shù)操作中，感知到反饋力的存在，更好的達(dá)到臨床手術(shù)的訓(xùn)練效果。

目前大部分力反饋設(shè)備采用串聯(lián)或并聯(lián)結(jié)構(gòu)，其中串聯(lián)結(jié)構(gòu)能夠提供較大的工作空間，但是能夠?qū)崿F(xiàn)的虛擬剛度較小，即不能反饋太大的力/力矩。而并聯(lián)結(jié)構(gòu)剛度較高，能夠?qū)崿F(xiàn)大輸出力/力矩，但并聯(lián)機(jī)構(gòu)的工作空間較小，尤其是操作末端的轉(zhuǎn)角范圍較小。因此選擇合適的機(jī)構(gòu)作為力反饋設(shè)備的機(jī)械本體是一個(gè)需要解決的問題。

因此，需要一種新的技術(shù)方案以解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本實(shí)用新型提供六自由度力反饋設(shè)備，可以在空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)三自由度平動和三自由度轉(zhuǎn)動，集合了串聯(lián)結(jié)構(gòu)反饋設(shè)備和并聯(lián)結(jié)構(gòu)反饋設(shè)備的優(yōu)勢。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型可采用如下技術(shù)方案：

一種六自由度力反饋設(shè)備，其特征在于：包括混聯(lián)轉(zhuǎn)動裝置、連接混聯(lián)轉(zhuǎn)動裝置的三條支鏈、與三條支鏈一一對應(yīng)配合的三個(gè)反饋驅(qū)動裝置以及固定支鏈和反饋驅(qū)動裝置的支架；所述支架包括主體及自主體延伸出的三條支撐腿，所述三條支撐腿的末端分別與三條支鏈一一對應(yīng)連接，所述三個(gè)反饋驅(qū)動裝置也一一對應(yīng)安裝在三條支撐腿上；該三個(gè)反饋驅(qū)動裝置為第一反饋驅(qū)動裝置、第二反饋驅(qū)動裝置、第三反饋驅(qū)動裝置；所述三條支鏈的延伸方向兩兩正交；

所述混聯(lián)轉(zhuǎn)動裝置包括基座，該基座具有底壁及圍繞底壁設(shè)置的第一側(cè)壁、第二側(cè)壁、第三側(cè)壁、第四側(cè)壁；所述第一側(cè)壁與第三側(cè)壁相對，第二側(cè)壁與第四側(cè)壁相對；混聯(lián)轉(zhuǎn)動裝置還包括位于第一側(cè)壁、第二側(cè)壁、第三側(cè)壁、第四側(cè)壁之間的第四反饋驅(qū)動裝置、連接第四反饋驅(qū)動裝置上端以及第一側(cè)壁的第一轉(zhuǎn)動副、連接第四反饋驅(qū)動裝置下端以及第二側(cè)壁的第二轉(zhuǎn)動副；位于第一側(cè)壁上并連接第一轉(zhuǎn)動副的第五反饋驅(qū)動裝置、位于第二側(cè)壁上并連接第二轉(zhuǎn)動副的第六反饋驅(qū)動裝置；第五反饋驅(qū)動裝置的輸出軸帶動第一轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動；第六反饋驅(qū)動裝置的輸出軸帶動第二轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動；所述第一轉(zhuǎn)動副包括弧形延伸的第一外轉(zhuǎn)動桿、弧形延伸的第一內(nèi)轉(zhuǎn)動桿；第二轉(zhuǎn)動副包括弧形延伸的第二外轉(zhuǎn)動桿、弧形延伸的第二內(nèi)轉(zhuǎn)動桿；所述第一外轉(zhuǎn)動桿的一端連接第五反饋驅(qū)動裝置的輸出軸而第一外轉(zhuǎn)動桿的另一端與第一內(nèi)轉(zhuǎn)動桿鉸接；第二外轉(zhuǎn)動桿的一端連接第六反饋驅(qū)動裝置的輸出軸而第二外轉(zhuǎn)動桿的另一端與第二內(nèi)轉(zhuǎn)動桿鉸接；第一外轉(zhuǎn)動桿與第一內(nèi)轉(zhuǎn)動桿通過第一鉸接軸鉸接；第二外轉(zhuǎn)動桿與第二內(nèi)轉(zhuǎn)動桿通過第二鉸接軸鉸接；且第一鉸接軸與第二鉸接軸正交。

有益效果：

相對于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型通過第一反饋驅(qū)動裝置驅(qū)動第一支鏈直線運(yùn)動、第二反饋驅(qū)動裝置驅(qū)動第二支鏈直線運(yùn)動、第三反饋驅(qū)動裝置驅(qū)動第三支鏈直線運(yùn)動，而提供混聯(lián)轉(zhuǎn)動裝置的三個(gè)方向平動實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在三個(gè)平動方向的力反饋；從而實(shí)現(xiàn)串聯(lián)結(jié)構(gòu)的功能；

通過第五反饋驅(qū)動裝置帶動第一轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動、第六反饋驅(qū)動裝置帶動第二轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動，而提供第四反饋驅(qū)動裝置三維轉(zhuǎn)動；所述第四反饋驅(qū)動裝置的輸出軸提供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)該輸出軸的轉(zhuǎn)動；從而實(shí)現(xiàn)并聯(lián)結(jié)構(gòu)的功能。本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了平動運(yùn)動與轉(zhuǎn)動運(yùn)動的解耦，機(jī)構(gòu)具有多自由度、大轉(zhuǎn)動工作空間、高位置精確等優(yōu)點(diǎn)，在遙操作或虛擬現(xiàn)實(shí)交互任務(wù)中具有廣闊的應(yīng)用價(jià)值。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型混聯(lián)六自由度力反饋設(shè)備的立體結(jié)構(gòu)圖。

圖2是本實(shí)用新型中支架的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型中第二支鏈部分的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是本實(shí)用新型中混聯(lián)轉(zhuǎn)動裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

請參閱圖1至圖4所示，本實(shí)用新型公開了一種六自由度力反饋設(shè)備。該力反饋設(shè)備包括混聯(lián)轉(zhuǎn)動裝置1、連接混聯(lián)轉(zhuǎn)動裝置1的三條支鏈、與三條支鏈一一對應(yīng)配合的三個(gè)反饋驅(qū)動裝置以及固定支鏈和反饋驅(qū)動裝置的支架3。所述支架3包括主體31及自主體31延伸出的三條支撐腿32，所述三條支撐腿32的末端分別與三條支鏈一一對應(yīng)連接。為了清楚的描述，所述三個(gè)反饋驅(qū)動裝置為第一反饋驅(qū)動裝置(未圖示)、第二反饋驅(qū)動裝置42、第三反饋驅(qū)動裝置(未圖示)。第一反饋驅(qū)動裝置、第二反饋驅(qū)動裝置42、第三反饋驅(qū)動裝置可以為直流電機(jī)或者其他用以提供力矩輸出的驅(qū)動單元。

請結(jié)合圖4所示，所述混聯(lián)轉(zhuǎn)動裝置1包括基座11，該基座11具有底壁12及圍繞底壁12設(shè)置的第一側(cè)壁13、第二側(cè)壁14、第三側(cè)壁15、第四側(cè)壁16。所述第一側(cè)壁13與第三側(cè)壁15相對，第二側(cè)壁14與第四側(cè)壁16相對?；炻?lián)轉(zhuǎn)動裝置1還包括位于第一側(cè)壁13、第二側(cè)壁14、第三側(cè)壁15、第四側(cè)壁16之間的第四反饋驅(qū)動裝置44、連接第四反饋驅(qū)動裝置44上端以及第一側(cè)壁13的第一轉(zhuǎn)動副17、連接第四反饋驅(qū)動裝置44下端以及第二側(cè)壁14的第二轉(zhuǎn)動副18；位于第一側(cè)壁13上并連接第一轉(zhuǎn)動副17的第五反饋驅(qū)動裝置45、位于第二側(cè)壁14上并連接第二轉(zhuǎn)動副18的第六反饋驅(qū)動裝置46。第五反饋驅(qū)動裝置45的輸出軸帶動第一轉(zhuǎn)動副17轉(zhuǎn)動；第六反饋驅(qū)動裝置46的輸出軸帶動第二轉(zhuǎn)動副18轉(zhuǎn)動。所述第一轉(zhuǎn)動副17包括弧形延伸的第一外轉(zhuǎn)動桿171、弧形延伸的第一內(nèi)轉(zhuǎn)動桿172。第二轉(zhuǎn)動副18包括弧形延伸的第二外轉(zhuǎn)動桿181、弧形延伸的第二內(nèi)轉(zhuǎn)動桿182。所述第一外轉(zhuǎn)動桿171的一端連接第五反饋驅(qū)動裝置45的輸出軸而第一外轉(zhuǎn)動桿171的另一端與第一內(nèi)轉(zhuǎn)動桿172鉸接。第二外轉(zhuǎn)動桿181的一端連接第六反饋驅(qū)動裝置46的輸出軸而第二外轉(zhuǎn)動桿181的另一端與第二內(nèi)轉(zhuǎn)動桿182鉸接。第一外轉(zhuǎn)動桿171與第一內(nèi)轉(zhuǎn)動桿172通過第一鉸接軸173鉸接；第二外轉(zhuǎn)動桿181與第二內(nèi)轉(zhuǎn)動桿182通過第二鉸接軸183鉸接；且第一鉸接軸173與第二鉸接軸183正交。

所述三條支鏈包括連接所述底壁12的第一支鏈(未圖示)、連接所述第三側(cè)壁15的第二支鏈22、連接所述第四側(cè)壁16的第三支鏈23。所述第一支鏈的一端鉸接于底壁12上而另一端與第一反饋驅(qū)動裝置的輸出軸配合；所述第二支鏈22的一端鉸接在第三側(cè)壁15上而另一端與第二反饋驅(qū)動裝置42的輸出軸配合；所述第三支鏈23的一端鉸接在第四側(cè)壁16上而另一端與第三反饋驅(qū)動裝置的輸出軸配合。所述第一反饋驅(qū)動裝置的輸出軸、第二反饋驅(qū)動裝置42的輸出軸、第三反饋驅(qū)動裝置的輸出軸兩兩正交設(shè)置。

所述第一支鏈、第二支鏈22、第三支鏈23的結(jié)構(gòu)相同，均采用以下結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，而在本實(shí)施方式中選取第二支鏈22進(jìn)行說明。

請結(jié)合圖3所示，該支鏈結(jié)構(gòu)包括平行四邊形桿組24及自平行四邊形桿組24延伸的導(dǎo)軌25。所述平行四邊形桿組24包括鉸接在所述基座11上的第一端軸241、與第一端軸241平行且位于平行四邊形桿組24另一端的第二端軸242、連接第一端軸241與第二端軸242的第一側(cè)桿243、連接第一端軸241與第二端軸242且與第一側(cè)桿243平行的第二側(cè)桿244。所述導(dǎo)軌25的一端設(shè)有套設(shè)在第二端軸242上的導(dǎo)軌連接塊251，導(dǎo)軌25的延伸方向垂直第二端軸242。所述第一側(cè)桿243的兩端分別與第一端軸241、第二端軸242鉸接。第二側(cè)桿243的兩端同樣與第一端軸241、第二端軸242鉸接。且第一端軸241與第一側(cè)桿243之間的夾角、第一端軸241與第二側(cè)桿244之間的夾角、第二端軸242與第一側(cè)桿243之間的夾角、第二端軸242與第二側(cè)桿244之間的夾角是可變大或變小的，即第一端軸241、第二端軸242、第一側(cè)桿243、第二側(cè)桿244組成的平行四邊形形狀可變，這樣在本力反饋裝置“混聯(lián)”的復(fù)雜運(yùn)動環(huán)境下能夠降低支鏈整體在運(yùn)動中產(chǎn)生的干涉，從而提供整體結(jié)構(gòu)混聯(lián)運(yùn)動下更大的運(yùn)動空間，以提高動力學(xué)性能。而在本實(shí)施方式中，所述第一支鏈、第三支鏈23與該第二支鏈22的結(jié)構(gòu)相同，不再贅述。在第一支鏈、第三支鏈23與該第二支鏈22的結(jié)構(gòu)相同的情況下，為順利實(shí)現(xiàn)3個(gè)平動方向的力反饋，本實(shí)施方式中所述第一支鏈的第一端軸、第二支鏈22的第一端軸、第三支鏈23的第一端軸兩兩正交設(shè)置。支撐腿32末端同時(shí)設(shè)有與所述導(dǎo)軌25配合的導(dǎo)槽321用以導(dǎo)引導(dǎo)軌25的平動。

而在本實(shí)施方式中，所述第一反饋驅(qū)動裝置、第二反饋驅(qū)動裝置42、第三反饋驅(qū)動裝置與支鏈之間的連接方式為，仍舊以第二反饋驅(qū)動裝置42與第二支鏈22為例，所述導(dǎo)軌25上設(shè)有繩索26。該繩索26的兩端分別固定在導(dǎo)軌25的末端及導(dǎo)軌連接塊251上。且所述繩索26纏繞在第二反饋驅(qū)動裝置42的輸出軸上。在本實(shí)施方式中，所述第一反饋驅(qū)動裝置、第二反饋驅(qū)動裝置42、第三反饋驅(qū)動裝置與支鏈之間的連接方式均采用上述繩索驅(qū)動。故可以描述為第一支鏈通過繩索纏繞第一反饋驅(qū)動裝置的輸出軸、第二支鏈22通過繩索纏繞第二反饋驅(qū)動裝置42的輸出軸、第三支鏈23通過繩索纏繞第三反饋驅(qū)動裝置的輸出軸上。本實(shí)施方式中通過繩索連接各輸出軸和各支鏈而實(shí)現(xiàn)傳遞到混聯(lián)轉(zhuǎn)動裝置1的3個(gè)平動方向的力反饋，繩索傳動在保證運(yùn)動平滑的同時(shí)也保證反饋力的放大輸出，實(shí)現(xiàn)大輸出力反饋。

上述混聯(lián)六自由度力反饋設(shè)備的使用方法為：通過設(shè)置執(zhí)行機(jī)構(gòu)(未圖示)連接第四反饋驅(qū)動裝置44；且提供控制器(未圖示)，通過控制器控制第一反饋驅(qū)動裝置、第二反饋驅(qū)動裝置42、第三反饋驅(qū)動裝置、第四反饋驅(qū)動裝置44、第五反饋驅(qū)動裝置45及第六反饋驅(qū)動裝置46輸出反饋力。第四反饋驅(qū)動裝置44、第五反饋驅(qū)動裝置45及第六反饋驅(qū)動裝置46為直流電機(jī)或者其他用以提供力矩輸出的驅(qū)動單元。

其中，通過第一反饋驅(qū)動裝置驅(qū)動第一支鏈直線運(yùn)動、第二反饋驅(qū)動裝置42驅(qū)動第二支鏈22直線運(yùn)動、第三反饋驅(qū)動裝置驅(qū)動第三支鏈直線運(yùn)動，而提供混聯(lián)轉(zhuǎn)動裝置1的三個(gè)方向平動實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在三個(gè)平動方向的力反饋；通過第五反饋驅(qū)動裝置45帶動第一轉(zhuǎn)動副17轉(zhuǎn)動、第六反饋驅(qū)動裝置46帶動第二轉(zhuǎn)動副18轉(zhuǎn)動，而提供第四反饋驅(qū)動裝置44三維轉(zhuǎn)動；所述第四反饋驅(qū)動裝置44的輸出軸提供給執(zhí)行機(jī)構(gòu)該輸出軸的轉(zhuǎn)動。從而執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠接收到三個(gè)平動方向的力反饋、三維轉(zhuǎn)動的力反饋及第四反饋驅(qū)動裝置44的輸出軸的力反饋，從而能夠?qū)崟r(shí)反映出混聯(lián)的力反饋效果。

本實(shí)用新型具體實(shí)現(xiàn)該技術(shù)方案的方法和途徑很多，以上所述僅是本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。本實(shí)施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。