完全解耦的平面二自由度并聯(lián)機構的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種實現(xiàn)二自由度平動機構，更確切地說，本實用新型涉及一種 完全解耦的平面二自由度并聯(lián)機構。
【背景技術】
[0002] 主-從遙操作機器人系統(tǒng)要求操作者能夠進行控制指令連續(xù)輸入，并獲得包括力 /觸覺在內(nèi)的反饋信息。作為人機接口設備，力反饋操作裝置承擔著操作者與遙操作機器人 系統(tǒng)之間運動與力信息的雙向傳輸任務，一度成為遙操作機器人技術發(fā)展的瓶頸。在主從 機器人系統(tǒng)中，使用高性能的力反饋操縱裝置可提高臨場感、作業(yè)質量和效率。近年來，有 多種類型的力（觸）覺反饋交互裝置被研宄開發(fā)出來，但被廣泛使用的PHANTOM力反饋操 作器的最大控制剛度僅有I. 5N/m左右，難以滿足主從機器人系統(tǒng)的要求。
[0003] 吉林大學設計的2自由度解耦操作桿式的操作手柄，由于自身的桿式結構，需要 足夠大的運動空間來滿足其運動的需要，操作空間狹小將會給其以限制。同時由于自身的 慣量和結構間隙均比較大，在靈活性和精度方面尚存不足。
[0004] 很多學者將Microsoft和Logitech公司設計的用于大型飛行游戲的電控手柄 用于遙操作領域。周波等在文獻《用DirectInput實現(xiàn)無線遙控挖掘機器人運動操縱和 力反饋》中將DirectInput技術和力反饋操縱手柄（SideWinder Force Feedback Pro Joystick)應用于無線遙控液壓挖掘機器人，實現(xiàn)挖掘過程中機器人運動操作和挖掘阻力 反饋；劉玉芹等在文獻《基于網(wǎng)絡的力覺臨場感的實現(xiàn)》中利用"彈簧-阻尼器"系統(tǒng)模型 來描述力，并將其映射到游戲桿上，變成操縱方向的約束力。通過采用微軟公司的帶有力反 饋的操縱桿作為力覺提示裝置控制移動機器人小車在非結構化環(huán)境下順利運行，驗證了力 反饋描述方法的有效性；其他高校和科研單位也有類似研宄，他們所使用的全是有變化規(guī) 律的模擬力，而現(xiàn)實中無規(guī)律變化的力會出現(xiàn)的更多，但是這種無規(guī)律的力在力模擬系統(tǒng) 里尚無任何表述，也就無法在無規(guī)律變化情況下使用該類操作桿來充當遙操作的主手。
[0005] 目前，遙操作主手多是采用并聯(lián)機構以保證運動精度，但是轉動自由度在逆解求 解過程中，會出現(xiàn)多解的情況，需要我們做進一步的解耦，無形中增加了運算時間，造成了 時延問題在普通遙操作領域普遍存在的現(xiàn)狀；同時由于操作桿自身尺寸和慣量較大，力反 饋不夠準確，以及操作桿屬于空間操作，對力反饋會產(chǎn)生不利影響等因素，需要設計一款機 構來實現(xiàn)操作空間狹小，自身尺寸慣量小，響應速度快的操作手柄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本實用新型所要解決的技術問題是克服現(xiàn)有技術存在的運動空間需求較大，自身 慣量和結構間隙均較大，響應速度較慢的問題，提供了一種完全解耦的平面二自由度并聯(lián) 機構。
[0007] 為解決上述技術問題，本實用新型是采用如下技術方案實現(xiàn)的：所述的完全解耦 的平面二自由度并聯(lián)機構包括固定平臺、矮滑塊、高滑塊、長連桿、短連桿與手柄.
[0008] 矮滑塊安裝在固定平臺上為滑動連接，高滑塊安裝在固定平臺上為滑動連接，手 柄位于長連桿與短連桿之間并懸于固定平臺之上，短連桿的右端與矮滑塊轉動連接，短連 桿的左端與手柄轉動連接，長連桿的左端與高滑塊轉動連接，長連桿的右端與手柄轉動連 接。
[0009] 技術方案中所述的矮滑塊安裝在固定平臺上為滑動連接是指：矮滑塊安裝在固定 平臺上的豎向滑塊槽內(nèi)為滑動連接；高滑塊安裝在固定平臺上為滑動連接是指：高滑塊安 裝在固定平臺上的橫向滑塊槽內(nèi)為滑動連接。
[0010] 技術方案中所述的短連桿的短連桿右孔與矮滑塊上的矮滑塊螺栓配合套裝為轉 動連接，短連桿的短連桿左孔與手柄上的螺桿的光桿部分配合套裝為轉動連接；長連桿上 的長連桿左孔與高滑塊上的高滑塊螺栓配合套裝為轉動連接，長連桿上的長連桿右孔與手 柄上的螺桿的光桿部分配合套裝為轉動連接，長連桿的右端與短連桿的左端為上下疊置。 [0011] 技術方案中所述的固定平臺為圓盤形結構件，固定平臺的頂端設置有安裝矮滑塊 的T形的豎向滑塊槽和安裝高滑塊的T形的橫向滑塊槽，豎向滑塊槽和橫向滑塊槽在圓盤 形的固定平臺上沿直徑方向貫穿布置，豎向滑塊槽和橫向滑塊槽垂直相交，同時將豎向滑 塊槽和橫向滑塊槽相交結合處的4個直角均做2X45°的倒角處理。
[0012] 技術方案中所述的矮滑塊與高滑塊橫截面為"凸"字形的結構件，皆由螺栓與底座 組成，即矮滑塊與高滑塊的上表面的中心分別設置有一個矮滑塊螺栓與高滑塊螺栓，矮滑 塊螺栓與高滑塊螺栓頂端設置有螺紋，矮滑塊螺栓與高滑塊螺栓其它部分為矮滑塊螺栓光 桿部分與高滑塊螺栓光桿部分，矮滑塊螺栓光桿部分與高滑塊螺栓光桿部分的底端和矮滑 塊底座與高滑塊底座的上表面固定連接或連成一體。
[0013] 技術方案中所述的長連桿與短連桿為矩形橫截面的等截面桿類結構件，長連桿與 短連桿的兩端均設置有相同直徑的螺栓通孔，兩端的螺栓通孔的回轉軸相互平行，長連桿 與短連桿的有效長度即兩端的螺栓通孔的孔距不同；長連桿兩端的螺栓通孔分別稱為與高 滑塊的高滑塊螺栓光桿部分配裝的長連桿左孔和與手柄中螺桿配裝的長連桿右孔，短連桿 的兩端的螺栓通孔分別稱為與手柄中螺桿配裝的短連桿左孔和與矮滑塊的矮滑塊螺栓光 桿部分配裝的短連桿右孔。
[0014] 技術方案中所述的長連桿與短連桿和矮滑塊、高滑塊、豎向滑塊槽與橫向滑塊槽 的結構尺寸要滿足如下條件：
[0015] (0. 5^+0. 5L5)2+(0. 5^+0. 5L5+L7)2= L62
[0016] L3+L2 = L 4
[0017] 式中=L1為矮滑塊和高滑塊的底座上部分的寬度山2為長連桿和短連桿的厚度山 3 為矮滑塊的高度；1^4為高滑塊的高度；L5為矮滑塊和高滑塊的長度；L6為長連桿的兩端孔的 中心距；L 7為短連桿兩端孔的中心距。
[0018] 技術方案中所述的手柄由底盤、螺桿與球柄組成。所述的底盤為圓盤類結構件，底 盤的圓心處設置有一個螺紋孔；螺桿為兩端設置有螺紋的圓柱形直桿，螺桿的中間段為光 桿；球柄由球頭體與六棱柱體上下疊置固連成一體，球頭回轉軸線與六棱主體的縱向對稱 線共線，在六棱柱體縱向對稱線上由下至上設置有螺紋盲孔；螺桿的上端即上螺桿段與球 柄上的螺紋盲孔配裝為固定連接，螺桿的下端即下螺桿段與底盤螺紋固定連接。
[0019] 與現(xiàn)有技術相比本實用新型的有益效果是：
[0020] 1.本實用新型所述的完全解耦的平面二自由度并聯(lián)機構中標注為6的手柄不僅 能實現(xiàn)平面兩自由度平動形式的運動輸入還能實現(xiàn)平面兩自由度的輸出，利于力反饋實現(xiàn) 和人工交互；
[0021] 2.本實用新型所述的完全解耦的平面二自由度并聯(lián)機構的結構簡單、機構關節(jié) 少、運動副均為低副，機構自身慣量和電機轉動慣性力均較小，并且制造和安裝方便，成本 較低；
[0022] 3.本實用新型所述的完全解耦的平面二自由度并聯(lián)機構適于運用在操作空間狹 小的遙操作控制領域，節(jié)省空間；
[0023] 4.本實用新型所述的完全解耦的平面二自由度并聯(lián)機構的純平動自由度在機器 人逆解求解時，只有唯一解，解算速度快，實時性好。
[0024] 綜上，本實用新型具有較高的實用價值和廣闊的應用前景，為并聯(lián)機器人、數(shù)控機 床、坐標測量機、遙操作等技術領域提供一種新的結構。
【附圖說明】
[0025] 下面結合附圖對本實用新型作進一步的說明：
[0026] 圖1為本實用新型所述的完全解耦的平面二自由度并聯(lián)機構結構組成的軸測投 影圖；
[0027] 圖2為本實用新型所述的完全解耦的平面二自由度并聯(lián)機構所采用的固定平臺 的軸測投影圖；
[0028] 圖3為本實用新型所述的完全解耦的平面二自由度并聯(lián)機構所采用的矮滑塊的 軸測投影圖；
[0029] 圖4為本實用新型所述的完全解耦的平面二自由度并聯(lián)機構所采用的高滑塊的 軸測投影圖；
[0030] 圖5為本實用新型所述的完全解耦的平面二自由度并聯(lián)機構所采用的長連桿的 軸測投影圖；
[0031] 圖6為本實用新型所述的完全解耦的平面二自由度并聯(lián)機構所采用的短連桿的 軸測投影圖；
[0032] 圖7為本實用新型所述的完全解耦的平面二自由度并聯(lián)機構所采用的手柄的軸 測投影圖；
[0033] 圖8為本實用新型所述的完全解耦的平面二自由度并聯(lián)機構所采用的連桿尺寸 確定圖；
[0034] 圖中：1.固定平臺，2.矮滑塊，3.高滑塊，4.長連桿，5.短連桿，6.手柄，7.豎向 滑塊槽，8.橫向滑塊槽，9.長連桿左孔，10.長連桿右孔，11.短連桿左孔，12.短連桿右孔
【具體實施方式】
[0035] 下面結合附圖對本實用新型作詳細的描述：
[0036] 參閱圖1，本實用新型所述的完全解耦的平面二自由度并聯(lián)機構由固定平臺1、矮 滑塊2、高滑塊3、長連桿4、短連桿5與手柄6組成。
[0037] 矮滑塊2安裝在固定平臺1上為滑動連接，高滑塊3安裝在固定平臺1上為滑動連 接，手柄6位于長連桿4與短連桿5之間，并懸于固定平臺1之上；短