專利名稱：一種用來模擬力覺交互設(shè)備操作過程的接觸剛度生成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模擬儀器，更特別地說，是指一種用來模擬力覺交互設(shè)備操作過程的接觸剛度生成裝置。
背景技術(shù)：
三自由度力覺交互設(shè)備進(jìn)行力反饋時(shí)，在交互設(shè)備和顯示的圖形設(shè)備之間有一個(gè)虛擬三自由度彈簧連接，為排除在用客觀測(cè)量方法評(píng)價(jià)力覺交互算法的過程中力覺交互設(shè)備剛度影響，本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種用來模擬力覺交互設(shè)備操作過程的接觸剛度生成裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用來模擬力覺交互設(shè)備操作過程的接觸剛度生成裝置， 該裝置通過彈簧來模擬力覺交互設(shè)備操作時(shí)的接觸剛度，探查真實(shí)物體表面過程中實(shí)時(shí)的采集探頭末端的三維力和圖形工具位置、圖形工具位姿。本發(fā)明裝置代替了力交互過程中力覺設(shè)備的小剛度。本發(fā)明是一種用來模擬力覺交互設(shè)備操作過程的接觸剛度的生成裝置，該生成裝置包括有X軸平移組件1、Y軸平移組件2、Z軸平移轉(zhuǎn)動(dòng)組件3、支撐組件4和六維力傳感器5五部分。X軸平移組件1、Y軸平移組件2和Z軸平移轉(zhuǎn)動(dòng)組件3通過支撐組件4連接形成三自由度機(jī)構(gòu)，六維力傳感器5安裝在支撐組件4的下方。在本發(fā)明中，XYZ三軸上的零部件采用相同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本發(fā)明接觸剛度生成裝置的優(yōu)點(diǎn)在于①X軸平移組件與Y軸平移組件的組合能夠?qū)崿F(xiàn)平面二維彈簧剛度生成。②X軸平移組件、Y軸平移組件與Z軸平移轉(zhuǎn)動(dòng)組件的組合能夠?qū)崿F(xiàn)空間三維彈簧剛度生成。③支撐組件一方面用于組合X軸平移組件、Y軸平移組件與Z軸平移轉(zhuǎn)動(dòng)組件；另一方面當(dāng)末端受力時(shí)，能夠?qū)⑺械牧鬟f給XYZ三軸上。④鋼絲繩、配重塊、滑塊(即直線軸承座)和彈簧組合實(shí)現(xiàn)了彈簧變形量只與外力相關(guān)。⑤采用本發(fā)明接觸剛度生成裝置來模擬力覺交互設(shè)備操作過程的接觸剛度。本裝置是將三根相同剛度彈簧分別與基架的X，Y，Z軸同軸放置，并只能沿相應(yīng)坐標(biāo)軸受力和變形。通過一個(gè)第一連接件與XZY三軸上的彈簧間接相連，實(shí)現(xiàn)XYZ三軸上的直線軸承座的空間三自由度運(yùn)動(dòng)。⑥在本發(fā)明接觸剛度生成裝置空載時(shí)，但受到重力F作用時(shí)，通過重力補(bǔ)償保證三根彈簧保持不變形，不受力。


圖1是本發(fā)明用來模擬力覺交互設(shè)備操作過程的接觸剛度生成裝置的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明支撐組件的結(jié)構(gòu)圖。
圖2A是本發(fā)明支撐組件中第一連接件的結(jié)構(gòu)圖。
圖2B是本發(fā)明支撐組件中第二連接件的結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本發(fā)明X軸平移組件的結(jié)構(gòu)圖。
圖3A是本發(fā)明X軸平移組件中X軸直線軸承座的結(jié)構(gòu)圖。
圖3B是本發(fā)明X軸平移組件的分解圖。
圖4是本發(fā)明Y軸平移組件的結(jié)構(gòu)圖。
圖4A是本發(fā)明Y軸平移組件中Y軸直線軸承座的結(jié)構(gòu)圖。
圖4B是本發(fā)明Y軸平移組件的分解圖。
圖5是本發(fā)明Z軸平移轉(zhuǎn)動(dòng)組件的結(jié)構(gòu)圖。
圖5A是本發(fā)明Z軸平移轉(zhuǎn)動(dòng)組件的分解圖。
1. X軸平移組件 U. XA支撐軸11A.XA軸座 11B.XB軸座11C.X軸彈簧
12. XB支撐軸 12A. XC軸座12B. XD軸座 13. XC支撐軸13A. XE軸座
13B.XF軸座 13C.X軸配重塊ImXD通孔 14. X軸支架141. A側(cè)板
142. B側(cè)板 15. X軸直線軸承座 151. XA通孔152. XB通孔
153. XC通孔 154. XA凸塊155. XB凸塊 156. XC凸塊157.軸承頂孔
101. XA直線軸承102. XB直線軸承103. XC直線軸承
104. XD直線軸承105. XE直線軸承106. XF直線軸承
121.第一段鋼絲繩121A. XA鋼絲繩通孔
121B. XB鋼絲繩通孔121C. )(C鋼絲繩通孔
121D. )鋼絲繩通孔121E. XE鋼絲繩通孔
121F. XF鋼絲繩通孔122.第二段鋼絲繩
122B.XH鋼絲繩通孔122C.XI鋼絲繩通孔122D.XJ鋼絲繩通孔
122E.XK鋼絲繩通孔122FI鋼絲繩通孔122G.XM鋼絲繩通孔
122HXN鋼絲繩通孑L123. XA導(dǎo)輪 124. XB導(dǎo)輪125. XA導(dǎo)輪座
1 . XB導(dǎo)輪座 2. Y軸平移組件21. YA支撐軸 MAYA軸座21B. YB軸座
21C.Y軸彈簧 22. YB支撐軸22A. YC軸座 22B. YD軸座Z3.YC支撐軸
23A. YE軸座 23B. YF軸座23C. Y軸配重塊23D. YD通孔M.Y軸支架
Ml. A側(cè)板 242. B側(cè)板迅· Y軸直線軸承座251. YA通孔
252. YB通孔 253. YC通孔254. YA凸塊 255. YB凸塊256. YC凸塊
257.軸承頂孔 201. YA直線軸承 202. TO]1線軸承
2)3. YC直線軸承204. YD直線軸承205. YE直線軸承
YF直線軸承221.第三段鋼絲繩2MAYA鋼絲繩通孑L
221B.YB鋼絲繩通孔2MC.YC鋼絲繩通孔2MD.YD鋼絲繩通孑L
2ME.YE鋼絲繩通孑L2MF.YF鋼絲繩通孔222.第四段鋼絲繩
222B.YH鋼絲繩通孔222C. YI鋼絲繩通孔222D.YJ鋼絲繩通孔
222E.YK鋼絲繩通孔222F.YL鋼絲繩通孔222G.YM鋼絲繩通孔
222H. YN鋼絲繩通孔223. YA導(dǎo)輪 224. YB導(dǎo)輪2 . YA導(dǎo)輪座
2 . YB導(dǎo)輪座 3· Z軸平移轉(zhuǎn)動(dòng)組件 IZA支撐軸31A. ZAi^
31B. ZBi^:31C. Z軸彈簧31D.上法蘭31Ε.下法蘭31F.上擋片
31G.下?lián)跗?33.ZC支撐軸33Α. ZE軸座33B.ZF軸座33C. Z軸配重塊
331 ZD通孔;34·Ζ軸支架341.上側(cè)板342.下側(cè)板35. Z軸直線軸承座
351. YA通孔352. YB通孔353. YC通孔357.軸承頂孔301. ZA直線軸承
302. ZB直線軸承303. ZA滾珠軸承304. ZB滾珠軸承
305. ZE直線軸承30&ZF直線軸承321.第五段鋼絲繩
3ΜΑ·ΖΑ鋼絲繩通孔3ΜΒ.ΖΒ鋼絲繩通孔322.第六段鋼絲繩
322A_ZC鋼絲繩通孔322B.ZD鋼絲繩通孑L323. ZA導(dǎo)輪
324. ZB導(dǎo)輪325. ZA導(dǎo)輪座326. ZB導(dǎo)輪座4.支撐組件41.第一連接件
411. X支臂411Α·Α通孔4UB.A銷孔412. Y支臂412Α. B 通孑 L
412B. B銷孔413. Z支臂413AC通孑L4UB.C銷孔411C.D銷孔
42.第二連接件421.前端柱421Α. D通孔422.后端柱422Α. E 通孑 L
422B.F通孔422C. E銷孔422D. F銷孔423.支撐柱423Α. G 通孑 L
42 G銷孔424.支撐梁424Α.減重孔43. A支撐軸44. B支撐軸
45. C支撐軸46. D支撐軸47. E支撐軸48.重心配重塊401. A直線軸承402. B直線軸承403. C直線軸承404. D直線軸承405. E直線軸承406. F直線軸承407. G直線軸承408. H直線軸承409. I直線軸承410. J直線軸承5.六維力傳感器
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。參見圖1所示，本發(fā)明是一種用來模擬力覺交互設(shè)備操作過程的接觸剛度的生成裝置，該生成裝置包括有X軸平移組件1、Y軸平移組件2、Z軸平移轉(zhuǎn)動(dòng)組件3、支撐組件4 和六維力傳感器5五部分。X軸平移組件1、Y軸平移組件2和Z軸平移轉(zhuǎn)動(dòng)組件3通過支撐組件4連接形成三自由度機(jī)構(gòu)，六維力傳感器5安裝在支撐組件4的下方。在本發(fā)明中， XYZ三軸上的零部件采用相同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本發(fā)明裝置通過彈簧來模擬力覺交互設(shè)備操作時(shí)的接觸剛度，探查真實(shí)物體表面過程中實(shí)時(shí)的采集探頭末端的三維力和圖形工具位置、圖形工具位姿。本發(fā)明裝置代替了力交互過程中力覺設(shè)備的小剛度。在本發(fā)明中，六維力傳感器5作為整個(gè)接觸剛度測(cè)量裝置的執(zhí)行末端，用于檢測(cè)承受的壓力。(一 )支撐組件4參見圖1、圖2、圖2Α、圖2Β所示，支撐組件4包括有第一連接件41、第二連接件 42、重心配重塊48、五個(gè)支撐軸和十個(gè)直線軸承。五個(gè)支撐軸是指A支撐軸43、Β支撐軸44、C支撐軸45、D支撐軸46、E支撐軸47。十個(gè)直線軸承是指A直線軸承401、B直線軸承402、C直線軸承403、D直線軸承 404、E直線軸承405、F直線軸承406、G直線軸承407、H直線軸承408、I直線軸承409、J 直線軸承410。參見圖2、圖2A所示，第一連接件41的X軸支臂411的端部設(shè)有A通孔411A、A銷孔411B ；A通孔411A用于安裝A支撐軸41的一端，A支撐軸41的另一端順次套接有B直線軸承402、A直線軸承401 ；A銷孔411B用于安裝銷釘，通過該銷釘與A銷孔411B的配合實(shí)現(xiàn)將A支撐軸41的一端固定安裝在第一連接件41的X軸支臂411上。A通孔41IA的設(shè)計(jì)也有利于減輕第一連接件41的重量。第一連接件41的Y軸支臂412的端部設(shè)有B通孔412A、B銷孔412B ；B通孔412A 用于安裝B支撐軸42的一端，B支撐軸42的另一端順次套接有D直線軸承404、C直線軸承403 ；B銷孔412B用于安裝銷釘，通過該銷釘與B銷孔412B的配合實(shí)現(xiàn)將B支撐軸42的一端固定安裝在第一連接件41的Y軸支臂412上。B通孔412A的設(shè)計(jì)也有利于減輕第一連接件41的重量。第一連接件41的Z軸支臂413上設(shè)有C通孔413A、C銷孔413B、D銷孔413C ；C 通孔413A內(nèi)從下至上安裝有I直線軸承409、J直線軸承410 ；I直線軸承409和J直線軸承410套接在E支撐軸47的一端上，E支撐軸47的另一端安裝在第二連接件42的支撐柱 423的通孔內(nèi)；C銷孔41 用于安裝銷釘，通過該銷釘與C銷孔41 的配合實(shí)現(xiàn)將J直線軸承410安裝在Z軸支臂413上；D銷孔413C用于安裝銷釘，通過該銷釘與D銷孔413C的配合實(shí)現(xiàn)將I直線軸承409安裝在Z軸支臂413上。參見圖2、圖2B所示，第二連接件42的前端柱421上設(shè)有D通孔421A，該D通孔 421A的上端用于安裝重心配重塊48，該D通孔421A的下端用于安裝有六維力傳感器5。第二連接件42的后端柱422上設(shè)有E通孔422A、F通孔422B、E銷孔422C、F銷孔 422D。E通孔422A用于安裝C支撐軸45的一端，C支撐軸45的另一端順次套接有F直線軸承406、E直線軸承405。F通孔422B用于安裝D支撐軸46的一端，D支撐軸46的另一端順次套接有H直線軸承408、G直線軸承407。E銷孔422C用于安裝銷釘，通過該銷釘與 E銷孔422C的配合實(shí)現(xiàn)將C支撐軸45的一端固定安裝在第二連接件42的后端柱422上。 F銷孔422D用于安裝銷釘，通過該銷釘與F銷孔422D的配合實(shí)現(xiàn)將D支撐軸46的一端固定安裝在第二連接件42的后端柱422上。第二連接件42的支撐柱423上設(shè)有G通孔423A，G銷孔423B。G通孔423A用于安裝E支撐軸47的一端，E支撐軸47的另一端順次套接有J直線軸承409、I直線軸承410。 G銷孔42 用于安裝銷釘，通過該銷釘與G銷孔42 的配合實(shí)現(xiàn)將E支撐軸47的一端固定安裝在第二連接件42的支撐柱423上。第二連接件42的支撐梁424的中心開有減重孔424A。(二)X軸平移組件1參見圖1、圖3、圖3A、圖;3B所示，X軸平移組件1包括有六個(gè)直線軸承、三根支撐軸、六個(gè)支撐軸軸座、一根X軸彈簧lie、一個(gè)X軸配重塊13C、一個(gè)X軸支架14、一個(gè)X軸直線軸承座15、兩段鋼絲繩、兩個(gè)導(dǎo)輪和兩個(gè)導(dǎo)輪座。八個(gè)直線軸承是指XA直線軸承101、XB直線軸承102、XC直線軸承103、XD直線軸承104、XE直線軸承105和XF直線軸承106。三根支撐軸是指XA支撐軸11、XB支撐軸12和)(C支撐軸13。六個(gè)支撐軸軸座是指XA支撐軸軸座11A、XB支撐軸軸座11B、XC支撐軸軸座12A、 XD支撐軸軸座12B、XE支撐軸軸座13A和XF支撐軸軸座13B。兩段鋼絲繩是指第三段鋼絲繩121、第四段鋼絲繩122。兩個(gè)導(dǎo)輪是指XA導(dǎo)輪123、XB導(dǎo)輪1M。
兩個(gè)導(dǎo)輪座是指XA導(dǎo)輪座125、XB導(dǎo)輪座126。參見圖3A、圖;3B所示，X軸直線軸承座15的XA凸塊154上設(shè)有XA通孔151，該 XA通孔151用于放置XA直線軸承101、XB直線軸承102 ；X軸直線軸承座15的XB凸塊155 上設(shè)有XB通孔152，該XB通孔152用于放置)(C直線軸承103、XD直線軸承104 ；X軸直線軸承座15的)(C凸塊156上設(shè)有)(C通孔153，該)(C通孔153用于放置B直線軸承402、A直線軸承401。X軸直線軸承座15的凹槽兩端設(shè)有XF鋼絲繩通孔121F、XN鋼絲繩通孔122H。 直線軸承安裝在通孔里且用銷釘頂緊，故X軸直線軸承座15上設(shè)有多個(gè)用于放置銷頂?shù)妮S承頂孔157。參見圖1、圖3、圖;3B所示，X軸支架14為U形結(jié)構(gòu)。X軸支架14的A側(cè)板141的外側(cè)面上安裝有XA導(dǎo)輪座125，XA導(dǎo)輪座125上安裝有XA導(dǎo)輪123。X軸支架14的B側(cè)板142的外側(cè)面上安裝有XB導(dǎo)輪座126，XB導(dǎo)輪座1 上安裝有XB導(dǎo)輪124。參見圖;3B所示，X軸支架14的A側(cè)板141的內(nèi)側(cè)面上安裝有XA軸座11A、XC軸座12A和XE軸座13A，且XA軸座11A、XC軸座12A和XE軸座13A的安裝位置呈等腰直角三角形，XA軸座IlA與)(C軸座12A在等腰直角三角形的底邊上；在本發(fā)明中，XA軸座11A、 XC軸座12A和XE軸座13A可以通過螺釘與螺母的配合將其固定安裝在X軸支架14的A側(cè)板141的內(nèi)側(cè)面上。參見圖;3B所示，X軸支架14的B側(cè)板142的內(nèi)側(cè)面上安裝有XB軸座11B、XD軸座12B和XF軸座13B，且XB軸座11B、XD軸座12B和XF軸座13B的安裝位置呈等腰直角三角形，XB軸座IlB與》)軸座12B在等腰直角三角形的底邊上；在本發(fā)明中，XB軸座11B、 XD軸座12B和XF軸座1 可以通過螺釘與螺母的配合將其固定安裝在X軸支架14的B側(cè)板142的內(nèi)側(cè)面上。參見圖;3B所示，X軸支架14的A側(cè)板141上設(shè)有用于安裝XA軸座11A、XC軸座 12A和XE軸座13A的通孔(該通孔與軸座上的通孔為同軸配合關(guān)系，從而通過螺釘與螺母的配合固定實(shí)現(xiàn)軸座與A側(cè)板141的安裝)和用于第一段鋼絲繩121通過的XB鋼絲繩通孔121B、XK鋼絲繩通孑L 121E ；參見圖;3B所示，X軸支架14的B側(cè)板142上設(shè)有用于安裝XB軸座11B、XD軸座 12B和XF軸座13B的通孔(該通孔與軸座上的通孔為同軸配合關(guān)系，從而通過螺釘與螺母的配合固定實(shí)現(xiàn)軸座與B側(cè)板142的安裝)和用于第二段鋼絲繩122通過的XH鋼絲繩通孔122B、XM鋼絲繩通孑L 122G。在本發(fā)明中，X軸平移組件1的連接關(guān)系為XA支撐軸11的一端安裝在XA軸座IlA上，XA支撐軸11的另一端順次穿過XA直線軸承101、XB直線軸承102、X軸彈簧IlC后安裝在XB軸座IlB上。XB支撐軸12的一端安裝在)(C軸座12A上，XB支撐軸12的另一端順次穿過)(C直線軸承103、XD直線軸承104后安裝在》)軸座12B上。)(C支撐軸13的一端安裝在XE軸座13A上，)(C支撐軸13的另一端順次穿過XE直線軸承105、XF直線軸承106后安裝在XF軸座1 上。XE直線軸承105和XF直線軸承106 置于X軸配重塊13C的》)通孔13D內(nèi)。第一段鋼絲繩121的一端固定在XF鋼絲繩通孔121F上，第一段鋼絲繩121的另一端順次穿過XE鋼絲繩通孔121E (設(shè)在X軸支架14上)JD鋼絲繩通孔121D (設(shè)在XA導(dǎo)輪座125上)、XA導(dǎo)輪123、XC鋼絲繩通知121C (設(shè)在XA導(dǎo)輪座125上)、XB鋼絲繩通孔 121B (設(shè)在X軸支架14上)后固定在X軸配重塊13C —端的XA鋼絲繩通孔121A上。第二段鋼絲繩122的一端固定在XN鋼絲繩通孔122H上，第二段鋼絲繩122的另一端順次穿過XM鋼絲繩通孔122G (設(shè)在X軸支架14上)、XL鋼絲繩通孔122F (設(shè)在接合支架36上)、XK鋼絲繩通孔122E (設(shè)在XB導(dǎo)輪座1 上)、XB導(dǎo)輪124、XJ鋼絲繩通孔 122D (設(shè)在XB導(dǎo)輪座126上)、XI鋼絲繩通孔122C(設(shè)在接合支架36上)、XH鋼絲繩通孔 122B (設(shè)在X軸支架14上)后固定在X軸配重塊13C另一端的鋼絲繩通孔上。(三)Y軸平移組件2參見圖1、圖4、圖4A、圖4B所示，Y軸平移組件2包括有六個(gè)直線軸承、三根支撐軸、六個(gè)支撐軸軸座、一根Y軸彈簧21C、一個(gè)Y軸配重塊23C、一個(gè)Y軸支架24、一個(gè)Y軸直線軸承座25、兩段鋼絲繩、兩個(gè)導(dǎo)輪和兩個(gè)導(dǎo)輪座。八個(gè)直線軸承是指YA直線軸承201、TO直線軸承202、YC直線軸承203、YD直線軸承204、YE直線軸承205和YF直線軸承206。三根支撐軸是指YA支撐軸21、TO支撐軸22和YC支撐軸23。六個(gè)支撐軸軸座是指YA支撐軸軸座21A JB支撐軸軸座21B、YC支撐軸軸座22A、 YD支撐軸軸座22B、YE支撐軸軸座23A和YF支撐軸軸座2!3B。兩段鋼絲繩是指第三段鋼絲繩221、第四段鋼絲繩222。兩個(gè)導(dǎo)輪是指YA導(dǎo)輪223 JB導(dǎo)輪224。兩個(gè)導(dǎo)輪座是指YA導(dǎo)輪座225、YB導(dǎo)輪座2 。參見圖4A、圖4B所示，Y軸直線軸承座25的YA凸塊邪4上設(shè)有YA通孔251，該 YA通孔251用于放置YA直線軸承201JB直線軸承202 ；Y軸直線軸承座25的TO凸塊255 上設(shè)有YB通孔252，該TO通孔252用于放置YC直線軸承203、YD直線軸承204 ；Y軸直線軸承座25的YC凸塊256上設(shè)有YC通孔253，該YC通孔253用于放置D直線軸承404、C直線軸承403。Y軸直線軸承座25的凹槽兩端設(shè)有YF鋼絲繩通孔221F、YN鋼絲繩通孔222H。 直線軸承安裝在通孔里且用銷釘頂緊，故Y軸直線軸承座25上設(shè)有多個(gè)用于放置銷頂?shù)妮S承頂孔257。參見圖1、圖4、圖4B所示，Y軸支架M 形結(jié)構(gòu)。Y軸支架M的A側(cè)板Ml的外側(cè)面上安裝有YA導(dǎo)輪座225，YA導(dǎo)輪座225上安裝有YA導(dǎo)輪223。Y軸支架M的B側(cè)板M2的外側(cè)面上安裝有YB導(dǎo)輪座226，YB導(dǎo)輪座2 上安裝有YB導(dǎo)輪224。參見圖4B所示，Y軸支架M的A側(cè)板Ml的內(nèi)側(cè)面上安裝有YA軸座21A、YC軸座22A和YE軸座23A，且YA軸座21A、YC軸座22A和YE軸座23A的安裝位置呈等腰直角三角形，YA軸座2IA與YC軸座22A在等腰直角三角形的底邊上；在本發(fā)明中，YA軸座21A、 YC軸座22A和YE軸座23A可以通過螺釘與螺母的配合將其固定安裝在Y軸支架M的A側(cè)板241的內(nèi)側(cè)面上。參見圖4B所示，Y軸支架M的B側(cè)板M2的內(nèi)側(cè)面上安裝有YB軸座21B、YD軸座22B和YF軸座23B，且TO軸座21B、YD軸座22B和YF軸座23B的安裝位置呈等腰直角三角形，YB軸座2IB與YD軸座22B在等腰直角三角形的底邊上；在本發(fā)明中，YB軸座2IB、 YD軸座22B和YF軸座2 可以通過螺釘與螺母的配合將其固定安裝在Y軸支架M的B側(cè)板對(duì)2的內(nèi)側(cè)面上。
參見圖4B所示，Y軸支架M的A側(cè)板241上設(shè)有用于安裝YA軸座21A、YC軸座 22A和YE軸座23A的通孔(該通孔與軸座上的通孔為同軸配合關(guān)系，從而通過螺釘與螺母的配合固定實(shí)現(xiàn)軸座與A側(cè)板Ml的安裝)和用于第三段鋼絲繩221通過的TO鋼絲繩通孔221B、YK鋼絲繩通孔22IE ；參見圖4B所示，Y軸支架M的B側(cè)板242上設(shè)有用于安裝YB軸座2IB、YD軸座 22B和YF軸座23B的通孔(該通孔與軸座上的通孔為同軸配合關(guān)系，從而通過螺釘與螺母的配合固定實(shí)現(xiàn)軸座與B側(cè)板M2的安裝)和用于第四段鋼絲繩222通過的YH鋼絲繩通孔222B、YM鋼絲繩通孔222G。在本發(fā)明中，Y軸平移組件2的連接關(guān)系為YA支撐軸21的一端安裝在YA軸座21A上，YA支撐軸21的另一端順次穿過YA直線軸承201、TO直線軸承202、Y軸彈簧2IC后安裝在YB軸座2IB上。YB支撐軸22的一端安裝在YC軸座22A ±,YB支撐軸22的另一端順次穿過YC直線軸承203、YD直線軸承204后安裝在YD軸座22B上。YC支撐軸23的一端安裝在YE軸座23A上，YC支撐軸23的另一端順次穿過YE直線軸承205、YF直線軸承206后安裝在YF軸座2 上。YE直線軸承205和YF直線軸承206 置于Y軸配重塊23C的YD通孔23D內(nèi)。第三段鋼絲繩221的一端固定在YF鋼絲繩通孔221F上，第三段鋼絲繩221的另一端順次穿過YE鋼絲繩通孔221E (設(shè)在Y軸支架M上)、YD鋼絲繩通孔221D (設(shè)在YA導(dǎo)輪座225上)、YA導(dǎo)輪223、YC鋼絲繩通知221C (設(shè)在YA導(dǎo)輪座225上)、YB鋼絲繩通孔 221B (設(shè)在Y軸支架M上)后固定在Y軸配重塊23C —端的YA鋼絲繩通孔221A上。第四段鋼絲繩222的一端固定在YN鋼絲繩通孔222H上，第四段鋼絲繩222的另一端順次穿過YM鋼絲繩通孔222G (設(shè)在Y軸支架M上)、1鋼絲繩通孔222F (設(shè)在接合支架36上)、I鋼絲繩通孔222E (設(shè)在TO導(dǎo)輪座2 上)、YB導(dǎo)輪224、YJ鋼絲繩通孔 222D (設(shè)在TO導(dǎo)輪座2 上)、YI鋼絲繩通孔222C (設(shè)在接合支架36上)JH鋼絲繩通孔 222B (設(shè)在Y軸支架M上)后固定在Y軸配重塊23C另一端的鋼絲繩通孔上。(四)Z軸平移轉(zhuǎn)動(dòng)組件3參見圖1、圖5、圖5A所示，Z軸平移組件3包括有四個(gè)直線軸承、兩個(gè)滾珠軸承、 兩根支撐軸、四個(gè)支撐軸軸座、一根Z軸彈簧31C、一個(gè)Z軸配重塊33C、一個(gè)Z軸支架34、一個(gè)Z軸直線軸承座35、兩段鋼絲繩、兩個(gè)導(dǎo)輪和兩個(gè)導(dǎo)輪座。四個(gè)直線軸承是指ZA直線軸承301JB直線軸承302 JE直線軸承305和ZF直線軸承306。兩個(gè)滾珠軸承是指ZA直線軸承303、ZB直線軸承304。兩根支撐軸是指ZA支撐軸31和ZC支撐軸33。四個(gè)支撐軸軸座是指ZA支撐軸軸座31A、ZB支撐軸軸座31B、ZE支撐軸軸座33A 和ZF支撐軸軸座33B。兩段鋼絲繩是指第五段鋼絲繩321、第六段鋼絲繩322。兩個(gè)導(dǎo)輪是指ZA導(dǎo)輪323、觀導(dǎo)輪324。兩個(gè)導(dǎo)輪座是指ZA導(dǎo)輪座325、ZB導(dǎo)輪座326。參見圖5A所示，Z軸直線軸承座35上設(shè)有ZA通孔351JB通孔352、ZC通孔353 ；該ZA通孔351用于放置F直線軸承406、E直線軸承405 ；該觀通孔352用于放置H直線軸承408、G直線軸承407 ；該ZC通孔353用于放置觀直線軸承302、ZA直線軸承301。直線軸承安裝在通孔里且用銷釘頂緊，故Z軸直線軸承座35上設(shè)有多個(gè)用于放置銷頂?shù)妮S承頂孔357。ZA直線軸承301的外部套接有ZA滾珠軸承303，觀直線軸承302的外部套接有 ZB滾珠軸承304。參見圖1、圖5、圖5A所示，Z軸支架34為U形結(jié)構(gòu)。Z軸支架34的上側(cè)板341的下方安裝有ZA導(dǎo)輪座325，ZA導(dǎo)輪座325上安裝有ZA導(dǎo)輪323。Z軸支架34的下側(cè)板342 的上方安裝有觀導(dǎo)輪座326，ZB導(dǎo)輪座3 上安裝有觀導(dǎo)輪324。參見圖5A所示，Z軸支架34的上側(cè)板341的下方安裝有ZA軸座31A、ZA導(dǎo)輪座 325和觀軸座33A ；在本發(fā)明中，ZA軸座31A、ZA導(dǎo)輪座325和觀軸座33A可以通過螺釘與螺母的配合將其固定安裝在Z軸支架34的上側(cè)板341的下方。參見圖5A所示，Z軸支架34的下側(cè)板342的上方安裝有觀軸座31B、ZB導(dǎo)輪座 326和ZF軸座3!3B ；在本發(fā)明中，ZB軸座31B、ZB導(dǎo)輪座3 和ZF軸座3!3B可以通過螺釘與螺母的配合將其固定安裝在Z軸支架34的下側(cè)板M2的上方。在本發(fā)明中，Z軸平移組件3的連接關(guān)系為ZA支撐軸31的一端安裝在ZA軸座31A上，ZA支撐軸31的另一端順次穿過Z軸彈簧31C、ZA直線軸承301JB直線軸承302后安裝在觀軸座3IB上。ZA滾珠軸承303套接在ZA直線軸承301上，ZA滾珠軸承303的外部套接有上法蘭31D，上法蘭31D上安裝有上墊片31F。ZB滾珠軸承304套接在觀直線軸承302上，ZB滾珠軸承304的外部套接有下法蘭31E，下法蘭31E上安裝有下墊片31G。ZC支撐軸33的一端安裝在觀軸座33A上，ZC支撐軸33的另一端順次穿過觀直線軸承305、ZF直線軸承306后安裝在ZF軸座3 上。觀直線軸承305和ZF直線軸承306 置于Z軸配重塊33C的S)通孔33D內(nèi)。第五段鋼絲繩321的一端固定在觀鋼絲繩通孔321B上，第五段鋼絲繩321的另一端穿過ZA導(dǎo)輪323后固定在Z軸配重塊33C —端的ZA鋼絲繩通孔321A上。第六段鋼絲繩322的一端固定在ZD鋼絲繩通孔322B上，第六段鋼絲繩322的另一端穿過觀導(dǎo)輪3M后固定在Z軸配重塊33C另一端的鋼絲繩通孔上。在本發(fā)明中，X軸平移組件1與Y軸平移組件2的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完全相同。本發(fā)明的用來模擬力覺交互設(shè)備操作過程的接觸剛度生成裝置的運(yùn)動(dòng)過程為(A)當(dāng)六維力傳感器5受到外力F (Fx，F(xiàn)y，F(xiàn)z)作用下，通過A支撐軸43、B支撐軸 44、C支撐軸45和D支撐軸46將F (Fx, Fy, Fz)傳遞給X軸直線軸承座15 (功能為滑塊作用)、Y軸直線軸承座25和Z軸直線軸承座35 ；(B)X軸直線軸承座15將&傳遞給X軸彈簧11C，致使X軸彈簧IlC變形，則第一連接件41相對(duì)于接合支架36產(chǎn)生X軸方向的運(yùn)動(dòng)；X軸配重塊13C隨著X軸直線軸承座 15的運(yùn)動(dòng)作反向運(yùn)動(dòng)，并抵消X軸直線軸承座15所承受的重力；(C) Y軸直線軸承座25將Fy傳遞給Y軸彈簧21C，致使Y軸彈簧21C變形，則第一連接件41相對(duì)于接合支架36產(chǎn)生Y軸方向的運(yùn)動(dòng)；Y軸配重塊23C隨著Y軸直線軸承座 25的運(yùn)動(dòng)作反向運(yùn)動(dòng)，并抵消Y軸直線軸承座25所承受的重力；(D) Z軸直線軸承座35將內(nèi)傳遞給Z軸彈簧31C，致使Z軸彈簧31C變形，則第一連接件41相對(duì)于接合支架36產(chǎn)生Z軸方向的運(yùn)動(dòng)；Z軸配重塊33C隨著Z軸直線軸承座 35的運(yùn)動(dòng)作反向運(yùn)動(dòng)，并抵消Z軸直線軸承座35所承受的重力。
權(quán)利要求
1. 一種用來模擬力覺交互設(shè)備操作過程的接觸剛度的生成裝置，其特征在于該接觸剛度生成裝置包括有X軸平移組件(1)、Y軸平移組件( 、Z軸平移轉(zhuǎn)動(dòng)組件( 、支撐組件(4)和六維力傳感器( 五部分；支撐組件(4)包括有第一連接件Gl)、第二連接件0 、重心配重塊G8)、五個(gè)支撐軸和十個(gè)直線軸承；第一連接件Gl)的X軸支臂Gll)的A通孔GllA)內(nèi)安裝有A支撐軸的一端， A支撐軸Gl)的另一端順次套接有B直線軸承002)、A直線軸承001)；第一連接件Gl)的Y軸支臂G12)的B通孔G12A)內(nèi)安裝B支撐軸02)的一端，B 支撐軸0 的另一端順次套接有D直線軸承004)、C直線軸承003)；第一連接件Gl)的Z軸支臂013)的C通孔G13A)內(nèi)從下至上安裝有I直線軸承 009)、J直線軸承010) ； I直線軸承(409)和J直線軸承(410)套接在E支撐軸07)的一端上，E支撐軸07)的另一端安裝在第二連接件G2)的支撐柱023)的通孔內(nèi)；第二連接件G2)的前端柱021)上設(shè)有D通孔(421A)，該D通孔021A)的上端用于安裝重心配重塊(48)，該D通孔G21A)的下端用于安裝有六維力傳感器(5)；第二連接件(42)的后端柱(422)上設(shè)有E通孔(422A)、F通孔(422 、E銷孔(422C)、 F銷孔(422D) ；E通孔(422A)用于安裝C支撐軸(45)的一端，C支撐軸(45)的另一端順次套接有F直線軸承006)、E直線軸承005) ；F通孔G22B)用于安裝D支撐軸06)的一端，D支撐軸06)的另一端順次套接有H直線軸承(408)、G直線軸承007) ；E銷孔022C) 用于安裝銷釘，通過該銷釘與E銷孔G22C)的配合實(shí)現(xiàn)將C支撐軸05)的一端固定安裝在第二連接件G2)的后端柱(422)上；F銷孔G22D)用于安裝銷釘，通過該銷釘與F銷孔 (422D)的配合實(shí)現(xiàn)將D支撐軸06)的一端固定安裝在第二連接件0 的后端柱(422) 上；第二連接件(42)的支撐柱(423)上設(shè)有G通孔(423A)，G銷孔(423B) ；G通孔(423A) 用于安裝E支撐軸07)的一端，E支撐軸07)的另一端順次套接有J直線軸承009)、I 直線軸承G10) ；G銷孔G23B)用于安裝銷釘，通過該銷釘與G銷孔G23B)的配合實(shí)現(xiàn)將 E支撐軸G7)的一端固定安裝在第二連接件0 的支撐柱(42 上；X軸平移組件(1)包括有六個(gè)直線軸承、三根支撐軸、六個(gè)支撐軸軸座、一根X軸彈簧 (IlC)、一個(gè)X軸配重塊(13C)、一個(gè)X軸支架(14)、一個(gè)X軸直線軸承座(15)、兩段鋼絲繩、 兩個(gè)導(dǎo)輪和兩個(gè)導(dǎo)輪座；X軸直線軸承座15的XA凸塊154上設(shè)有XA通孔151，該XA通孔151用于放置XA直線軸承101、XB直線軸承102 ；X軸直線軸承座15的)(B凸塊155上設(shè)有XB通孔152，該XB 通孔152用于放置VZ直線軸承103 JD直線軸承104 ；X軸直線軸承座15的VZ凸塊156上設(shè)有I通孔153，該)(C通孔153用于放置B直線軸承402、A直線軸承401 ；X軸直線軸承座15的凹槽兩端設(shè)有XF鋼絲繩通孔121F、XN鋼絲繩通孔122H ；直線軸承安裝在通孔里且用銷釘頂緊，故X軸直線軸承座15上設(shè)有多個(gè)用于放置銷頂?shù)妮S承頂孔157 ；X軸支架14為U形結(jié)構(gòu)；X軸支架14的A側(cè)板141的外側(cè)面上安裝有XA導(dǎo)輪座125， XA導(dǎo)輪座125上安裝有XA導(dǎo)輪123 ；X軸支架14的B側(cè)板142的外側(cè)面上安裝有XB導(dǎo)輪座126，XB導(dǎo)輪座1 上安裝有XB導(dǎo)輪124 ；X軸支架14的A側(cè)板141的內(nèi)側(cè)面上安裝有XA軸座IlAJC軸座12A和XE軸座13A，且XA軸座11A、XC軸座12A和XE軸座13A的安裝位置呈等腰直角三角形，XA軸座IlA與 )(C軸座12A在等腰直角三角形的底邊上；X軸支架14的B側(cè)板142的內(nèi)側(cè)面上安裝有XB軸座IlBJD軸座12B和XF軸座13B， 且XB軸座11B、XD軸座12B和XF軸座13B的安裝位置呈等腰直角三角形，XB軸座IlB與 XD軸座12B在等腰直角三角形的底邊上；X軸支架14的A側(cè)板141上設(shè)有用于安裝XA軸座IlAJC軸座12A和XE軸座13A的通孔和用于第一段鋼絲繩121通過的XB鋼絲繩通孔121B、XK鋼絲繩通孔121E ；X軸支架14的B側(cè)板142上設(shè)有用于安裝XB軸座IlBJD軸座12B和XF軸座13B的通孔和用于第二段鋼絲繩122通過的XH鋼絲繩通孔122B、XM鋼絲繩通孔122G ；XA支撐軸11的一端安裝在XA軸座IlA上，XA支撐軸11的另一端順次穿過XA直線軸承101、XB直線軸承102、X軸彈簧IlC后安裝在XB軸座IlB上；XB支撐軸12的一端安裝在)(C軸座12A上，XB支撐軸12的另一端順次穿過)(C直線軸承103、》)直線軸承104后安裝在》)軸座12B上；XC支撐軸13的一端安裝在XE軸座13A上，)(C支撐軸13的另一端順次穿過XE直線軸承105、XF直線軸承106后安裝在XF軸座1 上；XE直線軸承105和XF直線軸承106置于X軸配重塊13C的》)通孔13D內(nèi)；第一段鋼絲繩121的一端固定在XF鋼絲繩通孔121F上，第一段鋼絲繩121的另一端順次穿過XE鋼絲繩通孔121E、XD鋼絲繩通孔121D、XA導(dǎo)輪123、XC鋼絲繩通知121C、XB 鋼絲繩通孔121B后固定在X軸配重塊13C —端的XA鋼絲繩通孔121A上；第二段鋼絲繩122的一端固定在XN鋼絲繩通孔122H上，第二段鋼絲繩122的另一端順次穿過XM鋼絲繩通孔122G、XL鋼絲繩通孔122F、XK鋼絲繩通孔122E、XB導(dǎo)輪124、XJ 鋼絲繩通孔122D、XI鋼絲繩通孔122C、XH鋼絲繩通孔122B后固定在X軸配重塊13C另一端的鋼絲繩通孔上；Y軸平移組件2包括有六個(gè)直線軸承、三根支撐軸、六個(gè)支撐軸軸座、一根Y軸彈簧 21C、一個(gè)Y軸配重塊23C、一個(gè)Y軸支架24、一個(gè)Y軸直線軸承座25、兩段鋼絲繩、兩個(gè)導(dǎo)輪和兩個(gè)導(dǎo)輪座；Y軸直線軸承座25的YA凸塊2M上設(shè)有YA通孔251，該YA通孔251用于放置YA直線軸承201、TO直線軸承202 ；Y軸直線軸承座25的TO凸塊255上設(shè)有TO通孔252，該TO 通孔252用于放置YC直線軸承203、YD直線軸承204 ；Y軸直線軸承座25的YC凸塊256上設(shè)有YC通孔253，該YC通孔253用于放置D直線軸承404、C直線軸承403 ；Y軸直線軸承座25的凹槽兩端設(shè)有YF鋼絲繩通孔221F、YN鋼絲繩通孔222H ；直線軸承安裝在通孔里且用銷釘頂緊，故Y軸直線軸承座25上設(shè)有多個(gè)用于放置銷頂?shù)妮S承頂孔257 ；Y軸支架24為U形結(jié)構(gòu)；Y軸支架M的A側(cè)板Ml的外側(cè)面上安裝有YA導(dǎo)輪座225， YA導(dǎo)輪座225上安裝有YA導(dǎo)輪223 ；Y軸支架M的B側(cè)板M2的外側(cè)面上安裝有YB導(dǎo)輪座226，YB導(dǎo)輪座2 上安裝有YB導(dǎo)輪224 ；Y軸支架M的A側(cè)板Ml的內(nèi)側(cè)面上安裝有YA軸座21A、YC軸座22A和YE軸座23A， 且YA軸座21A、YC軸座22A和YE軸座23A的安裝位置呈等腰直角三角形，YA軸座21A與 YC軸座22A在等腰直角三角形的底邊上；Y軸支架M的B側(cè)板242的內(nèi)側(cè)面上安裝有YB軸座21B、YD軸座22B和YF軸座23B，且TO軸座21B、YD軸座22B和YF軸座23B的安裝位置呈等腰直角三角形，YB軸座21B與 YD軸座22B在等腰直角三角形的底邊上；Y軸支架M的A側(cè)板241上設(shè)有用于安裝YA軸座21A、YC軸座22A和YE軸座23A的通孔和用于第三段鋼絲繩221通過的TO鋼絲繩通孔221B、YK鋼絲繩通孔22IE ；Y軸支架M的B側(cè)板242上設(shè)有用于安裝YB軸座2IB、YD軸座22B和YF軸座23B的通孔和用于第四段鋼絲繩222通過的鋼絲繩通孔222Β、YM鋼絲繩通孔222G ；YA支撐軸21的一端安裝在YA軸座21Α上，YA支撐軸21的另一端順次穿過YA直線軸承201、TO直線軸承202、Y軸彈簧2IC后安裝在YB軸座2IB上；YB支撐軸22的一端安裝在YC軸座22Α上，TO支撐軸22的另一端順次穿過YC直線軸承203、YD直線軸承204后安裝在YD軸座22Β上；YC支撐軸23的一端安裝在YE軸座23Α上，YC支撐軸23的另一端順次穿過YE直線軸承205、YF直線軸承206后安裝在YF軸座2 上；YE直線軸承205和YF直線軸承206置于Y軸配重塊23C的YD通孔23D內(nèi)；第三段鋼絲繩221的一端固定在YF鋼絲繩通孔221F上，第三段鋼絲繩221的另一端順次穿過YE鋼絲繩通孔221E、YD鋼絲繩通孔221D、YA導(dǎo)輪223、YC鋼絲繩通知221C、YB 鋼絲繩通孔221B后固定在Y軸配重塊23C —端的YA鋼絲繩通孔221A上；第四段鋼絲繩222的一端固定在YN鋼絲繩通孔222H上，第四段鋼絲繩222的另一端順次穿過YM鋼絲繩通孔222G、YL鋼絲繩通孔222F、YK鋼絲繩通孔222E、YB導(dǎo)輪224、YJ 鋼絲繩通孔222D、YI鋼絲繩通孔222C、YH鋼絲繩通孔222B后固定在Y軸配重塊23C另一端的鋼絲繩通孔上；Z軸平移組件3包括有四個(gè)直線軸承、兩個(gè)滾珠軸承、兩根支撐軸、四個(gè)支撐軸軸座、一根Z軸彈簧31C、一個(gè)Z軸配重塊33C、一個(gè)Z軸支架34、一個(gè)Z軸直線軸承座35、兩段鋼絲繩、兩個(gè)導(dǎo)輪和兩個(gè)導(dǎo)輪座；Z軸直線軸承座；35上設(shè)有ZA通孔；351、邳通孔;352、ZC通孔；353 ；該ZA通孔351用于放置F直線軸承406、E直線軸承405 ；該觀通孔352用于放置H直線軸承408、G直線軸承 407 ；該ZC通孔353用于放置觀直線軸承302、ZA直線軸承301 ；直線軸承安裝在通孔里且用銷釘頂緊，故Z軸直線軸承座35上設(shè)有多個(gè)用于放置銷頂?shù)妮S承頂孔357 ；ZA直線軸承 301的外部套接有ZA滾珠軸承303，ZB直線軸承302的外部套接有觀滾珠軸承304 ；Z軸支架34為U形結(jié)構(gòu)；Z軸支架34的上側(cè)板341的下方安裝有ZA導(dǎo)輪座325，ZA導(dǎo)輪座325上安裝有ZA導(dǎo)輪323 ；Z軸支架34的下側(cè)板342的上方安裝有觀導(dǎo)輪座326，觀導(dǎo)輪座3 上安裝有觀導(dǎo)輪324 ；Z軸支架34的上側(cè)板341的下方安裝有ZA軸座31A、ZA導(dǎo)輪座325和觀軸座33A ； Z軸支架34的下側(cè)板342的上方安裝有觀軸座31B、ZB導(dǎo)輪座3 和ZF軸座33B ； ZA支撐軸31的一端安裝在ZA軸座31A上，ZA支撐軸31的另一端順次穿過Z軸彈簧 31C、ZA直線軸承301、ZB直線軸承302后安裝在觀軸座31B上；ZA滾珠軸承303套接在 ZA直線軸承301上，ZA滾珠軸承303的外部套接有上法蘭31D，上法蘭31D上安裝有上墊片31F ；ZB滾珠軸承304套接在觀直線軸承302上，觀滾珠軸承304的外部套接有下法蘭 31E，下法蘭31E上安裝有下墊片31G ；ZC支撐軸33的一端安裝在觀軸座33A上，ZC支撐軸33的另一端順次穿過觀直線軸承305、ZF直線軸承306后安裝在ZF軸座3 上JE直線軸承305和ZF直線軸承306置于Z軸配重塊33C的S)通孔33D內(nèi)；第五段鋼絲繩321的一端固定在觀鋼絲繩通孔321B上，第五段鋼絲繩321的另一端穿過ZA導(dǎo)輪323后固定在Z軸配重塊33C —端的ZA鋼絲繩通孔321A上；第六段鋼絲繩322的一端固定在ZD鋼絲繩通孔322B上，第六段鋼絲繩322的另一端穿過觀導(dǎo)輪3M后固定在Z軸配重塊33C另一端的鋼絲繩通孔上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用來模擬力覺交互設(shè)備操作過程的接觸剛度生成裝置，該接觸剛度生成裝置包括有X軸平移組件、Y軸平移組件、Z軸平移轉(zhuǎn)動(dòng)組件、支撐組件和六維力傳感器五部分。X軸平移組件、Y軸平移組件和Z軸平移轉(zhuǎn)動(dòng)組件通過支撐組件連接形成三自由度機(jī)構(gòu)，六維力傳感器安裝在支撐組件的下方。在本發(fā)明中，XYZ三軸上的零部件采用相同結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本發(fā)明裝置通過彈簧來模擬力覺交互設(shè)備操作時(shí)的接觸剛度，探查真實(shí)物體表面過程中實(shí)時(shí)的采集探頭末端的三維力和圖形工具位置、圖形工具位姿。本發(fā)明裝置代替了力交互過程中力覺設(shè)備的小剛度。
文檔編號(hào)G01L1/00GK102410889SQ201110256640
公開日2012年4月11日 申請(qǐng)日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者宋濤, 王黨校, 王治翔 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)