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6自由度通用型异构式机器人手控器
    一、技术领域

    本发明涉及机器人控制的人机接口装置，尤其是6自由度通用型异构式机器人手控器。二、背景技术

    随着交互式遥操作机器人的广泛应用，将需要大量的具有力觉反馈作用的人机接口装置。数据手套和机器人手控器是两种常见的遥操作机器人的人机接口装置，由于数据手套无法测量人手臂关节的变化，并且缺乏有效的力觉反馈，因此，机器人手控器是实现遥操作机器人控制的最有效的人机接口装置，它一方面通过测量操作者手部的位置信息作为控制指令控制机械手或虚拟现实中的虚拟机械手跟踪人手的运动，另一方面，将机器人反馈回来的力觉和触觉信息转换成直接作用于人手的力或力矩，使操作者产生在远地机器人工作现场或虚拟机器人工作现场的“身临其境”的力觉/触觉临场感效果，从而实现对机器人带感觉的控制，或者在虚拟环境中产生真实地触摸感受。机器人手控器可分为同构式和异构式两种，现有的手控器大都是同构式的，同构式手控器与远地机械手具有相同的结构和自由度，采取关节——关节的驱动方式。机器人同构式手控器虽然控制简单，但其只能用于特定型号的机器人控制，缺少通用性。因此，通用型的手控器都采用和机器人结构不同的异构方式，现有的异构式手控器有笔形操作杆结构、并联结构、串/并联混合结构、一体化的闭链式结构和基于Delta机构的异构式手控器。前4种异构式手控器的缺点在于存在着无法克服的平动与转动之间的运动耦合和力的耦合，后一种基于Delta机构的异构式手控器缺点在于工作空间小、无法克服重力的影响，并且控制复杂。三、技术内容

    技术问题本发明提供一种有利于提高测量精度的6自由度通用型异构式机器人手控器，它可以从结构本身消除3维平动与3维转动之间的耦合。

    技术方案一种6自由度通用型异构式机器人手控器，由手部驱动机构10、支架1和配重2组成，在支架1上设有双平行联杆机构8，该双平行联杆机构8由3～4根联杆构成，在每根联杆上有三个2自由度万向节，在位居联杆中间的万向节上设有检测其中一维平动的角位移传感器3，在位居另一联杆中间的万向节上设有检测另一维平动的角位移传感器4，双平行联杆机构8通过位于其一边的2自由度万向节连接有配重连接件5，在该配重连接件5上设有平面，该平面与上述位于双平行联杆机构8的一边的2自由度万向节连接，配重2设在配重连接件5上，双平行联杆机构通过位于其上另一边的2自由度万向节连接联杆机构连接件7，在该联杆机构连接件7上设有2个相互垂直的平面，其中一平面与双平行联杆机构8上另一边的2自由度万向节连接，在另一平面上转动连接有单平行联杆机构9，单平行联杆机构9又转动连接有连接件6，该单平行联杆机构9至少包括2根联杆，这些联杆的一端与上述联杆机构连接件7的另一平面转动连接，联杆的另一端与连接件6转动连接且连接点位于同一平面内，在单平行联杆机构9的任一转动连接点上设有用于检测再一维平动的角位移传感器11，在连接件6上设有与单平行机构连接点所在平面平行的平面，手部转动机构10设在该平面上。

    有益效果 (1)本发明通过单、双平行联杆机构来实现三维平动，而通过手部转动机构来实现三维转动，使平动和转动不会发生耦合，因此，从结构上清除了3维平动和3维转动之间的耦合，本发明的重心落于支架上，避免了重力对本发明的影响，有利于测量精度的提高。本发明的这种技术方案与力反馈电机技术措施的结合，使本发明成为具有力反馈功能的手控器，它能避免位置测量和力觉再现控制过程中平动与转动之间复杂的耦合关系，提高测量精度和力觉感知的真实性。(2)平行联杆机构的技术方案，同原有的Δ一机构相比具有体积较小但工作空间较大的优点。(3)本发明所采用的以3个相互垂直且可相近转动的转动部件构成的手部转动机构改变了现有技术中的球形转动机构，具有操作方便，不仅可实现手腕的力矩反馈功能，而且可以实现手指关节的力矩反馈动能，尤其是本发明采用了力矩电机的技术措施后，使本发明成为力反馈手控器，而上述结构具有便于控制电机实现力反馈的优点。(4)本发明采用一对绕同一维转动的指套结构后，使本发明不仅可以控制机械手的运动，而且可以直接控制机器手爪的抓取运动，尤其适合于操纵机器人的抓握、缝合等作业任务。

    四、附图说明

    图1是本发明实施例的结构示意图。

    图2是本发明双平行联杆机构实施例的结构示意图。

    图3是本发明双平行联杆机构另一实施例的结构示意图。

    图4是本发明单平行联杆机构实施例的结构示意图。

    图5是本发明手部转动机构实施例的结构示意图。

    图6是本发明手部转动机构另一实施例的结构示意图。

    图中“Δ”标记表示该处固定不动，具体可采用与支架相连的方式或其他固定不动的连接方式。五、具体实施方案

    实施例1  本实施例涉及一种6自由度通用型异构式机器人手控器，由手部驱动机构10、支架1和配重2组成，其特征在于在支架1上设有双平行联杆机构8，该双平行联杆机构8由3～4根联杆构成，在每根联杆上有三个2自由度万向节，在位居联杆中间的万向节上设有检测其中一维平动的角位移传感器3，在位居另一联杆中间的万向节上设有检测另一维平动的角位移传感器4，双平行联杆机构8通过位于其一边的2自由度万向节连接有配重连接件5，在该配重连接件5上设有平面，该平面与上述位于双平行联杆机构8的一边的2自由度万向节连接，配重2设在配重连接件5上，配重连接件5与配重2可以构成整体，即可采用直接在配重上设一平面并由该平面与万向节连接，配重连接件5与配重2也可以采用分体结构，即可采用在配重连接件5上设一螺杆并将配重2旋在其上，双平行联杆机构通过位于其上另一边的2自由度万向节连接联杆机构连接件7，在该联杆机构连接件7上设有2个相互垂直的平面，其中一平面与双平行联杆机构8上另一连的2自由度万向节连接，在另一平面上转动连接有单平行联杆机构9，单平行联杆机构9又转动连接有连接件6，该单平行联杆机构9至少包括2根联杆，这些联杆的一端与上述联杆机构连接件7的另一平面转动连接，这些联杆的另一端与连接件6转动连接且连接点位于同一平面内，在单平行联杆机构9的任一转动连接点上设有用于检测再一维平动的角位移传感器11，在连接件6上设有与单平行机构连接点所在平面平行的平面，手部转动机构10设在该平面上，手部转动机构10包括3个转动部件12、13、14，该3个转动部件12、13、14相互垂直且转动连接，在3个转动部件12、13、14上分别设有角位移传感器15、16和17，其中一个转动部件为“U”形框架，另两个转动部件分别为转轴131和141，转动部件14上固定有指套。实施例2  本实施例涉及一种6自由度通用型异构式机器人手控器，由手部驱动机构10、支架1和配重2组成，其特征在于在支架1上设有双平行联杆机构8，该双平行联杆机构8由3～4根联杆构成，在每根联杆上有三个2自由度万向节，在位居联杆中间的万向节上设有检测其中一维平动的角位移传感器4，在位居另一联杆中间的万向节上设有检测另一维平动的角位移传感器3，双平行联杆机构8通过位于其一边的2自由度万向节连接有配重连接件5，在该配重连接件5上设有平面，该平面与上述位于双平行联杆机构8的一边的2自由度万向节连接，配重2设在配重连接件5上，双平行联杆机构通过位于其上另一边的2自由度万向节连接联杆机构连接件7，在该联杆机构连接件7上设有2个相互垂直的平面，其中一平面与双平行联杆机构8上另一边的2自由度万向节连接，在另一平面上转动连接有单平行联杆机构9，单平行联杆机构9又转动连接有连接件6，该单平行联杆机构9至少包括2根联杆，这些联杆的一端与上述联杆机构连接件7的另一平面转动连接，这些联杆的另一端与连接件6转动连接且连接点位于同一平面内，在单平行联杆机构9的任一转动连接点上设有用于检测再一维平动的角位移传感器11，在连接件6上设有与单平行机构连接点所在平面平行的平面，手部转动机构10设在该平面上，手部转动机构10包括3个转动部件12、13、14，该3个转动部件12、13、14相互垂直且转动连接，在3个转动部件12、13、14上分别设有角位移传感器15、16和17，转动部件12为“U”形框架，另一转动部件14由2个转轴141和142组成，在转轴141和142上分别固定有指套18和19，位居在双平行联机构中的一根联杆中间位万向节上设有一维平动力反馈电机20，在位居另一根联杆中间万向节上设有另一维平动力反馈电机21，在单平行联杆机构的任一转动连接点上设有再一维平动力反馈电机22，在手部转动机构10的三个转动部件12、13和14上分别设有力矩反馈电机23、24和25。上述角位移传感器的转动元件和力反馈电机或力矩反馈电机可以设在同一万向节上或使其构成一整体结构，即角位移传感器的转动元件和力反馈电机或力矩反馈电机的输出轴固定连接(参照图3)。