一种力反馈机械臂传动机构的制作方法

本实用新型涉及人机交互力反馈设备领域，特别涉及一种力反馈机械臂传动机构。

背景技术：

随着计算机技术以及机器人技术的快速发展，虚拟现实技术得到越来越广泛的应用。而力反馈人机交互技术作为虚拟现实技术的一个重要组成部分，也随之迅速发展起来，其中充分人机交互接口的力反馈机械臂是力反馈人机交互技术的核心。现有的力反馈机械臂传动机构，主要通过安装在电机末端输出轴上的增量式编码器读取电机的转动角度来采集操作者的操作运动信息。增量式编码器由于只能读取编码器的增量值而需要参考值，因而在力反馈机械臂上电启动时，需要操作者对机械臂的各个运动自由度进行一系列的校准。此外，现有的力反馈机械臂由于采用的线传动方式所产生的弹性变形致使机械臂的实际转动角度与电机的转动角度之间存在误差，因而定位精度不高。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的为：旨在解决现有力反馈机械臂定位精度低的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供一种力反馈机械臂传动机构，包括轴端编码器、电机端编码器、电机、旋转轴、传动线、被动轮和主动轮，所述被动轮与所述旋转轴的一端活动连接，所述轴端编码器设于所述被动轮的内侧壁上，所述电机具有前端输出轴和后端输出轴，所述主动轮与所述前端输出轴连接，所述电机端编码器与所述后端输出轴固定连接，所述被动轮通过所述传动线与所述主动轮连接。

优选地，所述被动轮具有轮辐，所述轮辐设有线槽，所述传动线部分设于所述线槽内。

优选地，所述主动轮设有螺纹槽，所述传动线设于所述螺纹槽内，所述传动线通过所述螺纹槽与所述主动轮连接。

优选地，所述轮辐设有多个导向轮，所述传动线在多个所述导向轮上分别滑动。

优选地，所述力反馈机械臂传动机构包括传动线紧固机构，所述力反馈机械臂传动机构设有传动线紧固机构，所述传动线紧固机构包括传动线紧固架、滑动块、传动线紧固螺钉和传动线紧固弹簧，所述滑动块设于所述传动线紧固架内，所述滑动块与所述传动线紧固架滑动连接，所述滑动块设有螺纹，通过所述螺纹所述滑动块与所述传动线紧固螺钉连接，通过所述传动线紧固螺钉所述滑动块在所述传动线紧固架内移动，所述传动线紧固螺钉穿设于所述传动线紧固弹簧，所述传动线与所述滑动块固定连接。

优选地，所述力反馈机械臂传动机构包括被动轮支撑架，所述被动轮支撑架与所述旋转轴固定连接。

优选地，所述被动轮支撑架设有限位柱，所述被动轮设有限位槽，所述限位柱设于所述限位槽内。

优选地，所述力反馈机械臂传动机构包括锁紧螺母，所述旋转轴的另一端设有第一螺纹，所述旋转轴的另一端通过所述第一螺纹与所述锁紧螺母固定连接。

优选地，所述力反馈机械臂传动机构包括垫圈，所述垫圈设于所述锁紧螺母与所述被动轮支撑架之间。

本实用新型提供一种力反馈机械臂传动机构，通过对比轴端编码器与电机端编码器的读数和根据对比结果控制系统来补偿传动线弹性变形而导致的定位误差，实现了提高定位精度的效果。旨在解决现有力反馈机械臂定位精度低的问题。

附图说明

图1是本实用新型一种力反馈机械臂传动机构一实施例的结构示意图；

图2是本实用新型一种力反馈机械臂传动机构一实施例的结构截面示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

为了简化本实用新型的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本实用新型。在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“位于”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面参照附图描述根据本实用新型优选实施例的一种力反馈机械臂传动机构。本实施例中，轴端编码器和电机端编码器分别为绝对式编码器。

结合图1至图2，本实施例中提供的一种力反馈机械臂传动机构1，包括轴端编码器2、电机端编码器3、电机4、旋转轴5、传动线(未在图中标示)、被动轮6和主动轮7，被动轮6与旋转轴5的一端活动连接，轴端编码器2设于被动轮6的内侧壁上，电机4具有前端输出轴(未在图中标示)和后端输出轴(未在图中标示)，主动轮7与前端输出轴连接，电机端编码器3与后端输出轴固定连接，被动轮6通过传动线与主动轮7连接。

安装在电机4的后端输出轴的电机端编码器3记录电机输出轴旋转的角度，安装在被动轮6上的轴端编码器2记录被动轮6相对于旋转轴5转动的角度，对比电机端编码器3和轴端编码器2的读数，根据对比结果相应控制系统对机械臂的定位误差进行补偿，从而可以补偿力反馈设备由于传动线的弹性变形而导致的定位偏差，提高力反馈设备的定位精度。电机端编码器3记录的是电机轴输出轴转动的角度，轴端编码器2记录的是被动轮6相对旋转轴5转动的角度，同时，轴端编码器2记录的也是机械臂传动机构1的关节角度，被动轮6与主动轮7之间转动的角度存在具有一定传动系数的比例。当被动轮6转动带动主动轮7转动时，由于被动轮6通过传动线带动主动轮7转动，而传动线所用材料不论是钢丝绳还是合成材料，均会产生弹性变形，因而导致被动轮6转动与主动轮7转动两者之间的转动角度比值不构成原设定的传动系数比例值，所以通过对比轴端编码器2的读数对电机端编码器3的读数后，对主动轮的转动位置进行一定程度的调节，以消除传动线产生的弹性变形所造成的位置偏差，从而使主动轮7补偿后的转动角度值和原设定理想状态下与被动轮的转动角度具备一定传动系数比例的对应的主动轮7转动角度值一致。例如：理想状态下(即不存在误差)被动轮6转动30度，相应地，主动轮7应转动90度，被动轮6与主动轮7之间的传动系数比例为1:3。当被动轮6转动20度时，传动线由于弹性变形被稍微拉长，主动轮7只转动了58度，但是被动轮6已经达到预定角度，因此需要通过获取电机端编码器3的值对主动轮7的转动位置进行相应的调节，使主动轮7转动的角度达到60度，从而使传动线的位置回到理想状态下不产生弹性变形时对应的位置，进而消除传动线产生弹性变形所带来的误差。通过补偿主动轮7的转动角度值使被动轮6与主动轮7之间的传动尽可能达到理想状态下的效果，消除传动线产生弹性变形所造成的误差，以实现机械臂传动机构1的关节角度测量更精确的效果，进而使机械臂传动机构1末端的定位精度提高。

在本实施例中，轴端编码器2和电机端编码器3均采用绝对式编码器，在出厂前对力反馈机械臂传动机构1校准后，校准的信息保存在力反馈机械臂传动机构1的储存器中，用户在上电使用力反馈机械臂传动机构1时不需再执行繁琐的校准操作，使力反馈机械臂传动机构1操作更加简便。以通过对比轴端编码器2与电机端编码器3的读数和根据对比结果控制系统来补偿传动线弹性变形而导致的定位误差，实现了提高定位精度的效果，解决了现有力反馈机械臂定位精度低的问题。

被动轮6具有轮辐(未在图中标示)，轮辐设有线槽8，传动线部分设于线槽8内。被动轮6上的轮辐设有线槽8，线槽8用于放置传动线，以防止传动线从被动轮6上滑落。被动轮6在旋转轴5上转动，通过传动线带动主动轮7转动，安装在被动轮6上的轴端编码器2记录被动轮6在旋转轴5上转动的角度。被动轮6通过线槽8固定传动线，使传动线在传动的时候固定在被动轮6的线槽8位置上而不会脱离被动轮6。

主动轮7设有螺纹槽(未在图中标示)，传动线设于螺纹槽内，传动线通过螺纹槽与主动轮7连接。主动轮7设有螺纹槽，用于放置传动线。传动线在螺纹槽上缠绕数圈后，沿着被动轮6上的线槽8连接被动轮6，主动轮7通过传动线与被动轮6连接。被动轮6在旋转轴5上转动，通过传动线带动主动轮7转动，进而带动电机输出轴转动，安装在电机4的后端输出轴上的电机端编码器3记录电机输出轴转动的角度。螺纹槽有利于防止传动线在主动轮7转动时由于旋转产生的冲力导致的脱落或者滑离原位置。

轮辐设有多个导向轮9，传动线在多个导向轮9上分别滑动。轮辐两端安装有两个导向轮9，用于引导传动线的走向。在螺纹槽上缠绕数圈后，沿着被动轮6上的线槽8的传动线，绕过两个导向轮9。传动线置于导向轮9上，由导向轮9引导传动，此外，导向轮9的结构能减少传动线传动的阻力，也起到省力的作用。

力反馈机械臂传动机构1设有传动线紧固机构10，传动线紧固机构10包括传动线紧固架11、滑动块(未在图中标示)、传动线紧固螺钉12和传动线紧固弹簧13，滑动块设于传动线紧固架11内，滑动块与传动线紧固架11滑动连接，滑动块设有螺纹(未在图中标示)，通过螺纹滑动块与传动线紧固螺钉12连接，通过传动线紧固螺钉12滑动块在传动线紧固架11内移动，传动线紧固螺钉12穿设于传动线紧固弹簧13，传动线与滑动块固定连接。被动轮6的内侧壁上安装有传动线紧固机构10，用于固定传动线和使传动线处于张紧状态。传动线紧固架11两侧设有带有螺纹孔的圆柱，带有螺纹孔的圆柱用于放置螺丝，传动线紧固架11通过螺丝与被动轮6固定连接。传动线在螺纹槽上缠绕数圈后，沿着被动轮6上的线槽8，绕过两个导向轮9，固定在传动线紧固架11的滑动块上，通过传动线紧固螺钉12和传动线紧固弹簧13对滑动块上的传动线起预紧作用，使传动线一直保持张紧状态。传动线紧固架11内设有滑动块，通过滑动块内的螺纹滑动块与传动线紧固螺钉12连接。传动线固定在滑动块上，通过拧紧传动线紧固螺钉12带动滑动块在传动线紧固架11内滑动，从而使传动线处于张紧状态。传动线紧固架11有利于固定传动线从而利于被动轮6和主动轮7的力反馈作用。

力反馈机械臂传动机构1包括被动轮支撑架14，被动轮支撑架14与旋转轴5固定连接。被动轮支撑架14用于支撑被动轮在旋转轴5上旋转和分担旋转轴5所受的压力。被动轮支撑架14有利于被动轮在旋转轴5上稳定转动。

被动轮支撑架14设有限位柱15，被动轮设有限位槽16，限位柱15设于限位槽16内。被动轮上设有限位凸台，限位凸台呈圆柱状，限位凸台与限位柱15对应的位置设有限位槽16，当被动轮支撑架14上的限位柱15与被动轮上的限位槽16的两端接触连接时，被动轮便停止转动。限位柱15和限位槽16用于限定被动轮转动的角度范围，使被动轮在一定的角度范围内转动，超过该角度范围便不可转动。限位柱15和限位槽16有利于被动轮与主动轮7的始终稳定连接和转动。

力反馈机械臂传动机构1包括锁紧螺母17，旋转轴5的另一端设有第一螺纹(未在图中标示)，旋转轴5的另一端通过第一螺纹与锁紧螺母17固定连接。旋转轴5连接锁紧螺母17，将被动轮支撑架14与被动轮固定贴合连接。锁紧螺母17具有较强的防松抗振能力，有效防止了螺母在使用力反馈机械臂传动机构1时产生振动导致的脱松。

力反馈机械臂传动机构1包括垫圈18，垫圈18设于锁紧螺母17与被动轮支撑架14之间。垫圈18用于分散锁紧螺母17对被动轮支撑架14的压力和锁紧螺母17对被动轮支撑架14的表面的磨损，通过垫圈18增大锁紧螺母17与被动轮支撑架14的接触面积，从而使锁紧螺母17锁紧被动轮支撑架14更加牢固，使锁紧螺母17与被动轮支撑架14紧固贴合连接。

本实用新型实施例提供的一种力反馈机械臂传动机构，通过对比轴端编码器与电机端编码器的读数和根据对比结果控制系统来补偿传动线弹性变形而导致的定位误差，实现了提高定位精度的效果。旨在解决现有力反馈机械臂定位精度低的问题。本实用新型实施例提供的一种力反馈机械臂传动机构，采用双绝对式编码器，使力反馈机械臂传动机构在出厂前将校准信息保存在力反馈机械臂传动机构的储存器中以在之后的上电使用时，不需再执行校准操作，使操作更加简便；通过对比轴端编码器与电机端编码器的读数和根据对比结果控制系统来补偿传动线弹性变形而导致的定位误差，实现了提高定位精度的效果。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。