力和力矩反馈装置及其连接模块的制作方法

本实用新型涉及力/力矩输出领域，具体涉及一种力和力矩反馈装置及其连接模块。

背景技术：

目前市场上的兼具力/力矩输出的反馈设备，基本采用混联的设计结构。只拥有力输出的反馈设备，一般有串联或并联的结构形式。串联结构是一种开式运动链机构，它是由一系列连杆通过转动关节或移动关节串联形成的。并联结构定义为动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，机构具有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的一种闭环机构。混联是运动链中既有串联也有并联的运动形式。

市场上的兼具力/力矩输出的反馈设备大多价格昂贵，且控制和使用方式复杂，并不适用于所有的需求者。而只拥有力输出的反馈设备，无法满足有力矩反馈工况的需求。

技术实现要素：

针对现有设备下无法经济地满足对于力/力矩的反馈输出需求的现状，本实用新型提供了一种结构简单，经济可行，易加工制作的力/力矩反馈装置。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种用于连接两个力和力矩输出设备的连接模块，所述力和力矩输出设备包括基座、机械臂和第一电位计，所述机械臂通过所述第一电位计与所述基座连接，所述连接模块包括两个连接公头、两个手柄、第二电位计以及旋转轴，所述连接公头的上端与所述机械臂连接，所述连接公头的下端安装于所述旋转轴上，所述机械臂的上端可转动地安装于所述旋转轴上并布置在两个连接公头之间，所述第二电位计固定安装于所述连接公头上并与所述手柄配合。

在一个实施例中，所述连接公头与所述手柄通过轴孔配合形成旋转副。

在一个实施例中，所述手柄与所述第二电位计的内圈配合，以测量所述手柄和所述连接公头的旋转角度。

在一个实施例中，所述连接模块还包括弹簧，所述两个手柄中的一个手柄的外形面与另一个手柄的内孔面构成旋转副并与所述复位弹簧耦合，以使得无使用者操作时，所述手柄保持常闭状态。

在一个实施例中，所述连接模块还包括盖板和支撑轴承，所述盖板上设有轴承孔，所述支撑轴承安装在所述旋转轴上并与所述轴承孔配合，所述盖板固结在所述连接公头上。

在一个实施例中，所述连接模块还包括锁紧螺母，所述锁紧螺母安装于所述旋转轴上并限定所述支撑轴承。

在一个实施例中，所述设备包括多个机械臂，所述多个机械臂依次通过第一电位计连接，其中，相邻的基座与机械臂之前以及相邻的多个机械臂之间安装电机，以驱动相邻的机构进行旋转运动。

在一个实施例中，所述手柄的末端设置有便于握持的圆环。

根据本实用新型的另一方面，提供了一种力和力矩反馈装置，所述力和力矩反馈装置包括两个力和力矩输出设备以及连接模块，所述力和力矩输出设备包括基座、机械臂和第一电位计，所述机械臂通过所述第一电位计与所述基座连接，其中，所述连接模块是上述的连接模块。

本实用新型的每个力和力矩输出设备可以提供三自由度的力输出，在本实用新型中通过将两个设备耦合，从而能产生三自由度力，以及可以生成除连接线外的力矩。由于采用本实用新型的技术方案，本实用新型所提供的连接模块，采用简单的连接结构可将两个力和力矩输出设备有效连接，提供额外的力矩反馈，满足力/力矩的反馈输出需求。结构精小，机构运行稳定可靠。

附图说明

图1是本实用新型的力和力矩反馈装置的立体示意图；

图2是图1的A部分的剖视图；

图3是本实用新型连接模块的立体图；以及

图4是本实用新型连接模块的另一立体图。

具体实施方式

以下将结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本实用新型的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本实用新型范围的限制，而只是为了说明本实用新型技术方案的实质精神。

在下文的描述中，出于说明各种公开的实施例的目的阐述了某些具体细节以提供对各种公开实施例的透彻理解。但是，相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节的情况下来实践实施例。在其它情形下，与本申请相关联的熟知的装置、结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。

在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及表示结合实施例所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置“在一个实施例中”或“在一实施例”中的出现无需全都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何方式组合。

在以下描述中，为了清楚展示本实用新型的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。

下面结合附图1-2对本实用新型的实施例进行说明。其中，图1是本实用新型的力和力矩反馈装置的立体示意图，图2是图1的A部分的剖视图。如图1-2所示，力和力矩反馈装置包括两个力和力矩输出设备10、20和连接模块30。连接模块30连接在力和力矩输出设备10、20之间。

力和力矩输出设备(下文简称设备)10包括基座11、机械臂12、13、14、15、16构成。基座11和机械臂12通过电位计(图未示)相连，此电位计可以读取基座11和机械臂12的相对角度位置。基座11和机械臂12之间的运动为机械臂12绕其连接轴的旋转运动，相对角度描述了机械臂旋转后偏离初始状态的角度，即机械臂12旋转过的角度。

机械臂12和机械臂13通过电位计(图未示)相连，电位计可以读取机械臂12和机械臂13的相对角度位置。机械臂13和机械臂14通过电位计(图未示)相连，电位计可以读取机械臂13和机械臂14的相对角度位置。机械臂14和机械臂15通过电位计(图未示)相连，电位计可以读取机械臂14和机械臂15的相对角度位置。机械臂15和机械臂16通过电位计(图未示)相连，电位计可以读取机械臂15和机械臂16的相对角度位置。通过读取上述所有电位计的相对角度可以计算机械臂16相对于基座11的相对角度。

在基座11与机械臂12、机械臂12与机械臂13、机械臂13与机械臂14之间安装有电机(图未示)，从而可以驱动相邻构节进行旋转运动。当机械臂16需要提供某个方向力时，可以将力分算到上述三个电机的扭矩，从而进行施加。

设备20由基座21、机械臂22、23、24、25、26构成。基座21和机械臂22通过电位计(图未示)相连，此电位计可以读取基座21和机械臂22的相对角度位置。机械臂22和机械臂23通过电位计(图未示)相连，电位计可以读取机械臂22和机械臂23的相对角度位置。机械臂23和机械臂24通过电位计(图未示)相连，电位计可以读取机械臂23和机械臂24的相对角度位置。机械臂24和机械臂25通过电位计(图未示)相连，电位计可以读取机械臂24和机械臂25的相对角度位置。机械臂25和机械臂26通过电位计(图未示)相连，电位计可以读取机械臂25和机械臂26的相对角度位置。通过读取上述所有电位计的相对角度可以计算机械臂26相对于基座21的相对角度。

在基座21与机械臂22、机械臂22与机械臂23、机械臂23与机械臂24之间安装有电机(图未示)，从而可以驱动相邻构节进行旋转运动。当机械臂26需要提供某个方向力时，可以将力分算到上述三个电机的扭矩，从而进行施加。

连接模块30由连接公头41、43，手柄35、39，电位计34、36，复位弹簧42，旋转轴31，盖板37、43,支撑轴承40、33，锁紧螺母32、38、组成。连接公头41连接在设备10上，并与手柄39通过轴孔配合形成旋转副。电位计36固结在连接公头41上，手柄39与电位计36内圈配合，以测量手柄39和连接公头41的旋转角度。

手柄39内孔与旋转轴31构成旋转副。手柄39外形面与手柄35的内孔面构成旋转副，两者耦合复位弹簧42，以使得无使用者操作时，手柄35、39保持常闭状态，即如图3中所示的手柄35和39相互接触，而对应的开启状态则指如图4中所示的手柄35和39相互分开。

手柄35的突出轴与连接公头43的内孔构成旋转副，手柄35的突出轴并与电位计34内圈配合，测量手柄35的旋转角度。电位计34固结在连接公头43上。连接公头43连接在设备20上。盖板37固结在连接公头41上，盖板上的轴承孔固结支撑轴承40。

锁紧螺母40与旋转轴31螺纹紧固在支撑轴承40上。类似地，盖板44固结在连接公头43上，盖板44的轴承孔固结支撑轴承33。锁紧螺母31与旋转轴31螺纹紧固在支撑轴承33上。

使用时，使用者握住连接模块30中的手柄35和手柄39，并通过手部的运动带动手柄35和手柄39在空间中运动。由于手柄35、机械臂16、机械臂15、机械臂14、机械臂13、机械臂12和基座11，其相邻的的结构间有旋转关系，因此，手柄35的运动会牵引前述相邻结构间旋转运动。而此旋转运动的相对角度可以通过前述方法测得，而由手柄35、机械臂16、机械臂15、机械臂14、机械臂13、机械臂12和基座11的相对角度，可以得到手柄35在空间中的位置。相似的，手柄39的运动导致了手柄39、机械臂26、机械臂25、机械臂24、机械臂23、机械臂22和基座21间的旋转运动。而由手柄35、机械臂26、机械臂25、机械臂24、机械臂23、机械臂22和基座21的相对角度，可以得到手柄39在空间中的位置。而由手柄35和手柄39的位置可以计算出连接模块30的位置和姿态。当本实用新型需要施加力/力矩时，需要将此力/力矩分算到两个力和力矩输出设备10和20的连接公头41和43上。再由力和力矩输出设备进行力的施加。

每个力和力矩输出设备可以提供三自由度的力输出，即前后方向、上下方向以及左右方向的力的输出。在本实用新型中，通过将两个设备耦合，从而能产生三自由度力，以及可以生成除连接线外的力矩。由于采用本实用新型的技术方案，本实用新型所提供的连接模块，采用简单的连接结构可将两个力和力矩输出设备有效连接，提供额外的力矩反馈，满足力/力矩的反馈输出需求。结构精小，机构运行稳定可靠。

以上已详细描述了本实用新型的较佳实施例，但应理解到，在阅读了本实用新型的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。