本发明涉及机械工程中工业生产的工具领域，具体涉及一种助力机械手。
背景技术：
传统的搬运方式，如果遇到了比较难以搬运的工件，这个时候就需要几个人同时来搬运，如果距离比较远的时候还需要花费很长的时间。这些事情对我们来说都会带来一定的人力和物力上的浪费，最终就会更多的增加成本。机械手作为工业生产中的搬运工具已经广为应用。大部分机械手为专用的工具，基本上只为完成某一项或者几项功能的工作装置，它按照固定程式工作。通用的机械手大都是具有相当智能的装置，一般需要相当高级别的智能软件和控制系统才能工作，其缺点是成本过高，可靠性较低。即使是再高的智能也无法达到人的程度。工业生产中经常会遇到较大质量工件的装卸，也会遇到安放位置比较特殊，如过高、过低、过深、过远等情况。假如都采用专业机械手，造成资源和成本的极大浪费；假如都采用通用智能机械手，无法满足特定的需要。
助力机械手是一种新颖的、用于物料搬运及安装时省力操作的助力工具。操作者用手操作手柄，就可以把重物正确地放到空间中的任何位置。由于具有简单直观、操作便捷、安全高效等特点，助力机械手广泛应用于现代工业中的物料移载、高频率搬运、定位、部件装配等场合。从接受原材料和物料开始，一直到加工、生产、保管及配送等物料流动过程中的每一个环节，助力机械手所发挥的作用是令人瞩目的。正确使用相应的物料移载方法和手段，对于各行业中，重物的移载、搬运现场的操作人员的健康、安全，进而其作业的合理性、劳动力的节省、生产效率的提高、产品品质的保障等多方面都有极大改善。
技术实现要素：
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种助力机械手，手臂包括铰接连接的大关节臂、小关节臂和夹持组件，平面移动的手臂通过运动连接机构连接升降驱动机构，手臂上安装力感应手柄感应其上施加的z向力，并通过控制升降驱动机构移动，达到举重若轻的目的。
本发明还提供一种助力机械手，斜梁结构的大关节臂具有空洞部位，空洞部位能够收纳小关节臂和夹持组件，减小机械手占用空间，便于收纳。
本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：
一种助力机械手，包括：
手臂，包括大关节臂、小关节臂和夹持组件，所述小关节臂的两端分别通过铰链与所述夹持组件、大关节臂的一端铰接：其中，所述大关节臂上设有第一锁紧件；
转接件，其与大关节臂另一端通过x向铰接轴进行铰接，使大关节臂绕x向铰接轴转动；
锁紧机构，其固定在所述转接件上；当所述大关节臂绕x向铰接轴转动至贴紧转接件，所述锁紧机构与第一锁紧件锁合，使大关节臂与所述转接件固定连接；
连接件，其与所述转接件通过z向铰接轴进行铰接，使固定连接的转接件和手臂同时绕z向铰接轴转动；
升降驱动机构，其与所述连接件连接，用于驱动连接件、转接件和手臂沿z向移动；
力感应手柄，其固定在所述手臂上，用于检测其上施加的z向力的大小、方向；
控制系统，其电连接所述力感应手柄和升降驱动机构；
当对力感应手柄施加z向力，所述力感应手柄检测到所述z向力的大小、方向，所述控制系统接收力感应手柄的信号，并控制所述升降驱动机构移动，所述移动的方向与z向力相同，所述移动的速度与所述z向力的大小正相关。
优选的是，所述大关节臂为一斜梁构件，其上设有用于收纳小关节臂和夹持组件的空洞部位；
其中，小关节臂上设有第一插销孔，所述大关节臂上设有第二插销孔；当所述小关节臂和夹持组件收纳入所述空洞部位时，所述第一插销孔和第二插销孔同轴心；以及
插销，其插入所述同轴心的第一插销孔和第二插销孔内，用于锁定所述大关节臂和小关节臂。
优选的是，所述锁紧机构包括：
螺柱，其与所述转接件螺纹连接；
凸轮，其套设在所述螺柱上并绕所述螺柱旋转；
其中，所述凸轮的径向设有螺旋曲面，所述第一锁紧件为槽孔；
当所述手臂绕x向铰接轴转动至贴紧转接件，所述凸轮位于槽孔的正上方，凸轮绕所述螺柱旋转，所述螺旋曲面锁合所述槽孔；
当所述螺旋曲面从所述槽孔中滑出，所述大关节臂连同小关节臂、夹持组件绕x向铰接轴转动，直至平行于z向。
优选的是，所述螺旋曲面的螺旋升角不大于3度。
优选的是，所述夹持组件包括：
壳体，其为轴对称结构并通过铰链铰接于所述小关节臂；
一对夹瓣，其沿所述壳体的对称轴对称并通过第一铰链铰接在所述壳体内，所述夹瓣绕第一铰链相对于壳体做回转运动；
一对直线导轨，其沿所述对称轴对称的固定在所述夹瓣上；
一对第一滑块，其沿所述对称轴对称并与所述直线导轨滑动连接，所述第一滑块沿所述直线导轨滑动；
滑块连接块，其上开设中心通孔并沿所述对称轴对称；其中，一对第一滑块分别通过第二铰链铰接在所述滑块连接块的两侧；
第一丝杠，其与所述对称轴重合并通过轴承固定在壳体内；
第一螺母，其旋转连接所述第一丝杠并固定在所述中心通孔内，用于将第一丝杠的旋转运动转化为滑块连接块的直线运动；
伺服电机，其与所述第一丝杠通过第一同步带机构连接，用于驱动所述第一丝杠旋转运动；
其中，两个第二铰链的中心距大于两个第一铰链的中心距，两个第二铰链的连线与两个第一铰链的连线平行。
优选的是，所述壳体内表面上固定有槽，所述力感应手柄远离手柄的一端固定在槽内。
优选的是，所述升降驱动机构包括：
丝杠螺母副，其螺母与所述连接件固定连接，用于将丝杠的旋转运动转化为连接件的直线运动；
导轨滑块机构，其滑块与所述连接件固定连接，用于引导连接件沿导轨直线运动；
其中，所述导轨和丝杠平行于z向；
伺服电动机，其与所述丝杠通过同步带机构进行传动，用于驱动所述丝杠旋转；
支撑架，其平行于所述z向；其中，所述支撑架的横断面为u型，周围加设筋板；
其中，所述导轨通过垫条固定在支撑架上，所述丝杠通过轴承固定在所述支撑架上，所述支撑架的底面固定在地面上或通过滑轮支撑在地面上。
优选的是，所述夹瓣上设置定位止口，用于安装和更换不同的工具。
优选的是，所述夹瓣的内侧镶装摩擦阻力构件。
优选的是，所述小关节臂上开设贯通的槽孔。
本发明的有益效果是：1、本发明的助力机械手，只相当于拓展人手的施力能力，对状态、位置的控制仍然依靠人的智力实现，无需极端复杂的人工智能。2、特别适宜于在工件的大小、形状、重量、安装位置、姿态纷繁变化的场合，使得工件在机器设备上的工作位置的改变，包括装卸过程，简单方便，省时省力。3、自动感应人手施力大小，据此自动增减工件运动速度。4、根据需要，机械手的支架可以在三维空间内移动位置，以扩大使用范围。
附图说明
图1本发明的助力机械手的整体结构图。
图2本发明的助力机械手的整体结构图。
图3本发明的夹持组件的整体结构图。
图4本发明的夹持组件的主视剖视图。
图5本发明的夹持组件的侧视剖视图。
图6本发明的小关节臂的整体结构图。
图7本发明的小关节臂的主视图。
图8本发明的大关节臂的整体结构图。
图9本发明的大关节臂的局部剖视图。
图10本发明的运动连接机构中转接件、连接件的连接示意图。
图11本发明的运动连接机构中转接件、连接件的剖视图。
图12本发明的运动连接机构中锁紧机构的整体结构图。
图13本发明的运动连接机构中锁紧机构的剖视图。
图14本发明的升降驱动机构的整体结构图。
图15本发明的升降驱动机构的剖视图。
图16本发明的力感应手柄的剖视图。
图17本发明的助力机械手的剖视图。
图18为图17的局部放大图。
图19本发明的助力机械手的小关节臂的收藏状态图。
图20本发明的助力机械手的手臂的垂放状态图。
图21本发明的力感应手柄的槽的结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
图1、17和18示出了一种助力机械手，位于x-y-z三维坐标系中(z代表重力方向，xy面模拟水平面)，包括手臂100、运动连接机构200、升降驱动机构300、力感应手柄400和控制系统，所述运动连接机构200分别连接手臂100和升降驱动机构300，升降驱动机构300通过运动连接机构200带动手臂100沿z向上下移动，感应手柄400固定在所述手臂100上，当对手柄410施加向上的作用力时，手臂100自动跟随向上移动，反之向下移动，从而达到克服重力作用的效果。
手臂100上设有第一锁紧件；如图2所示，所述手臂100包括夹持组件110、小关节臂120、大关节臂130、小关节铰链140和大关节铰链150。如图3所示，夹持组件110用于夹持工件，其上开设连接孔117。如图6-7所示，小关节臂120为扁平梁类构件，扁平梁类构件两端开设分别开设第一圆孔121、第二圆孔122。如图8-9所示，大关节臂130为斜梁构件，斜梁构件一端开设第三圆孔131，所述第三圆孔的中心轴平行于z向，其另一端上开设第四圆孔132，所述第四圆孔132的中心轴垂直于z向，矩形槽孔133开设在所述第四圆孔132的上部。进一步的是，所述连接孔117、小关节铰链140和第一圆孔121组成铰接安装副，使夹持组件110绕小关节铰链140转动，所述小关节铰链140平行于所述z向。进一步的是，所述第二圆孔122、大关节铰链150和第二圆孔122组成铰链安装副，使小关节臂120、夹持组件110同步绕大关节铰链150转动，绕大关节铰链150平行于所述z向。手臂100绕小关节铰链140、大关节铰链150和铰链230的自由转动，可以在xy平面内作三自由度的运动，使手臂100的活动范围更大。
见图10、17和18，运动连接机构200包括：横向铰链210、转接件220、铰链230、连接件240和锁紧机构250。见图11，转接件220包括：铰链内安装孔221、螺纹孔222、铰链安装座223。连接件240包括：通孔241、滑块连接块242、铰链外安装孔243。
转接件220为长方体结构，其长边平行于z向，所述两个铰链内安装孔221对称开设在垂直于z向的两端面上，所述螺纹孔222开设在转接件220朝向手臂110的端面上部，所述铰链安装座223开设在转接件220朝向手臂110的端面底部。其中，所述横向铰链210、铰链安装座223和手臂110上的第四圆孔132组成铰接安装副，使手臂100绕横向铰链210转动，手臂100的转动范围是：所述手臂100绕x向铰接轴转动至贴紧转接件220，手臂100垂直于z轴(见图19)；所述手臂100绕x向铰接轴转动至平行于z轴(见图20)。其中，所述横向铰链210平行于x向，实现手臂绕x向旋转。
锁紧机构250螺纹固定在所述转接件220的螺纹孔222上；当所述手臂绕x向铰接轴转动至贴紧转接件220，所述锁紧机构250与第一锁紧件锁定，使手臂100与所述转接件220固定连接；
连接件240的滑块连接块242由竖板242a和两块横板242b组成，竖板242a平行于z向，横板242b垂直于z向，两块横板242b的一端固定在竖板242a上，两横板242b的距离稍大于转接件220的长度，所述转接件220放置于所述两横板242b之间，两横板242b对应铰链内安装孔221的位置开设铰链外安装孔243，所述铰链内安装孔221、铰链外安装孔243和铰链230组成铰接安装副，使转接件220绕铰链230转动，手臂100也随转接件220同步转动。其中，所述铰链230平行于z向，实现手臂100绕z向的旋转。进一步的是，所述转接件220与竖板242a之间有防护板，防护板与转接件220之间有间隔，防止转接件220转动时发生干涉。优选的是，所述转接件220朝向防护板的一端为光滑弧面结构，进一步避免转接件220转动时发生干涉。
升降驱动机构300与所述连接件240的通孔241连接，驱动连接件240沿z向上下移动，转接件220和手臂100随连接件240同步移动。所述升降驱动机构采用电动驱动或气动驱动等多种方式带动连接件240沿z向移动，能够带动连接件240移动的装置均落入本发明的保护范围内。
力所述力感应手柄400包括：手柄410、弹性元件420、应变元件430、哑铃型通孔440，所述弹性元件420、应变元件430和哑铃型通孔440构成力检测传感器，所述弹性元件420的一端螺纹紧固在所述手臂100上，另一端通过螺纹固定连接所述手柄410。弹性元件420为一个长方体构件，其中间开设如16图示的哑铃型通孔440，两个应变元件430粘贴在长方体构件上，进一步的是，其粘贴在哑铃型通孔440两端上方的长方体构件外表面处。要点是，力检测感应器件感应作用于手柄410上的力在z向方向的力。当对手柄410施加z向力时，与手柄410通过螺纹固定连接的力检测传感器会感知力的大小及方向，从而将感应信号传递给控制系统，最终控制系统控制升降驱动机构300的升降速度和方向。控制系统连接所述力感应手柄400的力检测传感器和升降驱动机构300，当对手柄410施加作用力时，力检测感应器件将感应信号传输至控制系统的信息采集卡，将信号于计算机上显示出来，并用控制系统的驱动器驱动升降驱动机构的移动速度，移动的速度与施加的力紧密相关，基本上符合牛顿第二定律。
本实施例的助力机械手的手臂100能够实现三种运动，即沿z向上下移动、绕x向旋转和绕z向旋转，手臂100在xy平面内的活动范围大，便于手臂100夹持xy平面内工件，并夹持工件沿z向上下移动。
在另一实施例中，所述大关节臂130的斜梁构件内部开设空洞部位134，所述空洞部位134的体积能够满足收纳小关节臂120和夹持组件110的要求。进一步的是，所述小关节臂120靠近第二圆孔122的一端开设槽口123，以保证小关节臂120合拢在空洞部位134内部时不产生干涉。图19和20为小关节臂120和夹持组件110收纳入空洞部位134的示意图；进一步的是，所述小关节臂120设有第一插销孔124，所述大关节臂130设有第二插销孔135，当所述小关节臂120收纳入所述空洞部位134时，所述第一插销孔124和第二插销孔135同轴心；以及插销136，所述插销136插入第一插销孔124和第二插销孔135内，用于将小关节臂120锁定在空洞部位134内，防止滑出。本实施例的收纳设计能够节省助力机械臂存放的空间，便于助力机械臂的存放。
在另一实施例中，如图12-13所示，所述锁紧机构250包括凸轮251、套筒252、螺柱253、手柄254和螺旋曲面255，所述凸轮251开设中心通孔，所述套筒252布设在所述中心通孔内并且同轴心；所述螺柱253套设在套筒252内，使凸轮251能够绕螺柱253旋转。进一步的是，所述螺柱253的一端开设外螺纹，另一端的螺帽直径大于所述中心通孔，螺柱253的外螺纹端穿过套筒252后，与转接件220上的螺纹孔222螺纹连接，旋转螺柱253直至凸轮251贴在转接件220，进一步的是，凸轮251和转接件220间有间隙，防止凸轮251和转接件220之间产生摩擦力，减小凸轮251旋转的阻力；进一步的是，所述凸轮251的径向设有螺旋曲面255和手柄254，螺旋曲面255和手柄254之间的圆心角为90度，所述手柄254为圆柱体结构，便于人手抓握圆柱体结构，施加外力与手柄254上，手柄254带动凸轮251绕螺柱253旋转。进一步的是，见图18，第一锁紧件为矩形凹槽133，其开设在手臂100上。当所述手臂100绕横向铰链210转动至贴紧转接件220，所述锁紧机构250位于矩形凹槽133的正上方，施加外力与手柄254，凸轮251绕所述螺柱253旋转，所述螺旋曲面255滑入所述矩形凹槽133中，将手臂100锁定使其不能绕横向铰链210转动，所述手臂100的锁定状态详见图18。
在另一实施例中，螺旋曲面255的螺旋升角不大于3°角，保证自锁。优选的是，所述螺旋升角为3度。本实施例的锁紧机构250的作用为：当所述手臂100绕横向铰链210转动至贴紧转接件220，施加外力与手柄254，凸轮251绕螺柱253旋转，直至凸轮251的螺旋曲面255滑入矩形凹槽133中，将手臂100锁定使其不能绕横向铰链210转动，所述手臂100的锁定状态详见图18，使手臂100、运动连接机构200锁定成一体，升降驱动机构300带动锁定成一体的手臂100和运动连接机构200沿z向上下移动，保证传动稳定，这是锁紧机构的锁紧工作状态。通过操纵手柄254，当锁紧机构的螺旋曲面255处在所述矩形凹槽133中的部分渐渐减少时，所述横向铰链210绕x向铰接轴转动，直至螺旋曲面255与所述矩形凹槽133彻底分离，大关节臂130连同小关节臂120、夹持组件110可以向下折叠，以减小存放时的体积，这是锁紧机构的松开工作状态(见图20)。这两个工作状态，除非人为干预，否则不会改变工作状态。
在另一实施例中，图3-4示出了所述夹持组件的一种实现形式，夹持组件110包括：壳体111、夹瓣112、夹瓣驱动单元113和第一铰链114。
所述壳体111为沿对称轴对称的中空结构；所述连接孔117开设在所述壳体111的一端上。一对夹瓣112沿所述对称轴对称布设，夹瓣112的一端伸入所述壳体111后，通过第一铰链114铰接在壳体111内，两个夹瓣112的另一端用于夹持工件；
夹瓣驱动单元113包括：伺服电机113a、同步带机构113b、第一丝杠螺母副113c、第一滑块113d、滑块连接块113e、直线导轨副113f、第二铰链113g。一对直线导轨113f对称布设在所述对称轴两侧，分别固定在所述夹瓣112伸入壳体111内的部分上；其中，一对第一滑块113d布设在所述对称轴两侧，所述第一滑块113d朝向直线导轨113f的侧面上开设滑槽，所述直线导轨113f设置于所述滑槽内，使第一滑块113d沿直线导轨113f滑动。滑块连接块113e沿所述对称轴对称，其沿对称轴对称的一端通过第二铰链113g铰接所述第一滑块113d的另一端，滑块连接块113e的另一端通过第二铰链113g铰接第二个第一滑块113d的另一端。其中，所述滑块连接块113e上开设中心通孔；第一丝杠螺母副113c包括第一螺母、与第一螺母旋转连接的第一丝杠。进一步的是，第一丝杠与所述对称轴重合，其两端分别通过轴承固定在壳体111内；第一螺母固定在所述中心通孔内，用于将第一丝杠的旋转运动转化为滑块连接块的直线运动；伺服电机113a与所述第一丝杠通过同步带机构113b连接，用于驱动所述第一丝杆旋转运动。
本实施例的夹持组件110的工作过程为：伺服电机113a旋转，通过同步带机构113b传动至所述第一丝杆，所述第一丝杆在轴承的支撑下旋转，带动第一螺母沿第一丝杠直线运动，同时，滑块连接块113e与所述第一螺母同步移动，带动第一滑块113d沿直线导轨副113f的滑槽移动，从而驱动夹瓣112开合，进行夹持或放开工件的动作。
在另一实施例中，所述力感应手柄400固定在所述手臂100的夹持组件110上。如图21所示，壳体111上有一个中空的槽118和通孔，槽118宽度与所述弹性元件420的宽度相等，当所述弹性元件420置于槽118内，用螺栓将弹性元件420固定在槽118的端壁上，使弹性元件420可靠的固定在壳体111内；进一步的是，手柄410穿过所述通孔后与弹性元件420固定连接。本实施例中的固定在夹持组件110上的力感应手柄400，便于操作人员握持，方便工作。
在另一实施例中，见图14-15，示出了上述实施例中的升降驱动机构300的一种实现形式，其包括支撑架310、驱动单元320。所述支撑架310包括：大圆盘311、地脚螺栓孔312、支撑板313、垫条314。驱动单元320包括：伺服电动机321、同步带机构322、丝杠螺母副323、导轨滑块机构324。
如图15所示，所述大圆盘311上开设多个地脚螺栓孔312，螺栓穿过地脚螺栓孔312后固定在水平面上，用于支撑大圆盘311保持水平。所述支撑板313是一个断面为u型的结构件，所述结构件垂直固定在大圆盘311上，使所述结构件的长度方向与z向平行，进一步的是，所述u型的结构件内部具有容纳所述丝杠螺母副323、导轨滑块机构324的空间。所述垫条314固定在支撑板313的内壁上。支撑板的u型结构内部有三角形筋板，稳固支撑板；另外本发明还具有防护装置，它包括防护构件、地面适应部件等。防护构件包括可伸缩性防护板、不可伸缩性防护板、防护板滑槽、粘胶扣、电机和皮带外罩等等。
如图15所示，驱动单元320包括伺服电动机321、同步带机构322、丝杠螺母副323和导轨滑块机构324。伺服电动机321的壳体固定在支撑板313上，其输出的转矩和转速通过同步带机构322传输至丝杠螺母副323。
如图18所示，丝杠螺母副323包括丝杠323a、套设在丝杠323a上的螺母323b，丝杠323a上端通过轴承固定在支撑板313内，下端悬空；进一步的是，丝杠323a穿出轴承的端头与同步带机构322连接，同步带机构322与伺服电动机321的输出轴连接，保证丝杠323a在伺服电动机321的驱动下旋转运动；进一步的是，所述连接件240通过通孔241套设在所述丝杠323a上，并将螺母323b连接紧固在通孔241内，连接件240可沿丝杠323a上下移动和转动；进一步的是，为限定连接件240沿丝杠323a转动，连接件240的滑块连接块424与导轨滑块机构324固定连接，所述导轨滑块机构324引导连接件240上下移动，并限定连接件240不能沿丝杠323a转动。具体的实现形式见图18：导轨滑块机构324包括与z向平行的导轨324a、滑块324b，滑块324b设有与z向平行的滑槽，所述滑槽的内径稍大于所述导轨324a的外径，滑块324b套设在所述导轨324a上并可沿导轨324a上下移动；进一步的是，所述导轨324a通过垫条314固定在支撑板313上，使导轨滑块机构324稳固的连接在支撑架310上；进一步的是，滑块324b的另一端固定连接滑块连接块424，通过滑块324b限定连接件240不能沿丝杠323a转动，只能沿滑槽上下移动。重要的是，所述丝杠323a和螺母323b螺纹连接，当所述丝杠323a旋转运动，被限定转动的螺母323b将旋转运动转化为沿丝杠323a的直线运动，从而带动与螺母323b固定的连接件240做上下直线运动。
本实施例的传动过程为：伺服电动机321输出转速和转矩，通过同步带机构322传动至丝杠螺母副323a，所述丝杠螺母副323a起到将伺服电动机321的旋转运动转化为直线运动的作用，所述导轨滑块机构324引导丝杠螺母副323a沿导轨324a平行于z向移动，带动与螺母323b连接的连接件240沿z向移动，通过转接件220而起到带动手臂110沿z向移动的作用。
在另一实施例中，所述夹瓣112夹持工件的一侧上设有摩擦材料构件115和内孔型槽116，摩擦材料构件115橡胶材质的，用机械方法和粘结方法相结合再紧固，增大夹瓣112与工件间的摩擦力。内孔型槽116的用于安装和更换不同的工具。如需要平面托举时，这个工具就是一个可以牢靠定位的平面件；如需要中心起吊，则这个工具就是个可以安装起吊工具的件。
在另一实施例中，所述小关节臂120上开设贯通的槽孔125，减轻小关节臂120重量，减轻升降驱动机构300带动手臂向上移动的阻力。
在另一实施例中，用滑轮替代上一实施例中的地脚螺栓，滑轮固定在大圆盘的底部，使助力机械臂在需要的时候做平面运动。
本发明的助力机械臂的功能为：
1、第一功能，手臂通过小关节铰链140、大关节铰链150、铰链230自由转动，使得手臂可以在平面内作三自由度的运动。以铰链230回转中心为圆心，以夹持组件110、小关节臂120、大关节臂130构成的组合体的最大长度为半径，手形夹持组件110可以到达平面内不小于180°的扇形面积上的任意位置。2、第二个功能是，手形夹持组件110、小关节臂120、大关节臂130构成的组合体绕横向铰链210的回转中心转动。转动方向向下，转动最大角度90°，转动条件是松开锁紧机构250，当锁紧机构250处于锁紧状态，能保证手形夹持组件110、小关节臂120、大关节臂130构成的组合体绕横向铰链210转动，进一步的是，升降驱动机构300可以带动这个组合体做上下移动运动。当锁紧机构250松开，允许组合体向下转动；以上可见，本发明的助力机械臂可以实现在空间内的x、y、z、c(所述c向定义为绕横向铰链230、铰链140和铰链150转动)四个自由度运动。3、在xy平面内，在忽略惯性力的情况下，手形夹持组件110可以随人手作平面内任意自由运动，而不需要施加作用力，其运动状态完全由人手感知。但在z向(也就是重力方向)，为了达到与平面运动同样的效果，在力感应手柄400和控制系统的作用下，当对手柄410施加向上的作用力时，升降驱动机构300带动组合体自动跟随向上移动，反之向下移动。移动的速度与施加的力紧密相关，基本上符合牛顿第二定律，从而达到克服重力作用的效果。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。