專利名稱:一種可實現(xiàn)三維平動一維轉(zhuǎn)動的并聯(lián)手術(shù)機(jī)械手的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實用新型涉及機(jī)器人領(lǐng)域,特別是一種可實現(xiàn)三維平動一維轉(zhuǎn)動的并聯(lián)手術(shù)機(jī)械手。
技術(shù)背景 并聯(lián)機(jī)構(gòu)是一種動平臺和定平臺通過至少兩個獨(dú)立的運(yùn)動鏈相連接,有兩個或兩個以上自由度,且以并聯(lián)方式驅(qū)動的機(jī)構(gòu),具有精度較高、結(jié)構(gòu)緊湊、剛度高、承載能力大強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),在運(yùn)動模擬器、并聯(lián)機(jī)床、微操作機(jī)器人、抓取機(jī)器人等方面取得了較好的應(yīng)用。但現(xiàn)有的并聯(lián)機(jī)構(gòu)基本都是分支不含閉環(huán)的,對于自由度數(shù)大于支鏈數(shù)的并聯(lián)機(jī)構(gòu),有些支鏈必須設(shè)置兩個或兩個以上的原動件,這就不得不將電機(jī)安裝在支鏈的關(guān)節(jié)處,從而導(dǎo)致機(jī)構(gòu)剛性差、慣量大、關(guān)節(jié)誤差累積等問題,機(jī)構(gòu)動力學(xué)性能較差,控制困難。手術(shù)用機(jī)器人是要求非常高的高精準(zhǔn)儀器,傳統(tǒng)的串聯(lián)機(jī)器人難以達(dá)到其使用要求,采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)可滿足手術(shù)用機(jī)器人的精確運(yùn)動的要求。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種可實現(xiàn)三維平動一維轉(zhuǎn)動的并聯(lián)手術(shù)機(jī)械手,解決傳統(tǒng)自由度數(shù)大于支鏈數(shù)的并聯(lián)手術(shù)機(jī)械手剛性差、慣量大、關(guān)節(jié)誤差累積等問題。本實用新型通過以下技術(shù)方案達(dá)到上述目的一種可實現(xiàn)三維平動一維轉(zhuǎn)動的并聯(lián)手術(shù)機(jī)械手,包括第一 RPRPR閉環(huán)子鏈、第二 RPRPR閉環(huán)子鏈和執(zhí)行機(jī)構(gòu)子鏈,其機(jī)構(gòu)和鏈接方式為所述第一 RPRPR閉環(huán)子鏈由第一連桿、第二連桿、第三連桿、第四連桿以及機(jī)架連接而成,第一連桿通過第一轉(zhuǎn)動副連接到機(jī)架上,第一連桿另一端通過第一移動副與第二連桿連接,第二連桿另一端通過第二轉(zhuǎn)動副與第三連桿連接,第三連桿另一端通過第二移動副與第四連桿連接,第四連桿另一端通過第三轉(zhuǎn)動副連接到機(jī)架上,第一連桿由第一伺服電機(jī)驅(qū)動,第四連桿由第二伺服電機(jī)驅(qū)動,所述第二 RPRPR閉環(huán)子鏈由第五連桿、第六連桿、第七連桿、第八連桿以及機(jī)架連接而成,第五連桿通過第四轉(zhuǎn)動副連接到機(jī)架上,第五連桿另一端通過第三移動副與第六連桿連接,第六連桿另一端通過第五轉(zhuǎn)動副與第七連桿連接,第七連桿另一端通過第四移動副與第八連桿連接,第八連桿另一端通過第六轉(zhuǎn)動副連接到機(jī)架上,第五連桿由第三伺服電機(jī)驅(qū)動,第八連桿由第四伺服電機(jī)驅(qū)動,所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)子鏈由第一轉(zhuǎn)臺、第二轉(zhuǎn)臺、第九連桿、第十連桿、第十一連桿、第十二連桿以及動平臺連接而成,第一轉(zhuǎn)臺通過第二轉(zhuǎn)動副與第二連桿連接,第一轉(zhuǎn)臺通過第七轉(zhuǎn)動副與第九連桿連接,第一轉(zhuǎn)臺通過第八轉(zhuǎn)動副與第十連桿連接,第九連桿另一端通過第九轉(zhuǎn)動副與動平臺連接,第十連桿另一端通過第十轉(zhuǎn)動副與動平臺連接,第二轉(zhuǎn)臺通過五轉(zhuǎn)動副與第六連桿連接,第二轉(zhuǎn)臺通過第十一轉(zhuǎn)動副與第十一連桿連接,第二轉(zhuǎn)臺通過第十二轉(zhuǎn)動副與第十二連桿連接,第十一連桿另一端通過第九轉(zhuǎn)動副與動平臺和第九連桿連接,第十二連桿另一端通過第十三轉(zhuǎn)動副與動平臺連接。第一轉(zhuǎn)臺和第二轉(zhuǎn)臺在平面內(nèi)的運(yùn)動可實現(xiàn)動平臺在空間的四自由度運(yùn)動,所述第一轉(zhuǎn)動副、第二轉(zhuǎn)動副、第三轉(zhuǎn)動副、第四轉(zhuǎn)動副、第五轉(zhuǎn)動副、第六轉(zhuǎn)動副的旋轉(zhuǎn)軸線相互平行 ,第七轉(zhuǎn)動副、第八轉(zhuǎn)動副、第九轉(zhuǎn)動副、第十轉(zhuǎn)動副、第i^一轉(zhuǎn)動副、第十二轉(zhuǎn)動副、第十三轉(zhuǎn)動副的旋轉(zhuǎn)軸線相互平行,第九連桿與第十連桿等長平行,第十一連桿與第十二連桿等長平行。本實用新型的突出優(yōu)點(diǎn)在于I、驅(qū)動電機(jī)均安裝在機(jī)架上,桿件都可以做成輕桿,有效降低機(jī)構(gòu)重量,機(jī)構(gòu)剛性好、慣量小,動力學(xué)性能好;2、通過兩個對稱結(jié)構(gòu)的閉環(huán)子鏈控制動平臺運(yùn)動輸出,機(jī)構(gòu)運(yùn)動學(xué)正、逆問題求解容易,控制方便;3、通過在動平臺上安裝手術(shù)刀等手術(shù)工具來完成手術(shù)動作任務(wù)。
圖I為本實用新型所述一種可實現(xiàn)三維平動一維轉(zhuǎn)動的并聯(lián)手術(shù)機(jī)械手的第一結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本實用新型所述一種可實現(xiàn)三維平動一維轉(zhuǎn)動的并聯(lián)手術(shù)機(jī)械手的第二結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實用新型所述一種可實現(xiàn)三維平動一維轉(zhuǎn)動的并聯(lián)手術(shù)機(jī)械手的第一工作示意圖。圖4為本實用新型所述一種可實現(xiàn)三維平動一維轉(zhuǎn)動的并聯(lián)手術(shù)機(jī)械手的第二工作示意圖。圖5為本實用新型所述一種可實現(xiàn)三維平動一維轉(zhuǎn)動的并聯(lián)手術(shù)機(jī)械手的第三工作示意圖。圖6為本實用新型所述一種可實現(xiàn)三維平動一維轉(zhuǎn)動的并聯(lián)手術(shù)機(jī)械手的第四工作示意圖。圖7為本實用新型所述一種可實現(xiàn)三維平動一維轉(zhuǎn)動的并聯(lián)手術(shù)機(jī)械手的第五工作示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。對照圖I和圖2,一種可實現(xiàn)三維平動一維轉(zhuǎn)動的并聯(lián)手術(shù)機(jī)械手,包括第一RPRPR閉環(huán)子鏈、第二 RPRPR閉環(huán)子鏈和執(zhí)行機(jī)構(gòu)子鏈。所述第一 RPRPR閉環(huán)子鏈由第一連桿3、第二連桿4、第三連桿8、第四連桿9以及機(jī)架I連接而成,第一連桿3通過第一轉(zhuǎn)動副2連接到機(jī)架I上,第一連桿3另一端通過第一移動副30與第二連桿4連接,第二連桿4另一端通過第二轉(zhuǎn)動副28與第三連桿8連接,第三連桿8另一端通過第二移動副與第四連桿9連接,第四連桿9另一端通過第三轉(zhuǎn)動副10連接到機(jī)架I上,第一連桿3由第一伺服電機(jī)34驅(qū)動,第四連桿9由第二伺服電機(jī)35驅(qū)動。[0023]所述第二 RPRPR閉環(huán)子鏈由第五連桿20、第六連桿21、第七連桿25、第八連桿26以及機(jī)架I連接而成,第五連桿20通過第四轉(zhuǎn)動副19連接到機(jī)架I上,第五連桿另一端通過第三移動副32與第六連桿21連接,第六連桿21另一端通過第五轉(zhuǎn)動副29與第七連桿25連接,第七連桿25另一端通過第四移動副33與第八連桿26連接,第八連桿26另一端通過第六轉(zhuǎn)動副27連接到機(jī)架I上,第五連桿20由第三伺服電機(jī)36驅(qū)動,第八連桿26由第四伺服電機(jī)37驅(qū)動。所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)子鏈由第一轉(zhuǎn)臺5、第二轉(zhuǎn)臺24、第九連桿12、第十連桿11、第i^一連桿18、第十二連桿17以及動平臺14連接而成,第一轉(zhuǎn)臺5通過第二轉(zhuǎn)動副28與第二連桿4連接,第一轉(zhuǎn)臺5通過第七轉(zhuǎn)動副7與第九連桿12連接,第一轉(zhuǎn)臺5通過第八轉(zhuǎn)動副6與第十連桿11連接,第九連桿12另一端通過第九轉(zhuǎn)動副15與動平臺14連接,第十連桿11另一端通過第十轉(zhuǎn)動副13與動平臺14連接,第二轉(zhuǎn)臺24通過五轉(zhuǎn)動副29與第六連桿21連接,第二轉(zhuǎn)臺24通過第^ 轉(zhuǎn)動副22與第—連桿18連接,第二轉(zhuǎn)臺24通過第十二 轉(zhuǎn)動副23與第十二連桿17連接,第i^一連桿18另一端通過第九轉(zhuǎn)動副15與動平臺14和第九連桿12連接,第十二連桿17另一端通過第十三轉(zhuǎn)動副16與動平臺15連接。第一轉(zhuǎn)臺5和第二轉(zhuǎn)臺24在平面內(nèi)的運(yùn)動可實現(xiàn)動平臺14在空間的4自由度運(yùn)動。所述第一轉(zhuǎn)動副2、第二轉(zhuǎn)動副28、第三轉(zhuǎn)動副10、第四轉(zhuǎn)動副19、第五轉(zhuǎn)動副29、第六轉(zhuǎn)動副27的旋轉(zhuǎn)軸線相互平行,第七轉(zhuǎn)動副7、第八轉(zhuǎn)動副6、第九轉(zhuǎn)動副15、第十轉(zhuǎn)動副13、第十一轉(zhuǎn)動副22、第十二轉(zhuǎn)動副23、第十三轉(zhuǎn)動副16的旋轉(zhuǎn)軸線相互平行,第九連桿12與第十連桿11等長平行,第十一連桿18與第十二連桿17等長平行。對照圖3和圖4,第一轉(zhuǎn)臺4和第二轉(zhuǎn)臺21在運(yùn)動空間內(nèi)運(yùn)動可實現(xiàn)動平臺13的上下平移。對照圖5,第一轉(zhuǎn)臺4和第二轉(zhuǎn)臺21在運(yùn)動空間內(nèi)運(yùn)動可實現(xiàn)動平臺13繞自身軸線的一維整周轉(zhuǎn)動。對照圖6,第一轉(zhuǎn)臺4和第二轉(zhuǎn)臺21在運(yùn)動空間內(nèi)運(yùn)動可實現(xiàn)動平臺13的前后平移。對照圖7,第一轉(zhuǎn)臺4和第二轉(zhuǎn)臺21在運(yùn)動空間內(nèi)運(yùn)動可實現(xiàn)動平臺13的左右平移。
權(quán)利要求1. 一種可實現(xiàn)三維平動ー維轉(zhuǎn)動的并聯(lián)手術(shù)機(jī)械手,包括第一 RPRPR閉環(huán)子鏈、第二RPRPR閉環(huán)子鏈和執(zhí)行機(jī)構(gòu)子鏈,其特征在于,其機(jī)構(gòu)和鏈接方式為 所述第一 RPRPR閉環(huán)子鏈由第一連桿、第二連桿、第三連桿、第四連桿以及機(jī)架連接而成,第一連桿通過第一轉(zhuǎn)動副連接到機(jī)架上,第一連桿另一端通過第一移動副與第二連桿連接,第二連桿另一端通過第二轉(zhuǎn)動副與第三連桿連接,第三連桿另一端通過第二移動副與第四連桿連接,第四連桿另一端通過第三轉(zhuǎn)動副連接到機(jī)架上,第一連桿由第一伺服電機(jī)驅(qū)動,第四連桿由第二伺服電機(jī)驅(qū)動, 所述第二 RPRPR閉環(huán)子鏈由第五連桿、第六連桿、第七連桿、第八連桿以及機(jī)架連接而成,第五連桿通過第四轉(zhuǎn)動副連接到機(jī)架上,第五連桿另一端通過第三移動副與第六連桿連接,第六連桿另一端通過第五轉(zhuǎn)動副與第七連桿連接,第七連桿另一端通過第四移動副與第八連桿連接,第八連桿另一端通過第六轉(zhuǎn)動副連接到機(jī)架上,第五連桿由第三伺服電機(jī)驅(qū)動,第八連桿由第四伺服電機(jī)驅(qū)動, 所述執(zhí)行機(jī)構(gòu)子鏈由第一轉(zhuǎn)臺、第二轉(zhuǎn)臺、第九連桿、第十連桿、第十一連桿、第十二連桿以及動平臺連接而成,第一轉(zhuǎn)臺通過第二轉(zhuǎn)動副與第二連桿連接,第一轉(zhuǎn)臺通過第七轉(zhuǎn)動副與第九連桿連接,第一轉(zhuǎn)臺通過第八轉(zhuǎn)動副與第十連桿連接,第九連桿另一端通過第九轉(zhuǎn)動副與動平臺連接,第十連桿另一端通過第十轉(zhuǎn)動副與動平臺連接,第二轉(zhuǎn)臺通過五轉(zhuǎn)動副與第六連桿連接,第二轉(zhuǎn)臺通過第十一轉(zhuǎn)動副與第十一連桿連接,第二轉(zhuǎn)臺通過第十二轉(zhuǎn)動副與第十二連桿連接,第十一連桿另一端通過第九轉(zhuǎn)動副與動平臺和第九連桿連接,第十二連桿另一端通過第十三轉(zhuǎn)動副與動平臺連接,第一轉(zhuǎn)臺和第二轉(zhuǎn)臺在平面內(nèi)的運(yùn)動可實現(xiàn)動平臺在空間的四自由度運(yùn)動, 所述第一轉(zhuǎn)動副、第二轉(zhuǎn)動副、第三轉(zhuǎn)動副、第四轉(zhuǎn)動副、第五轉(zhuǎn)動副、第六轉(zhuǎn)動副的旋轉(zhuǎn)軸線相互平行,第七轉(zhuǎn)動副、第八轉(zhuǎn)動副、第九轉(zhuǎn)動副、第十轉(zhuǎn)動副、第i^ 一轉(zhuǎn)動副、第十二轉(zhuǎn)動副、第十三轉(zhuǎn)動副的旋轉(zhuǎn)軸線相互平行,第九連桿與第十連桿等長平行,第十一連桿與第十二連桿等長平行。
專利摘要本實用新型涉及一種可實現(xiàn)三維平動一維轉(zhuǎn)動的并聯(lián)手術(shù)機(jī)械手,包括第一RPRPR閉環(huán)子鏈、第二RPRPR閉環(huán)子鏈以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)子鏈。所述第一RPRPR閉環(huán)子鏈、第二RPRPR閉環(huán)子鏈在同一平面內(nèi)。第一RPRPR閉環(huán)子鏈可控制第一轉(zhuǎn)臺在平面內(nèi)做二自由度運(yùn)動,第二RPRPR閉環(huán)子鏈可控制第二轉(zhuǎn)臺在平面內(nèi)做二自由度運(yùn)動。第一轉(zhuǎn)臺和第二轉(zhuǎn)臺的運(yùn)動可實現(xiàn)動平臺在空間內(nèi)的四自由度運(yùn)動。本實用新型通過兩個閉環(huán)子鏈來控制兩個轉(zhuǎn)臺在平面的運(yùn)動,從而實現(xiàn)動平臺的空間四自由度運(yùn)動,具有結(jié)構(gòu)緊湊控制簡單的優(yōu)點(diǎn),且所有主動桿都連接在機(jī)架上,桿件能做成輕桿,機(jī)構(gòu)運(yùn)動慣量小,動力學(xué)性能好。
文檔編號A61B19/00GK202554112SQ20122012043
公開日2012年11月28日 申請日期2012年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月28日
發(fā)明者蔡敢為, 潘宇晨, 王紅州, 高德中, 張 林 申請人:廣西大學(xué)