本發(fā)明涉及遙操作機(jī)器人，具體涉及一種主操作手以及包括該主操作手的控制臺(tái)和機(jī)器人。

背景技術(shù)：

1、遙操作機(jī)器人通常包括操作端和執(zhí)行端(也稱從動(dòng)端)。在遙操作機(jī)器人系統(tǒng)中，主操作手作為操作者與機(jī)器人之間的交互設(shè)備，向從動(dòng)端傳遞操作者給出的位姿、速度等信息，同時(shí)也可向操作者傳遞從動(dòng)端受到的力/力矩等環(huán)境信息，讓操作者直觀感受到執(zhí)行端接收的力的信息，使其具有操作臨場(chǎng)感，可及時(shí)對(duì)從動(dòng)端系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)做有效的控制和干預(yù)。由于遙操作機(jī)器人的上述特性，使得其用作手術(shù)機(jī)器人在醫(yī)療服務(wù)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)日益凸顯。

2、在手術(shù)機(jī)器人中，主操作手是醫(yī)生與從動(dòng)端機(jī)械臂之間傳遞信息的載體，要求其具備更多的自由度，以輔助醫(yī)生進(jìn)行精準(zhǔn)的操作，并且要求其能夠精準(zhǔn)地反饋從動(dòng)端的受力情況，以使醫(yī)生有操作沉浸感。

3、主操作手通常包括手柄和操作臂，為滿足各種姿態(tài)的需求并簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，操作臂可采用并聯(lián)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)以及連接到靜平臺(tái)和動(dòng)平臺(tái)二者支鏈。

4、當(dāng)手部握住安裝在動(dòng)平臺(tái)上手柄移動(dòng)時(shí)，支鏈呈一定角度扭轉(zhuǎn)，可能造成手柄與支鏈發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉。因此，限制了手柄的運(yùn)動(dòng)空間。

5、此外，當(dāng)動(dòng)平臺(tái)相對(duì)于靜平臺(tái)發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，運(yùn)動(dòng)學(xué)模型在計(jì)算過程中會(huì)產(chǎn)生更多解，增加了運(yùn)算量，甚至導(dǎo)致由于運(yùn)算錯(cuò)誤而發(fā)生操作失誤系統(tǒng)的運(yùn)算容易，例如，多解導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)關(guān)系錯(cuò)亂，使執(zhí)行端的主動(dòng)臂發(fā)生錯(cuò)誤運(yùn)動(dòng)等。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的主要發(fā)明目的之一在于提供一種主操作手及包括該主操作手的控制臺(tái)和機(jī)器人，以至少解決部分上述問題。

2、針對(duì)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種主操作手，所述主操作手包括：并聯(lián)操作臂，包括靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)以及分別轉(zhuǎn)動(dòng)連接到所述靜平臺(tái)和所述動(dòng)平臺(tái)的至少三條支鏈；手柄，與所述動(dòng)平臺(tái)連接；以及旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部，與所述靜平臺(tái)驅(qū)動(dòng)連接，用于驅(qū)動(dòng)所述靜平臺(tái)相對(duì)所述動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)。

4、所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部被構(gòu)造為驅(qū)動(dòng)所述靜平臺(tái)圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，所述第一旋轉(zhuǎn)軸線垂直于所述靜平臺(tái)所在平面。

5、驅(qū)動(dòng)所述靜平臺(tái)相對(duì)所述動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)指的是驅(qū)動(dòng)所述靜平臺(tái)根據(jù)所述動(dòng)平臺(tái)的姿態(tài)變化而轉(zhuǎn)動(dòng)，所述動(dòng)平臺(tái)的姿態(tài)變化是指繞所述第一旋轉(zhuǎn)軸線或繞平行于所述第一旋轉(zhuǎn)軸線的軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)分量。

6、所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部驅(qū)動(dòng)所述靜平臺(tái)圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)動(dòng)角度小于或等于所述動(dòng)平臺(tái)相對(duì)所述第一旋轉(zhuǎn)軸線或相對(duì)平行于所述第一旋轉(zhuǎn)軸線的軸線旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)分量。

7、所述至少三條支鏈包括第一支鏈、第二支鏈和第三支鏈，所述第一支鏈分別在第一靜鉸接點(diǎn)和第一動(dòng)鉸接點(diǎn)處與所述靜平臺(tái)和所述動(dòng)平臺(tái)連接，所述第二支鏈分別在第二靜鉸接點(diǎn)和第二動(dòng)鉸接點(diǎn)處與所述靜平臺(tái)和所述動(dòng)平臺(tái)連接，所述第三支鏈分別在第三靜鉸接點(diǎn)和第三動(dòng)鉸接點(diǎn)處與所述靜平臺(tái)和所述動(dòng)平臺(tái)連接，其中，所述第一靜鉸接點(diǎn)、所述第二靜鉸接點(diǎn)和所述第三靜鉸接點(diǎn)所在平面具有第一旋轉(zhuǎn)中心，所述第一旋轉(zhuǎn)中心與所述第一靜鉸接點(diǎn)、所述第二靜鉸接點(diǎn)和所述第三靜鉸接點(diǎn)的距離相等，并且其中，所述第一旋轉(zhuǎn)軸線經(jīng)過所述第一旋轉(zhuǎn)中心且與所述第一靜鉸接點(diǎn)、所述第二靜鉸接點(diǎn)和所述第三靜鉸接點(diǎn)所在的靜鉸接點(diǎn)平面垂直。

8、在所述動(dòng)平臺(tái)扭轉(zhuǎn)后，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部驅(qū)動(dòng)所述靜平臺(tái)旋轉(zhuǎn)，使得所述第一靜鉸接點(diǎn)、所述第三靜鉸接點(diǎn)、所述第一動(dòng)鉸接點(diǎn)和所述第三動(dòng)鉸接點(diǎn)共面。

9、所述第一靜鉸接點(diǎn)、所述第三靜鉸接點(diǎn)、所述第一動(dòng)鉸接點(diǎn)和所述第三動(dòng)鉸接點(diǎn)所在的平面與所述靜平臺(tái)垂直。

10、所述主操作手還可包括設(shè)置在所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部和所述靜平臺(tái)之間的安裝支架，所述靜平臺(tái)通過所述安裝支架安裝在旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部的輸出端。

11、所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部具有用于走線的中空通道。

12、所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部包括中空旋轉(zhuǎn)電機(jī)、或者包括中空旋轉(zhuǎn)減速機(jī)和伺服電機(jī)、或者包括諧波減速電機(jī)和同步帶，所述中空通道設(shè)置于所述中空旋轉(zhuǎn)電機(jī)、所述中空旋轉(zhuǎn)減速機(jī)或所述諧波減速電機(jī)中。

13、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種主操作手，所述主操作手包括并聯(lián)操作臂，所述并聯(lián)操作臂包括靜平臺(tái)、動(dòng)平臺(tái)以及分別轉(zhuǎn)動(dòng)連接到所述靜平臺(tái)和所述動(dòng)平臺(tái)的至少三條支鏈，所述至少三個(gè)支鏈中的每個(gè)支鏈包括第一支桿和第二支桿，所述第一支桿能夠沿所述第二支桿的長(zhǎng)度方向相對(duì)于所述第二支桿線性移動(dòng)，所述第一支桿的第一端連接到所述動(dòng)平臺(tái)，第二端滑動(dòng)連接到所述第二支桿，所述第二支桿的第一端連接到所述靜平臺(tái)，所述第一支桿相對(duì)所述第二支桿上的滑動(dòng)通過直線驅(qū)動(dòng)組件實(shí)現(xiàn)，其中，所述直線驅(qū)動(dòng)組件包括接到所述第一支桿的第一繩和用于驅(qū)動(dòng)所述第一繩的第一線性驅(qū)動(dòng)部，其中，所述第一線性驅(qū)動(dòng)部安裝在所述靜平臺(tái)上或安裝在所述靜平臺(tái)的下方。

14、所述直線驅(qū)動(dòng)組件還包括第二繩和用于驅(qū)動(dòng)所述第二繩的第二線性驅(qū)動(dòng)部，其中，所述第二線性驅(qū)動(dòng)部安裝在所述靜平臺(tái)上或安裝在所述靜平臺(tái)的下方，并且，所述第二繩與所述第一支桿連接。

15、所述第一繩和所述第二繩分別在所述支鏈延伸方向上反向布置，使所述第一繩和所述第二繩形成對(duì)拉結(jié)構(gòu)。

16、所述第一支桿的第二端通過滑塊連接到所述第二支桿，所述滑塊固定地安裝在所述第一支桿的所述第二端并在所述第二支桿上滑動(dòng)，所述第一繩和所述第二繩分別與所述滑塊連接。

17、所述第一繩的一端固定到所述滑塊，另一端朝向所述第二支桿的第二端延伸并繞過位于所述第二支桿的第二端處的第一滑輪連接到所述第一線性驅(qū)動(dòng)部，所述第二繩的一端固定到所述滑塊，另一端朝向所述第二支桿的第一端連接到所述第二線性驅(qū)動(dòng)部。

18、所述主操作手還包括設(shè)置在所述第二支桿的第一端處的第二滑輪和第三滑輪，所述第一繩經(jīng)所述第二滑輪連接到所述第一線性驅(qū)動(dòng)部，所述第二繩經(jīng)所述第三滑輪連接到所述第二線性驅(qū)動(dòng)部，其中，所述第二滑輪和所述第三滑輪并排設(shè)置，使得所述第一繩在經(jīng)過所述第二滑輪后沿與所述靜鉸接點(diǎn)平面平行的方向延伸，所述第二繩在經(jīng)過所述第三滑輪后沿與所述靜鉸接點(diǎn)平面平行的方向延伸。

19、所述至少三個(gè)支鏈中的每個(gè)支鏈能夠繞第二旋轉(zhuǎn)軸線和第三旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，其中，所述第二旋轉(zhuǎn)軸線與所述第一旋轉(zhuǎn)軸線垂直并經(jīng)過所述第一旋轉(zhuǎn)中心，所述第三旋轉(zhuǎn)軸線與所述第二旋轉(zhuǎn)軸線彼此垂直，其中，所述第三旋轉(zhuǎn)軸線穿過所述第一繩和所述第二繩在從所述第二滑輪和所述第三滑輪的下端離開所述第二滑輪和所述第三滑輪時(shí)的切點(diǎn)或穿過所述第二滑輪和所述第三滑輪的旋轉(zhuǎn)中心。

20、所述第二支桿的第一端設(shè)有用于分別改變所述第一繩和所述第二繩的運(yùn)動(dòng)方向的支鏈滑輪組，經(jīng)過所述支鏈滑輪組的所述第一繩和所述第二繩的延伸方向均與所述第二旋轉(zhuǎn)軸線平行。

21、所述第二旋轉(zhuǎn)軸線的實(shí)體為空心件。

22、所述第一繩和所述第二繩在所述空心件中延伸，并在預(yù)定位置處向下延伸連接至相應(yīng)的第一線性驅(qū)動(dòng)部和第二線性驅(qū)動(dòng)部。

23、所述主操作手還包括設(shè)置在所述第二支桿上的第四滑輪，所述第四滑輪靠近所述第二滑輪設(shè)置，所述第一繩在經(jīng)所述第四滑輪的遠(yuǎn)離所述第二支桿的一側(cè)后反向繞在所述第二滑輪上。

24、所述主操作手還包括設(shè)置在所述靜平臺(tái)上的第五滑輪和第六滑輪，所述第一繩和所述第二繩沿與所述第二旋轉(zhuǎn)軸線平行或大致平行的方向延伸到所述第五滑輪和所述第六滑輪的上側(cè)并向下延伸至位于所述靜平臺(tái)下方的第一線性驅(qū)動(dòng)部和第二線性驅(qū)動(dòng)部。

25、所述第一繩和所述第二繩相對(duì)于所述第二旋轉(zhuǎn)軸線對(duì)稱設(shè)置。

26、所述第一繩、所述第二繩和所述第二旋轉(zhuǎn)軸線位于同一平面上。

27、所述第一線性驅(qū)動(dòng)部和所述第二線性驅(qū)動(dòng)部的輸出端設(shè)置有滾筒，所述滾筒上設(shè)置有螺旋溝槽，以使所述第一繩和所述第二繩在運(yùn)動(dòng)過程中沿著所述螺旋溝槽運(yùn)動(dòng)。

28、所述靜鉸接點(diǎn)處設(shè)置有旋轉(zhuǎn)編碼器，以讀取所述第一繩和所述第二繩由于所述至少三個(gè)支鏈繞所述第三旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)而發(fā)生的旋轉(zhuǎn)位移信息。

29、所述第二支桿包括彼此面對(duì)設(shè)置的第一支桿側(cè)壁和第二支桿側(cè)壁，所述第一滑輪、所述第二滑輪、所述第三滑輪和所述第三滑輪均設(shè)置在所述第一支桿側(cè)壁和所述第二支桿側(cè)壁之間的空間中。

30、所述滑塊包括設(shè)置在所述第一支桿側(cè)壁和所述第二支桿側(cè)壁的彼此背對(duì)的表面上的第一子滑塊、第二子滑塊、第三子滑塊、第四子滑塊，其中，所述第一子滑塊和所述第二子滑塊彼此間隔開地安裝在所述第一支桿側(cè)壁上，并共同形成所述第一支桿側(cè)壁的滑軌，所述第三子滑塊和所述第四子滑塊彼此間隔開地安裝在所述第二支桿側(cè)壁上，并形成所述第二支桿側(cè)壁的滑軌。

31、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種操控臺(tái)，所述操控臺(tái)包括如上所述的主操作手。

32、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種機(jī)器人，所述機(jī)器人包括如上所述的操控臺(tái)。

33、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的主操作手，由于設(shè)置了驅(qū)動(dòng)靜平臺(tái)相對(duì)于動(dòng)平臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)部，因而可以擴(kuò)大手柄的運(yùn)動(dòng)范圍，避免干涉，減少系統(tǒng)的運(yùn)算負(fù)荷，避免多解問題，確保運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性。

34、根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的主操作手，每個(gè)支鏈的直線驅(qū)動(dòng)組件由兩條繩和分別驅(qū)動(dòng)兩條繩的兩個(gè)線性驅(qū)動(dòng)部形成，可以明顯減輕各個(gè)支鏈的重量，提高操作者的操作手感，并且提高了線性驅(qū)動(dòng)部的功率利用率。