一種三軸懸臂式六自由度機(jī)械臂的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種機(jī)械臂，具體涉及一種三軸懸臂式六自由度機(jī)械臂；該機(jī)械臂包括：支撐機(jī)構(gòu)、三軸懸臂機(jī)構(gòu)和腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)；支撐機(jī)構(gòu)支撐三軸懸臂機(jī)構(gòu)，三軸懸臂機(jī)構(gòu)在三維空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)；腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)置在三軸懸臂機(jī)構(gòu)末端，腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)在三維空間內(nèi)運(yùn)動(dòng)；三軸懸臂機(jī)構(gòu)與腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)在三維空間的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)六自由度運(yùn)動(dòng)。本實(shí)用新型通過(guò)三軸懸臂機(jī)構(gòu)使外部器械在三維空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)精確調(diào)整外部器械的姿態(tài)，通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器精確控制運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂六自由度應(yīng)用；三軸懸臂式結(jié)構(gòu)大大增加穩(wěn)定性和剛度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)靈活，方便完成手術(shù)臺(tái)上的精細(xì)動(dòng)作；本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)緊湊，實(shí)用性強(qiáng)，適應(yīng)性好，可應(yīng)用于不同領(lǐng)域，具有良好的工程應(yīng)用價(jià)值。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種三軸懸臂式六自由度機(jī)械臂
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種機(jī)械臂，具體涉及一種三軸懸臂式六自由度機(jī)械臂。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著醫(yī)學(xué)理論的不斷進(jìn)步，外科手術(shù)正朝著精細(xì)化、復(fù)雜化、遠(yuǎn)程導(dǎo)航化的方向發(fā)展。傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)外科手術(shù)由于技術(shù)上存在的種種不足，難以滿足現(xiàn)代手術(shù)的高需求。與醫(yī)生手工操作相比，機(jī)械手臂在某些方面具有極大的優(yōu)勢(shì)，特別是對(duì)于醫(yī)療條件相對(duì)落后的偏遠(yuǎn)地區(qū)以及戰(zhàn)場(chǎng)救護(hù)等特殊場(chǎng)所，醫(yī)療專(zhuān)家資源的缺乏在某種條件下完全可以由導(dǎo)航機(jī)器人在千里之外的專(zhuān)家的指導(dǎo)和操控下完成手術(shù)方案;在現(xiàn)代化的大生產(chǎn)中機(jī)械手臂應(yīng)用更為廣泛，尤其在采掘等相對(duì)危險(xiǎn)的行業(yè)通常都采用機(jī)械手臂完成危險(xiǎn)動(dòng)作。
[0003]目前，六自由度機(jī)械臂主要采用關(guān)節(jié)串聯(lián)式結(jié)構(gòu)，在機(jī)器人運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，其運(yùn)動(dòng)部件對(duì)腰關(guān)節(jié)的支撐軸承會(huì)產(chǎn)生傾覆力矩，作用到軸承，將會(huì)導(dǎo)致軸承發(fā)生微小形變，此形變將會(huì)使機(jī)器人末端執(zhí)行器產(chǎn)生位移誤差，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，控制計(jì)算相對(duì)復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明要提供一種三軸懸臂式六自由度機(jī)械臂，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制過(guò)程復(fù)雜和誤差累積放大等問(wèn)題。
[0005]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明一種三軸懸臂式六自由度機(jī)械臂，包括支撐機(jī)構(gòu)、三軸懸臂機(jī)構(gòu)和腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)；支撐機(jī)構(gòu)支撐三軸懸臂機(jī)構(gòu)，三軸懸臂機(jī)構(gòu)在三維空間內(nèi)運(yùn)動(dòng);腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)置在三軸懸臂機(jī)構(gòu)末端，腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)在三維空間內(nèi)運(yùn)動(dòng);三軸懸臂機(jī)構(gòu)與腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)在三維空間的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)六自由度運(yùn)動(dòng)。
[0006]所述三軸懸臂機(jī)構(gòu)包括支撐第一懸臂、第二懸臂和第三懸臂；第一懸臂設(shè)置在支撐機(jī)構(gòu)上，第一懸臂上設(shè)有第二懸臂，第一懸臂與第二懸臂左端端部活動(dòng)配合，第二懸臂可沿第一懸臂軸向運(yùn)動(dòng)，第二懸臂右端端部上設(shè)有第三懸臂，第二懸臂右端端部與第三懸臂上端端部配合，第三懸臂可沿第二懸臂軸向運(yùn)動(dòng)。
[0007]所述第一懸臂與第二懸臂相互垂直設(shè)置;第二懸臂與第三懸臂相互垂直設(shè)置。
[0008]所述第一懸臂、第二懸臂與第三懸臂在空間上兩兩互相垂直設(shè)置。
[0009]所述腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)包括第一回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、擺動(dòng)機(jī)構(gòu)和第二回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu);第一回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)置在第三懸臂下端端部，第一回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)能繞其中心線實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，第一回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)下端設(shè)置有擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)能繞其中心線實(shí)現(xiàn)搖擺運(yùn)動(dòng)，第二回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)置在擺動(dòng)機(jī)構(gòu)上，第二回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)能繞其中心線實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，第二回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與外部器械連接，控制外部器械。
[0010]所述擺動(dòng)機(jī)構(gòu)最大擺動(dòng)角度為220°。
[0011 ]所述支撐機(jī)構(gòu)包括底座和支架;支架設(shè)置在底座上，支撐三軸懸臂機(jī)構(gòu)和腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。
[0012]所述底座為工字型結(jié)構(gòu)，底座的四端下部設(shè)有個(gè)地腳。
[0013]所述底座為滾輪式結(jié)構(gòu)，支架為板式結(jié)構(gòu)、架式結(jié)構(gòu)或其他立柱結(jié)構(gòu)，設(shè)置在底座上，支撐三軸懸臂機(jī)構(gòu)。
[0014]該機(jī)械臂還包括運(yùn)動(dòng)控制器，所述運(yùn)動(dòng)控制器控制第二懸臂沿第一懸臂軸向運(yùn)動(dòng)、第三懸臂沿第二懸臂軸向運(yùn)動(dòng)、第一回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)繞其中心線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、擺動(dòng)機(jī)構(gòu)繞其中心線的搖擺運(yùn)動(dòng)以及第二回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)繞其中心線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0015]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是:
[0016]本發(fā)明一種三軸懸臂式六自由度機(jī)械臂，通過(guò)三軸懸臂機(jī)構(gòu)使外部器械在三維空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)精確調(diào)整外部器械的姿態(tài)，通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器精確控制運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂六自由度應(yīng)用。
[0017]本發(fā)明一種三軸懸臂六自由度機(jī)械臂，三軸懸臂式結(jié)構(gòu)大大增加穩(wěn)定性和剛度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)靈活，方便完成手術(shù)臺(tái)上的手術(shù)等精細(xì)動(dòng)作;一個(gè)三軸懸臂六自由度相當(dāng)于人的一個(gè)手臂，若采用兩個(gè)機(jī)械手臂協(xié)調(diào)動(dòng)作將完成人的手臂行為。
[0018]本裝置結(jié)構(gòu)緊湊，實(shí)用性強(qiáng)，適應(yīng)性好，可應(yīng)用于不同領(lǐng)域，具有良好的工程應(yīng)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本發(fā)明一種三軸懸臂式六自由度機(jī)械臂示意圖；
[0020]圖中:1-底座，2-支架，3-第一懸臂，4-第二懸臂，5-第三懸臂，6_第一回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，7_擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，8-第二回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0021 ]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明一種三軸懸臂式六自由度機(jī)械臂，包括:支撐機(jī)構(gòu)、三軸懸臂機(jī)構(gòu)、腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)控制器;本發(fā)明通過(guò)三軸懸臂機(jī)構(gòu)使外部器械在三維空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)精確調(diào)整外部器械的姿態(tài)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂六自由度應(yīng)用;本發(fā)明還可通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器精確控制運(yùn)動(dòng)軌跡，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明運(yùn)動(dòng)過(guò)程的精準(zhǔn)控制。
[0023]支撐機(jī)構(gòu)包括底座I和支架2;支架2設(shè)置在底座I上，支撐三軸懸臂機(jī)構(gòu)和腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu);底座I為工字型結(jié)構(gòu)，底座I的四端下部設(shè)有4個(gè)地腳，地腳可以依據(jù)需要，固定在相應(yīng)位置，起到更好的支撐作用，底座I也可為滾輪式結(jié)構(gòu)，支架2為板式結(jié)構(gòu)、架式結(jié)構(gòu)或其他立柱結(jié)構(gòu)，設(shè)置在底座I上，支撐三軸懸臂機(jī)構(gòu)。
[0024]三軸懸臂機(jī)構(gòu)包括支撐第一懸臂3、第二懸臂4和第三懸臂5;第一懸臂3設(shè)置在支架2上，第一懸臂3上設(shè)有第二懸臂4，第一懸臂3與第二懸臂4左端端部活動(dòng)配合，第二懸臂4可沿第一懸臂3軸向運(yùn)動(dòng)，軸向運(yùn)動(dòng)通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器控制，第一懸臂3與第二懸臂4優(yōu)選相互垂直設(shè)置;第二懸臂4另一端端部上設(shè)有第三懸臂5，第二懸臂4右端端部與第三懸臂5上端端部配合，第三懸臂5可沿第二懸臂4軸向運(yùn)動(dòng)，軸向運(yùn)動(dòng)通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器控制，第二懸臂4與第三懸臂5優(yōu)選相互垂直設(shè)置;第一懸臂3、第二懸臂4與第三懸臂5優(yōu)選在空間上兩兩互相垂直設(shè)置；
[0025]腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)包括第一回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6、擺動(dòng)機(jī)構(gòu)7和第二回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)8;第一回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6設(shè)置在第三懸臂5靠近懸臂下端端部，第一回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6能繞其中心線實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器控制，第一回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)6下端設(shè)置有擺動(dòng)機(jī)構(gòu)7，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)7能繞其中心線實(shí)現(xiàn)一定角度范圍內(nèi)的搖擺運(yùn)動(dòng)，搖擺運(yùn)動(dòng)通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器控制，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)7最大擺動(dòng)角度為220°，第二回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)8設(shè)置在擺動(dòng)機(jī)構(gòu)7上，第二回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)8能繞其中心線實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)運(yùn)動(dòng)控制器控制，第二回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)8與外部器械連接。
[0026]本裝置結(jié)構(gòu)緊湊，實(shí)用性強(qiáng)，適應(yīng)性好，可應(yīng)用于不同領(lǐng)域，具有良好的工程應(yīng)用價(jià)值。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種三軸懸臂式六自由度機(jī)械臂，其特征在于，該機(jī)械臂包括:支撐機(jī)構(gòu)、三軸懸臂機(jī)構(gòu)和腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu);支撐機(jī)構(gòu)支撐三軸懸臂機(jī)構(gòu)，三軸懸臂機(jī)構(gòu)在三維空間內(nèi)運(yùn)動(dòng);腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)置在三軸懸臂機(jī)構(gòu)末端，腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)在三維空間內(nèi)運(yùn)動(dòng);三軸懸臂機(jī)構(gòu)與腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)在三維空間的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)六自由度運(yùn)動(dòng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸懸臂式六自由度機(jī)械臂，其特征在于;所述三軸懸臂機(jī)構(gòu)包括支撐第一懸臂(3)、第二懸臂(4)和第三懸臂(5);第一懸臂(3)設(shè)置在支撐機(jī)構(gòu)上，第一懸臂(3)上設(shè)有第二懸臂(4)，第一懸臂(3)與第二懸臂(4)左端端部活動(dòng)配合，第二懸臂(4)可沿第一懸臂(3)軸向運(yùn)動(dòng)，第二懸臂(4)右端端部上設(shè)有第三懸臂(5)，第二懸臂(4)右端端部與第三懸臂(5)上端端部配合，第三懸臂(5)可沿第二懸臂(4)軸向運(yùn)動(dòng)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的三軸懸臂式六自由度機(jī)械臂，其特征在于;所述第一懸臂(3)與第二懸臂(4)相互垂直設(shè)置;第二懸臂(4)與第三懸臂(5)相互垂直設(shè)置。4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的三軸懸臂式六自由度機(jī)械臂，其特征在于;所述第一懸臂(3)、第二懸臂(4)與第三懸臂(5)在空間上兩兩互相垂直設(shè)置。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的三軸懸臂式六自由度機(jī)械臂，其特征在于;所述腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)包括第一回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(6)、擺動(dòng)機(jī)構(gòu)(7)和第二回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(8);第一回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(6)設(shè)置在第三懸臂(5)下端端部，第一回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(6)能繞其中心線實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，第一回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(6)下端設(shè)置有擺動(dòng)機(jī)構(gòu)(7)，擺動(dòng)機(jī)構(gòu)(7)能繞其中心線實(shí)現(xiàn)搖擺運(yùn)動(dòng)，第二回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(8)設(shè)置在擺動(dòng)機(jī)構(gòu)(7)上，第二回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(8)能繞其中心線實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，第二回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(8)與外部器械連接，控制外部器械。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的三軸懸臂式六自由度機(jī)械臂，其特征在于;所述擺動(dòng)機(jī)構(gòu)(7)最大擺動(dòng)角度為220°。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的三軸懸臂式六自由度機(jī)械臂，其特征在于;所述支撐機(jī)構(gòu)包括底座(I)和支架(2);支架(2)設(shè)置在底座(I)上，支撐三軸懸臂機(jī)構(gòu)和腕關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的三軸懸臂式六自由度機(jī)械臂，其特征在于;所述底座(I)為工字型結(jié)構(gòu)，底座(I)的四端下部設(shè)有4個(gè)地腳。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的三軸懸臂式六自由度機(jī)械臂，其特征在于;所述底座(I)為滾輪式結(jié)構(gòu)，支架(2)為板式結(jié)構(gòu)、架式結(jié)構(gòu)或其他立柱結(jié)構(gòu)，設(shè)置在底座(I)上，支撐三軸懸臂機(jī)構(gòu)。10.根據(jù)權(quán)利要求1、2、5或9所述的三軸懸臂式六自由度機(jī)械臂，其特征在于;該機(jī)械臂還包括運(yùn)動(dòng)控制器，所述運(yùn)動(dòng)控制器控制第二懸臂(4)沿第一懸臂(3)軸向運(yùn)動(dòng)、第三懸臂(5)沿第二懸臂(4)軸向運(yùn)動(dòng)、第一回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(6)繞其中心線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、擺動(dòng)機(jī)構(gòu)(7)繞其中心線的搖擺運(yùn)動(dòng)以及第二回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)(8)繞其中心線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
【文檔編號(hào)】B25J9/10GK205438562SQ201521133955
【公開(kāi)日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2015年12月31日
【發(fā)明人】王振玉, 楊斌, 常蘭, 李建, 李震
【申請(qǐng)人】核工業(yè)西南物理研究院, 成都理工大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院