專利名稱：一種可實現三維平動一維轉動的并聯手術機械手的制作方法
技術領域：
本發明涉及機器人領域，特別是一種可實現三維平動ー維轉動的并聯手術機械手。
背景技術：
并聯機構是ー種動平臺和定平臺通過至少兩個獨立的運動鏈相連接，有兩個或兩個以上自由度，且以并聯方式驅動的機構，具有精度較高、結構緊湊、剛度高、承載能力大強等優點，在運動模擬器、并聯機床、微操作機器人、抓取機器人等方面取得了較好的應用。但現有的并聯機構基本都是分支不含閉環的，對于自由度數大于支鏈數的并聯機構，有些支鏈必須設置兩個或兩個以上的原動件，這就不得不將電機安裝在支鏈的關節處，從而導致機構剛性差、慣量大、關節誤差累積等問題，機構動力學性能較差，控制困難。手術用機器人是要求非常高的高精準儀器，傳統的串聯機器人難以達到其使用要求，采用并聯機構可滿足手術用機器人的精確運動的要求。

發明內容
本發明的目的在于提供一種可實現三維平動ー維轉動的并聯手術機械手，解決傳統自由度數大于支鏈數的并聯手術機械手剛性差、慣量大、關節誤差累積等問題。本發明通過以下技術方案達到上述目的一種可實現三維平動ー維轉動的并聯手術機械手，包括第一 RPRPR閉環子鏈、第二 RPRPR閉環子鏈和執行機構子鏈，其機構和鏈接方式為所述第一 RPRPR閉環子鏈由第一連桿、第二連桿、第三連桿、第四連桿以及機架連接而成，第一連桿通過第一轉動副連接到機架上，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動副連接到機架上，第一連桿由第一伺服電機驅動，第四連桿由第二伺服電機驅動，所述第二 RPRPR閉環子鏈由第五連桿、第六連桿、第七連桿、第八連桿以及機架連接而成，第五連桿通過第四轉動副連接到機架上，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動副連接到機架上，第五連桿由第三伺服電機驅動，第八連桿由第四伺服電機驅動，所述執行機構子鏈由第一轉臺、第二轉臺、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，第一轉臺通過第二轉動副與第二連桿連接，第一轉臺通過第七轉動副與第九連桿連接，第一轉臺通過第八轉動副與第十連桿連接，第九連桿另一端通過第九轉動副與動平臺連接，第十連桿另一端通過第十轉動副與動平臺連接，第二轉臺通過五轉動副與第六連桿連接，第二轉臺通過第十一轉動副與第十一連桿連接，第二轉臺通過第十二轉動副與第十二連桿連接，第十一連桿另一端通過第九轉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動副與動平臺連接。第一轉臺和第二轉臺在平面內的運動可實現動平臺在空間的四自由度運動，所述第一轉動副、第二轉動副、第三轉動副、第四轉動副、第五轉動副、第六轉動副的旋轉軸線相互平行，第七轉動副、第八轉動副、第九轉動副、第十轉動副、第i^ 一轉動副、 第十二轉動副、第十三轉動副的旋轉軸線相互平行，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。本發明的突出優點在于I、驅動電機均安裝在機架上，桿件都可以做成輕桿，有效降低機構重量，機構剛性好、慣量小，動力學性能好；2、通過兩個對稱結構的閉環子鏈控制動平臺運動輸出，機構運動學正、逆問題求解容易，控制方便；3、通過在動平臺上安裝手木刀等手木工具來完成手術動作任務。


圖示意圖。
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I為本發明所述ー種可實現三維平動一維轉動的并聯手術機械手的第一結構 2為本發明所述ー種可實現三維平動一維轉動的并聯手術機械手的第二結構 3為本發明所述ー種可實現三維平動一維轉動的并聯手術機械手的第一工作 4為本發明所述ー種可實現三維平動一維轉動的并聯手術機械手的第二工作 5為本發明所述ー種可實現三維平動一維轉動的并聯手術機械手的第三工作 6為本發明所述ー種可實現三維平動一維轉動的并聯手術機械手的第四工作 7為本發明所述ー種可實現三維平動一維轉動的并聯手術機械手的第五工作
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明的技術方案作進ー步說明。對照圖I和圖2，一種可實現三維平動ー維轉動的并聯手術機械手，包括第一 RPRPR閉環子鏈、第二 RPRPR閉環子鏈和執行機構子鏈。所述第一 RPRPR閉環子鏈由第一連桿3、第二連桿4、第三連桿8、第四連桿9以及機架I連接而成，第一連桿3通過第一轉動副2連接到機架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另一端通過第三轉動副 10連接到機架I上，第一連桿3由第一伺服電機34驅動，第四連桿9由第二伺服電機35驅動。
所述第二 RPRPR閉環子鏈由第五連桿20、第六連桿21、第七連桿25、第八連桿26 以及機架I連接而成，第五連桿20通過第四轉動副19連接到機架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另一端通過第六轉動副27連接到機架I上，第五連桿20由第三伺服電機36驅動，第八連桿26由第四伺服電機37驅動。所述執行機構子鏈由第一轉臺5、第二轉臺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，第一轉臺5通過第二轉動副28與第二連桿4連接,第一轉臺5通過第七轉動副7與第九連桿12連接,第一轉臺5通過第八轉動副 6與第十連桿11連接，第九連桿12另一端通過第九轉動副15與動平臺14連接,第十連桿 11另一端通過第十轉動副13與動平臺14連接,第二轉臺24通過五轉動副29與第六連桿 21連接，第二轉臺24通過第^ 轉動副22與第—連桿18連接,第二轉臺24通過第十二轉動副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動副16與動平臺15連接。第一轉臺5和第二轉臺24在平面內的運動可實現動平臺14在空間的4自由度運動。所述第一轉動副2、第二轉動副28、第三轉動副10、第四轉動副19、第五轉動副29、 第六轉動副27的旋轉軸線相互平行，第七轉動副7、第八轉動副6、第九轉動副15、第十轉動副13、第十一轉動副22、第十二轉動副23、第十三轉動副16的旋轉軸線相互平行，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，第一轉臺4和第二轉臺21在運動空間內運動可實現動平臺13的上下平移。對照圖5，第一轉臺4和第二轉臺21在運動空間內運動可實現動平臺13繞自身軸線的ー維整周轉動。移。移。
對照圖6，第一轉臺4和第二轉臺21在運動空間內運動可實現動平臺13的前后平對照圖7，第一轉臺4和第二轉臺21在運動空間內運動可實現動平臺13的左右平
權利要求
1.一種可實現三維平動一維轉動的并聯手術機械手，包括第一 RPRPR閉環子鏈、第二 RPRPR閉環子鏈和執行機構子鏈，其特征在于，其機構和鏈接方式為所述第一 RPRPR閉環子鏈由第一連桿、第二連桿、第三連桿、第四連桿以及機架連接而成，第一連桿通過第一轉動副連接到機架上，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動副連接到機架上，第一連桿由第一伺服電機驅動，第四連桿由第二伺服電機驅動，所述第二 RPRPR閉環子鏈由第五連桿、第六連桿、第七連桿、第八連桿以及機架連接而成，第五連桿通過第四轉動副連接到機架上，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動副連接到機架上，第五連桿由第三伺服電機驅動，第八連桿由第四伺服電機驅動，所述執行機構子鏈由第一轉臺、第二轉臺、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，第一轉臺通過第二轉動副與第二連桿連接，第一轉臺通過第七轉動副與第九連桿連接，第一轉臺通過第八轉動副與第十連桿連接，第九連桿另一端通過第九轉動副與動平臺連接，第十連桿另一端通過第十轉動副與動平臺連接，第二轉臺通過五轉動副與第六連桿連接，第二轉臺通過第十一轉動副與第十一連桿連接，第二轉臺通過第十二轉動副與第十二連桿連接，第十一連桿另一端通過第九轉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動副與動平臺連接。第一轉臺和第二轉臺在平面內的運動可實現動平臺在空間的四自由度運動，所述第一轉動副、第二轉動副、第三轉動副、第四轉動副、第五轉動副、第六轉動副的旋轉軸線相互平行，第七轉動副、第八轉動副、第九轉動副、第十轉動副、第i^一轉動副、第十二轉動副、第十三轉動副的旋轉軸線相互平行，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。
全文摘要
本發明涉及一種可實現三維平動一維轉動的并聯手術機械手，包括第一RPRPR閉環子鏈、第二RPRPR閉環子鏈以及執行機構子鏈。所述第一RPRPR閉環子鏈、第二RPRPR閉環子鏈在同一平面內。第一RPRPR閉環子鏈可控制第一轉臺在平面內做二自由度運動，第二RPRPR閉環子鏈可控制第二轉臺在平面內做二自由度運動。第一轉臺和第二轉臺的運動可實現動平臺在空間內的四自由度運動。本發明通過兩個閉環子鏈來控制兩個轉臺在平面的運動，從而實現動平臺的空間四自由度運動，具有結構緊湊控制簡單的優點，且所有主動桿都連接在機架上，桿件能做成輕桿，機構運動慣量小，動力學性能好。
文檔編號A61B19/00GK102579137SQ20121008487
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月28日 優先權日2012年3月28日
發明者張 林, 潘宇晨, 王紅州, 蔡敢為, 高德中 申請人:廣西大學