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具有雙自由度的機械臂和手術機器人的制作方法

文檔序號:11088110閱讀:來源:國知局

技術特征:

1.一種具有雙自由度的機械臂,其特征在于,所述具有雙自由度的機械臂包括:支撐結構,第一傳動結構,第二傳動結構和聯動結構;

所述支撐結構包括懸吊支撐桿、大臂支撐桿、中臂支撐桿、小臂支撐桿以及器械部件;

其中,所述懸吊支撐桿通過第一轉軸與所述大臂支撐桿轉動連接,所述大臂支撐桿通過第二轉軸與所述中臂支撐桿轉動連接,所述中臂支撐桿通過第三轉軸與所述小臂支撐桿轉動連接,所述器械部件包括器械支撐座及布置于所述器械支撐座上的器械安裝桿,所述小臂支撐桿通過第四轉軸與所述器械支撐座轉動連接,所述第一轉軸的軸線與第二轉軸、第三轉軸和第四轉軸的軸線垂直;

所述第一傳動結構用于控制所述中臂支撐桿擺動;

所述第二傳動結構用于控制所述小臂支撐桿擺動;

所述聯動結構包括滑塊、第一連桿、第二連桿、第三連桿及第三傳動結構,其中,

所述滑塊通過第五轉軸與所述大臂支撐桿轉動連接,所述第一連桿與所述滑塊滑動連接,所述第一連桿的近端側面經過所述第五轉軸,所述第二連桿的近端通過第六轉軸與所述中臂支撐桿轉動連接,所述第二連桿通過第七轉軸與所述第三連桿的近端轉動連接,所述第三連桿的遠端通過第八轉軸與所述小臂支撐桿轉動連接,且

所述第六轉軸、所述第七轉軸、所述第八轉軸及所述第三轉軸的軸心連線為一平行四邊形,

所述第三傳動結構包括,第一轉輪、第二轉輪、第三轉輪、第四轉輪及第一柔性件,其中,

所述第二轉輪通過第九轉軸與所述第二連桿轉動連接,且所述第二轉輪與所述第一連桿的遠端固定連接,所述第一轉輪通過第四轉軸與所述小臂支撐桿轉動連接,且所述第一轉輪與所述器械支撐座同步轉動,所述第二轉輪與所述第一轉輪的直徑相等,

所述第三轉輪與所述第七轉軸連接,所述第四轉輪與所述第八轉軸連接,所述第三轉輪與第四轉輪的直徑相等,所述第一柔性件分別與所述第一轉輪和所述第二轉輪套接,并且所述第一柔性件從所述第三轉輪和所述第四轉輪的遠離所述器械部件的一側通過;

所述第二轉軸和所述第六轉軸的軸心距離,與所述第二轉軸和第三轉軸的軸心距離之間存在第一比例,所述第一比例被配置為第一比值;所述第七轉軸和所述第六轉軸的軸心距離,與所述第六轉軸和第九轉軸的軸心距離之間存在第二比例,所述第二比例被配置為第一比值;所述第九轉軸軸心到所述第一連桿的近端側面之間的垂線段形成一第一線段,所述第四轉軸到所述器械安裝桿的垂線段形成一第二線段,所述第一線段長度與所述第二線段之間存在第三比例,所述第三比例被配置為第一比值;

所述第七轉軸位于所述第六轉軸和所述第九轉軸的軸心形成的第一連線下方,且所述第一連線與所述第六轉軸和所述第七轉軸的軸心形成的第二連線形成第一夾角,所述第一夾角被配置為第一角度值;所述第六轉軸位于所述第二轉軸和所述第三轉軸的軸心形成的第三連線左側,且第三連線與所述第二轉軸和所述第六轉軸的軸心形成的第四連線形成第二夾角,所述第二夾角被配置為第一角度值;一經過第四轉軸且平行于所述第一線段的平行線與第二線段之間形成第三夾角,所述第三夾角被配置為第一角度值,且所述平行線順時針旋轉第一角度值后至所述第二線段。

2.如權利要求1所述的具有雙自由度的機械臂,其特征在于,所述第一傳動結構包括:第一動力部件、第十轉軸、第五轉輪、第六轉輪及第二柔性件,其中,

所述第十轉軸布置于所述大臂支撐桿近端,所述第五轉輪布置在所述第十轉軸上,所述第六轉輪通過第二轉軸與所述大臂支撐桿轉動連接,并與所述中臂支撐桿同步轉動,所述第二柔性件分別與所述第五轉輪和所述第六轉輪固定連接,所述第一動力部件的輸出軸與所述第十轉軸連接,以驅動所述第十轉軸。

3.如權利要求2所述的具有雙自由度的機械臂,其特征在于,所述第一傳動結構還包括第一制動部件,所述第一制動部件制動所述第一傳動結構。

4.如權利要求4所述的具有雙自由度的機械臂,其特征在于,所述第一制動部件安裝于所述第十轉軸。

5.如權利要求1所述的具有雙自由度的機械臂,其特征在于,所述第一轉軸設置在所述大臂支撐桿的近端。

6.如權利要求5所述的具有雙自由度的機械臂,其特征在于,所述具有雙自由度的機械臂還包括第二動力部件,所述第一轉軸與所述第二動力部件的輸出軸固定連接,和/或,

所述機械臂還包括第一軸承,所述第一軸承套接在所述第一轉軸上。

7.如權利要求1所述的具有雙自由度的機械臂,其特征在于,所述第二傳動結構包括:第三動力部件、第十一轉軸、第七轉輪、第八轉輪及第三柔性件,其中,

所述第十一轉軸布置于所述中臂支撐桿的近端,所述第七轉輪設置在所述第十一轉軸上,所述第八轉輪通過所述第三轉軸與所述中臂支撐桿轉動連接,并且與所述小臂支撐桿同步轉動,所述第三柔性件分別與所述第七轉輪和所述第八轉輪固定連接,所述第三動力部件的輸出軸與所述第十一轉軸連接,以驅動所述第十一轉軸。

8.如權利要求1所述的具有雙自由度的機械臂,其特征在于,所述第二傳動結構還包括第二制動部件,所述第二制動部件制動所述第二傳動結構。

9.如權利要求1所述的具有雙自由度的機械臂,其特征在于,所述聯動機構還包括第四連桿,所述第四連桿通過第十二轉軸與所述第二連桿轉動連接,并通過第十三轉軸與所述小臂支撐桿轉動連接,所述第七轉軸、所述第八轉軸、所述第十三轉軸及第十二轉軸的軸心的連線為一平行四邊形。

10.如權利要求1或9所述的具有雙自由度的機械臂,其特征在于,所述具有雙自由度的機械臂還包括基座支撐桿,所述基座支撐部件通過第十四轉軸與所述懸吊支撐桿轉動連接,且所述第十四轉軸的軸線與所述第二轉軸、所述第三轉軸以及所述第四轉軸的軸線垂直。

11.如權利要求10所述的具有雙自由度的機械臂,其特征在于,所述第十四轉軸的軸線與所述第一轉軸的軸線共面。

12.如權利要求1所述的具有雙自由度的機械臂,其特征在于,所述第一比值為1/12~1/2。

13.如權利要求1所述的具有雙自由度的機械臂,其特征在于,所述第一角度值為0~30°。

14.一種手術機器人,包括工具臂,所述工具臂為如權利要求1-13中任一所述的具有雙自由度的機械臂。

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