本發(fā)明涉及一種可實現(xiàn)誤差補償?shù)娜哂囹?qū)動組合并聯(lián)機構(gòu)，適用于精密手術(shù)及微創(chuàng)手術(shù)等醫(yī)療用途機械產(chǎn)品以及其它需要小工作空間、高精度操作的場合。

背景技術(shù)：

精密操作機器人是目前國內(nèi)外機器人研究領(lǐng)域中最活躍的方向之一，其發(fā)展前景非常看好。近年來,隨著機器人技術(shù)、計算機圖像技術(shù)、計算機控制技術(shù)和微創(chuàng)傷外科技術(shù)的發(fā)展，科研人員展開了遙控操作的外科研究，用于戰(zhàn)傷模擬手術(shù)、手術(shù)培訓(xùn)和解剖教學(xué)等。其中，高精度、多自由度機械手是其核心組成部分。通常情況下，該類型機器人均需要很高的精度和響應(yīng)速度，并聯(lián)機構(gòu)是最合適的備選構(gòu)型。

并聯(lián)機構(gòu)的精度和機構(gòu)零部件加工制造誤差、機器人裝配誤差以及機構(gòu)傳動誤差等因素息息相關(guān)，如何能夠在合理的條件下保證并聯(lián)機構(gòu)的精度是現(xiàn)在機構(gòu)學(xué)研究的重要內(nèi)容。目前，很多學(xué)者從運動學(xué)標(biāo)定和控制系統(tǒng)等方面對機構(gòu)的誤差進(jìn)行補償，取得了比較好的結(jié)果，同時也增加了整體系統(tǒng)的復(fù)雜性。為了解決這個問題，本發(fā)明從機構(gòu)本身出發(fā)，通過冗余驅(qū)動的方式對機構(gòu)輸出誤差進(jìn)行補償。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問題是提供一種部分支鏈共用的冗余驅(qū)動并聯(lián)機構(gòu)，通過部分驅(qū)動運動副鎖死和放開實現(xiàn)兩組獨立的運動輸出，其中一組運動輸出用于對機構(gòu)輸出進(jìn)行誤差補償。

本發(fā)明利用3-RUU和3-PUU兩種三自由度并聯(lián)機構(gòu)支鏈運動副組成相近的特點，將兩種并聯(lián)機構(gòu)支鏈中的“UU”部分支鏈進(jìn)行共用，設(shè)計了一種能夠?qū)崿F(xiàn)3-RUU和3-PUU兩種輸出的3P/RUU組合并聯(lián)機構(gòu)。當(dāng)需要實現(xiàn)3-PUU并聯(lián)機構(gòu)的運動輸出時，可以鎖定三個支鏈中最下端和“P”副相連接的“R”副，該組合并聯(lián)機構(gòu)就成為3-PUU機構(gòu)，其中“P”為驅(qū)動運動副。當(dāng)需要對機構(gòu)誤差進(jìn)行補償而進(jìn)行微小的運動輸出操作時，可以鎖定三個支鏈下端的“P”副，該組合并聯(lián)機構(gòu)就成為3-RUU機構(gòu)，其中“R”為驅(qū)動運動副。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:

本發(fā)明由主體部分、三自由度3-PUU并聯(lián)機構(gòu)、三自由度3-RUU并聯(lián)機構(gòu)、工作空間調(diào)節(jié)機構(gòu)及七個主動驅(qū)動器構(gòu)成。

主體部分的機架[34]和操作器動平臺[1]由三條支鏈進(jìn)行連接。每條支鏈結(jié)構(gòu)完全相同，以一條支鏈為例，從機架[34]開始，通過第一球形搖塊座[26]、第一球形搖塊[23]、第一滑道[20]、第一滑塊[17]、第一轉(zhuǎn)動副[14]、第一下連桿[11]、第一下虎克鉸[8]、第一上連桿[5]、第一上虎克鉸[2]和操作器動平臺[1]連接在一起，實現(xiàn)整個裝置的功能。

三自由度3-PUU并聯(lián)機構(gòu)主要由機架[34]、第一滑道[20]、第二滑道[21]、第三滑道[22]、第一滑塊[17]、第二滑塊[18]、第三滑塊[19]、第一下虎克鉸[8]、第二下虎克鉸[9]、第三下虎克鉸[10]、第一上連桿[5]、第二上連桿[6]、第三上連桿[7]、第一上虎克鉸[2]、第二上虎克鉸[3]、第三上虎克鉸[4]和操作器動平臺[1]構(gòu)成。此時，轉(zhuǎn)動副[14][15][16]是鎖定狀態(tài)，調(diào)節(jié)螺母[32]和調(diào)節(jié)螺桿[31]之間沒有相對運動，而第一滑塊[17]、第二滑塊[18]和第三滑塊[19]為該機構(gòu)的主動驅(qū)動器，此三自由度3PUU并聯(lián)機構(gòu)示意圖如圖2所示，可以實現(xiàn)三自由度平移運動輸出。

三自由度3-RUU并聯(lián)機構(gòu)主要由機架[34]、第一轉(zhuǎn)動副[14]、第二轉(zhuǎn)動副[15]、第三轉(zhuǎn)動副[16]、第一下虎克鉸[8]、第二下虎克鉸[9]、第三下虎克鉸[10]、第一上連桿[5]、第二上連桿[6]、第三上連桿[7]、第一上虎克鉸[2]、第二上虎克鉸[3]、第三上虎克鉸[4]和操作器動平臺[1]構(gòu)成。此時，滑道[20][21][22]和滑塊[17][18][19]之間是鎖定狀態(tài)，調(diào)節(jié)螺母[32]和調(diào)節(jié)螺桿[31]之間沒有相對運動，而第一轉(zhuǎn)動副[14]、第二轉(zhuǎn)動副[15]和第三轉(zhuǎn)動副[16]為該機構(gòu)的主動驅(qū)動器，此三自由度3-RUU并聯(lián)機構(gòu)示意圖如圖3所示，可以實現(xiàn)三自由度平移運動輸出。

工作空間調(diào)節(jié)機構(gòu)主要由機架[34]、第一球形搖塊座[26]、第二球形搖塊座[27]、第三球形搖塊座[28]、第一球形搖塊[23]、第二球形搖塊[24]、第三球形搖塊[25]、第一滑道[20]、第二滑道[21]、第三滑道[22]、滑道支撐架[30]、螺桿連接頭[29]、調(diào)節(jié)螺桿[31]、調(diào)節(jié)螺母[32]和中心盤[33]構(gòu)成,調(diào)節(jié)螺母[32]和調(diào)節(jié)螺桿[31]通過螺紋連接在一起，調(diào)節(jié)螺母[32]可以自由轉(zhuǎn)動。此時，在誤差補償?shù)娜哂囹?qū)動組合并聯(lián)機構(gòu)中，調(diào)節(jié)螺母[32]為該機構(gòu)的主動驅(qū)動器，該機構(gòu)通過調(diào)節(jié)螺母[32]的旋轉(zhuǎn)帶動調(diào)節(jié)螺桿[31]上下運動，同時滑道支撐架[30]也上下運動，改變滑道[20][21][22]與機架[34]之間的夾角，實現(xiàn)整個機構(gòu)工作空間的調(diào)節(jié)功能。

七個主動驅(qū)動器包括調(diào)節(jié)螺母[32]驅(qū)動電機、三個滑塊[17][18][19]驅(qū)動電機、三個轉(zhuǎn)動副[14][15][16]驅(qū)動裝置。

本發(fā)明所具有的有益效果：利用并聯(lián)機構(gòu)的多自由度運動特性和組合機構(gòu)原理，提供了一種可以實現(xiàn)三自由度平移運動和三自由度誤差補償?shù)慕M合運動輸出機構(gòu)，該機構(gòu)還具有工作空間可調(diào)的功能。能夠用于精密手術(shù)及微創(chuàng)手術(shù)等醫(yī)療用途機械產(chǎn)品以及其它需要小工作空間、高精度操作的場合。本機構(gòu)主要由移動和轉(zhuǎn)動兩種簡單運動副構(gòu)成，易于裝配和控制。

附圖說明

圖1組合并聯(lián)機構(gòu)總裝配示意圖；

圖2 3PUU并聯(lián)機構(gòu)示意圖；

圖3 3RUU并聯(lián)機構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)號分別為：操作器動平臺[1]、第一上虎克鉸[2]、第二上虎克鉸[3]、第三上虎克鉸[4]、第一上連桿[5]、第二上連桿[6]、第三上連桿[7]、第一下虎克鉸[8]、第二下虎克鉸[9]、第三下虎克鉸[10]、第一下連桿[11]、第二下連桿[12]、第三下連桿[13]、第一轉(zhuǎn)動副[14]、第二轉(zhuǎn)動副[15]、第三轉(zhuǎn)動副[16]、第一滑塊[17]、第二滑塊[18]、第三滑塊[19]、第一滑道[20]、第二滑道[21]、第三滑道[22]、第一球形搖塊[23]、第二球形搖塊[24]、第三球形搖塊[25]、第一球形搖塊座[26]、第二球形搖塊座[27]、第三球形搖塊座[28]、螺桿連接頭[29]、滑道支撐架[30]、調(diào)節(jié)螺桿[31]、調(diào)節(jié)螺母[32]、中心盤[33]、機架[34]。

具體實施方式

結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

本發(fā)明利用獨特的組合結(jié)構(gòu)設(shè)計，解決了一種并聯(lián)機構(gòu)運動輸出和誤差補償?shù)碾y題，并增加了機構(gòu)的微動調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，擴(kuò)大了該類型并聯(lián)機構(gòu)的應(yīng)用場合。該機構(gòu)可實現(xiàn)3-PUU機構(gòu)和3-RUU機構(gòu)的組合運動輸出，其驅(qū)動方式主要有三套。

要實現(xiàn)三自由度3-PUU并聯(lián)機構(gòu)運動輸出時，鎖死轉(zhuǎn)動副[14][15][16]，如圖2所示，第一滑塊[17]、第二滑塊[18]和第三滑塊[19]為該機構(gòu)的驅(qū)動裝置，通過滾珠絲杠的方式實現(xiàn)直線驅(qū)動方式輸入；要實現(xiàn)三自由度3-RUU并聯(lián)機構(gòu)誤差補償輸出時，鎖死滑塊[17][18][19]，如圖3所示，第一轉(zhuǎn)動副[14]、第二轉(zhuǎn)動副[15]和第三轉(zhuǎn)動副[16]為該機構(gòu)的驅(qū)動裝置，通過減速伺服電機的方式實現(xiàn)轉(zhuǎn)動驅(qū)動方式輸入；要實現(xiàn)工作空間調(diào)節(jié)機構(gòu)的功能時，鎖死滑塊[17][18][19]和轉(zhuǎn)動副[14][15][16]，調(diào)節(jié)螺母[32]為該機構(gòu)的驅(qū)動裝置，通過減速伺服電機實現(xiàn)轉(zhuǎn)動驅(qū)動方式輸入。

應(yīng)用時，機架[34]連接在固定的底座上，然后將操作機械手連接在操作器動平臺[1]上，通過控制系統(tǒng)控制七個主動驅(qū)動器實現(xiàn)預(yù)定運動輸出。

上面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行了示例性描述，顯然本發(fā)明具體實現(xiàn)并不受上述方式的限制，只要采用了本發(fā)明的方法構(gòu)思和技術(shù)方案進(jìn)行的各種改造，或未經(jīng)改進(jìn)直接應(yīng)用于其它場合的，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。