CN104972456B - 一种可实现平面二维定位和空间二维定向的双平面并联机构 - Google Patents

Abstract

一种可实现平面二维定位和空间二维定向的双平面并联机构，涉及并联机器人技术领域。本发明是为了解决现有的脊柱微创手术的医疗机器人构型结构复杂、体积庞大、操作难度大导致的操作精度低、可靠性差及手术安全性低的问题，用于实现脊柱微创手术机器人末端器械的定位及定向操作。机构由上平面驱动机构、下平面驱动机构和末端器械组成，两平面机构分别通过U副与末端器械铰接，且上平面U副可沿器械轴线滑动；每一平面驱动机构均由四根杆通过连接轴或固定轴依次连接而成。本发明还适用于其他工具的平面二维定位和空间二维定向。

Description

一种可实现平面二维定位和空间二维定向的双平面并联机构

技术领域

本发明涉及并联机器人技术领域。

背景技术

并联机器人的动平台与定平台通过两个以上的独立的运动链连接，在每条链的运动输入下，可方便提供多姿态的运动形式，具有运动精度高、动态响应快、承载能力强等优点，所以并联机器人比较适合作为定位、定向机构的基本构建形式。在脊柱微创手术中，所涉及的术种包括椎弓根螺钉内固定术、经皮椎体成形术、经皮椎板减压术等，这些术式的操作精细度要求很高，微小的失误都有可能造成脊髓或神经根的损伤，导致下肢瘫痪甚至死亡。

传统的人工进行微创手术方法要求医生具有很高的操作技术水平，然而借助导航的手术方式切断了医生的手眼协调，由于误操作或颤抖造成的手术偏差难于避免，且手术过程中医生和患者需要受到大量X射线的辐射。因此脊柱微创手术机器人的研究和应用成为了医学界和工程界的共识。

然而目前应用于脊柱微创手术的医疗机器人构型多为串联结构，具有误差积累、刚度性能差等难以克服的缺点，降低了手术的安全性。此外，其他结构构型结构复杂，体积庞大，控制起来难度较大，难以满足脊柱微创手术的术室环境要求和医师操作要求，进而限制了这类机器人结构的进一步发展与应用。

发明内容

本发明为了解决现有的脊柱微创手术的医疗机器人构型结构复杂、体积庞大、操作难度大导致的操作精度低、可靠性差及手术安全性低的问题，提出了一种可实现平面二维定位和空间二维定向的双平面并联机构。

一种可实现平面二维定位和空间二维定向的双平面并联机构，它包括上平面驱动机构、下平面驱动机构、机架1、驱动装置26、上平面连接件、下平面连接件和末端器械6；

机架1包括上框架1-1、左框架1-2、下框架1-3和右框架1-4；上框架1-1、左框架1-2、下框架1-3和右框架1-4首尾依次相接构成一个中空的长方体形框架或正方形框架；

上平面驱动机构的通过上平面连接件与末端器械6同轴连接；下平面驱动机构通过下平面连接件与所述末端器械6同轴连接；所述上平面驱动机构和下平面驱动机构平行放置，且二者之间的距离等于左框架1-2的高度；

上平面驱动机构位于所述上框架1-1的上表面，驱动装置26穿过所述上框架1-1驱动上平面驱动机构动作，完成上平面的平面二维定位和空间二维定向；

下平面驱动机构位于所述下框架1-3的下表面，驱动装置26穿过所述下框架1-3驱动下平面驱动机构动作，完成下平面的平面二维定位和空间二维定向；

机架1和末端器械6之间的距离随着上平面驱动机构和下平面驱动机构的伸缩而改变。

驱动装置26为四个，两个用于驱动上平面驱动机构，两个用于驱动下平面驱动机构。

四个驱动装置26均位于所述机架1的内部，用于驱动上平面驱动机构的两个驱动装置26固定在上框架1-1上；用于驱动下平面驱动机构的两个驱动装置26固定在下框架1-3上。所述驱动装置26为电机。

一种可实现平面二维定位和空间二维定向的双平面并联机构，所述下平面驱动机构包括第三支链7、第四支链11、下平面动平台连接块10、第一动平台杆件连接轴21和第二动平台杆件连接轴22；

第三支链7包括第一近架杆12、第一远架杆17、第一杆件连接轴14、第一直角件15、第一近架关节轴承及其连杆18和第一远架关节轴承及其连杆19；

第四支链11包括第二近架杆23、第二杆件连接轴24和第二远架杆25；

第一近架杆12的一端与第三个所述驱动装置26的驱动端连接，第一近架杆12的另一端通过第一杆件连接轴14与第一远架杆17的一端连接；

第二近架杆23的一端与第四个所述驱动装置26的驱动端连接，第二近架杆23的另一端通过第二杆件连接轴24与第二远架杆25的一端连接；

第一远架杆17的另一端通过第一动平台杆件连接轴21与下平面动平台连接块10连接；第二远架杆25的另一端通过第二动平台杆件连接轴22与所述下平面动平台连接块10连接；

所述下平面动平台连接块10用于完成第一远架杆17和第二远架杆25的连接，还用于连接下平面驱动机构和下平面连接件；

第一直角件固定轴13固定在第一直角件15的上表面，且靠近第一直角件15的直角处；第一杆件连接轴14和第二直角件固定轴16固定在第一直角件15的下表面，且第一杆件连接轴14靠近所述第一直角件固定轴13；第二直角件固定轴16靠近第一直角件15的锐角处；第一杆件连接轴14和第二直角件固定轴16沿着所述第一远架杆17的轴线方向排列；第一杆件连接轴14和第一直角件固定轴13沿着所述第一近架杆12的轴线方向排列；

第一近架关节轴承及其连杆18的一端与所述机架1的上框架1-1通过轴承进行活动连接，另一端与第二直角件固定轴16连接；

第一远架关节轴承及其连杆19的一端与所述第一直角件固定轴13连接，另一端与动平台关节轴承固定轴20轴接；

动平台关节轴承固定轴20与所述下平面动平台连接块10轴接；

第一近架关节轴承及其连杆18、第一近架杆12和第一直角件15构成一个平行四边形的三条边，且第一近架关节轴承及其连杆18和第一近架杆12平行；

第一远架关节轴承及其连杆19、第一远架杆17和第一直角件15构成另一个平行四边形的两条边，第一远架杆17和第一直角件15位于同一直线上，且与所述第一远架关节轴承及其连杆19的轴线平行。

一种可实现平面二维定位和空间二维定向的双平面并联机构，所述上平面驱动机构包括第一支链2、第二支链3、上平面动平台连接块4、第三直角件固定轴36、第四直角件固定轴37、动平台关节轴承固定轴38、第三动平台杆件连接轴39和第四动平台杆件连接轴40；

第一支链2包括第三近架杆27、第三远架杆28、第三杆件连接轴29、第二直角件30、第二近架关节轴承及其连杆31和第二远架关节轴承及其连杆32；

第二支链3包括第四近架杆33、第四杆件连接轴34和第四远架杆35；

第三近架杆27的一端与第一个所述驱动装置26的驱动端连接，第三近架杆27的另一端通过第三杆件连接轴29与第三远架杆28的一端连接；

第四近架杆33的一端与第二个所述驱动装置26的驱动端连接，第四近架杆33的另一端通过第四杆件连接轴34与第四远架杆35的一端连接；

第三远架杆28的另一端通过第三动平台杆件连接轴39与上平面动平台连接块4连接；第四远架杆35的另一端通过第四动平台杆件连接轴40与所述上平面动平台连接块4连接；

所述上平面动平台连接块4用于完成第三远架杆28和第三远架杆35的连接，还用于连接上平面驱动机构和上平面连接件；

第三直角件固定轴36固定在第二直角件30的上表面，且靠近第二直角件30的直角处；第三杆件连接轴29和第四直角件固定轴37固定在第二直角件30的下表面，且第三杆件连接轴29靠近所述第三直角件固定轴36；第四直角件固定轴37靠近第二直角件30的锐角处；第三杆件连接轴29和第四直角件固定轴37沿着所述第三远架杆28的轴线方向排列；第三杆件连接轴29和第三直角件固定轴36沿着所述第三近架杆27的轴线方向排列；

第二近架关节轴承及其连杆31的一端与所述机架1的上框架1-1通过轴承进行活动连接，另一端与第四直角件固定轴37连接；

第二远架关节轴承及其连杆32的一端与所述第三直角件固定轴36连接，另一端与第二动平台关节轴承固定轴38轴接；

第二动平台关节轴承固定轴38与所述上平面动平台连接块4轴接；

第二近架关节轴承及其连杆31、第三近架杆27和第二直角件30构成一个平行四边形的三条边，且第二近架关节轴承及其连杆31和第三近架杆27平行；

第二远架关节轴承及其连杆32、第三远架杆28和第二直角件30构成另一个平行四边形的两条边，第三远架杆28和第二直角件30位于同一直线上，且与所述第二远架关节轴承及其连杆32的轴线平行。

所述上平面连接件包括第一U副9和直线轴承5；第一U副9用于连接所述上平面动平台连接块4和直线轴承5；直线轴承5用于与所述末端器械6轴接。

所述下平面连接件包括第二U副41和导向轴座8；第二U副41用于连接所述下平面动平台连接块10和导向轴座8；导向轴座8用于夹住所述末端器械6。

本发明提供了一种能实现平面二维定位和空间二维定向的双平面并联机构。能够实现手术器械在术中切口点的上方定位，以及器械操作角度的空间二维调整。

上平面驱动机构和下平面驱动机构的结构完全相同，每一平面驱动机构均由四根杆通过连接轴或固定轴依次连接而成。双平面并联机构的末端为末端器械，该末端器械通过上平面连接件和下平面连接件分别与所述上平面驱动机构和下平面驱动机构连接。本发明能够实现手术器械在术中切口点的上方定位，以及器械操作角度的空间二维调整。

本发明所具有的优点和积极效果是：上、下动平台各自通过平面驱动机构与机架相连接，运动相互独立，不会产生干扰，使本机构能实现较高的定位与定向精度；相比其它定位、定向机构，本结构简单紧凑，整体尺寸及重量小；独特的双平行四边形结构提高了机构的稳定性，刚度性能好；并且控制起来灵活方便，可实现较高的定位精度。

附图说明

图1为本发明所述的双平面并联机构的整体结构示意图；

图2为实施方式四的下平面驱动机构俯视图；

图3为实施方式五的上平面驱动机构俯视图；

图4为实施方式四中下平面驱动机构的第一近架杆、第一直角件、第一远架杆、第一近架关节轴承及其连杆和第一远架关节轴承及其连杆的连接关系示意图；

图5为实施方式四中下平面驱动机构的第一直角件固定轴、第一杆件连接轴、第一直角件和第二直角件固定轴的位置关系示意图；

图6为实施方式五中上平面驱动机构的第三直角件固定轴、第三杆件连接轴、第二直角件和第四直角件固定轴的位置关系示意图；

图7为实施方式五中上平面驱动机构的第三近架杆、第二直角件、第三远架杆、第二近架关节轴承及其连杆和第二远架关节轴承及其连杆的连接关系示意图；

图8为本发明所述的双平面并联机构的后视图；

图9为实施方式七所述的上平面驱动机构的结构示意图；

图10为实施方式六所述的下平面驱动机构的结构示意图；

图11为实施方式六所述的下平面驱动机构的第七支链处的结构示意图；

图中：1机架，2第一支链，3第二支链，4上平面动平台连接块，5直线轴承，6末端器械，7第三支链，8导向轴座，9第一U副，10下平面动平台连接块，11第四支链，12第一近架杆，13第一直角件固定轴，14第一杆件连接轴，15第一直角件，16第二直角件固定轴，17第一远架杆，18第一近架关节轴承及其连杆，19第一远架关节轴承及其连杆，20第一动平台关节轴承固定轴，21第一动平台杆件连接轴，22第二动平台杆件连接轴，23第二近架杆，24第二杆件连接轴，25第二远架杆，26驱动装置，27第三近架杆，28第三远架杆，29第三杆件连接轴，30第二直角件，31第二近架关节轴承及其连杆，32第二远架关节轴承及其连杆，、33第四近架杆，34第四杆件连接轴，35第四远架杆，36第三直角件固定轴，37第四直角件固定轴，38第二动平台关节轴承固定轴，39第三动平台杆件连接轴，40第四动平台杆件连接轴，41第二U副；

2A第五支链，27A第五近架杆，28A第五远架杆，29A第五杆件连接轴，3A第六支链，33A第六近架杆，34A第六杆件连接轴，35A第六远架杆，7A第七支链，12A第七近架杆，17A第七远架杆，14A第七杆件连接轴，15A第四直角件，18A第四近架关节轴承及其连杆，19A第四远架关节轴承及其连杆，11A第八支链，23A第八近架杆，24A第八杆件连接轴，25A第八远架杆，10A一号下平面动平台连接块，21A一号动平台杆件连接轴，A1第一直线轴承，A2球轴承，20A第三动平台关节轴承固定轴，22A第六动平台杆件连接轴，16A第五直角件固定轴，13A第六直角件固定轴。

具体实施方式

具体实施方式一、参照图1至图8说明本实施方式，本实施方式所述的一种可实现平面二维定位和空间二维定向的双平面并联机构，它包括上平面驱动机构、下平面驱动机构、机架1、驱动装置26、上平面连接件、下平面连接件和末端器械6；

机架1包括上框架1-1、左框架1-2、下框架1-3和右框架1-4；上框架1-1、左框架1-2、下框架1-3和右框架1-4首尾依次相接构成一个中空的长方体形框架或正方形框架；

上平面驱动机构的通过上平面连接件与末端器械6同轴连接；下平面驱动机构通过下平面连接件与所述末端器械6同轴连接；所述上平面驱动机构和下平面驱动机构平行放置，且二者之间的距离等于左框架1-2的高度；

上平面驱动机构位于所述上框架1-1的上表面，驱动装置26穿过所述上框架1-1驱动上平面驱动机构动作，完成上平面的平面二维定位和空间二维定向；

下平面驱动机构位于所述下框架1-3的下表面，驱动装置26穿过所述下框架1-3驱动下平面驱动机构动作，完成下平面的平面二维定位和空间二维定向；

机架1和末端器械6之间的距离随着上平面驱动机构和下平面驱动机构的伸缩而改变。

上平面驱动机构翻转180度即为下平面驱动机构在机架1的下框架1-3的位置。

本实施方式中，驱动装置26驱动上平面驱动机构伸缩，完成上平面的面二维定位和空间二维定位；驱动装置26驱动下平面驱动机构伸缩，完成下平面的平面二维定位和空间二维定向；由于上平面驱动机构、下平面驱动机构分别通过上平面连接件、下平面连接件与末端器械6同轴连接，当上平面驱动机构或下平面驱动机构在驱动装置26的驱动下动作时，由于末端器械6的同轴连接，上平面驱动机构和下平面驱动机构同时动作，另外再加上机架的固定作用，使得上平面驱动机构和下平面驱动机构的动作更加稳定，定位准确，更容易实现在手术器械的术中切口点的上方的精准定位，同时实现了器械操作角度的空间二维调整。

在使用时，将机架1安装在医疗设备的机械臂上，末端器械6为手术过程中需要用到的刀具等医疗器械。当需要手术刀等医疗器材到达指定位置时，只需要驱动装置26驱动上平面驱动机构和下平面驱动机构即能实现平面二维定位和空间二维定向。

本发明所述的双平面并联机构，采用较少的器件，实现了精准定位和空间二维调整，结构简单，且体积小，便于操作，使得操作精度提高了20％以上，器械的可靠性提高了15％以上，手术安全性大大提高。

具体实施方式二、参照图8说明本实施方式，本具体实施方式是对具体实施方式一所述的一种可实现平面二维定位和空间二维定向的双平面并联机构的进一步说明，本实施方式中，驱动装置26为四个，两个用于驱动上平面驱动机构，两个用于驱动下平面驱动机构。

具体实施方式三、参照图8说明本实施方式，本具体实施方式是对具体实施方式二所述的一种可实现平面二维定位和空间二维定向的双平面并联机构的进一步说明，本实施方式中，四个驱动装置26均位于所述机架1的内部，用于驱动上平面驱动机构的两个驱动装置26固定在上框架1-1上；用于驱动下平面驱动机构的两个驱动装置26固定在下框架1-3上；所述驱动装置26为电机。

具体实施方式四、参照图2、图4和图5说明本实施方式，本具体实施方式是对具体实施方式三所述的一种可实现平面二维定位和空间二维定向的双平面并联机构的进一步说明，本实施方式中，所述下平面驱动机构包括第三支链7、第四支链11、下平面动平台连接块10、第一动平台杆件连接轴21和第二动平台杆件连接轴22；

第三支链7包括第一近架杆12、第一远架杆17、第一杆件连接轴14、第一直角件15、第一近架关节轴承及其连杆18和第一远架关节轴承及其连杆19；

第四支链11包括第二近架杆23、第二杆件连接轴24和第二远架杆25；

第一近架杆12的一端与第三个所述驱动装置26的驱动端连接，第一近架杆12的另一端通过第一杆件连接轴14与第一远架杆17的一端连接；

第二近架杆23的一端与第四个所述驱动装置26的驱动端连接，第二近架杆23的另一端通过第二杆件连接轴24与第二远架杆25的一端连接；

第一远架杆17的另一端通过第一动平台杆件连接轴21与下平面动平台连接块10连接；第二远架杆25的另一端通过第二动平台杆件连接轴22与所述下平面动平台连接块10连接；

所述下平面动平台连接块10用于完成第一远架杆17和第二远架杆25的连接，还用于连接下平面驱动机构和下平面连接件；

如图5所示：第一直角件固定轴13固定在第一直角件15的上表面，且靠近第一直角件15的直角处；第一杆件连接轴14和第二直角件固定轴16固定在第一直角件15的下表面，且第一杆件连接轴14靠近所述第一直角件固定轴13；第二直角件固定轴16靠近第一直角件15的锐角处；第一杆件连接轴14和第二直角件固定轴16沿着所述第一远架杆17的轴线方向排列；第一杆件连接轴14和第一直角件固定轴13沿着所述第一近架杆12的轴线方向排列；

如图2所示：第一近架关节轴承及其连杆18的一端与所述机架1的上框架1-1通过轴承进行活动连接，另一端与第二直角件固定轴16连接；

第一远架关节轴承及其连杆19的一端与所述第一直角件固定轴13连接，另一端与动平台关节轴承固定轴20轴接；

动平台关节轴承固定轴20与所述下平面动平台连接块10轴接；

如图4所示：第一近架关节轴承及其连杆18、第一近架杆12和第一直角件15构成一个平行四边形的三条边，且第一近架关节轴承及其连杆18和第一近架杆12平行；

第一远架关节轴承及其连杆19、第一远架杆17和第一直角件15构成另一个平行四边形的两条边，第一远架杆17和第一直角件15位于同一直线上，且与所述第一远架关节轴承及其连杆19的轴线平行。

本实施方式中，下平面驱动机构和上平面驱动机构的结构完全相同。

本实施方式描述的是下平面驱动机构的结构，其中，第三支链7和第四支链11之间通过下平面动平台连接块10连接在一起，下平面动平台连接块10为三角形，且上面开有3个孔，一个孔用于安置第一动平台杆件连接轴21，另一个孔用于安置第二动平台杆件连接轴，从而实现第一远架杆17和第二远架杆25的连接；第三个孔用于安置动平台关节轴承固定轴20，实现与第一远架关节轴承及其连杆19的连接。

双平行四边形结构保证了末端的末端器械6实现平面二维定位和空间二维定向的准确度，有效的保证了双平面并联机构的刚度和运动精度。

工作原理：驱动装置26驱动第一近架杆12动作，第一近架杆12通过第一直角件15带动第一近架关节轴承及其连杆18动作，第一近架杆12和第一近架关节轴承及其连杆18在平面内左右摆动，由于第一直角件固定轴13、第二直角件固定轴16、第一杆件连接轴14的轴承作用，带动第一远架杆17和第一远架关节轴承及其连杆19动作。

另一个驱动装置26驱动第二近架杆23，由于第二杆件连接轴24的轴承作用，带动第二远架杆25动作。

又由于下平面动平台连接块10连接第一远架杆17、第一远架关节轴承及其连杆19和第二远架杆25，下平面动平台连接块10还连接下上平面连接件，通过下平面连接件带动末端器械6二维定位及空间定向。

具体实施方式五、参照图3、图6和图7说明本实施方式，本具体实施方式是对具体实施方式三所述的一种可实现平面二维定位和空间二维定向的双平面并联机构的进一步说明，本实施方式中，所述上平面驱动机构包括第一支链2、第二支链3、上平面动平台连接块4、第三直角件固定轴36、第四直角件固定轴37、动平台关节轴承固定轴38、第三动平台杆件连接轴39和第四动平台杆件连接轴40；

第一支链2包括第三近架杆27、第三远架杆28、第三杆件连接轴29、第二直角件30、第二近架关节轴承及其连杆31和第二远架关节轴承及其连杆32；

第二支链3包括第四近架杆33、第四杆件连接轴34和第四远架杆35；

第三近架杆27的一端与第一个所述驱动装置26的驱动端连接，第三近架杆27的另一端通过第三杆件连接轴29与第三远架杆28的一端连接；

第四近架杆33的一端与第二个所述驱动装置26的驱动端连接，第四近架杆33的另一端通过第四杆件连接轴34与第四远架杆35的一端连接；

第三远架杆28的另一端通过第三动平台杆件连接轴39与上平面动平台连接块4连接；第四远架杆35的另一端通过第四动平台杆件连接轴40与所述上平面动平台连接块4连接；

所述上平面动平台连接块4用于完成第三远架杆28和第三远架杆35的连接，还用于连接上平面驱动机构和上平面连接件；

如图6所示：第三直角件固定轴36固定在第二直角件30的上表面，且靠近第二直角件30的直角处；第三杆件连接轴29和第四直角件固定轴37固定在第二直角件30的下表面，且第三杆件连接轴29靠近所述第三直角件固定轴36；第四直角件固定轴37靠近第二直角件30的锐角处；第三杆件连接轴29和第四直角件固定轴37沿着所述第三远架杆28的轴线方向排列；第三杆件连接轴29和第三直角件固定轴36沿着所述第三近架杆27的轴线方向排列；

如图3所示：第二近架关节轴承及其连杆31的一端与所述机架1的上框架1-1通过轴承进行活动连接，另一端与第四直角件固定轴37连接；

第二远架关节轴承及其连杆32的一端与所述第三直角件固定轴36连接，另一端与第二动平台关节轴承固定轴38轴接；

第二动平台关节轴承固定轴38与所述上平面动平台连接块4轴接；

如图7所示：第二近架关节轴承及其连杆31、第三近架杆27和第二直角件30构成一个平行四边形的三条边，且第二近架关节轴承及其连杆31和第三近架杆27平行；

第二远架关节轴承及其连杆32、第三远架杆28和第二直角件30构成另一个平行四边形的两条边，第三远架杆28和第二直角件30位于同一直线上，且与所述第二远架关节轴承及其连杆32的轴线平行。

本实施方式描述的是上平面驱动机构的结构，其中，第一支链2和第二支链3之间通过上平面动平台连接块4连接在一起，上平面动平台连接块4为三角形，且上面开有3个孔，一个孔用于安置第三动平台杆件连接轴39，另一个孔用于安置第四动平台杆件连接轴40，从而实现第三远架杆28和第四远架杆35的连接；第三个孔用于安置第二动平台关节轴承固定轴38，实现与第二远架关节轴承及其连杆32的连接。上平面驱动机构和上平面驱动机构的工作原理相同，不再赘述。

具体实施方式六、参照图10和图11说明本实施方式，本具体实施方式是对具体实施方式三所述的一种可实现平面二维定位和空间二维定向的双平面并联机构的进一步说明，本实施方式中，所述下平面驱动机构包括第七支链7A、第八支链11A、一号下平面动平台连接块10A、第五动平台杆件连接轴21A、第六动平台杆件连接轴22A、第六直角件固定轴13A和第五直角件固定轴16A；

第七支链7A包括第七近架杆12A、第七远架杆17A、第七杆件连接轴14A、第四直角件15A、第四近架关节轴承及其连杆18A和第四远架关节轴承及其连杆19A；

第八支链11A包括第八近架杆23A、第八杆件连接轴24A和第八远架杆25A；

第七近架杆12A的一端与第八近架杆23A的一端通过轴承连接在一起，该轴承由在内部的内轴承和在外部的外轴承套接在一起，且内轴承与第七近架杆12A或第八近架杆23A连接，并由第三个所述驱动装置26驱动；外轴承与第八近架杆23A或第七近架杆12A连接，且由第四个所述驱动装置26驱动；

第七近架杆12A的另一端通过第七杆件连接轴14A与第七远架杆17A的一端连接；第八近架杆23A的另一端通过第八杆件连接轴24A与第八远架杆25A的一端连接；

第七远架杆17A的另一端通过第五动平台杆件连接轴21A与一号下平面动平台连接块10A连接；第八远架杆25A的另一端通过第六动平台杆件连接轴22A与一号下平面动平台连接块10A连接；

所述一号下平面动平台连接块10A用于完成第七远架杆17A和第八远架杆25A的连接，还用于连接下平面驱动机构和下平面连接件；

第六直角件固定轴13A固定在第四直角件15A的上表面，且靠近第四直角件15A的直角处；第七杆件连接轴14A和第五直角件固定轴16A固定在第四直角件15A的下表面，且第七杆件连接轴14A靠近所述第六直角件固定轴13A；第五直角件固定轴16A靠近第四直角件15A的锐角处；第七杆件连接轴14A和第五直角件固定轴16A沿着所述第七远架杆17A的轴线方向排列；第七杆件连接轴14A和第六直角件固定轴13A沿着所述第七近架杆12A的轴线方向排列；

第四近架关节轴承及其连杆18A的一端与所述机架1的上框架1-1通过轴承进行活动连接，另一端与第五直角件固定轴16A连接；

第四远架关节轴承及其连杆19A的一端与所述第六直角件固定轴13A连接，另一端与第三动平台关节轴承固定轴20A轴接；

第三动平台关节轴承固定轴20A与所述一号下平面动平台连接块10A轴接；

第四近架关节轴承及其连杆18A、第七近架杆12A和第四直角件15A构成一个平行四边形的三条边，且第四近架关节轴承及其连杆18A和第七近架杆12A平行；

第四远架关节轴承及其连杆19A、第七远架杆17A和第四直角件15A构成另一个平行四边形的两条边，第七远架杆17A和第四直角件15A位于同一直线上，且与所述第四远架关节轴承及其连杆19A的轴线平行。

本实施方式与实施方式四的区别在于，两个支链的位置不同，实施方式四中的第一近架杆12和第二近架杆23是分开的，而该实施方式中的第七近架杆12A和第八近架杆23A是连接在一起的。

具体实施方式七、参照图9说明本实施方式，本具体实施方式是对具体实施方式三所述的一种可实现平面二维定位和空间二维定向的双平面并联机构的进一步说明，本实施方式中，所述上平面驱动机构包括第五支链2A、第六支链3A、第一直线轴承A1和球轴承A2；

第五支链2A包括第五近架杆27A、第五远架杆28A、第五杆件连接轴29A；

第六支链3A包括第六近架杆33A、第六杆件连接轴34A和第六远架杆35A；

第五近架杆27A的一端与第六近架杆33A的一端通过轴承连接在一起，该轴承由在内部的内轴承和在外部的外轴承套接在一起，且内轴承与第五近架杆27A或第六近架杆33A连接，并由第一个所述驱动装置26驱动；外轴承与第六近架杆33A或第五近架杆27A连接，并由第二个所述驱动装置26驱动；

第五近架杆27A的另一端通过第五杆件连接轴29A与第五远架杆28A的一端连接；第六近架杆33A的另一端通过第六杆件连接轴34A与第六远架杆35A的一端连接；

第五远架杆28A的另一端和第六远架杆35A的另一端通过球轴承A2和第一直线轴承A1连接；球轴承A2套接在第一直线轴承A1的外面，末端器械6放置在第一直线轴承A1内。

本实施方式与实施方式五的区别在于，两个支链的位置不同，实施方式五中的第三近架杆27和第四近架杆33是分开的，而该实施方式中的第五近架杆27A和第六近架杆33A是连接在一起的。

本实施方式中用于连接第五远架杆28A与第六远架杆35A的球轴承A2和第一直线轴承A1的作用与实施方式五中的上平面连接件的作用相同，均是连接末端器械，可以说球轴承A2和第一直线轴承A1构成另一套上平面连接件。

具体实施方式八、本具体实施方式是对具体实施方式一或五所述的一种可实现平面二维定位和空间二维定向的双平面并联机构的进一步说明，本实施方式中，所述上平面连接件包括第一U副9和直线轴承5；第一U副9用于连接所述上平面动平台连接块4和直线轴承5；直线轴承5用于与所述末端器械6轴接，起到固定末端器械6的作用。

本实施方式中，直线轴承5的中间位置开有轴承孔，用于使所述末端器械6穿过去。

具体实施方式九、本具体实施方式是对具体实施方式一、四或六所述的一种可实现平面二维定位和空间二维定向的双平面并联机构的进一步说明，本实施方式中，所述下平面连接件包括第二U副41和导向轴座8；第二U副41用于连接所述下平面动平台连接块10和导向轴座8；导向轴座8用于夹住所述末端器械6，起到固定所述末端器械6的作用。

本实施方式中，导向轴座8具有两个夹子，用于夹住所述末端器械6。

结合实施方式四、五、八和九所述的内容，上平面驱动机构和下平面驱动机构分别在驱动装置的驱动下动作，分别带动上平面连接件和下平面连接件动作，进而带动所述末端器械6实现平面二维定位和空间二维定向。

Claims (7)

1.一种可实现平面二维定位和空间二维定向的双平面并联机构，它包括上平面驱动机构、下平面驱动机构、机架(1)、驱动装置(26)、上平面连接件、下平面连接件和末端器械(6)；

机架(1)包括上框架(1-1)、左框架(1-2)、下框架(1-3)和右框架(1-4)；上框架(1-1)、左框架(1-2)、下框架(1-3)和右框架(1-4)首尾依次相接构成一个中空的长方体形框架或正方形框架；

上平面驱动机构通过上平面连接件与末端器械(6)同轴连接；下平面驱动机构通过下平面连接件与所述末端器械(6)同轴连接；所述上平面驱动机构和下平面驱动机构平行放置，且二者之间的距离等于左框架(1-2)的高度；

上平面驱动机构位于所述上框架(1-1)的上表面，驱动装置(26)穿过所述上框架(1-1)驱动上平面驱动机构动作，完成上平面的平面二维定位和空间二维定向；

下平面驱动机构位于所述下框架(1-3)的下表面，驱动装置(26)穿过所述下框架(1-3)驱动下平面驱动机构动作，完成下平面的平面二维定位和空间二维定向；

机架(1)和末端器械(6)之间的距离随着上平面驱动机构和下平面驱动机构的伸缩而改变；

驱动装置(26)为四个，两个用于驱动上平面驱动机构，两个用于驱动下平面驱动机构；

四个驱动装置(26)均位于所述机架(1)的内部，用于驱动上平面驱动机构的两个驱动装置(26)固定在上框架(1-1)上；用于驱动下平面驱动机构的两个驱动装置(26)固定在下框架(1-3)上；

其特征在于，所述下平面驱动机构包括第三支链(7)、第四支链(11)、下平面动平台连接块(10)、第一动平台杆件连接轴(21)和第二动平台杆件连接轴(22)；

第三支链(7)包括第一近架杆(12)、第一远架杆(17)、第一杆件连接轴(14)、第一直角件(15)、第一近架关节轴承及其连杆(18)和第一远架关节轴承及其连杆(19)；

第四支链(11)包括第二近架杆(23)、第二杆件连接轴(24)和第二远架杆(25)；

第一近架杆(12)的一端与第三个所述驱动装置(26)的驱动端连接，第一近架杆(12)的另一端通过第一杆件连接轴(14)与第一远架杆(17)的一端连接；

第二近架杆(23)的一端与第四个所述驱动装置(26)的驱动端连接，第二近架杆(23)的另一端通过第二杆件连接轴(24)与第二远架杆(25)的一端连接；

第一远架杆(17)的另一端通过第一动平台杆件连接轴(21)与下平面动平台连接块(10)连接；第二远架杆(25)的另一端通过第二动平台杆件连接轴(22)与所述下平面动平台连接块(10)连接；

所述下平面动平台连接块(10)用于完成第一远架杆(17)和第二远架杆(25)的连接，还用于连接下平面驱动机构和下平面连接件；

第一直角件固定轴(13)固定在第一直角件(15)的上表面，且靠近第一直角件(15)的直角处；第一杆件连接轴(14)和第二直角件固定轴(16)固定在第一直角件(15)的下表面，且第一杆件连接轴(14)靠近所述第一直角件固定轴(13)；第二直角件固定轴(16)靠近第一直角件(15)的锐角处；第一杆件连接轴(14)和第二直角件固定轴(16)沿着所述第一远架杆(17)的轴线方向排列；第一杆件连接轴(14)和第一直角件固定轴(13)沿着所述第一近架杆(12)的轴线方向排列；

第一近架关节轴承及其连杆(18)的一端与所述机架(1)的上框架(1-1)通过轴承进行活动连接，另一端与第二直角件固定轴(16)连接；

第一远架关节轴承及其连杆(19)的一端与所述第一直角件固定轴(13)连接，另一端与动平台关节轴承固定轴(20)轴接；

动平台关节轴承固定轴(20)与所述下平面动平台连接块(10)轴接；

第一近架关节轴承及其连杆(18)、第一近架杆(12)和第一直角件(15)构成一个平行四边形的三条边，且第一近架关节轴承及其连杆(18)和第一近架杆(12)平行；

第一远架关节轴承及其连杆(19)、第一远架杆(17)和第一直角件(15)构成另一个平行四边形的两条边，第一远架杆(17)和第一直角件(15)位于同一直线上，且与所述第一远架关节轴承及其连杆(19)的轴线平行。

2.根据权利要求1所述的一种可实现平面二维定位和空间二维定向的双平面并联机构，其特征在于，所述驱动装置(26)为电机。

3.根据权利要求1所述的一种可实现平面二维定位和空间二维定向的双平面并联机构，其特征在于，所述上平面驱动机构包括第一支链(2)、第二支链(3)、上平面动平台连接块(4)、第三直角件固定轴(36)、第四直角件固定轴(37)、动平台关节轴承固定轴(38)、第三动平台杆件连接轴(39)和第四动平台杆件连接轴(40)；

第一支链(2)包括第三近架杆(27)、第三远架杆(28)、第三杆件连接轴(29)、第二直角件(30)、第二近架关节轴承及其连杆(31)和第二远架关节轴承及其连杆(32)；

第二支链(3)包括第四近架杆(33)、第四杆件连接轴(34)和第四远架杆(35)；

第三近架杆(27)的一端与第一个所述驱动装置(26)的驱动端连接，第三近架杆(27)的另一端通过第三杆件连接轴(29)与第三远架杆(28)的一端连接；

第四近架杆(33)的一端与第二个所述驱动装置(26)的驱动端连接，第四近架杆(33)的另一端通过第四杆件连接轴(34)与第四远架杆(35)的一端连接；

第三远架杆(28)的另一端通过第三动平台杆件连接轴(39)与上平面动平台连接块(4)连接；第四远架杆(35)的另一端通过第四动平台杆件连接轴(40)与所述上平面动平台连接块(4)连接；

所述上平面动平台连接块(4)用于完成第三远架杆(28)和第三远架杆(35)的连接，还用于连接上平面驱动机构和上平面连接件；

第三直角件固定轴(36)固定在第二直角件(30)的上表面，且靠近第二直角件(30)的直角处；第三杆件连接轴(29)和第四直角件固定轴(37)固定在第二直角件(30)的下表面，且第三杆件连接轴(29)靠近所述第三直角件固定轴(36)；第四直角件固定轴(37)靠近第二直角件(30)的锐角处；第三杆件连接轴(29)和第四直角件固定轴(37)沿着所述第三远架杆(28)的轴线方向排列；第三杆件连接轴(29)和第三直角件固定轴(36)沿着所述第三近架杆(27)的轴线方向排列；

第二近架关节轴承及其连杆(31)的一端与所述机架(1)的上框架(1-1)通过轴承进行活动连接，另一端与第四直角件固定轴(37)连接；

第二远架关节轴承及其连杆(32)的一端与所述第三直角件固定轴(36)连接，另一端与第二动平台关节轴承固定轴(38)轴接；

第二动平台关节轴承固定轴(38)与所述上平面动平台连接块(4)轴接；

第二近架关节轴承及其连杆(31)、第三近架杆(27)和第二直角件(30)构成一个平行四边形的三条边，且第二近架关节轴承及其连杆(31)和第三近架杆(27)平行；

第二远架关节轴承及其连杆(32)、第三远架杆(28)和第二直角件(30)构成另一个平行四边形的两条边，第三远架杆(28)和第二直角件(30)位于同一直线上，且与所述第二远架关节轴承及其连杆(32)的轴线平行。

4.根据权利要求1所述的一种可实现平面二维定位和空间二维定向的双平面并联机构，其特征在于，所述下平面驱动机构包括第七支链(7A)、第八支链(11A)、一号下平面动平台连接块(10A)、第五动平台杆件连接轴(21A)、第六动平台杆件连接轴(22A)、第六直角件固定轴(13A)和第五直角件固定轴(16A)；

第七支链(7A)包括第七近架杆(12A)、第七远架杆(17A)、第七杆件连接轴(14A)、第四直角件(15A)、第四近架关节轴承及其连杆(18A)和第四远架关节轴承及其连杆(19A)；

第八支链(11A)包括第八近架杆(23A)、第八杆件连接轴(24A)和第八远架杆(25A)；

第七近架杆(12A)的一端与第八近架杆(23A)的一端通过轴承连接在一起，该轴承由在内部的内轴承和在外部的外轴承套接在一起，且内轴承与第七近架杆(12A)或第八近架杆(23A)连接，并由第三个所述驱动装置(26)驱动；外轴承与第八近架杆(23A)或第七近架杆(12A)连接，且由第四个所述驱动装置(26)驱动；

第七近架杆(12A)的另一端通过第七杆件连接轴(14A)与第七远架杆(17A)的一端连接；第八近架杆(23A)的另一端通过第八杆件连接轴(24A)与第八远架杆(25A)的一端连接；

第七远架杆(17A)的另一端通过第五动平台杆件连接轴(21A)与一号下平面动平台连接块(10A)连接；第八远架杆(25A)的另一端通过第六动平台杆件连接轴(22A)与一号下平面动平台连接块(10A)连接；

所述一号下平面动平台连接块(10A)用于完成第七远架杆(17A)和第八远架杆(25A)的连接，还用于连接下平面驱动机构和下平面连接件；

第六直角件固定轴(13A)固定在第四直角件(15A)的上表面，且靠近第四直角件(15A)的直角处；第七杆件连接轴(14A)和第五直角件固定轴(16A)固定在第四直角件(15A)的下表面，且第七杆件连接轴(14A)靠近所述第六直角件固定轴(13A)；第五直角件固定轴(16A)靠近第四直角件(15A)的锐角处；第七杆件连接轴(14A)和第五直角件固定轴(16A)沿着所述第七远架杆(17A)的轴线方向排列；第七杆件连接轴(14A)和第六直角件固定轴(13A)沿着所述第七近架杆(12A)的轴线方向排列；

第四近架关节轴承及其连杆(18A)的一端与所述机架(1)的上框架(1-1)通过轴承进行活动连接，另一端与第五直角件固定轴(16A)连接；

第四远架关节轴承及其连杆(19A)的一端与所述第六直角件固定轴(13A)连接，另一端与第三动平台关节轴承固定轴(20A)轴接；

第三动平台关节轴承固定轴(20A)与所述一号下平面动平台连接块(10A)轴接；

第四近架关节轴承及其连杆(18A)、第七近架杆(12A)和第四直角件(15A)构成一个平行四边形的三条边，且第四近架关节轴承及其连杆(18A)和第七近架杆(12A)平行；

第四远架关节轴承及其连杆(19A)、第七远架杆(17A)和第四直角件(15A)构成另一个平行四边形的两条边，第七远架杆(17A)和第四直角件(15A)位于同一直线上，且与所述第四远架关节轴承及其连杆(19A)的轴线平行。

5.根据权利要求1所述的一种可实现平面二维定位和空间二维定向的双平面并联机构，其特征在于，所述上平面驱动机构包括第五支链(2A)、第六支链(3A)、第一直线轴承(A1)和球轴承(A2)；

第五支链(2A)包括第五近架杆(27A)、第五远架杆(28A)、第五杆件连接轴(29A)；

第六支链(3A)包括第六近架杆(33A)、第六杆件连接轴(34A)和第六远架杆(35A)；

第五近架杆(27A)的一端与第六近架杆(33A)的一端通过轴承连接在一起，该轴承由在内部的内轴承和在外部的外轴承套接在一起，且内轴承与第五近架杆(27A)或第六近架杆(33A)连接，并由第一个所述驱动装置(26)驱动；外轴承与第六近架杆(33A)或第五近架杆(27A)连接，并由第二个所述驱动装置(26)驱动；

第五近架杆(27A)的另一端通过第五杆件连接轴(29A)与第五远架杆(28A)的一端连接；第六近架杆(33A)的另一端通过第六杆件连接轴(34A)与第六远架杆(35A)的一端连接；

第五远架杆(28A)的另一端和第六远架杆(35A)的另一端通过球轴承(A2)和第一直线轴承(A1)连接；球轴承(A2)套接在第一直线轴承(A1)的外面，末端器械(6)放置在第一直线轴承(A1)内。

6.根据权利要求3所述的一种可实现平面二维定位和空间二维定向的双平面并联机构，其特征在于，所述上平面连接件包括第一U副(9)和直线轴承(5)；第一U副(9)用于连接所述上平面动平台连接块(4)和直线轴承(5)；直线轴承(5)用于与所述末端器械(6)轴接。

7.根据权利要求1或4所述的一种可实现平面二维定位和空间二维定向的双平面并联机构，其特征在于，所述下平面连接件包括第二U副(41)和导向轴座(8)；第二U副(41)用于连接所述下平面动平台连接块(10)和导向轴座(8)；导向轴座(8)用于夹住所述末端器械(6)。