CN107414800A - 一种采用旋转驱动的两分支并联手术机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种采用旋转驱动的两分支并联手术机器人，该机器人包括机架、动平台、垂直于动平台平面的操作杆，四个旋转驱动电机，以及并联连接在机架与动平台之间的第一分支和第二分支；上述第一分支的特征在于从机架到动平台依次布置有五个转动副，第二分支从机架到动平台依次布置有四个转动副；上述第一分支的第一转动副轴线，第一分支的第二转动副轴线，第二分支的第一转动副轴线，以及操作杆中心线在一点汇交；上述第一分支的第五转动副轴线和第二分支的第四转动副轴线平行于动平台平面。该采用旋转驱动的两分支并联手术机器人具有分支少，重量轻、工作空间大、驱动方式简单、加工制造容易等优点，具有良好的应用前景。

Description

一种采用旋转驱动的两分支并联手术机器人
技术领域：
本发明属于一种微创手术机器人，具体是一种并联手术机械手。
背景技术：
近几十年来，随着微创手术在临床手术中的不断应用和发展，具有更高手术精度和操作便捷性的并联微创手术机器人也应运而生。
现有的并联手术机器人主要基于三分支的并联机构，中国专利(CN201410586568.6)发明了一种3CRRR(C和R分别表示圆柱副和转动副)并联微创手术机器人。中国专利(CN201620807944.4)发明了一种3PURR(P和U分别表示移动副和胡克铰链)并联手术机器人。中国专利(CN201410586195.2)发明了一种3RRRRR并联微创手术机器人。中国专利(CN201510243307.9)发明了一种2UPRR-UPR并联手术机器人。基于自由度分析可以判断出这些并联机构含有过约束，它们的制造和安装相对于非过约束机构较为复杂。本发明所涉及的并联手术机器人只有两个分支，不含过约束。此外，本发明中的所涉及的并联手术机器人机构与现有的三分支并联手术机器人机构在所含运动副形式与数目，杆件数，运动副的布置和驱动副的选择等方面完全不同。
也有一些两分支的并联手术机器人被发明，中国专利(CN201610403712.7)发明了一种2CRR并联微创手术机器人。中国专利(CN201710118026.X)发明了一种2PUR并联手术机械手。中国专利(CN201710118041.4)发明了一种2-PRRR构型的并联式手术机械人。上述这些并联机器人呈对称结构，采用直线驱动。本发明涉及的并联机构RRRRR-RRRR，是一种非对称结构，采用旋转电机驱动。本发明与上述涉及两分支手术机器人的发明专利相比，所含运动副形式与数目，杆件数，运动副的布置及驱动副的选择等不同，是不同类型的机构。
发明内容：
本发明涉及一种采用旋转驱动的两分支并联手术机器人，该机械手具有分支少，重量轻、工作空间大、只用旋转电机驱动、加工制造容易等优点。
一种采用旋转驱动的两分支并联手术机器人，其特征在于：它包括机架、动平台、垂直于动平台平面的操作杆，四个旋转驱动电机，以及并联连接在机架与动平台之间的第一分支和第二分支；上述第一分支的特征在于从机架到动平台依次布置有第一转动副，第一连杆，第二转动副，第二连杆，第三转动副，第三连杆，第四转动副，第四连杆及第五转动副；上述第二分支的特征在于从机架到动平台依次布置有第一转动副，第一连杆，第二转动副，第二连杆，第三转动副，第三连杆及第四转动副；上述第一分支中第一连杆通过第一转动副与机架连接，第二连杆通过第二转动副与第一连杆连接，第三连杆通过第三转动副与第二连杆连接，第四连杆通过第四转动副与第三连杆连接，动平台通过第五转动副与第四连杆连接；上述第二分支中第一连杆通过第一转动副与机架连接，第二连杆通过第二转动副与第一连杆连接，第三连杆通过第三转动副与第二连杆连接，动平台通过第四转动副与第三连杆连接；上述第一分支的第三转动副轴线，第四转动副轴线，第五转动副轴线相互平行；上述第一分支的第三转动副轴线与第二转动副轴线是异面关系；上述第二分支的第二转动副轴线，第三转动副轴线，第四转动副轴线相互平行；上述第二分支的第二转动副轴线与第一转动副轴线是异面关系；上述第一分支的第一转动副轴线，第一分支的第二转动副轴线，第二分支的第一转动副轴线，以及操作杆中心线在一点汇交；上述第一分支的第五转动副轴线和第二分支的第四转动副轴线平行于动平台平面；上述操作杆与动平台通过转动副连接，并且该转动副上安装有旋转驱动电机；上述第一分支的第一转动副，第二分支的第一转动副和第二转动副分别安装有旋转驱动电机。
一种采用旋转驱动的两分支并联手术机器人，其特征在于：它包括机架、动平台、垂直于动平台平面的操作杆，四个旋转驱动电机，以及并联连接在机架与动平台之间的第一分支和第二分支；上述第一分支的特征在于从机架到动平台依次布置有第一转动副，第一连杆，万向铰，第二连杆，第二转动副，第三连杆及第三转动副；上述第二分支的特征在于从机架到动平台依次布置有第一转动副，第一连杆，第二转动副，第二连杆，第三转动副，第三连杆及第四转动副；上述第一分支中第一连杆通过第一转动副与机架连接，第二连杆通过万向铰与第一连杆连接，第三连杆通过第二转动副与第二连杆连接，动平台通过第三转动副与第三连杆连接；上述第二分支中第一连杆通过第一转动副与机架连接，第二连杆通过第二转动副与第一连杆连接，第三连杆通过第三转动副与第二连杆连接，动平台通过第四转动副与第三连杆连接；上述第一分支中的第二转动副轴线，第三转动副轴线，万向铰与第二连杆连接的转动副轴线相互平行；上述第二分支的第二转动副轴线，第三转动副轴线，第四转动副轴线相互平行；上述第二分支的第二转动副轴线与第一转动副轴线是异面关系；上述第一分支的第一转动副轴线，第一分支中万向铰与第一连杆连接的转动副轴线，第二分支的第一转动副轴线，以及操作杆中心线在一点汇交；上述第一分支的第三转动副轴线和第二分支的第四转动副轴线平行于动平台平面；上述操作杆与动平台通过转动副连接，并且该转动副上安装有旋转驱动电机；上述第一分支的第一转动副，第二分支的第一转动副和第二转动副分别安装有旋转驱动电机。
附图说明：
图1是本发明实施例1的结构示意图。
图2是本发明实施例2的结构示意图。
图1中：1-机架、2-动平台、3-操作杆、R11-第一分支的第一转动副、R12-第一分支的第二转动副、R13-第一分支的第三转动副、R14-第一分支的第四转动副、R15-第一分支的第五转动副、R21-第二分支的第一转动副、R22-第二分支的第二转动副、R23-第二分支的第三转动副、R24-第二分支的第四转动副、M1-第一旋转驱动电机、M2-第二旋转驱动电机、M3-第三旋转驱动电机、M4-第四旋转驱动电机。
图2中：1-机架、2-动平台、3-操作杆、4-万向铰、4a-万向铰与第一连杆连接的转动副、4b-万向铰与第二连杆连接的转动副、R11-第一分支的第一转动副、R12-第一分支的第二转动副、R13-第一分支的第三转动副、R21-第二分支的第一转动副、R22-第二分支的第二转动副、R23-第二分支的第三转动副、R24-第二分支的第四转动副、M1-第一旋转驱动电机、M2-第二旋转驱动电机、M3-第三旋转驱动电机、M4-第四旋转驱动电机。
具体实施方法：
结合附图对本发明涉及的一种采用旋转驱动的两分支并联手术机器人进行详细说明如下：
实施例1：
一种采用旋转驱动的两分支并联手术机器人，其特征在于：它包括机架1、动平台2、垂直于动平台2平面的操作杆3，第一旋转驱动电机M1，第二旋转驱动电机M2，第三旋转驱动电机M3，第四旋转驱动电机M4，以及并联连接在机架1与动平台2之间的第一分支和第二分支；上述第一分支的特征在于从机架1到动平台2依次布置有第一转动副R11，第一连杆，第二转动副R12，第二连杆，第三转动副R13，第三连杆，第四转动副R14，第四连杆及第五转动副R15；上述第二分支的特征在于从机架1到动平台2依次布置有第一转动副R21，第一连杆，第二转动副R22，第二连杆，第三转动副R23，第三连杆及第四转动副R24；上述第一分支中第一连杆通过第一转动副R11与机架1连接，第二连杆通过第二转动副R12与第一连杆连接，第三连杆通过第三转动副R13与第二连杆连接，第四连杆通过第四转动副R14与第三连杆连接，动平台2通过第五转动副R15与第四连杆连接；上述第二分支中第一连杆通过第一转动副R21与机架1连接，第二连杆通过第二转动副R22与第一连杆连接，第三连杆通过第三转动副R23与第二连杆连接，动平台2通过第四转动副R24与第三连杆连接；上述第一分支的第三转动副R13轴线，第四转动副R14轴线，第五转动副R15轴线相互平行；上述第一分支的第三转动副R13轴线与第二转动副R12轴线是异面关系；上述第二分支的第二转动副R22轴线，第三转动副R23轴线，第四转动副R24轴线相互平行；上述第二分支的第二转动副R22轴线与第一转动副R21轴线是异面关系；上述第一分支的第一转动副R11轴线，第一分支的第二转动副R12轴线，第二分支的第一转动副R21轴线，以及操作杆3中心线在一点汇交；上述第一分支的第五转动副R15轴线和第二分支的第四转动副R24轴线平行于动平台2平面；上述操作杆3与动平台2通过转动副连接，并且该转动副上安装有第四旋转驱动电机M4；上述第一分支的第一转动副R11，第二分支的第一转动副R21和第二转动副R22分别安装有第一旋转驱动电机M1、第二旋转驱动电机M2和第三旋转驱动电机M3。
实施例2：
一种采用旋转驱动的两分支并联手术机器人，其特征在于：它包括机架1、动平台2、垂直于动平台2平面的操作杆3，第一旋转驱动电机M1，第二旋转驱动电机M2，第三旋转驱动电机M3，第四旋转驱动电机M4，以及并联连接在机架1与动平台2之间的第一分支和第二分支；上述第一分支的特征在于从机架1到动平台2依次布置有第一转动副R11，第一连杆，万向铰4，第二连杆，第二转动副R12，第三连杆及第三转动副R13；上述第二分支的特征在于从机架1到动平台2依次布置有第一转动副R21，第一连杆，第二转动副R22，第二连杆，第三转动副R23，第三连杆及第四转动副R24；上述第一分支中第一连杆通过第一转动副R11与机架1连接，第二连杆通过万向铰4与第一连杆连接，第三连杆通过第二转动副R12与第二连杆连接，动平台2通过第三转动副R13与第三连杆连接；上述第二分支中第一连杆通过第一转动副R21与机架1连接，第二连杆通过第二转动副R22与第一连杆连接，第三连杆通过第三转动副R23与第二连杆连接，动平台2通过第四转动副R24与第三连杆连接；上述第一分支中的第二转动副R12轴线，第三转动副R13轴线，万向铰4与第二连杆连接的转动副4b轴线相互平行；上述第二分支的第二转动副R22轴线，第三转动副R23轴线，第四转动副R24轴线相互平行；上述第二分支的第二转动副R22轴线与第一转动副R21轴线是异面关系；上述第一分支的第一转动副R11轴线，第一分支中万向铰4与第一连杆连接的转动副4a轴线，第二分支的第一转动副R21轴线，以及操作杆3中心线在一点汇交；上述第一分支的第三转动副R13轴线和第二分支的第四转动副R24轴线平行于动平台2平面；上述操作杆3与动平台2通过转动副连接，并且该转动副上安装有第四旋转驱动电机M4；上述第一分支的第一转动副R11，第二分支的第一转动副R21和第二转动副R22分别安装有第一旋转驱动电机M1，第二旋转驱动电机M2和第三旋转驱动电机M3。

Claims (2)

1.一种采用旋转驱动的两分支并联手术机器人，其特征在于：它包括机架、动平台、垂直于动平台平面的操作杆，四个旋转驱动电机，以及并联连接在机架与动平台之间的第一分支和第二分支；上述第一分支的特征在于从机架到动平台依次布置有第一转动副，第一连杆，第二转动副，第二连杆，第三转动副，第三连杆，第四转动副，第四连杆及第五转动副；上述第二分支的特征在于从机架到动平台依次布置有第一转动副，第一连杆，第二转动副，第二连杆，第三转动副，第三连杆及第四转动副；上述第一分支中第一连杆通过第一转动副与机架连接，第二连杆通过第二转动副与第一连杆连接，第三连杆通过第三转动副与第二连杆连接，第四连杆通过第四转动副与第三连杆连接，动平台通过第五转动副与第四连杆连接；上述第二分支中第一连杆通过第一转动副与机架连接，第二连杆通过第二转动副与第一连杆连接，第三连杆通过第三转动副与第二连杆连接，动平台通过第四转动副与第三连杆连接；上述第一分支的第三转动副轴线，第四转动副轴线，第五转动副轴线相互平行；上述第一分支的第三转动副轴线与第二转动副轴线是异面关系；上述第二分支的第二转动副轴线，第三转动副轴线，第四转动副轴线相互平行；上述第二分支的第二转动副轴线与第一转动副轴线是异面关系；上述第一分支的第一转动副轴线，第一分支的第二转动副轴线，第二分支的第一转动副轴线，以及操作杆中心线在一点汇交；上述第一分支的第五转动副轴线和第二分支的第四转动副轴线平行于动平台平面；上述操作杆与动平台通过转动副连接，并且该转动副上安装有旋转驱动电机；上述第一分支的第一转动副，第二分支的第一转动副和第二转动副分别安装有旋转驱动电机。
2.一种采用旋转驱动的两分支并联手术机器人，其特征在于：它包括机架、动平台、垂直于动平台平面的操作杆，四个旋转驱动电机，以及并联连接在机架与动平台之间的第一分支和第二分支；上述第一分支的特征在于从机架到动平台依次布置有第一转动副，第一连杆，万向铰，第二连杆，第二转动副，第三连杆及第三转动副；上述第二分支的特征在于从机架到动平台依次布置有第一转动副，第一连杆，第二转动副，第二连杆，第三转动副，第三连杆及第四转动副；上述第一分支中第一连杆通过第一转动副与机架连接，第二连杆通过万向铰与第一连杆连接，第三连杆通过第二转动副与第二连杆连接，动平台通过第三转动副与第三连杆连接；上述第二分支中第一连杆通过第一转动副与机架连接，第二连杆通过第二转动副与第一连杆连接，第三连杆通过第三转动副与第二连杆连接，动平台通过第四转动副与第三连杆连接；上述第一分支中的第二转动副轴线，第三转动副轴线，万向铰与第二连杆连接的转动副轴线相互平行；上述第二分支的第二转动副轴线，第三转动副轴线，第四转动副轴线相互平行；上述第二分支的第二转动副轴线与第一转动副轴线是异面关系；上述第一分支的第一转动副轴线，第一分支中万向铰与第一连杆连接的转动副轴线，第二分支的第一转动副轴线，以及操作杆中心线在一点汇交；上述第一分支的第三转动副轴线和第二分支的第四转动副轴线平行于动平台平面；上述操作杆与动平台通过转动副连接，并且该转动副上安装有旋转驱动电机；上述第一分支的第一转动副，第二分支的第一转动副和第二转动副分别安装有旋转驱动电机。
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