CN107877492B - 一种用于微创手术的并联机械手 - Google Patents

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Abstract

一种用于微创手术的并联机械手，包括圆环形机架、动平台、垂直于动平台平面的操作杆，以及相同的第一分支和第二分支；上述每个分支从圆环形机架到动平台之间依次布置有第一移动副、第一转动副、第二转动副、第二移动副及第三转动副；上述每个分支的第一连杆通过第一移动副与圆环形机架连接，第四连杆通过第三转动副与动平台连接；上述第一分支的第三转动副轴线和第二分支的第三转动副轴线平行于动平台平面，并且这两个转动副的轴线相交；上述第一分支的第一转动副轴线、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。本发明结构紧凑、汇交轴线少、易加工装配、运动灵活、容易控制、安全性高，应用前景良好。

Description

一种用于微创手术的并联机械手
技术领域
本发明涉及一种用于微创手术机器人，具体是一种并联机械手。
技术背景
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上述发明专利的并联机构含有过约束，且汇交轴线多，它们的制造和安装相对于非过约束机构较为复杂。
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手。上述发明专利为直线型移动副，分支与机架固连，运动不够灵活。
发明内容
鉴于以上内容，有必要提供一种用于微创手术的并联机械手，该机械手具有结构紧凑、汇交轴线少、易加工装配、运动灵活、容易控制、安全性高等优点。本发明对于微创手术的进一步推广具有重要意义。
一种用于微创手术的并联机械手，它包括圆环形机架、动平台、垂直于动平台平面的操作杆，以及并联连接在圆环形机架和动平台之间两个相同的第一分支和第二分支；上述每个分支从圆环形机架到动平台之间依次布置有第一移动副，第一连杆，第一转动副，第二连杆，第二转动副，第三连杆，第二移动副，第四连杆及第三转动副；上述每个分支中圆环形机架与第一连杆之间通过第一移动副连接，第一连杆与第二连杆之间通过第一转动副连接，第二连杆与第三连杆之间通过第二转动副连接，第三连杆与第四连杆之间通过第二移动副连接，第四连杆与动平台之间通过第三转动副连接；上述每个分支的第一转动副轴线垂直于第二转动副轴线和第三转动副轴线；上述每个分支的第二移动副轴线垂直于第二转动副轴线和第三转动副轴线；上述每个分支的第二转动副轴线和第三转动副轴线平行；上述第一分支的第三转动副轴线与第二分支的第三转动副轴线平行于动平台平面，并且这两个转动副的轴线是相交关系；上述第一分支的第一转动副轴线，第二分支的第一转动副轴线以及操作杆的中心线在一点汇交。
一种用于微创手术的并联机械手，它包括圆环形机架、动平台、垂直于动平台平面的操作杆以及并联连接在圆环形机架和动平台之间两个相同的第一分支和第二分支；上述每个分支从圆环形机架到动平台依次布置有第一移动副，第一连杆，万向铰，第二连杆，第二移动副，第三连杆及第一转动副；上述每个分支中圆环形机架与第一连杆之间通过第一移动副连接，第一连杆与第二连杆之间通过万向铰连接，第二连杆与第三连杆之间通过第二移动副连接，第三连杆与动平台之间通过第一转动副连接；上述每个分支中万向铰与第一连杆连接的转动副轴线垂直于第一转动副轴线；上述每个分支的第二移动副轴线垂直于万向铰与第二连杆连接的转动副轴线和第一转动副轴线；上述每个分支中万向铰与第二连杆连接的转动副轴线和第一转动副轴线平行；上述第一分支的第一转动副轴线与第二分支的第一转动副轴线平行于动平台平面，并且这两个转动副的轴线是相交关系；上述第一分支中万向铰与第一连杆连接的转动副轴线，第二分支中万向铰与第一连杆连接的转动副轴线，以及操作杆的中心线在一点汇交。
与现有发明相比，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，汇交轴线少，结构紧凑，易加工装配。本发明中圆环形的移动轨道与上述发明专利中直线形的移动轨道不同，具有更高的灵活性。此外，本发明中所涉及的并联手术机器人机构与现有的并联手术机器人机构在所含运动副形式与数目，杆件数，运动副的布置等方面完全不同，是不同类型的机构。
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1的分支结构示意图。
图3是本发明实施例2的结构示意图。
图4是本发明实施例2的分支结构示意图。
图1中：1-机架、2-动平台、3-操作杆、P11-第一分支的第一移动副、R12-第一分支的第一转动副、R13-第一分支的第二转动副、P14-第一分支的第二移动副、R15-第一分支的第三转动副、P21-第二分支的第一移动副、R22-第二分支的第一转动副、R23-第二分支的第二转动副、P24-第二分支的第二移动副、R25-第二分支的第三转动副。
图3中：1-机架、2-动平台、3-操作杆、P11-第一分支的第一移动副、4-万向铰、4a-万向铰与第一分支中第一连杆连接的转动副、4b-万向铰与第一分支中第二连杆连接的转动副、P12-第一分支的第二移动副、R13-第一分支的第一转动副、P21-第二分支的第一移动副、5-万向铰、5a-万向铰与第二分支中第一连杆连接的转动副、5b-万向铰与第二分支中第二连杆连接的转动副、P22-第二分支的第二移动副、R23-第二分支的第一转动副。
具体实施方式
以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明，本发明并不局限于以下实施例。
实施例1
一种用于微创手术的并联机械手，它包括圆环形机架1、动平台2、垂直于动平台平面的操作杆3，以及并联连接在圆环形机架1和动平台2之间两个相同的第一分支和第二分支；上述第一分支从圆环形机架1到动平台2之间依次布置有第一移动副P11，第一连杆，第一转动副R12，第二连杆，第二转动副R13，第三连杆，第二移动副P14，第四连杆及第三转动副R15；上述第二分支从圆环形机架1到动平台2之间依次布置有第一移动副P21，第一连杆，第一转动副R22，第二连杆，第二转动副R23，第三连杆，第二移动副P24，第四连杆及第三转动副R25；上述第一分支中圆环形机架1与第一连杆之间通过第一移动副P11连接，第一连杆与第二连杆之间通过第一转动副R12连接，第二连杆与第三连杆之间通过第二转动副R13连接，第三连杆与第四连杆之间通过第二移动副P14连接，第四连杆与动平台2之间通过第三转动副R15连接；上述第二分支中圆环形机架1与第一连杆之间通过第一移动副P21连接，第一连杆与第二连杆之间通过第一转动副R22连接，第二连杆与第三连杆之间通过第二转动副R23连接，第三连杆与第四连杆之间通过第二移动副P24连接，第四连杆与动平台2之间通过第三转动副R25连接；上述第一分支的第一转动副R12轴线垂直于第二转动副R13轴线和第三转动副R15轴线；上述第一分支第二移动副P14轴线垂直于第二转动副R13轴线和第三转动副R15轴线；上述第一分支的第二转动副R13轴线和第三转动副R15轴线平行；上述第二分支的第一转动副R22轴线垂直于第二转动副R23轴线和第三转动副R25轴线；上述第二分支第二移动副P24轴线垂直于第二转动副R23轴线和第三转动副R25轴线；上述第二分支的第二转动副R23轴线和第三转动副R25轴线平行；上述第一分支的第三转动副R15轴线与第二分支的第三转动副R25轴线平行于动平台平面，并且这两个转动副的轴线是相交关系；上述第一分支的第一转动副R12轴线，第二分支的第一转动副R22轴线以及操作杆3的中心线在一点汇交。
实施例2
一种用于微创手术的并联机械手，它包括圆环形机架1、动平台2、垂直于动平台平面的操作杆3以及并联连接在圆环形机架1和动平台2之间两个相同的第一分支和第二分支；上述第一分支从圆环形机架1到动平台2之间依次布置有第一移动副P11，第一连杆，万向铰4，第二连杆，第二移动副P12，第三连杆及第一转动副R13；上述第二分支从圆环形机架1到动平台2之间依次布置有第一移动副P21，第一连杆，万向铰5，第二连杆，第二移动副P22，第三连杆及第一转动副R23；上述第一分支中圆环形机架1与第一连杆之间通过第一移动副P11连接，第一连杆与第二连杆之间通过万向铰4连接，第二连杆与第三连杆之间通过第二移动副P12连接，第三连杆与动平台2之间通过第一转动副R13连接；上述第二分支中圆环形机架1与第一连杆之间通过第一移动副P21连接，第一连杆与第二连杆之间通过万向铰5连接，第二连杆与第三连杆之间通过第二移动副P22连接，第三连杆与动平台2之间通过第一转动副R23连接；上述第一分支中万向铰4与第一连杆连接的转动副4a轴线垂直于第一转动副R13轴线；上述第一分支的第二移动副P12轴线垂直于万向铰4与第二连杆连接的转动副4b轴线和第一转动副R13轴线；上述第一分支中万向铰4与第二连杆连接的转动副4b轴线和第一转动副R13轴线平行；上述第二分支中万向铰5与第一连杆连接的转动副5a轴线垂直于第一转动副R23轴线；上述第二分支的第二移动副P22轴线垂直于万向铰5与第二连杆连接的转动副5b轴线和第一转动副R23轴线；上述第二分支中万向铰5与第二连杆连接的转动副5b轴线和第一转动副R23轴线平行；上述第一分支的第一转动副R13轴线与第二分支的第一转动副R23轴线平行于动平台平面，并且这两个转动副的轴线是相交关系；上述第一分支中万向铰4与第一连杆连接的转动副4a轴线，第二分支中万向铰5与第一连杆连接的转动副5a轴线，以及操作杆3的中心线在一点汇交。

Claims (2)

1.一种用于微创手术的并联机械手，其特征在于：它包括圆环形机架、动平台、垂直于动平台平面的操作杆，以及并联连接在圆环形机架和动平台之间两个相同的第一分支和第二分支；上述每个分支从圆环形机架到动平台之间依次布置有第一移动副、第一连杆、第一转动副、第二连杆、第二转动副、第三连杆、第二移动副、第四连杆及第三转动副；上述每个分支中圆环形机架与第一连杆之间通过第一移动副连接，第一连杆与第二连杆之间通过第一转动副连接，第二连杆与第三连杆之间通过第二转动副连接，第三连杆与第四连杆之间通过第二移动副连接，第四连杆与动平台之间通过第三转动副连接；上述每个分支的第一转动副轴线垂直于第二转动副轴线和第三转动副轴线；上述每个分支的第二移动副轴线垂直于第二转动副轴线和第三转动副轴线；上述每个分支的第二转动副轴线和第三转动副轴线平行；上述第一分支的第三转动副轴线与第二分支的第三转动副轴线平行于动平台平面，并且这两个转动副的轴线是相交关系；上述第一分支的第一转动副轴线，第二分支的第一转动副轴线以及操作杆的中心线在一点汇交。
2.一种用于微创手术的并联机械手，其特征在于：它包括圆环形机架、动平台、垂直于动平台平面的操作杆以及并联连接在圆环形机架和动平台之间两个相同的第一分支和第二分支；上述每个分支从圆环形机架到动平台之间依次布置有第一移动副、第一连杆、万向铰、第二连杆、第二移动副、第三连杆及第一转动副；上述每个分支中圆环形机架与第一连杆之间通过第一移动副连接，第一连杆与第二连杆之间通过万向铰连接，第二连杆与第三连杆之间通过第二移动副连接，第三连杆与动平台之间通过第一转动副连接；上述每个分支中万向铰与第一连杆连接的转动副轴线垂直于第一转动副轴线；上述每个分支的第二移动副轴线垂直于万向铰与第二连杆连接的转动副轴线和第一转动副轴线；上述每个分支中万向铰与第二连杆连接的转动副轴线和第一转动副轴线平行；上述第一分支的第一转动副轴线与第二分支的第一转动副轴线平行于动平台平面，并且这两个转动副的轴线是相交关系；上述第一分支中万向铰与第一连杆连接的转动副轴线，第二分支中万向铰与第一连杆连接的转动副轴线，以及操作杆的中心线在一点汇交。
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