CN110755157B - 一种致动装置、传动机构、器械结构及机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能机器人领域，具体涉及一种致动装置、传动机构、器械结构及机器人，包括：致动框，致动框铰接于座体；致动器，致动器铰接在致动框内，且致动器的偏转方向与致动框的偏转方向相互垂直；传动索，传动索为两根，两根传动索分别连接致动器的两侧，两根传动索同时、同量一收一放时，致动器偏转，两根所述传动索同时、同量收或放时，所述致动框偏转。通过设置致动装置中的致动器由传动索拉动，无需设置齿轮，不存在耦合现象，结构大大简化，零部件少，体积小，方便和其它驱动传动结构集成设置，可真正实现小型化，解决了现有技术中的机器人的结构存在的零部件较多，重量大，体积大，易发生耦合的技术问题。

Description

一种致动装置、传动机构、器械结构及机器人

技术领域

本发明涉及智能机器人领域，具体涉及一种致动装置、传动机构、器械结构及机器人。

背景技术

1987年，全球第一例腹腔镜胆囊切除术成功完成，揭开了微创技术发展的新篇章。随之涌现出了大量先进的手术器械，推动了微创技术的发展进程并慢慢走向成熟。和传统的手术相比，创伤小、疼痛轻、恢复快的微创手术治疗在临床广泛使用，微创手术技术已成为代表医学发展的新方向。

现有技术中，传统的微创内窥镜手术器械均为细长杆结构，通过病人组织壁（例如腹腔、胸腔等）上的小切口将手术器械（例如，持针器、分离钳、手术刀、剪刀等）送入体内，医生通过操作长杆近端的把手控制长杆远端的手术器械。由于传统手术器械仅有单自由度，加上杠杆作用，医生很难实现复杂、精准的操作。还有一种是以“Da Vinci”为代表的主从分离式微创手术系统，整体结构复杂、单台成本高、使用成本高；体积庞大，需要专用的大型手术室；操作复杂，医生需经过专业的培训才可掌握操作，到精通仍需很长的学习曲线。

如专利号为CN201480053589.X的申请公开了一种用于医学装置的控制单元，其中公开了：控制单元包含驱动单元和所附接的使用者接口，接口由使用者的单手来操作，并致动控制单元内的电机和控制线由此控制附接到控制单元的医学装置的定位、移动和操作，驱动单元包含电机组和索轮系统，电机组包含由接口个别地致动的一或多个电机，电机的数量为五个，其中3个电机用于拉动和释放控制电缆，一个电机用于打开和闭合抓钳的钳口，且一个电机用于使钳口旋转。电机可以是由收容在近端中的电池组来供电的电动机（例如，齿轮比为1:2561:64的FAULHABER电机）。由上述内容可知，上述申请中的驱动单元采用的电机数量较多，且为齿轮传动，多个齿轮集中设置会增加系统的重量，还可能会导致齿轮间的耦合，如需克服耦合的缺陷，则会增加系统的体积。

如专利号为US6817974B2的专利公开了一种具有可定位的多盘腕关节的手术工具，其中公开了致动器结构，但该申请中的致动器采用的是电机、齿轮和驱动杆结构来驱动致动器摆动，上述的致动器的驱动结构零部件较多，所占体积较大，且电机和齿轮的传动易产生耦合不利于对致动器的摆动位置的精确控制。

发明内容

为了解决现有技术中的机器人的结构存在的零部件较多，重量大，体积大，易发生耦合的技术问题，本发明提出一种致动装置、传动机构、器械结构及机器人，解决了上述技术问题。本发明的技术方案如下：

一种致动装置，包括：致动框，所述致动框铰接于座体；致动器，所述致动器铰接在所述致动框内，且所述致动器的偏转方向与所述致动框的偏转方向相互垂直；传动索，所述传动索为两根，两根所述传动索分别连接所述致动器的两侧，两根所述传动索同时、同量一收一放时，所述致动器偏转，两根所述传动索同时、同量收或放时，所述致动框偏转。

通过设置致动装置中的致动器由传动索拉动，无需设置齿轮，不存在耦合现象，通过控制两根传动索的收放可精确驱动致动器和致动框偏转；此外，相较于现有技术中的齿轮和驱动杆驱动致动装置，传动索的驱动方式仅需配备驱动结构，结构大大简化，零部件少，体积小，方便和其它驱动传动结构集成设置，可真正实现小型化。

进一步地，还包括偏转传动轴，所述偏转传动轴为两个且分别与两个传动索对应，两个所述偏转传动轴集成安装在板件上，所述传动索的一端固定于对应的偏转传动轴，所述传动索的另外一端绕过板件上的偏转过渡轮与所述致动器相连，所述偏转过渡轮位于所述致动器的正上方。

进一步地，所述致动器上设有驱动索组，所述驱动索组用于驱动执行端俯仰或偏摆，所述致动器偏转时执行端偏摆，所述致动框偏转时执行端俯仰。

进一步地，所述驱动索组中的各个驱动索的竖直延伸的中间段的至少部分为杆状结构。

一种传动机构，包括：如上述的致动装置，所述致动装置用于驱动执行端偏摆或俯仰；开合传动装置，包括开合传动轴，所述开合传动轴通过开合传动索驱动执行端开合；自转传动装置，包括自转传动轴，所述自转传动轴通过齿轮组和驱动杆驱动执行端自转；其中，两个偏转传动轴、开合传动轴和自转传动轴集成安装于板件上。

进一步地，还包括支撑板，所述致动装置、开合传动装置和自转传动装置集成安装于支撑板和板件之间。

进一步地，所述座体安装在支撑板上，所有传动轴围绕所述座体安装，所述驱动杆穿过所述致动器驱动所述执行端自转，所述开合传动索穿过所述驱动杆驱动所述执行端开合。

一种器械结构，包括：如上述的传动机构；轴，所述轴将传动机构耦合到执行端；执行端，所述执行端包括柔性臂和执行组件，所述柔性臂的一端与所述轴连接，所述柔性臂的另一端可转动连接所述执行组件。

进一步地，所述柔性臂包括至少两个依次铰接的关节连杆，至少两个关节连杆可相对于轴沿两个相互垂直的方向摆动，致动器通过驱动索组与沿不同的方向摆动的关节连杆连接，所述致动器偏转时，所述驱动索组拉动所述柔性臂带动所述执行端偏摆；所述致动框偏转时，所述驱动索组拉动所述柔性臂带动所述执行端俯仰。

进一步地，所述驱动杆通过柔性自转臂与所述执行组件连接，所述柔性自转臂位于所述柔性臂的内部，所述柔性自转臂的轴向位置和轴向长度与所述柔性臂相同。

进一步地，所述执行组件包括两个中部铰接的执行手指和开合轴，两个所述执行手指的驱动端均与所述开合轴活动连接，所述开合传动索带动所述开合轴沿轴向往复运动，所述开合轴驱动两个执行手指摆动实现两个执行手指的开合。

一种机器人，包括：如上述的器械结构；驱动机构，所述驱动机构与所述器械结构可拆卸连接。

进一步地，所述驱动机构通过卡槽卡钩结构与所述器械结构的远离执行端的一端可拆卸连接，所述器械结构与所述驱动机构相接的端面上设置有第二芯片，所述驱动机构对应设置有第一芯片，所述第一芯片与所述第二芯片相接可获取所述第二芯片上的信息。

进一步地，所述驱动机构包括电机组，所述电机组集成安装在电机安装板上，所述电机组中的各电机的驱动端与对应的传动轴通过公头母头插接。

进一步地，各传动轴上设置有母头，所有母头在母头复位板的作用下复位，所述母头复位板上设有与所有母头上的插孔对应的凸起，通过所述凸起插入所述母头的插孔中实现对所有母头的复位。

进一步地，电机组的各电机的驱动端上设置有公头，每个公头上均设置有可插入母头中的地插，所述地插通过弹性伸缩件可伸缩地设置在公头的安装孔内。

进一步地，所述公头在公头复位组件的作用下复位，所述公头复位组件包括两块相反极性的磁性件和电磁复位板，两块所述磁性件对称设置且随所述公头转动，所述电磁复位板被固定设置，所述电磁复位板感应磁极转换并发出电信号来控制相应电机转动带动公头复位。

进一步地，还包括人机接口，所述人机接口与所述驱动机构的远离传动机构的一端连接，所述人机接口包括：手掌操作部，所述手掌操作部与手掌相适应，所述手掌操作部内设置有俯仰偏摆控制单元，所述俯仰偏摆控制单元获取手掌摆动动作对应的俯仰偏摆电信号；手指操作部，所述手指操作部与手指相适应，所述手指操作部与所述手掌操作部可转动连接，所述手指操作部内设有开合控制单元和自转控制单元，所述开合控制单元获取开合动作的开合电信号，所述自转控制单元获取旋转动作的自转电信号。

进一步地，所述俯仰偏摆控制单元包括球形套和球头杆，所述球形套设置在所述手掌操作部的内部，所述球头杆的杆头与驱动机构连接，所述球头杆的球头伸入到所述球形套内且可相对所述球形套摆动，所述球头内设置有摇杆传感器，所述摇杆传感器的摇杆伸出所述球头与所述球形套固定连接，所述摇杆传感器获取所述球头和所述球形套在两个正交方向上的相对摆动电信号，分别为俯仰电信号和偏摆电信号。

进一步地，所述球头和所述球形套通过柱状凸起和限位槽结构来限位所述球形套相对于所述球头杆自转。

进一步地，所述手指操作部内设置有活动杆，所述活动杆随所述手指操作部的转动而转动，所述自转控制单元包括旋转传感器，所述旋转传感器设置在所述活动杆上随之转动并获取自转电信号。

进一步地，所述开合控制单元包括直线传感器，所述活动杆在夹片和连杆的带动下沿其轴线作直线往复运动，所述直线传感器随所述活动杆作直线运动并获取开合电信号。

进一步地，还包括束件，所述束件与所述手掌操作部连接，以在手掌操作手掌操作部时将约束力施加到手背。

基于上述技术方案，本发明所能实现的技术效果为：

1.本发明的致动装置、传动机构、器械结构及机器人，设置致动装置中的致动器由传动索拉动，无需设置齿轮，不存在耦合现象，通过控制两根传动索的收放可精确驱动致动器和致动框偏转；此外，相较于现有技术中的齿轮和驱动杆驱动致动装置，传动索的驱动方式仅需配备驱动结构，结构大大简化，零部件少，体积小，方便和其它驱动传动结构集成设置，可真正实现小型化；通过致动器的摆动带动执行端偏摆或俯仰，可实现执行端的偏摆俯仰集中控制，简化了结构；驱动索组中各个驱动索的中间段至少部分为杆状结构，一方面，可增强驱动索的刚性，弹性变形小，可实现对执行端的准确驱动；一方面，增强驱动索的硬度，不会绕线；另一方面，降低了成本；

2.本发明的传动机构、器械结构及机器人，通过设置致动装置、开合传动装置和自转传动装置，可驱动执行端实现偏摆、俯仰、开合和自转四个自由度的运动；四个传动轴集成安装在板件上，实现对传动轴的集成安装，大大缩小了体积；在致动装置采用致动器、致动框和传动索的结构的基础上，致动装置可以和开合传动装置、自转传动装置集成安装于支撑板和板件之间，集成化高，体积小；进一步设置传动轴、致动装置、驱动杆和开合传动索的位置关系，一方面可有效缩小体积，另一方面，可使多个驱动件均沿轴线方向或平行于轴线方向驱动执行端工作；

3.本发明的器械结构及机器人，设置传动机构通过轴耦合至执行端，执行端包括柔性臂，通过设置柔性臂可实现轴心式运动，相对于分轴式运动中俯仰和偏摆运动分离，轴心式运动可实现俯仰和偏摆的结合，在处理伤口时，可实现避障，执行端的整体自由度高，控制起来更直观、更方便；

4.本发明的器械结构及机器人，驱动杆通过柔性自转臂与执行组件连接，柔性自转臂位于柔性臂内部且轴向位置和轴向长度与柔性臂相同，如此，驱动杆可通过柔性自转臂带动执行组件自转，且不会影响柔性臂的位置，即执行组件的自转与偏摆俯仰运动之间不会存在干涉；

5.本发明的机器人，驱动机构与器械结构可拆卸连接，驱动机构上的第一芯片与器械结构上的第二芯片连接获取器械的相关信息，则驱动机构和器械结构无需一一对应设置，可有效节省部件；

6.本发明的机器人，驱动机构的电机组对应传动轴设置且集成设置，集成化高且体积小；电机驱动端和传动轴之间通过公头母头插接，再配合卡槽卡钩结构，可实现电机驱动端和传动轴之间的快速拆接；进一步设置母头复位板和公头复位组件，可实现公头和母头快速、自动复位到零位；

7.本发明的机器人，操作者通过手掌手指分别操作人机接口上的手掌操作部和手指操作部，俯仰偏摆控制单元获取俯仰偏摆电信号，并根据俯仰偏摆电信号来控制执行端的俯仰偏摆；开合控制单元获取开合电信号，并根据开合电信号来控制执行端的开合；自转控制单元获取自转电信号，并根据自转电信号来控制执行端的自转，如此操作者通过自己的手掌和手指动作可实现对执行端的准确控制。

附图说明

图1为本发明的致动装置的结构示意图；

图2为致动装置的整体结构示意图；

图3为致动装置的整体主视图；

图4为传动机构的立体结构示意图；

图5为图4的A部放大图；

图6为自转传动装置的结构示意图；

图7为器械结构的结构示意图；

图8为器械结构的传动机构所在端的结构示意图；

图9为母头复位板的结构示意图；

图10为执行端的结构示意图；

图11为执行端内部的柔性自转臂的结构示意图；

图12为驱动机构和人机接口的整体外部结构示意图；

图13为驱动机构的内部结构示意图；

图14为公头母头的连接结构；

图15为公头的结构示意图；

图16为公头上的公头复位组件的结构示意图；

图17为人机接口的内部结构示意图；

图18为俯仰偏摆控制单元的局部剖面示意图；

图19为俯仰偏摆控制单元的结构示意图；

图20为手指操作部的内部结构示意图；

图21为机器人的整体结构示意图；

图中：1-传动机构；11-致动装置；111-致动框；112-致动器；1121-驱动索组；113-传动索；114-座体；115-偏转传动轴；116-偏转固线轮；117-偏转过渡轮；12-开合传动装置；121-开合传动轴；122-开合固线轮；123-开合过渡轮；124-开合传动索；13-自转传动装置；131-自转传动轴；132-驱动齿轮；133-传动齿轮；134-从动齿轮；135-驱动杆；136-柔性自转臂；137-第四连接座；14-板件；141-卡钩；15-支撑板；16-第一壳体；161-插槽；17-支柱；18-第二芯片；19-母头；191-倒角；2-轴；3-执行端；31-柔性臂；311-第一连接座；312-关节连杆；313-第二连接座；32-执行组件；321-执行手指；3211-斜槽；322-开合轴；323-铰接轴；324-第三连接座；3241-第一限位槽；4-驱动机构；41-第二壳体；411-第一芯片；412-主控板；42-电机组；421-公头；4211-地插；4212-弹性伸缩件；4213-安装孔；43-电机安装板；431-限位块；432-弹性件；433-按钮；5-人机接口；51-手掌操作部；511-第三壳体；512-球形套；5121-上盖；5122-侧套体；51221-第二限位槽；513-球头杆；5131-摇杆传感器；5132-摇杆；5133-柱状凸起；52-手指操作部；521-第四壳体；522-夹片；523-连杆；524-活动杆；525-旋转传感器；526-槽口；527-直线传感器；53-束件；6-母头复位板；61-凸起；7-公头复位组件；71-磁性件；72-电磁复位板。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的内容作进一步地描述。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-21所示，本实施例提供了一种致动装置，包括致动框111、致动器112和传动索113，致动框111铰接于座体114，致动器112铰接在致动框111内，传动索113驱动致动器112或致动框111偏转，致动器112的偏转方向与致动框111的偏转方向相互垂直。

具体地，致动框111的两端通过俯仰轴铰接在座体114上，致动器112的两端通过偏摆轴铰接在致动框111的内壁上，致动框111可带动致动器112沿俯仰轴偏转，致动器112可相对于致动框111沿偏摆轴偏转。俯仰轴和偏摆轴垂直设置，优选地，致动框111和致动器112的中心点重合，俯仰轴和偏摆轴垂直且相交，交点与上述中心点重合。

致动框111和致动器112的偏转由传动索113驱动。具体地，传动索113为两根，两根传动索113分别连接致动器112的两侧，两根传动索113对称设置，两根传动索113同时、同量一收一放时，致动器112偏转，两根传动索113同时、同量收或放时，致动框111偏转。优选地，两根传动索113连接在致动器112的一端的两侧。优选地，传动索113可选但并不限于钢丝。

传动索113在偏转传动轴115的带动下收放。偏转传动轴115也为两个且与传动索113一一对应，两个偏转传动轴115上分别设置有偏转固线轮116，传动索113的一端缠绕在偏转固线轮116上，传动索113的另一端与致动器112连接。优选地，传动索113从致动器112的上方作用于致动器112，传动索113的拉力方向与初始状态下的致动器112近似垂直。传动索113的拉力方向被偏转过渡轮117控制，传动索113绕过偏转过渡轮117与致动器112连接，所述偏转过渡轮117位于致动器112的正上方。

致动器112的偏转带动执行端3俯仰、偏摆，致动器112上设有驱动索组1121，当致动器112相对于致动框111沿偏摆轴偏转时，致动器112通过驱动索组1121带动执行端3偏摆；当致动框111带动致动器112沿俯仰轴偏转时，致动器112通过驱动索组1121带动执行端3俯仰。进一步地，驱动索组1121包括多个驱动索，优选地，各驱动索的竖直延伸的中间段的至少部分为杆状结构，即驱动索的两端呈索状，中间部分呈杆状，如此可方便加工，且增强刚度和硬度。进一步优选地，驱动索的两端为钢丝，中间部分为钢杆。

进一步地，还包括板件14，两个偏转传动轴115集成安装在板件14上，偏转过渡轮117设置在板件14上。如图2-3所示，板14部分被隐去以展示致动装置的内部结构。

本实施例还提供了一种传动机构，包括上述的致动装置11，还包括开合传动装置12和自转传动装置13，开合传动装置12驱动执行端3开合，自转传动装置13驱动执行端3自转。

开合传动装置12包括开合传动轴121，开合传动轴121通过开合传动索124驱动执行端3开合。具体地，开合传动轴121上设置有开合固线轮122，开合传动索124的一端绕在开合固线轮122上，开合传动索124的另一端驱动执行端开合。当开合传动轴121转动时，实现开合传动索124的收放，开合传动索124穿过致动器112的中部来驱动执行端3的开合。

进一步地，还包括开合过渡轮123，通过开合过渡轮123来控制开合传动索124的拉力方向，开合过渡轮123设置在板件14上，开合传动索124经过开合过渡轮123，沿垂直于初始状态下的致动器112的方向穿过致动器112的中部延伸，通过开合传动索124带动执行端3的开合轴直线运动来实现执行端3的开合。其中，开合传动索124可选但并不限于钢丝。

自转传动装置13包括自转传动轴131，自转传动轴131通过齿轮组和驱动杆135来驱动执行端3自转。具体地，齿轮组包括设置在自转传动轴131上的驱动齿轮132、中间起到传动作用的传动齿轮133和设置在驱动杆135上的从动齿轮134，自转传动轴131带动其上的驱动齿轮132转动，驱动齿轮132通过传动齿轮133带动从动齿轮134转动，从动齿轮134带动驱动杆135转动，驱动杆135带动执行端3自转。

优选地，两个偏转传动轴115、开合传动轴121和自转传动轴131均集成安装于板件14上，且分布在座体114的四周。

进一步地，还包括支撑板15，支撑板15与板件14平行间隔设置，致动装置11、开合传动装置12和自转传动装置13集成安装在支撑板15和板件14之间。具体地，座体114安装在支撑板15的靠近板件14的一侧，座体114安装在支撑板15的中部，4个传动轴可转动地设置在支撑板15和板件14之间，4个传动轴分布在座体114的四周，驱动杆135穿过致动器112驱动执行端3自转，开合传动索124穿过驱动杆135驱动执行端3开合，驱动索组1121围设在驱动杆135的外周。

进一步地，板件14和支撑板15之间还设置有支柱17，通过设置支柱17，增强板件14和支撑板15之间的稳定连接。

进一步地，传动机构1还包括设置在外部的第一壳体16，致动装置11、开合传动装置12、自转传动装置13、板件14和支撑板15均设置在第一壳体16内。

本实施例还提供了一种器械结构，包括上述传动机构1，还包括轴2和执行端3，轴2为中空管状，轴2将传动机构1耦合到执行端3，执行端3在传动机构1的带动下执行各种动作。

具体地，轴2的一端与支撑板15连接，驱动索组1121、驱动杆135和开合传动索124均可穿过支撑板15伸入到轴2中，并穿过轴2与执行端3连接，以驱动执行端3动作；轴2的另一端连接执行端3。

执行端3包括柔性臂31和执行组件32，柔性臂31的一端与轴2连接，柔性臂31的另一端连接执行组件32。具体地，柔性臂31包括至少两个关节连杆312，至少两个关节连杆312依次铰接连接。关节连杆312呈具有一定厚度的圆环状，每个关节连杆312的外周轴向延伸有铰接结构，相邻两个关节连杆312通过铰接结构铰接。靠近轴2的关节连杆312通过第一连接座311与轴2固定连接，靠近执行组件32的关节连杆312通过第二连接座313与执行组件32转动连接。优选地，第一连接座311与关节连杆312之间可为铰接或固定连接，第二连接座313与关节连杆312之间可为铰接或固定连接，只要保证第一连接座311、至少两个关节连杆312和第二连接座313之间沿两个垂直的铰接轴线偏转即可。

驱动索组随着致动器的偏转带动关节连杆312运动。具体地，驱动索组包括至少3根驱动索，驱动索在致动器的作用下带动柔性臂沿两个垂直方向偏转，实现柔性臂31带动执行组件32俯仰、偏摆。

执行组件32包括两个铰接的执行手指321和开合轴322，两个执行手指321的中部通过铰接轴323铰接，开合轴322穿过两个执行手指321的驱动端，将两个执行手指321活动连接。具体地，两个执行手指321的驱动端开有斜槽3211，开合轴322穿过两个执行手指321上的斜槽3211将两个执行手指321活动连接。

进一步地，两个执行手指321的驱动端的外部设置有第三连接座324，执行组件32通过第三连接座324与柔性臂31连接。具体地，第三连接座324的一端与第二连接座313转动连接，第三连接座324的另一端呈分叉状，执行手指321的驱动端和开合轴322置于两个分叉之间，铰接轴323的两端分别与两个分叉连接，实现两个执行手指321与第三连接座324的连接。第三连接座324上还开有第一限位槽3241，开合轴322的两端伸入第一限位槽3241内并沿第一限位槽3241运动。优选地，第一限位槽3241轴向延伸。

为了实现自转，驱动杆135通过柔性自转臂136与执行组件32连接，驱动杆135与柔性自转臂136的一端固定连接，柔性自转臂136的另一端通过第四连接座137与执行组件32连接。具体地，第四连接座137与开合轴322滑动连接。开合轴322的中部朝向第四连接座137延伸有连接块，所述连接块伸入到第四连接座137内并可在第四连接座137内轴向滑动，连接块与第四连接座137的端部设置有限位结构，防止连接块和第四连接座137相对转动并防止连接块脱离第四连接座137内部，驱动杆135可通过第四连接座137带动执行组件32转动。

优选地，柔性自转臂136位于柔性臂31的内部，柔性自转臂136的轴向位置和轴向长度与柔性臂31相同。如此，柔性自转臂136可随柔性臂31做俯仰偏摆动作，还可在驱动杆135的驱动作用下，带动执行组件32自转。更甚者，在柔性臂31保持俯仰偏摆姿态时，驱动杆可带动柔性自转臂136在柔性臂31内自转而不影响柔性臂31的俯仰偏摆姿态，即俯仰偏摆动作和自转动作之间不存在干涉，保证了器械结构的操作的准确性。进一步优选地，柔性自转臂136为万向关节。

为了实现执行手指321的开合，开合传动索124带动开合轴322沿轴向运动，进而带动两个执行手指321相向或相背偏转，实现执行手指的开合。具体地，开合传动索124依次穿过驱动杆135、柔性自转臂136与开合轴322连接，当开合传动轴121转动，带动其上的开合传动索124收线时，开合传动索124拉动开合轴322沿第四连接座137向上滑动，实现两个执行手指321的收拢。进一步地，第四连接座137内还设置有弹性复位件，弹性复位件用于给开合轴322提供复位作用力，开合传动索124穿过弹性复位件与开合轴322连接。当需要两个执行手指321收拢时，开合传动轴121转动，带动其上的开合传动索124收线，开合传动索124带动开合轴322克服弹性复位件的作用力沿轴向向上滑动，实现两个执行手指321的收拢；当需要两个执行手指321张开时，开合传动轴121转动，带动其上开合传动索124放线，开合轴322在弹性复位件的作用下沿第四连接座137向下滑动，实现两个执行手指321的张开。优选地，弹性复位件可选但不限于压簧。

本实施例还提供了一种机器人，包括上述的器械结构，还包括驱动机构4和人机接口5，驱动机构4与传动机构1的远离轴2的一端可拆卸连接，驱动机构4用于驱动传动机构1中的各传动轴。人机接口5供人的手部操作，并根据人的手部动作获取电信号，驱动机构4根据电信号来带动器械结构工作。

驱动机构4包括第二壳体41和电机组42，电机组42容纳于第二壳体41内部，电机组42包括四个电机，分别为两个致动电机、一个开合电机和一个自转电机，4个电机平行设置并与四个传动轴对应连接。电机组42集成安装在电机安装板43上，电机组42中各电机的驱动端与传动轴对应连接。

各电机和对应的传动轴之间通过公头母头对插连接，具体地，电机组42的各电机的驱动端连接有公头421，各传动轴与电机连接的一端设置有母头19，通过将公头421上的地插4211插入对应的母头19上的插孔内，实现两者的传动连接。具体地，地插4211可为圆柱状或其它非圆柱状，本实施例为了方便加工，设置地插4211为圆柱状，且至少为两个。

进一步地，为了方便公头421上的地插4211插入母头19上的插孔内，可在插孔的开口处设置倒角191。

进一步地，公头421上的地插4211通过弹性伸缩件4212设置在公头421上。具体地，公头421上开有与地插4211对应的安装孔4213，地插4211通过弹性伸缩件4212可伸缩地设置在安装孔4213内。初始状态下，地插4211在弹性伸缩件4212的作用下伸出安装孔4213；如遇到地插4211没有与母头19上的插孔对应的情况下，在外界作用力下，地插4211可克服弹性伸缩件4212的作用力缩入安装孔4213内，而不影响驱动机构4和传动机构1之间通过快换机构进行快速拆装。

为了实现对所有传动轴上的母头19的复位，可设置母头复位板6，母头复位板6上分布有与所有母头19在初始状态下时其上的插孔位置对应的凸起61，通过将凸起61对应插入插孔内实现对所有母头19的同时复位。

为了实现对所有公头421的复位，可设置公头复位组件7，公头复位组件7包括两块相反极性的磁性件71和电磁复位板72，两块所述磁性件71对称设置且随公头421转动，电磁复位板72被固定设置，电磁复位板72感应磁性件71的磁极转换并发出电信号控制相应电机转动带动公头复位。具体地，每个公头421对应一个公头复位组件7，两个磁性件71均为半圆形，两块磁性件71围设在公头421的外壁， 两个磁性件71的S-N分界线与公头421上的两个地插4211的连线共线，电磁复位板72被固定在电机安装板43上并位于两个磁性件71的S-N分界线上，电磁复位板72用于检测S-N极转换。当执行对公头的复位功能时，首先，电机带动其上的公头421沿固定方向缓慢转动，当公头421上的磁性件71到位时，电磁复位板72检测到S-N极转换，发出电信号控制电机停止转动，公头421实现复位。

进一步地，为了实现驱动机构4和传动机构1之间的快速拆装，驱动机构4和传动机构1通过快换机构进行连接，快换机构包括设置在电机安装板43上的限位块431和设置在板件14上的卡钩141，限位块431滑动设置在电机安装板43的靠近传动机构1的一面上，限位块431上开有卡槽，限位块431通过弹性件432与第二壳体41的内壁连接，卡钩141伸入并卡入在卡槽内，实现驱动机构4和传动机构1的快速连接。优选地，卡钩141与卡槽卡接的一端呈楔形，当卡钩141朝向卡槽运动时，可推动限位块431克服弹性件432的作用力在电机安装板43上滑动，最终卡钩141的楔形端伸入到卡槽内并被限位。如需驱动机构4和传动机构1脱离，则第二壳体41上设置有按钮433，通过按压按钮433，推动限位块431滑动，解除卡槽对卡钩141的限位作用，卡钩141可自卡槽中脱出，实现驱动机构4和传动机构1的脱离。弹性件432可选但并不限于弹簧。

通过上述的快换机构，结合前述的公头421结构及母头复位板6和公头复位组件7，在驱动机构4与器械结构连接时，可先使用母头复位板6使所有母头19复位，然后通过快换机构使驱动机构4与器械结构连接，再对公头421进行复位。或者，对公头421和母头19分别复位后再通过快换机构进行连接均可。

进一步地，驱动机构4和器械结构可不唯一连接，驱动机构4与器械结构相接的端面上设置有第一芯片411，第一芯片411上设置有PIN针座；器械结构与驱动机构4相接的端面上设置有第二芯片18，第二芯片18上设置有PIN针，通过PIN针插入PIN针座实现第一芯片411和第二芯片18电连接，第一芯片411可获取第二芯片18上的器械的相关信息。具体地，驱动机构4的第二壳体41至少部分朝向传动机构1凸起，凸起部的端面上设置有第一芯片411，传动机构1的第一壳体16内对应设置有插槽161，插槽161内底面上设置有第二芯片18，当驱动机构4的凸起部插入插槽161时，第一芯片411与第二芯片18相接，第一芯片411可获取第二芯片18上的相关信息。其中，相关信息包括器械种类、器械寿命、已用次数等。

进一步地，凸起部内设置有主控板412，主控板412包括芯片，可接收各种电信号进行处理，通过算法，转化为电机组42中各电机对应的转动量，并控制各电机按照转动量工作。

进一步地，第二外壳41的对应主控板412的外表面上还设置有控制按钮。

人机接口5与驱动机构4的远离传动机构1的一端连接，人的手部操控人机接口5，人机接口5内的各控制单元识别人的手部动作并转化为相应的电信号，主控板412接收电信号并计算转化为电机组42中的电机的转动量。

人机接口5包括手掌操作部51、手指操作部52和束件53，手掌操作部51与驱动机构4连接，手指操作部52与手掌操作部51可转动连接，束件53与手掌操作部51连接，以在手掌操作手掌操作部51时将约束力施加到手背。

手掌操作部51包括第三壳体511和设置在第三壳体511内的俯仰偏摆控制单元，其中，第三壳体511的形状与人的手掌相适应，方便手掌抓握；俯仰偏摆控制单元包括球形套512和球头杆513，球形套512固定设置在第三壳体511的内部，球头杆513的一端为球头，另一端为杆头，球头杆513的球头伸入球形套512内，并可相对于球形套512摆动；球头杆513的杆头伸出第三壳体511与驱动机构4的第二壳体41连接。球头杆513的球头为中空结构，球头内容纳有摇杆传感器5131，球头的顶端设置有开口，摇杆传感器5131的摇杆5132可自开口伸出与球形套512的内顶面连接，当球头杆513和球形套512相对摆动时，会带动摇杆5132偏摆，摇杆传感器5131获取球头杆513和球形套512在两个正交方向上的相对摆动电信号，分别为俯仰电信号和偏摆电信号。优选地，球形套512包括上盖5121和侧套体5122，侧套体5122套在球头杆513的球头的外周，上盖5121位于球头杆513的上方并与摇杆5132连接。

进一步地，为了防止球形套512沿球头杆513的轴线自转，球头杆513的球头的外壁上设置有柱状凸起5133，球形套512上开有第二限位槽51221，柱状凸起5133伸入第二限位槽51221内，防止两者发生相对自转。进一步地，第二限位槽51221为设置在侧套体5122上，且轴向延伸的长孔，更进一步地，第二限位槽51221可延伸至侧套体5122的下周边形成开口，如此球形套512可相对于球头杆513摆动但不会相对于球头杆513自转。

当手掌作用于手掌操作部51时，手掌抓握在第三壳体511上，当手掌带动第三壳体511偏摆时，第三壳体511内的球形套512相对于球头杆513沿偏摆方向摆动，摇杆传感器5131获取偏摆电信号，并将电信号传送给主控板412，主控板412根据电信号驱动致动电机来带动执行端3执行偏摆动作。当手掌带动第三壳体511俯仰时，第三壳体511内的球形套512相对于球头杆513沿俯仰方向摆动，摇杆传感器5131获取俯仰电信号，并将电信号传送给主控板412，主控板412根据电信号驱动致动电机来带动执行端3执行俯仰动作。

手指操作部52包括第四壳体521、开合控制单元和自转控制单元，第四壳体521与第三壳体511可转动连接，当手掌作用于手掌操作部51时，手指可以同时作用于手指操作部52。第四壳体521内设置有活动杆524，开合控制单元包括直线传感器527，直线传感器527随活动杆524直线运动，获取开合电信号，并将开合电信号传送给主控板412，主控板412根据开合电信号驱动开合电机来带动执行端3执行开合动作。自转控制单元包括旋转传感器525，旋转传感器525感应活动杆524的转动来获取自转电信号，并将自转电信号传送给主控板412，主控板412根据自转电信号驱动自转电机来带动执行端3执行自转动作。

具体地，活动杆524可滑动地安装在第四壳体521内，第四壳体521上设置有夹片522，夹片522通过连杆523与活动杆524的一端连接，夹片522的一端与连杆523一端连接，连杆523的另一端与活动杆524活动连接，夹片522与连杆523连接的一端铰接设置在第四壳体521上，当外力推动夹片522偏转时，夹片522带动连杆523偏转，连杆523带动活动杆524沿其轴向直线运动。优选地，连杆523与活动杆524连接的一端开有长孔，固定件穿过长孔将连杆523和活动杆524活动连接。优选地，夹片522为两个，两个夹片522分别通过连杆523与活动杆524连接，两个夹片522关于活动杆524对称设置，拇指和食指同时压合或松开两个夹片522，带动活动杆524直线运动。优选地，夹片522的自由端在复位件的作用下突出于第四壳体521的外表面，复位件可选但不限于扭簧。

进一步优选地，活动杆524上通过间隔设置两个圆盘结构形成槽口526，直线传感器527被滑动设置在第四壳体521内，直线传感器527的至少部分伸入槽口526内，当活动杆524直线运动时，其上的槽口526带动直线传感器527直线运动，直线传感器527获取开合电信号。

具体地，手指驱动第四壳体521转动时，带动其内的活动杆524随之转动，活动杆524上安装有旋转传感器525，旋转传感器525随活动杆524一起转动，获取自转电信号。

基于上述结构，本实施例的机器人的工作原理为：操作者的手自手掌操作部51和束件53之间的开口伸入，手掌抓握住手掌操作部51，手指操作手指操作部52。

当需要执行端3执行俯仰偏摆动作时，手掌带动第三壳体511偏摆，第三壳体511内的球形套512相对于球头杆513的球头偏摆，摇杆传感器5131获得手掌摆动对应的俯仰电信号和偏摆电信号，并将获得的俯仰电信号和偏摆电信号传送给主控板412，主控板412接收俯仰电信号和偏摆电信号并计算转化为电机组42中的两个致动电机的转动量，主控板412根据转动量控制两个致动电机转动；两个致动电机带动两个偏转传动轴115转动，两个偏转传动轴115驱动两个传动索113收放，带动致动框111和/或致动器112偏转，致动器112上的驱动索组1121拉动柔性臂31的关节连杆312执行俯仰、偏摆动作。

当需要执行端3执行开合动作时，手指捏住夹片522克服复位件的作用力发生偏转，连杆523随之偏转，连杆523带动活动杆524做直线运动，活动杆524上的槽口526带动直线传感器527随之直线运动，直线传感器527获取开合电信号，并将开合电信号传送给主控板412，主控板412接收开合电信号并计算转化为电机组42中的开合电机的转动量，主控板412根据转动量控制开合电机转动；开合电机带动开合传动轴121转动，开合传动轴121驱动开合传动索124收放，开合传动索124带动开合轴322沿第一限位槽3241做直线运动，开合轴322驱动两个执行手指321的驱动端，实现两个执行手指321的开合。

当需要执行端3执行自转动作时，手指转动第四壳体521，带动其内的活动杆524转动，活动杆524上的旋转传感器525也随之转动，旋转传感器525获取自转电信号，并将自转电信号传送给主控板412，主控板412接收自转电信号并计算转化为电机组42中的自转电机的转动量，主控板412根据转动量控制自转电机转动；自转电机带动自转传动轴131转动，自转传动轴131带动其上的驱动齿轮132转动，驱动齿轮132通过传动齿轮133带动从动齿轮134转动，从而带动驱动杆135转动，驱动杆135通过柔性自转臂136带动执行组件32自转，实现执行组件32的自转。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明的宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (23)

1.一种致动装置，其特征在于，包括：

致动框（111），所述致动框（111）铰接于座体（114）；

致动器（112），所述致动器（112）铰接在所述致动框（111）内，且所述致动器（112）的偏转方向与所述致动框（111）的偏转方向相互垂直；

传动索（113），所述传动索（113）为两根，两根所述传动索（113）分别连接所述致动器（112）的两侧，当一根传动索（113）收，另一根传动索（113）同时、同量放时，所述致动器（112）偏转；两根所述传动索（113）同时、同量收或两根所述传动索（113）同时、同量放时，所述致动框（111）偏转；

偏转传动轴（115），偏转传动轴（115）为两个且与所述传动索（113）一一对应，所述传动索（113）在所述偏转传动轴（115）的带动下收放；

反向索，所述反向索为两根，两根所述反向索分别连接所述致动器（112）的与所述传动索（113）连接的两侧连接位置，每根所述反向索由连接所述致动器（112）同一连接位置的传动索（113）对应的偏转传动轴（115）带动收放，同一偏转传动轴（115）上的传动索（113）和反向索的收放动作相反。

2.根据权利要求1所述的一种致动装置，其特征在于，两个所述偏转传动轴（115）集成安装在板件（14）上，所述传动索（113）的一端固定于对应的偏转传动轴（115），所述传动索（113）的另外一端绕过板件（14）上的偏转过渡轮（117）与所述致动器（112）相连，所述偏转过渡轮（117）位于所述致动器（112）的正上方。

3.根据权利要求2所述的一种致动装置，其特征在于，所述致动器（112）上设有驱动索组（1121），所述驱动索组（1121）用于驱动执行端（3）俯仰或偏摆，所述致动器（112）偏转时执行端（3）偏摆，所述致动框（111）偏转时执行端（3）俯仰。

4.根据权利要求3所述的一种致动装置，其特征在于，所述驱动索组（1121）中的各个驱动索的竖直延伸的中间段的至少部分为杆状结构。

5.一种传动机构，其特征在于，包括：

如权利要求1-4任一项所述的致动装置（11），所述致动装置（11）用于驱动执行端（3）偏摆或俯仰；

开合传动装置（12），包括开合传动轴（121），所述开合传动轴（121）通过开合传动索（124）驱动执行端（3）开合；

自转传动装置（13），包括自转传动轴（131），所述自转传动轴（131）通过齿轮组和驱动杆（135）驱动执行端（3）自转；

其中，两个偏转传动轴（115）、开合传动轴（121）和自转传动轴（131）集成安装于板件（14）上。

6.根据权利要求5所述的一种传动机构，其特征在于，还包括支撑板（15），所述致动装置（11）、开合传动装置（12）和自转传动装置（13）集成安装于支撑板（15）和板件（14）之间。

7.根据权利要求6所述的一种传动机构，其特征在于，所述座体（114）安装在支撑板（15）上，所有传动轴围绕所述座体（114）安装，所述驱动杆（135）穿过所述致动器（112）驱动所述执行端（3）自转，所述开合传动索（124）穿过所述驱动杆（135）驱动所述执行端（3）开合。

8.一种器械结构，其特征在于，包括：

如权利要求5-7任一项所述的传动机构（1）；

轴（2），所述轴（2）将传动机构（1）耦合到执行端（3）；

执行端（3），所述执行端（3）包括柔性臂（31）和执行组件（32），所述柔性臂（31）的一端与所述轴（2）连接，所述柔性臂（31）的另一端可转动连接所述执行组件（32）。

9.根据权利要求8所述的一种器械结构，其特征在于，所述柔性臂（31）包括至少两个依次铰接的关节连杆（312），至少两个关节连杆（312）可相对于轴（2）沿两个相互垂直的方向摆动，致动器（112）通过驱动索组（1121）与沿不同的方向摆动的关节连杆（312）连接，所述致动器（112）偏转时，所述驱动索组（1121）拉动所述柔性臂（31）带动所述执行端（3）偏摆；所述致动框（111）偏转时，所述驱动索组（1121）拉动所述柔性臂（31）带动所述执行端（3）俯仰。

10.根据权利要求8所述的一种器械结构，其特征在于，所述驱动杆（135）通过柔性自转臂（136）与所述执行组件（32）连接，所述柔性自转臂（136）位于所述柔性臂（31）的内部，所述柔性自转臂（136）的轴向位置和轴向长度与所述柔性臂（31）相同。

11.根据权利要求8所述的一种器械结构，其特征在于，所述执行组件（32）包括两个中部铰接的执行手指（321）和开合轴（322），两个所述执行手指（321）的驱动端均与所述开合轴（322）活动连接，所述开合传动索（124）带动所述开合轴（322）沿轴向往复运动，所述开合轴（322）驱动两个执行手指（321）摆动实现两个执行手指（321）的开合。

12.一种机器人，其特征在于，包括：

权利要求8-11任一项所述的器械结构；

驱动机构（4），所述驱动机构（4）与所述器械结构可拆卸连接。

13.根据权利要求12所述的一种机器人，其特征在于，所述驱动机构（4）通过卡槽卡钩结构与所述器械结构的远离执行端（3）的一端可拆卸连接，所述器械结构与所述驱动机构（4）相接的端面上设置有第二芯片（18），所述驱动机构（4）对应设置有第一芯片（411），所述第一芯片（411）与所述第二芯片（18）相接可获取所述第二芯片（18）上的信息。

14.根据权利要求12-13任一项所述的一种机器人，其特征在于，所述驱动机构（4）包括电机组（42），所述电机组（42）集成安装在电机安装板（43）上，所述电机组（42）中的各电机的驱动端与对应的传动轴通过公头母头插接。

15.根据权利要求14所述的一种机器人，其特征在于，各传动轴上设置有母头（19），所有母头（19）在母头复位板（6）的作用下复位，所述母头复位板（6）上设有与所有母头（19）上的插孔对应的凸起（61），通过所述凸起（61）插入所述母头（19）的插孔中实现对所有母头（19）的复位。

16.根据权利要求14所述的一种机器人，其特征在于，电机组（42）的各电机的驱动端上设置有公头（421），每个公头（421）上均设置有可插入母头（19）中的地插（4211），所述地插（4211）通过弹性伸缩件（4212）可伸缩地设置在公头（421）的安装孔（4213）内。

17.根据权利要求16所述的一种机器人，其特征在于，所述公头（421）在公头复位组件（7）的作用下复位，所述公头复位组件（7）包括两块相反极性的磁性件（71）和电磁复位板（72），两块所述磁性件（71）对称设置且随所述公头（421）转动，所述电磁复位板（72）被固定设置，所述电磁复位板（72）感应磁极转换并发出电信号来控制相应电机转动带动公头（421）复位。

18.根据权利要求12所述的一种机器人，其特征在于，还包括人机接口（5），所述人机接口（5）与所述驱动机构（4）的远离传动机构（1）的一端连接，所述人机接口（5）包括：

手掌操作部（51），所述手掌操作部（51）与手掌相适应，所述手掌操作部（51）内设置有俯仰偏摆控制单元，所述俯仰偏摆控制单元获取手掌摆动动作对应的俯仰偏摆电信号；

手指操作部（52），所述手指操作部（52）与手指相适应，所述手指操作部（52）与所述手掌操作部可转动连接，所述手指操作部（52）内设有开合控制单元和自转控制单元，所述开合控制单元获取开合动作的开合电信号，所述自转控制单元获取旋转动作的自转电信号。

19.根据权利要求18所述的一种机器人，其特征在于，所述俯仰偏摆控制单元包括球形套（512）和球头杆（513），所述球形套（512）设置在所述手掌操作部（51）的内部，所述球头杆（513）的杆头与驱动机构（4）连接，所述球头杆（513）的球头伸入到所述球形套（512）内且可相对所述球形套（512）摆动，所述球头内设置有摇杆传感器（5131），所述摇杆传感器（5131）的摇杆（5132）伸出所述球头与所述球形套（512）固定连接，所述摇杆传感器（5131）获取所述球头和所述球形套（512）在两个正交方向上的相对摆动电信号，分别为俯仰电信号和偏摆电信号。

20.根据权利要求19所述的一种机器人，其特征在于，所述球头和所述球形套（512）通过柱状凸起和限位槽结构来限位所述球形套（512）相对于所述球头杆（513）自转。

21.根据权利要求18所述的一种机器人，其特征在于，所述手指操作部（52）内设置有活动杆（524），所述活动杆（524）随所述手指操作部（52）的转动而转动，所述自转控制单元包括旋转传感器（525），所述旋转传感器（525）设置在所述活动杆（524）上随之转动并获取自转电信号。

22.根据权利要求21所述的一种机器人，其特征在于，所述开合控制单元包括直线传感器（527），所述活动杆（524）在夹片（522）和连杆（523）的带动下沿其轴线作直线往复运动，所述直线传感器（527）随所述活动杆（524）作直线运动并获取开合电信号。

23.根据权利要求18所述的一种机器人，其特征在于，还包括束件（53），所述束件（53）与所述手掌操作部（51）连接，以在手掌操作手掌操作部（51）时将约束力施加到手背。

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