CN220113301U - 通过直线电机驱动的操作组件及机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种通过直线电机驱动的操作组件及机器人。本实用新型的操作组件应用于机器人，所述操作组件包括动平台、静平台、以及与所述动平台和所述静平台转动连接的N个支架，其中N≥2，每一所述支架连接有一第一直线电机和一第二直线电机，所述第一直线电机用于驱动相应的所述支架相对所述第一直线电机沿直线移动，所述第二直线电机用于驱动相应的所述支架相对所述静平台转动。本实用新型的操作组件的动平台可同时移动和转动，以实现力反馈和姿态控制，且布线简单。

Description

通过直线电机驱动的操作组件及机器人

技术领域

本实用新型实施例涉及机器人领域，尤其涉及一种通过直线电机驱动的操作组件及机器人。

背景技术

主从遥操作机器人技术被广泛应用于危险空间的探索、大众娱乐、工业生产、医疗服务等领域。在遥操作机器人系统中，操作组件作为操作者与机器人之间的交互设备，向从端设备传递操作者给出的位姿、速度等信息，同时也可向操作者传递从端系统受到的力/力矩等环境信息，以使操作者具有操作临场感，可及时对从端系统的运动做有效的控制和干预。

目前应用比较广泛的机器人操作手是delta并联操作组件。delta并联操作组件通常包括动平台、静平台、以及连接在动平台和静平台之间的三条支架，其具有空间三个平动自由度以实现位置变化，并能实现力反馈。

然而现有的这种delta并联主操作手却无法进行姿态控制。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种通过直线电机驱动的操作组件，该操作组件的动平台可同时移动和转动，以同时实现力反馈和姿态控制。

本实用新型实施例提供一种通过直线电机驱动的操作组件，所述操作组件应用于机器人，所述操作组件包括动平台、静平台、以及与所述动平台和所述静平台转动连接的N个支架，其中N≥2，每一所述支架连接有一第一直线电机和一第二直线电机，所述第一直线电机用于驱动相应的所述支架相对所述第一直线电机沿直线移动，所述第二直线电机用于驱动相应的所述支架相对所述静平台转动。本技术方案通过第一直线电机驱动支架平动，通过第二直线电机驱动支架相对静平台转动，进而驱动与支架转动连接的动平台进行移动和/或转动，从而使得操作组件能够同时实现力反馈和姿态控制，解决了现有技术中自由度较少、且无法进行姿态控制的问题。

在一种可行的方案中，每一所述支架包括上支撑件、以及与所述上支撑件连接的第一滑杆，每一所述第一直线电机套设在一相应的所述支架的所述第一滑杆上，所述第一直线电机用于驱动相应的所述第一滑杆相对所述第一直线电机沿直线移动。通过第一滑杆与第一直线电机配合使得第一直线电机驱动第一滑杆、进而驱动支架进行移动，结构简单，平移过程稳定。

在一种可行的方案中，每一所述支架还包括与所述上支撑件固定连接的侧面支撑件，所述侧面支撑件与相应的所述第一滑杆相对并与相应的所述第一直线电机滑动连接，且所述侧面支撑件镂空设计。镂空设计的侧面支撑件有助于减轻支架的重量，提高支架的运动平稳性。

在一种可行的方案中，每一所述第一直线电机还固定连接有一第一读数头，每一所述侧面支撑件上还固定连接有一第一光栅刻度尺，每一所述第一读数头与一相应的所述第一光栅刻度尺间隔且相对。当第一滑杆被第一直线电机驱动以相对第一直线电机移动时，与第一滑杆连接的侧面支撑件、以及与侧面支撑件连接的第一光栅刻度尺将跟随第一滑杆一起相对第一直线电机、以及与第一直线电机连接的第一读数头移动，使得第一读数头能够检测第一光栅刻度尺的移动距离，进而检测支架的移动距离。检测精度高，且体积小，结构简单。

在一种可行的方案中，每一所述侧面支撑件上固定连接有一第一滑轨，每一所述第一直线电机还固定连接有一或多个第一滑块，所述一或多个第一滑块与一相应的所述第一滑轨滑动连接。通过第一滑轨与第一滑块的配合可提高支架相对第一直线电机移动的稳定性。

在一种可行的方案中，所述静平台上转动连接有N个支撑柱，每一所述支撑柱上固定连接有一编码器，每一所述第一直线电机通过一连接件与一相应的所述支撑柱转动连接，所述编码器用于记录所述连接件相对所述静平台的转动角度。通过编码器检测连接件的转动角度，从而检测第一直线电机、支架以及动平台的相应的例如角度位置，检测精度高，且体积小，结构简单。

在一种可行的方案中，所述操作组件还包括与所述静平台固定连接的底座，所述底座连接有N个第二滑杆，每一所述第二直线电机套设在一相应的所述第二滑杆上并可在所述第二滑杆上移动。通过第二滑杆与第二直线电机配合使得第二直线电机移动、进而驱动支架转动，结构简单，转动过程稳定。

在一种可行的方案中，所述底座固定连接有N个第二光栅刻度尺，每一所述第二直线电机固定连接有一第二读数头，每一所述第二读数头与一相应的所述第二光栅刻度尺间隔并相对。当第二直线电机沿着第二滑杆移动时，第二读数头也跟随第二直线电机一起相对第二光栅刻度尺移动，进而检测第二直线电机的移动距离。检测精度高，且体积小，结构简单。

在一种可行的方案中，所述底座上固定连接有N个第二滑轨，每一所述第二直线电机还固定连接有一或多个第二滑块，所述一或多个第二滑块与一相应的所述第二滑轨滑动连接。通过第二滑轨与第二滑块的配合可提高第二直线电机移动的稳定性。

在一种可行的方案中，每一所述第二直线电机还固定连接有一第三滑轨，所述第三滑轨的长度方向垂直于相应的所述第二滑轨的长度方向，每一所述第一滑杆上滑动连接有一连杆，所述连杆的一端铰接有一或多个第三滑块，所述一或多个第三滑块与一相应的所述第三滑轨滑动连接。连杆在跟随第二直线电机沿着第二滑轨移动的同时，还通过第三滑轨和第三滑块的配合沿着第三滑轨移动，以满足支架的转动角度需求。

本实用新型实施例还提供一种机器人，包括前述的操作组件。所述机器人所能达到的技术效果可参考前述的操作组件的技术效果，在此不再赘述。

基于上述方案可知，本实用新型实施例的操作组件的支架被第一直线电机驱动以相对第一直线电机移动，且支架还被第二直线电机驱动以相对静平台转动，因此，与支架连接的动平台可进行移动和/或转动，以向操作者传递从端系统受到的力/力矩等环境信息，以使操作者具有操作临场感，可及时对从端系统的运动做有效的控制和干预，且布线简单。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为根据本实用新型一实施例的手术机器人的简要示意图。

图2为图1所示手术机器人的操作组件的一视角的立体结构示意图。

图3为图2所示操作组件的动平台和手柄的立体结构示意图。

图4为图2所示操作组件的动平台和手柄的爆炸图。

图5为图2所示操作组件的动平台和一支架的连接部位的局部放大图。

图6为图5所示动平台和一支架的连接部位的剖视图。

图7为图5所示动平台和一支架的连接部位的爆炸图。

图8为图2所示操作组件的一支架的一立体结构示意图，其中第一直线电机与支架连接。

图9为图2所示操作组件的一支架的一立体结构示意图，其中第一直线电机与支架分开。

图10为图2所示操作组件的一支架的另一立体结构示意图，其中第一直线电机与支架连接。

图11为图2所示操作组件的一支架的另一立体结构示意图，其中第一直线电机与支架分开。

图12为图2所示操作组件的静平台与一支架的一立体结构示意图。

图13为图12所示操作组件的静平台与一支架的连接部位的爆炸图。

图14为图2所示操作组件的局部放大图。

图15为图2所示操作组件的部分爆炸图。

图16为图2所示操作组件的动平台和静平台之间的位置校准器的爆炸图。

图17为图16所示位置校准器的一立体结构示意图。

图18为图17所示位置校准器的剖视图。

图19为图17所示位置校准器的第一支撑件的一立体结构示意图。

图20为图17所示位置校准器的第二支撑件的一立体结构示意图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，也可以是通讯连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介的间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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实用新型中的具体含义。下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

值得说明的是，本文中的直线电机指用于驱动与之连接的零部件进行直线运动或者可相对于与之连接的零部件进行直线运动的电机。

目前应用比较广泛的delta并联操作组件通常包括动平台、静平台、以及连接在动平台和静平台之间的三条支架，其具有空间三个平动自由度以实现位置变化，并能实现力反馈。

然而本发明人发现，这种delta并联操作组件虽然能实现力反馈，但由于其只有3个自由度，而无法进行姿态控制。

在医疗领域，为了使操作组件实现姿态控制，现有一种操作组件采用位置和姿态部分解耦后串联的方式。位置部分由可沿3个方向移动的3自由度的delta并联机构或串联机构(然而串联机构不利于实现力反馈)实现，姿态部分由可沿3个方向转动的三轴或四轴(多一个冗余自由度)交汇的串联机构实现，如达芬奇的主操作手。然而，这种操作组件的三轴交汇机构布线复杂。

因此，亟待提供一种既能同时实现力反馈和姿态控制，且布线简单的操作组件。

参考图1，本实用新型一实施例的手术机器人包括操作组件600、手术机械臂200、以及图像处理设备300。操作组件600用于供医生主动控制操作，包括控制器101。手术机械臂200用于响应医生的控制操作，并控制手术器械动作从而对患者进行微创手术，其中手术器械可以是例如电刀、镊、夹或钩。手术机械臂200包括传感器201，所述传感器201用于检测手术器械的动作，且传感器201耦合于操作组件600的控制器101。图像处理设备300耦合于内窥镜，并实时呈现内窥镜窥视的手术画面，以供医生查看手术器械201的运动轨迹和手术过程。

手术时，医生主动控制操作组件600，将指令通过控制器101传递给手术机械臂200，使得手术器械动作；手术机械臂200的传感器201将手术器械的动作数据通过控制器101传递给操作组件600，使得手术器械的动作反馈在操作组件600处，从而实现医生在手术操作过程中与手术器械的力学信息的交互，即通过操作组件600实现了医生对手术器械的真实手术操作的模拟。

参考图2，本实施例的操作组件600包括间隔布置的动平台10和静平台620、以及连接所述动平台10与所述静平台620的N个支架30，其中N为支架的数量，N≥2。优选地，N＝3。还优选地，N个支架30沿周向均匀间隔分布。更优地，N个支架30相对静平台620的中心轴线朝向动平台10倾斜聚拢，以减小操作组件600整体的体积，使得医生的手臂可以在较小的空间范围内适应动平台10的运动情况，进而更方便地调节手术器械的位置。所述动平台10上固定连接有如图3和图4所示的手柄40。

参考图3和图4，所述手柄40上设有多个按钮400。医生通过用手指控制按钮400从而将指令通过控制器101发送给手术机械臂200。各个按钮400的功能可以相同，也可以不同。

本实施例中，所述手柄40包括直立部41、以及与直立部41固定连接的握持部42。握持部42自直立部41的顶端相对直立部41大致呈钝角延伸。所述多个按钮400设于所述直立部41。所述直立部41朝向握持部42的一侧设有突出的固定块410。

优选地，所述动平台10大致呈环状，包括大致沿周向延伸的主体部11、以及由所述主体部11围合的收容腔12。所述手柄40的直立部41收容于所述收容腔12内。

本实施例中，所述主体部11的顶端具有朝向所述收容腔12突出的一第一凸缘13。第一凸缘13上设有一或多个第一连接孔130。第一连接孔130可以是盲孔或通孔。所述手柄40的固定块410上设有与所述一或多个第一连接孔130对应的一或多个第二连接孔412。第二连接孔412可以是盲孔或通孔。螺钉或销插入第一连接孔130和第二连接孔412从而固定连接动平台10和手柄40。

可以理解地，在其他实施例中，手柄也可以采用其他构造。手柄也可以通过其他结构和/或连接方式与所述动平台10固定连接。

优选地，所述动平台10的主体部11沿周向延伸的角度为360°*(N-1)/N左右。结合图2和图4可见，本实施例中，动平台10的主体部11沿周向延伸的角度大致为360°*(3-1)/3＝240°。即，动平台10的主体部11构造为一三分之二环(即沿周向延伸一个整圆的三分之二的环)。主体部11的周向相对的第一端和第二端之间形成一缺口112。缺口112与收容腔12连通，并至少与其中一按钮400相对。医生可在缺口112处方便地控制直立部41上的按钮400，避免干涉。

本实施例中，所述动平台10还包括自所述主体部11突出的N个第一连接柱，用于与相应的支架30连接。具体地，所述主体部11的周向两端、以及其周向中部部位分别突出有一第一连接柱110a、110c、110b，每一第一连接柱110a、110c、110b具有一自其自由端凹陷的第一接收孔111，用于连接动平台10与相应的所述支架30。优选地，主体部11的周向两端的第一连接柱110a、110c朝向缺口112突出，主体部11的周向中部部位的第一连接柱110b大致切向于主体部11的外周。

参考图5至图7，本实施例中，所述动平台10和相应的支架30转动连接。优选地，所述动平台10可相对支架30绕空间笛卡尔直角坐标系的X、Y、Z轴转动。更优选地，所述动平台10通过第一连接件14和第二连接件15与一相应的支架30转动连接，其中，第一连接件14与动平台10转动连接，且二者可绕Y轴相对转动，第二连接件15与相应的支架30转动连接，且二者可绕Z轴相对转动，第一连接件14和第二连接件15转动连接，且二者可绕X轴相对转动，其中X、Y、Z轴两两垂直。采用本实施例的第一连接件14和第二连接件15连接动平台10和支架30，可有效提高动平台10和支架的转动灵活性，避免二者转动过程中产生干涉。

具体地，所述第一连接件14包括具有一第一通孔140的环部141、以及自所述环部141的一侧突出的凸柱142，凸柱142具有自其自由端面凹陷的第二接收孔143。

所述动平台10的第一连接柱110c插入所述第一连接件14的第一通孔140内并与第一连接件14的环部141转动连接。优选地，第一连接柱110c与环部141之间还布置有轴套组件144，以减少第一连接柱110c和环部141的磨损。本实施例中，所述轴套组件144包括相对布置的第一轴套145和第二轴套146、以及定位在第一轴套145和第二轴套146之间的定位环147。螺钉或销等第一连接元件148插入第一连接柱110c的第一接收孔111，并优选通过第一垫片149与第二轴套146抵顶从而连接第一连接件14、轴套组件144、以及第一连接柱110c。第一连接柱110a、110b与相应的第一连接件14的连接结构可参考第一连接柱110c，在此不再赘述。

可以理解地，在其他实施例中，动平台10与第一连接件14之间也可以采用其他结构进行连接。例如，也可以采用滚动轴承替换所述轴套组件144。或者，在其他实施例中，由第一连接件提供第一连接柱，而动平台提供第一通孔，并将第一连接件的第一连接柱插入动平台的第一通孔内，以和动平台例如通过轴套组件144转动连接。

所述第二连接件15大致呈L形，包括大致垂直连接的板状的第一区段151和第二区段152，其中第一区段151在远离第二区段152的一端具有第二通孔153，第二区段152在远离第一区段151的一端具有第三通孔154。第一连接件14的凸柱142插入第一区段151的第二通孔153并与第一区段151转动连接。类似地，第一区段151与凸柱142之间也设有轴套组件144，螺钉或销等第一连接元件148插入凸柱142的第二接收孔143，并优选通过第一垫片149与第二轴套146抵顶从而连接第一连接件14、轴套组件144、以及第二连接件15。

同理，在其他实施例中，第一连接件14与第二连接件15之间也可以采用其他结构进行连接。例如，也可以采用滚动轴承替换所述轴套组件144。或者，在其他实施例中，由第二连接件提供凸柱，而第一连接件提供第二通孔，并将第二连接件的凸柱插入第一连接件的第二通孔内，以和第一连接件例如通过轴套组件144转动连接。

优选地，所述第二连接件15的第二区段152与所述支架30通过连接轴16连接。具体地，所述连接轴16包括中空圆柱体状的顶部区段161和底部区段162、以及连接在顶部区段161和底部区段162之间的支撑区段163。支撑区段163的外径大于顶部区段161和底部区段162的外径。顶部区段161和底部区段162的外径可以相等也可以不等，优选顶部区段161的外径小于底部区段162的外径。顶部区段161具有自其顶端凹陷的第三接收孔164。底部区段162具有自其底端凹陷的第四接收孔165。

所述连接轴16的顶部区段161插入所述第二连接件15的第二区段152的第三通孔154内，并与第二区段152转动连接。类似地，第二区段152与顶部区段161之间也设有轴套组件144，螺钉或销等第一连接元件148插入顶部区段161的第三接收孔164，并优选通过第一垫片149与第二轴套146抵顶从而连接第二连接件15、轴套组件144、以及连接轴16。

所述支架30具有一第四通孔310。所述连接轴16的底部区段162插入所述支架30的第四通孔310内，并与支架30固定连接(例如紧配)。类似地，螺钉或销等第一连接元件148插入底部区段162的第四接收孔165，并优选通过第一垫片149与底部区段162和支架30抵顶从而连接支架30以及连接轴16。

优选地，所述连接轴16的支撑区段163的顶端和底端分别抵顶于顶部区段161对应的第一轴套145和支架30之间，以提高第二连接件15和支架30之间的连接稳定性。

参考图2、以及图8、9，本实施例中，所述支架30包括上支撑件31以及连接在上支撑件31上的第一滑杆33。优选地，所述上支撑件31呈板状。所述第四通孔310形成于所述上支撑件31内。

所述第一滑杆33上套设有第一直线电机34。所述第一滑杆33优选为丝杆。所述第一直线电机34用于驱动所述第一滑杆33相对第一直线电机34沿直线移动。所述上支撑件31可有效防止第一滑杆33移动至使得第一直线电机34脱离第一滑杆33。

参考图8至图11，优选地，所述支架30还包括固定连接在所述上支撑件31上的侧面支撑件35，用于(例如通过粘接)固定第一光栅刻度尺36。所述侧面支撑件35与所述第一滑杆33相对。所述第一直线电机34还固定连接有一与所述第一光栅刻度尺36相对的第一读数头37。由此，当第一滑杆33相对第一直线电机34直线运动时，与所述第一滑杆33连接的所述上支撑件31、与所述上支撑件31固定连接的侧面支撑件35、以及与所述侧面支撑件35固定连接的第一光栅刻度尺36也将跟随第一滑杆33一起相对第一直线电机34运动。由于第一读数头37与所述第一直线电机34固定连接，因此，第一光栅刻度尺36与第一读数头37产生相对运动，使得第一读数头37能够记录第一光栅刻度尺36的移动距离，也即第一滑杆33相对第一直线电机34的移动距离。

优选地，所述侧面支撑件35整体呈纵长状，并镂空设计，包括沿侧面支撑件35的长度方向间隔排布的多个减重孔350。多个减重孔350的设计有助于减轻支架30的重量，使得支架30可以更平稳地相对第一直线电机34移动。更优地，所述减重孔350的孔壁的周向轮廓大致呈椭圆形，其中，椭圆的长轴方向与侧面支撑件35的长度方向一致。

还优选地，所述侧面支撑件35包括第一侧板351、以及与所述第一侧板351垂直连接的第二侧板352，其中第一侧板351与第二侧板352的长度方向一致。所述减重孔350形成于所述第一侧板351。所述上支撑件31与所述第一侧板351的上端(例如通过螺钉)固定连接，所述第一直线电机34间隔布置在所述第一侧板351的朝向第一滑杆33的一侧。所述第一光栅刻度尺36固定于所述第二侧板352。所述第一读数头37间隔布置在第二侧板352的用于固定第一光栅刻度尺36的一侧。即，第一直线电机34和第一读数头37分布在侧面支撑件35的不同侧。可以理解地，在其他实施例中，侧面支撑件也可以采用其他构造，使得第一直线电机34和第一读数头37分布在侧面支撑件的同一侧。

优选地，第一侧板351的厚度大于第二侧板352的厚度，以提高第一侧板351的整体强度。还优选地，所述侧面支撑件35为一一体件，以提高侧面支撑件35的整体强度。

更优地，第一侧板351大致垂直于第二侧板352的中部，即侧面支撑件35的横截面大致呈T形，使得第二侧板352被所述第一侧板351区分为沿宽度方向的左侧板353和右侧板354。优选地，所述上支撑件31在与所述第一侧板351固定连接的同时，还抵顶于右侧板354的朝向第一侧板351的一侧，以提高上支撑件31与侧面支撑件35的连接强度。所述第一光栅刻度尺36固定于左侧板353的背离第一侧板351的一侧，并可根据其宽度选择性地同时固定于右侧板354的背离第一侧板351的一侧。

可以理解地，在其他实施例中，侧面支撑件也可以采用其他构造，例如可以提供横截面大致呈L形的侧面支撑件，该侧面支撑件包括彼此垂直连接的第一侧板和第二侧板。在这种情况下，所述上支撑件31可与侧面支撑件的第一侧板固定连接并与第二侧板抵顶，所述第一直线电机34可布置于第一侧板的一侧，所述第一光栅刻度尺36可固定于第二侧板的朝向或背离第一侧板的一侧。

优选地，所述第一直线电机34和所述第一读数头37通过第三连接件38固定连接。具体地，所述第三连接件38包括与所述第一直线电机34(例如通过螺钉)固定连接的第一支撑板381、以及与所述第一读数头37(例如通过螺钉)固定连接的第二支撑板382，其中第一支撑板381与第二支撑板382垂直连接。更优地，第三连接件38还包括连接在第一支撑板381和第二支撑板382之间的肋部383，所述肋部383与第一支撑板381和第二支撑板382均垂直连接，优选与第一支撑板381和第二支撑板382的中部均垂直连接，以进一步提高第三连接件38的支撑强度，防止变形。

还优选地，所述第三连接件38还包括与所述第一支撑板381垂直连接的第三支撑板384，用于固定连接一个或多个第一滑块385。所述第三支撑板384与所述第二支撑板382分别位于所述第一支撑板381的相对的两侧。优选地，第三连接件38为一一体件，以提高第三连接件38的整体强度。所述第一侧板351上固定连接有第一滑轨355，所述第一滑轨355的长度方向与所述第一侧板351的长度方向一致。所述一个或多个第一滑块385与所述第一滑轨355滑动连接。

由此，当第一直线电机34驱动第一滑杆33相对第一直线电机34直线运动时，与所述第一滑杆33连接的所述上支撑件31、与所述上支撑件31固定连接的侧面支撑件35、以及与所述侧面支撑件35固定连接的第一光栅刻度尺36和第一滑轨355也将跟随第一滑杆33一起相对第一直线电机34运动。由于第一读数头37、第一直线电机34、以及第一滑块385通过第三连接件38固定连接，因此，第一滑轨355将相对第一滑块385滑动。通过第一滑轨355和第一滑块385的配合，有效提高了支架30相对第一直线电机34运动的稳定性。

优选地，所述第三连接件38的第一支撑板381大致呈方形，其远离第二支撑板382和第三支撑板384的一角具有一突出的倒圆部386，倒圆部386的中部具有一垂直于倒圆部386的第二连接柱387，用于与所述静平台620连接。

具体地，参考图12至图13，本实施例的静平台620大致呈六边形，包括三个彼此间隔的第一侧边、以及三个彼此间隔的第二侧边，其中三个第一侧边分别具有一突出的支撑轴621。支撑轴621上转动连接有一支撑柱622。所述支撑柱622包括可转动地套设在所述支撑轴621上的第一连接区段623、以及与第一连接区段623连接的并用于与第三连接件38连接的第二连接区段624。

所述第二连接区段624优选呈半圆状，并在其中部具有一第五通孔625。所述第三连接件38的第二连接柱387插入所述第五通孔625，并与所述第二连接区段624转动连接。优选地，所述第二连接柱387与所述第二连接区段624之间设有轴承组件632。螺钉或销等第二连接元件634插入第二连接柱387内，并优选通过第二垫片635与所述轴承组件632抵顶。

所述第一连接区段623呈中空的立方体状，并优选突出于所述第二连接区段624，用于(例如通过螺钉)固定连接编码器22。编码器22与所述第一直线电机34电连接。当通过第三连接件38与支撑柱622转动连接的支架30在第二直线电机660(下文将详细描述)的驱动下相对静平台620发生转动时，编码器22将记录第三连接件38相对静平台620的转动角度，因此也将记录第一滑杆33相对静平台620的转动角度。

所述静平台620的三个彼此间隔的第二侧边分别通过相应的支撑架626固定(例如通过螺钉)至底座627，底座627可放置在地面。

本实施例中，所述底座627大致呈三角形，其三个角与所述支撑架626(例如通过螺钉)固定连接，且每个角设有一左支撑件641和右支撑件642(参考图2)。本实施例中，所述左支撑件641和右支撑件642呈板状，并分别垂直于所述底座627的相邻两侧面。所述底座627的每一侧面间隔设有一连接在左支撑件641和右支撑件642之间的第二滑杆643。

同时参考图2和图14-15，每一所述第二滑杆643上套设有一第二直线电机660。所述第二滑杆643优选为丝杆，使得所述第二直线电机660能够沿所述第二滑杆643作直线运动，其中，所述左支撑件641和所述右支撑件642可有效防止所述第二直线电机660移动至脱离第二滑杆643。

本实施例中，所述底座627的每一侧面上还固定连接(例如粘接)有一第二光栅刻度尺628。所述第二直线电机660固定连接有一与第二光栅刻度尺628相对的第二读数头661。由此，当第二直线电机660沿着第二滑杆643直线运动时，与所述第二直线电机660固定连接的第二读数头661也将跟随第二直线电机660一起运动。由于第二光栅刻度尺628与所述底座627固定连接，因此，第二读数头661与第二光栅刻度尺628产生相对运动，使得第二读数头661能够记录其自身的移动距离，进而记录第二直线电机660相对第二滑杆643的移动距离。

优选地，所述第二直线电机660与所述第二读数头661通过第四连接件670固定连接。具体地，所述第四连接件670包括第四支撑板671。所述第二直线电机660与所述第二读数头661(例如通过螺钉)固定连接在第四支撑板671的底面。优选地，所述第四连接件670还包括固定连接在所述第四支撑板671的一侧的第五支撑板672，用于固定连接一个或多个第二滑块662。本实施例中，所述第二直线电机660、第二读数头661、以及第二滑块662均固定在第四支撑件670的底面。所述底座627上固定连接有第二滑轨629，所述第二滑轨629的长度方向与所述底座627的每一侧面的长度方向一致。所述一个或多个第二滑块662与所述第二滑轨629滑动连接。

由此，当第二直线电机660相对第二滑杆643直线运动时，通过所述第四连接件670与所述第二直线电机660固定连接的所述第二读数头661、以及第二滑块662也将跟随第二直线电机660一起相对第二滑杆643运动。由于第二滑轨629与底座627固定连接，因此，第二滑块662将相对第二滑轨629滑动。通过第二滑块662和第二滑轨629的配合，有效提高了第二直线电机660相对第二滑杆643运动的稳定性。

本实施例中，所述第五支撑板672的远离所述第二滑块662的顶面固定连接有一纵长的第三滑轨680。所述第三滑轨680的长度方向垂直于相应的所述第二滑轨629的长度方向。优选地，所述第三滑轨680通过一支撑条681(例如通过螺钉)固定连接在第五支撑板672上。优选地，三条第三滑轨680距离底座627的高度各不相同，这可以通过在第五支撑板672上设置垫块673来实现，其中垫块673与支撑条681固定连接。换言之，三条第三滑轨680对应的垫块673的高度各不相同，从而使得三条第三滑轨680距离底座627的高度各不相同。优选地，垫块673与第四支撑板671之间通过第二加强肋674连接，以提高第四连接件670的强度。更优地，第四连接件670为一一体件，例如可通过注塑成型形成。

所述第三滑轨680上滑动连接有一或多个第三滑块682。所述一或多个第三滑块682上固定连接有一轴承座683，所述轴承座683内设有一可转动的球轴承684，所述球轴承684与一连杆685连接。所述连杆685与所述第一滑杆33滑动连接以保证第一滑杆33能够被第一直线电机34驱动以沿直线移动，优选套设在第一滑杆33外。

由此，当第二直线电机660相对第二滑杆643直线运动时，与第二直线电机660固定连接的第四连接件670、与第四连接件670固定连接的第三滑轨680也将跟随第二直线电机660一起相对第二滑杆643移动，在此过程中，连杆685将被第二直线电机660驱动以沿着第二滑轨629移动，同时自动沿着第三滑轨680移动，进而带动支架30相对静平台620转动。

参考图16，为避免多次使用操作组件600后动平台10存在累积的位置误差，优选地，所述操作组件600还包括定位于所述动平台10和所述静平台620之间的位置校准器50，用于校准动平台10的初始位置。

具体地，所述位置校准器50包括与所述动平台10连接的第一支撑件51、以及与所述静平台620连接的第二支撑件52，所述第一支撑件51与所述第二支撑件52可拆卸地连接。优选地，所述第一支撑件51与所述第二支撑件52插接配合。

参考图16至图18，本实施例中，所述第一支撑件51包括纵长状的第一支撑杆510、以及连接在第一支撑杆510的相对的第一端和第二端的第一支撑座511和第二支撑座512。所述第一支撑座511用于与所述动平台10连接。所述第二支撑座512用于与所述第二支撑件52连接。

具体地，所述第一支撑座511呈板状，并具有一或多个第三连接孔513。第三连接孔513可以是盲孔或通孔。相应地，所述动平台10上设有一或多个第四连接孔170。第四连接孔170可以是盲孔或通孔。螺钉或销等插入第三连接孔513和第四连接孔170从而连接第一支撑件51和动平台10。

优选地，所述动平台10的所述主体部11的顶端具有朝向所述收容腔12突出的第二凸缘17。所述第四连接孔170形成于所述第二凸缘17。相应地，所述第一支撑座511相对所述第二支撑座512偏移。本实施例中，所述第一支撑座511在第一支撑杆510的第一侧垂直延伸，而所述第二支撑座512在第一支撑杆510的与所述第一侧相对的第二侧垂直延伸，即第一支撑座511、第一支撑杆510、第二支撑座512大致形成一Z形构造。还优选地，所述第一支撑件51还包括连接第一支撑座511的朝向第二支撑座512的一侧面、以及第二支撑座512的朝向第一支撑座511的一侧面的第一加强肋514，以提高第一支撑件51的整体强度。

本实施例中，所述第二支撑座512大致呈块状，其内设有一第一接收空间515，用于与所述第二支撑件52插接配合。优选地，所述第一接收空间515构造为贯穿所述第二支撑座512的通孔，以增加第一接收空间515的深度，进而提高第一支撑件51和第二支撑件52的配合稳定性。进一步地，所述第一加强肋514朝向第一接收空间515的底侧具有一凹陷空间516，凹陷空间516与第一接收空间515连通，以为第二支撑件52提供更充足的避让空间。

本实施例中，所述第二支撑件52包括纵长状的第二支撑杆520、以及连接在第二支撑杆520的相对的第一端和第二端的第三支撑座521和第四支撑座522。所述第三支撑座521用于与所述静平台620连接。所述第四支撑座522用于与所述第一支撑件51连接。

具体地，所述第三支撑座521呈板状，并具有一或多个第五连接孔523。第五连接孔523可以是盲孔或通孔。相应地，所述静平台620上设有一或多个第六连接孔。第六连接孔可以是盲孔或通孔。螺钉或销等插入第五连接孔523和第六连接孔从而连接第二支撑件52和静平台620。

优选地，所述第二支撑杆520具有贯穿其厚度的细长孔524。细长孔524的数量可以是一个或多个。当为多个细长孔524的情况时，多个细长孔524沿第二支撑杆520的长度方向等间隔布置。

本实施例中，所述第四支撑座522大致呈块状。所述第四支撑座522与所述第三支撑座521在所述第二支撑杆520的同一侧相对于第二支撑杆520垂直延伸。所述第四支撑座522内设有一第二接收空间525，其可以贯穿也可以不贯穿所述第四支撑座522，用于收容插件53。

本实施例中，所述插件53包括接收在所述第二接收空间525内并与第四支撑座522连接的第一区段531、以及突出于第四支撑座522的顶面的第二区段532。所述第二区段532可释放地插入所述第一支撑件51的第一接收空间515，从而连接第一支撑件51和第二支撑件52。优选地，所述插件53构造为一螺钉，其中，螺钉的螺杆形成所述第一区段531并与所述第四支撑座522螺纹连接，螺钉的螺帽形成所述第二区段532并与所述第二支撑座512插接配合。采用螺钉提供所述插件53，拆装方便。

参考图17至图20，优选地，所述第二支撑座512的朝向第四支撑座522的表面部分凹陷形成一第一台阶构造。所述第一台阶构造包括第一突出面517和第一凹陷面518。相应地，所述第四支撑座522的朝向所述第二支撑座512的表面部分凹陷形成第二台阶构造。所述第二台阶构造包括第二突出面527和第二凹陷面528。连接第一支撑件51和第二支撑件52时，第二支撑座512的第一突出面517与第四支撑座522的第二凹陷面528配合，第二支撑座512的第一凹陷面518与第四支撑座522的第二突出面527配合，从而引导插件53的第二区段532插入第一支撑件51的第一接收空间515，操作方便。

可以理解地，在其他实施例中，位置校准器50也可以采用其他构造。例如，也可以使插件53与第二支撑件52形成为一体件，而不需要将插件53固定地插入第二支撑件52。或者，也可以在第一支撑件上连接插件，而在第二支撑件上形成接收空间用于接收插件。

本实施例的操作组件600的工作原理简述如下：医生通过手指控制手柄40上的按钮400，以将指令通过控制器101传递给手术机械臂200，使得手术器械动作；手术机械臂200的传感器201将手术器械的动作数据通过控制器101传递给第一直线电机34和第二直线电机660，并借助于编码器22控制支架30(因此也是控制第一直线电机34)相对于静平台620的转动角度，借助于第一读数头37控制被第一直线电机34驱动的第一滑杆33的移动距离，借助于第二读数头661控制第二直线电机660的移动距离，进而使得动平台10以及与之固定连接的手柄40模拟手术器械动作，从而实现医生在手术操作过程中与手术器械的力学信息的交互，即通过操作组件600实现了医生对手术器械的真实手术操作的模拟。值得一提的是，手术器械的动作优选在手柄40处等比例放大，虽然也可以不放大。

本实施例的操作组件600共有5个驱动量，分别为用于驱动三条支架30相对静平台620转动的三个第二直线电机660、以及用于驱动三条支架30移动的三个第一直线电机34，且第一直线电机34与静平台转动连接，三条支架30的一端也分别与动平台10转动连接。因此，本实施例的操作组件能够实现6自由度，并能同时实现力反馈和姿态控制，且布线简单。进一步地，利用滑杆传动可有效避免力反馈出错。

可以理解地，本实用新型的操作组件不仅限于应用于医疗领域的手术机器人，其还可以用于其他领域，例如危险空间的探索、大众娱乐、工业生产等领域的机器人。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一特征和第二特征直接接触，或第一特征和第二特征通过中间媒介间接接触。

而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任意一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (11)

1.一种通过直线电机驱动的操作组件，其特征在于，所述操作组件应用于机器人，所述操作组件包括动平台、静平台、以及与所述动平台和所述静平台转动连接的N个支架，其中N≥2，每一所述支架连接有一第一直线电机和一第二直线电机，所述第一直线电机用于驱动相应的所述支架相对所述第一直线电机沿直线移动，所述第二直线电机用于驱动相应的所述支架相对所述静平台转动。

2.根据权利要求1所述的操作组件，其特征在于，每一所述支架包括上支撑件、以及与所述上支撑件连接的第一滑杆，每一所述第一直线电机套设在一相应的所述支架的所述第一滑杆上，所述第一直线电机用于驱动相应的所述第一滑杆相对所述第一直线电机沿直线移动。

3.根据权利要求2所述的操作组件，其特征在于，每一所述支架还包括与所述上支撑件固定连接的侧面支撑件，所述侧面支撑件与相应的所述第一滑杆相对并与相应的所述第一直线电机滑动连接，且所述侧面支撑件镂空设计。

4.根据权利要求3所述的操作组件，其特征在于，每一所述第一直线电机还固定连接有一第一读数头，每一所述侧面支撑件上还固定连接有一第一光栅刻度尺，每一所述第一读数头与一相应的所述第一光栅刻度尺间隔且相对。

5.根据权利要求3所述的操作组件，其特征在于，每一所述侧面支撑件上固定连接有一第一滑轨，每一所述第一直线电机还固定连接有一或多个第一滑块，所述一或多个第一滑块与一相应的所述第一滑轨滑动连接。

6.根据权利要求1所述的操作组件，其特征在于，所述静平台上转动连接有N个支撑柱，每一所述支撑柱上固定连接有一编码器，每一所述第一直线电机通过一连接件与一相应的所述支撑柱转动连接，所述编码器用于记录所述连接件相对所述静平台的转动角度。

7.根据权利要求2所述的操作组件，其特征在于，所述操作组件还包括与所述静平台固定连接的底座，所述底座连接有N个第二滑杆，每一所述第二直线电机套设在一相应的所述第二滑杆上并可在所述第二滑杆上移动。

8.根据权利要求7所述的操作组件，其特征在于，所述底座固定连接有N个第二光栅刻度尺，每一所述第二直线电机固定连接有一第二读数头，每一所述第二读数头与一相应的所述第二光栅刻度尺间隔并相对。

9.根据权利要求7所述的操作组件，其特征在于，所述底座上固定连接有N个第二滑轨，每一所述第二直线电机还固定连接有一或多个第二滑块，所述一或多个第二滑块与一相应的所述第二滑轨滑动连接。

10.根据权利要求9所述的操作组件，其特征在于，每一所述第二直线电机还固定连接有一第三滑轨，所述第三滑轨的长度方向垂直于相应的所述第二滑轨的长度方向，每一所述第一滑杆上滑动连接有一连杆，所述连杆的一端铰接有一或多个第三滑块，所述一或多个第三滑块与一相应的所述第三滑轨滑动连接。

11.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括根据权利要求1至10中任一项所述的操作组件。