WO2022198587A1 - 六自由度运动机构 - Google Patents

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WO2022198587A1
WO2022198587A1 PCT/CN2021/083063 CN2021083063W WO2022198587A1 WO 2022198587 A1 WO2022198587 A1 WO 2022198587A1 CN 2021083063 W CN2021083063 W CN 2021083063W WO 2022198587 A1 WO2022198587 A1 WO 2022198587A1
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movable
guide
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PCT/CN2021/083063
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English (en)
French (fr)
Inventor
周啸波
Original Assignee
苏州迈澜医疗科技有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00—Programme-controlled manipulators

Definitions

  • the motion mechanisms are required to have more degrees of freedom, larger stroke, rigidity, speed, and higher precision, etc. These requirements are usually not easy to take into account.
  • the purpose of the present invention is to overcome or at least alleviate the above-mentioned shortcomings of the prior art, and to provide a six-degree-of-freedom motion mechanism that is convenient to drive.
  • a conveniently driven six-degree-of-freedom motion mechanism including a platform and three branch chains, wherein,
  • Each of the branch chains includes a base, a first-stage movable member, a second-stage movable member and a third-stage movable member,
  • the first-level first movable member is connected to the base and the second-level movable member, and the first-level first movable member can translate relative to the base in a first direction
  • the second-level movable member includes a second-level first guide member and a second-level second guide member that are fixed with each other, and the second-level first guide member provides the second-level movable member relative to the first-level guide member.
  • the first movable member guides the reciprocating motion along the first guide direction
  • the second-level second guide member provides the second-level movable member with reciprocation along the second guide direction relative to the first-level second movable member movement guide
  • the secondary movable member can be displaced relative to the base in the first direction and the second direction;
  • the first guide direction and the second guide direction are not parallel to each other and not parallel to the first direction
  • the tertiary movable member can be displaced in a third direction relative to the secondary movable member, and at least one of the primary movable member, the secondary movable member and the tertiary movable member is an active member ,
  • the third-stage movable member is connected with the platform through a rotational connection structure, and the rotary connection structure enables the platform to have directions around the first direction, the second direction and the first direction relative to the third-stage movable member.
  • the platform has three translational degrees of freedom and three rotational degrees of freedom relative to the base.
  • the first directions of at least two of the branches are parallel.
  • the first directions of all three of the branches are non-parallel.
  • the base provides a first guide member for translation of the first-stage movable member, and at least two of the first-stage movable members share one first guide member.
  • the first direction is a circular arc direction.
  • At least one of the first-stage first movable member and the first-stage second movable member includes an axis capable of being wound around an axis parallel to the third direction
  • the first sub-component and the second sub-component that rotate relative to each other, at most a pair of the first sub-component and the second sub-component is a follower.
  • both the first direction and the second direction are parallel to a first plane, and the third direction is perpendicular to the first plane.
  • the secondary movable member includes a ramp surface, the ramp surface is disposed obliquely with respect to the first plane, and the tertiary movable member can reciprocate along the ramp surface, or
  • the tertiary movable member is rotatable relative to the secondary movable member about an axis perpendicular to the third direction.
  • the first part includes a first spherical protrusion
  • the second part includes a plurality of second spherical protrusions
  • the first portion and the second portion have a mutually attractive force by virtue of a magnetic field.
  • the first-level first movable element and the first-level second movable element of the first-level movable element are active elements
  • the second-level movable element and the first-level movable element are active elements.
  • the three-stage movable member is a driven member.
  • the active element can be a motor lead screw guide module, a linear motor guide module, or a piezoelectric ceramic motor guide module and other driving devices, and correspondingly, a sensor such as an encoder or a grating ruler provides position feedback.
  • the follower can also be selectively installed with sensors such as a grating ruler to provide position feedback for position compensation and calibration with enhanced accuracy.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a six-degree-of-freedom motion mechanism according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic view, cut along the third direction, of the rotational connection structure of the six-degree-of-freedom motion mechanism according to the first embodiment of the present invention.
  • J rotating connection structure J1 first part; J10 first spherical convex; J2 second part; J20 second spherical convex; J21 magnet;
  • the primary movable member 21 can reciprocate (translation) relative to the base 20a along the first direction x; the secondary movable member 22 can be displaced relative to the primary movable member 21 in the second direction y; the tertiary movable member 23 It can reciprocate (translate) relative to the secondary movable member 22 along the slope surface 22s, and the slope surface 22s forms a drop in the third direction z, so that the tertiary movable member 23 can be relative to the secondary movable member 22 in the third Displacement occurs in the direction z and the first direction x.
  • the translation here is relative to the rotation, although in this embodiment, the translation is along a straight line, but this is not necessary, that is, the translation may also be a translation along a curve.
  • the first-level first movable member 211 includes a first-level first guide member 211g
  • the first-level second movable member 212 includes a first-level second guide member 212g.
  • One of the primary movable element 21 , the secondary movable element 22 and the tertiary movable element 23 is an active element, and the other two are driven elements.
  • the first-level movable element 21 (the first-level first movable element 211 and the first-level second movable element 212 ) are active elements, and the second-level movable element 22 and the third-level movable element 23 are driven elements.
  • the second-stage movable member 22 By driving the first-stage first movable member 211 and the first-stage second movable member 212 respectively in the first direction x, the second-stage movable member 22 will occur in the first direction x and the second direction y relative to the first-stage movable member 21
  • the displacement of the third-stage movable member 23 occurs relative to the second-stage movable member 22 in the third direction z and the second direction y.
  • three translational degrees of freedom of the three-stage movable member 23 of each branch chain 20 in the first direction x, the second direction y and the third direction z are realized.
  • the rotary connection structure J includes a first part J1 and a second part J2.
  • the first part J1 is fixedly connected with the platform 10 (or the first part J1 is a part of the platform 10 ), and the second part J2 is fixedly connected with the tertiary movable part 23 (or the second part J2 is a part of the tertiary movable part 23 ).
  • the rotation axis of the third-stage movable member 23 relative to the second-stage movable member 22 is perpendicular to the third direction z (or parallel to the first plane).
  • the rotation direction of the three-stage movable member 23 is shown by the arrow ⁇ in the figure.
  • the magnet J21 may be a permanent magnet or an electromagnet.
  • the first spherical protrusion J10 and the body J1m of the first part J1 may also be connected rotatably, and the second spherical protrusion J20 and the body J2m of the second part J2 may also be connected rotatably.

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Abstract

一种方便驱动的六自由度运动机构，包括平台(10)和三个支链(20)，每个支链(20)包括基台(20a)、一级活动件(21)、二级活动件(22)和三级活动件(23)，一级活动件(21)包括一级第一活动件(211)和一级第二活动件(212)，二级活动件(22)包括彼此之间位置固定的二级第一导向件(221)和二级第二导向件(222)，二级第一导向件(221)为二级活动件(22)提供了相对于一级第一活动件(211)沿第一导引方向(D1)往复运动的导引，二级第二导向件(222)为二级活动件(22)提供了相对于一级第二活动件(212)沿第二导引方向(D2)往复运动的导引，平台(10)相对于基台(20a)具有三个平动自由度和三个转动自由度。

Description

六自由度运动机构 技术领域
本发明涉及运动机构领域，且特别地涉及一种方便驱动的六个自由度运动机构。
背景技术
在一些用于实现复杂作业的运动机构中，需要运动机构具有较多的自由度，较大的行程、刚性、速度、以及较高的精度等，这些方面的要求通常不易兼顾。
发明内容
本发明的目的在于克服或至少减轻上述现有技术存在的不足，提供一种方便驱动的六自由度运动机构。
提供一种方便驱动的六自由度运动机构，包括平台和三个支链，其中，
每个所述支链包括基台、一级活动件、二级活动件和三级活动件，
所述一级活动件包括一级第一活动件和一级第二活动件，
所述一级第一活动件连接所述基台和所述二级活动件，所述一级第一活动件能相对于所述基台在第一方向上平动，
所述一级第二活动件连接所述基台和所述二级活动件，所述一级第二活动件能相对于所述基台在第一方向上平动，
所述二级活动件包括彼此之间位置固定的二级第一导向件和二级第二导向件，所述二级第一导向件为所述二级活动件提供了相对于所述一级第一活动件沿第一导引方向往复运动的导引，所述二级第二导向件为所述二级活动件提供了相对于所述一级第二活动件沿第二导引方向往复运动的导引，
所述二级活动件能相对于所述基台在所述第一方向和第二方向上发生位移；
所述第一导引方向和所述第二导引方向彼此不平行且与所述第一方向也不平行，
所述三级活动件能相对于所述二级活动件在第三方向上发生位移，所述一级活动件、所述二级活动件和所述三级活动件中的至少一者为主动件，
所述三级活动件与所述平台通过转动连接结构相连，所述转动连接结构使得所述平台相对于所述三级活动件具有绕所述第一方向、所述第二方向和所述第三方向的三个转动自由度，
所述平台相对于所述基台具有三个平动自由度和三个转动自由度。
在至少一个实施方式中，至少两个所述支链的所述第一方向平行。
在至少一个实施方式中，三个所述支链的所述第一方向均不平行。
在至少一个实施方式中，所述基台为所述一级活动件的平动提供第一导向件，至少两个所述一级活动件共用一个所述第一导向件。
在至少一个实施方式中，所述第一方向为圆弧方向。
在至少一个实施方式中，在每个所述支链中，所述一级第一活动件和所述一级第二活动件中的至少一者包括能绕平行于所述第三方向的轴线相对转动的第一子部件和第二子部件，最多一对所述第一子部件和所述第二子部件是随动件。
在至少一个实施方式中，所述三级活动件能相对于所述二级活动件平动。
在至少一个实施方式中，所述第一方向和所述第二方向均平行于第一平面，所述第三方向垂直于所述第一平面。
在至少一个实施方式中，所述二级活动件包括斜坡面，所述斜坡面相对 于所述第一平面倾斜地设置，所述三级活动件能沿所述斜坡面往复运动，或者
所述三级活动件能相对于所述二级活动件在竖直方向上运动。
在至少一个实施方式中，所述三级活动件能相对于所述二级活动件绕垂直于所述第三方向的轴线转动。
在至少一个实施方式中，所述转动连接结构包括能相对转动的第一部分和第二部分，所述第一部分和所述第二部分中的一者与所述平台相连、另一者与所述三级活动件相连，
所述第一部分包括一个第一球凸，所述第二部分包括多个第二球凸，
所述多个第二球凸环绕并接触所述第一球凸，所述第一球凸和所述第二球凸的接触面均为球面。
在至少一个实施方式中，一个所述第一球凸与三个所述第二球凸相接触。
在至少一个实施方式中，所述第一部分和所述第二部分依靠磁场而具有相互吸引的力。
在至少一个实施方式中，所述第二部分包括磁铁，所述第一球凸的制作材料包括铁磁性材料，所述磁铁与所述第一部分不接触。
在至少一个实施方式中，对于每个所述支链，所述一级活动件的所述一级第一活动件和所述一级第二活动件为主动件，所述二级活动件和所述三级活动件为从动件。所述主动件可以是电机丝杠导轨模组，或者直线电机导轨模组，或者压电陶瓷电机导轨模组等驱动装置，并相应由编码器或光栅尺等传感器提供位置反馈。所述从动件也可以选择性地安装光栅尺等传感器提供位置反馈用于增强精度的位置补偿以及校准等。
根据本发明的六自由度运动机构结构简单、控制方便。
附图说明
图1是根据本发明的第一实施方式的六自由度运动机构的示意图。
图2和图3是根据本发明的第一实施方式的六自由度运动机构的支链的活动件差动方式的示意图。
图4是根据本发明的第一实施方式的六自由度运动机构的转动连接结构的沿第三方向剖开的示意图。
图5是图4所示的转动连接结构的第一球凸和第二球凸在经过三个接触点的剖面的示意图。
图6至图8是根据本发明的第二实施方式的六自由度运动机构的三个变型的示意图。
图9是根据本发明的第三实施方式的六自由度运动机构的示意图。
图10是根据本发明的第四实施方式的六自由度运动机构的示意图。
附图标记说明：
10平台；20支链；20a基台；21一级活动件；211一级第一活动件；212一级第二活动件；211g一级第一导向件；212g一级第二导向件；211a第一活动件第一子部件；211b第一活动件第二子部件；212a第二活动件第一子部件；212b第二活动件第二子部件；
22二级活动件；221二级第一导向件；222二级第二导向件；22s斜坡面；23三级活动件；
J转动连接结构；J1第一部分；J10第一球凸；J2第二部分；J20第二球凸；J21磁铁；
x第一方向；y第二方向；z第三方向。
具体实施方式
下面参照附图描述本发明的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本发明，而不用于穷举本发明的所有可行的方式，也不用于限制本发明的范围。
若非特殊说明，本发明以图1所示的三维坐标系来说明各部件的位置关系。应当理解，本发明中根据x、y和z轴定义的位置关系是相对的，根据装置的实际应用场合，坐标轴可进行空间旋转。
(第一实施方式)
参照图1至图3，介绍根据本发明的第一实施方式的六自由度运动机构(以下简称机构)。
该机构包括平台10和支承并控制平台10运动的三个支链20。平台10和支链20之间通过转动连接结构J相连，转动连接结构J起到了使每个支链20能相对于平台具有三个方向上(绕x轴、绕y轴和绕z轴)的转动自由度。协同地驱动三个支链20(例如通过计算确定每个支链20的主动件的位置)，可以实现平台10的六自由度运动。
每个支链20包括依次相连的基台20a、一级活动件21、二级活动件22和三级活动件23。可选地，可以每个支链20有一个独立的基台20a，也可以是多个支链20共用一个基台20a。
一级活动件21叠置在基台20a上，二级活动件22叠置在一级活动件21上，三级活动件23叠置在二级活动件22上。
一级活动件21能相对于基台20a沿第一方向x往复运动(平动)；二级活动件22能相对于一级活动件21在第二方向y上发生位移；三级活动件23能相对于二级活动件22沿斜坡面22s往复运动(平动)，该斜坡面22s在第三方向z上形成落差，由此三级活动件23能相对于二级活动件22在第三方向z和第一方向x上发生位移。应当理解，这里的平动是相对转动而言的，虽然在本实 施方式中，平动是沿直线方向，然而这并不是必须的，即平动也可以是沿曲线的平动。
一级活动件21包括能够被独立控制的一级第一活动件211和一级第二活动件212。基台20a为一级第一活动件211和一级第二活动件212的沿x方向的运动提供了第一导向件(图未示，例如导轨或导槽)。可选地，属于同一个支链20的一级第一活动件211和一级第二活动件212共用同一个或同一组第一导向件。
一级第一活动件211包括一级第一导向件211g，一级第二活动件212包括一级第二导向件212g。
二级活动件22包括二级第一导向件221和二级第二导向件222。二级第一导向件221和二级第二导向件222的位置和姿势相对固定。更具体地，二级第一导向件221和二级第二导向件222可以设置于，特别是位置固定地设置于二级活动件22的基体，例如，板状基体。
同时参照图2和图3，一级第一导向件211g与二级第一导向件221相配合，一级第二导向件212g与二级第二导向件222相配合。一级第一导向件211g和二级第一导向件221彼此之间仅能沿第一导引方向D1往复运动，一级第二导向件212g和二级第二导向件222彼此之间仅能沿第二导引方向D2往复运动。
第一导引方向D1和第二导引方向D2均与第一方向x不平行。
由此，在一级第一活动件211和一级第二活动件212中的任一者相对于基台20a在第一方向x上发生位移的情况下，二级活动件22能够相对于基台20a在第二方向y上发生位移。并且，在合理控制一级第一活动件211和一级第二活动件212的位移的情况下，二级活动件22能够同时相对于基台20a在第一方向x上也发生位移。
通过这种差动的方式，可以仅控制一级第一活动件211和一级第二活动 件212在第一方向x上相对于基台20a的位移，便能实现对二级活动件22在第一方向x上和第二方向y上的位移的控制。
对照图2，图3示出了通过沿第一方向x移动一级第一活动件211和一级第二活动件212，而实现二级活动件22相对于基台20a在第一方向x和第二方向y上发生了位移后的情形。例如，可选地，第一导引方向D1和第二导引方向D2成90度夹角且各自与第一方向x成45度角，则一级第一活动件211和一级第二活动件212在第一方向x的差动位移量与二级活动件22在第二方向y的位移正好相等。在其它可能的实施方式中，还可以例如第一导引方向D1与第二方向y平行，第二导引方向D2与第一方向x成锐角(以下将该夹角简称为夹角theta)，这种情况下，可以一级第一活动件211为二级活动件22在第一方向x的基准，而二级活动件22在第二方向y的位移量由一级第二活动件212相对于一级第一活动件211在第一方向x的位移量以及夹角theta决定。当然，第一导引方向D1和第二导引方向D2还可相对于第一方向x取其它角度值以适应不同的应用。
本实施方式中，一级第一导向件211g为导轨，二级第一导向件221为滑块。应当理解，在其它可能的实施方式中，也可以将一级第一导向件211g设置为滑块，将二级第一导向件221设置为导轨、导槽或导杆等结构。同样地，一级第二导向件212g与二级第二导向件222中可以一者是导轨、导槽或导杆等结构，另一者是类似于滑块的结构。或者两者均为导轨，例如成对的交叉滚子导轨。此外，应当理解，虽然图2和图3中的二级第一导向件221和二级第二导向件222各自在第一导引方向D1和第二导引方向D2上的尺寸较小，相对地，一级第一导向件211g和一级第二导向件212g各自在第一导引方向D1和第二导引方向D2上的尺寸较大，但这不是必须的。例如，在第一导引方向D1上，二级第一导向件221的尺寸也可以等于或者大于一级第一导向件211g 的尺寸。
二级活动件22的与三级活动件23相接触的面为斜坡面22s，二级活动件22为三级活动件23提供了沿斜坡面22s的倾斜升降方向运动的第三导向件，使得三级活动件23能相对于基台20a发生在第三方向z以及第一方向x和/或第二方向y上的位移。
一级活动件21、二级活动件22和三级活动件23中的一者为主动件，另外两者为从动件。
例如，一级活动件21(一级第一活动件211和一级第二活动件212)为主动件，二级活动件22和三级活动件23为从动件。通过在第一方向x上分别驱动一级第一活动件211和一级第二活动件212，二级活动件22会相对于一级活动件21发生在第一方向x和第二方向y上的位移，三级活动件23会相对于二级活动件22发生在第三方向z和第二方向y上的位移。由此实现了每个支链20的三级活动件23在第一方向x上、第二方向y上和第三方向z上的三个平动自由度。
可选地，也可以将二级活动件22或三级活动件23配置为主动件。主动件可以是电机丝杠导轨模组，或者直线电机导轨模组，或者压电陶瓷电机导轨模组等驱动装置，并相应由编码器或光栅尺等传感器提供位置反馈。从动件也可以选择性地安装光栅尺等传感器提供位置反馈用于提高控制精度以及校准等。优选地，一级活动件21作为主动件时，例如采用直线电机模组，则一级第一活动件211和一级第二活动件212分别安装动子和光栅读数头，且一级第一活动件211和一级第二活动件212共用安装在基台20a上的同一组定子和光栅尺带，可使得结构更紧凑精度更高且成本更低。
对每个支链20中的活动部件的描述使用该支链20自己的坐标系，则本实施方式中，各支链20的坐标系不相同，具体地，各支链20的第一方向x和第 二方向y不相同(或者说不平行，本申请中提到的方向相同/方向平行包括平行但不共线、以及共线的情况)。在本实施方式中，优选的，三个支链20等间距设置。
由于三级活动件23与平台10之间使用可万向转动的转动连接结构J，因此，随着三个支链20被分别驱动，三个三级活动件23的位置发生变化，平台10不仅具有三个平动自由度，还具有绕第一方向x、绕第二方向y和绕第三方向z的三个转动自由度。由此，平台10具有六个自由度。
接下来参照图4和图5，介绍根据本发明的转动连接结构J。
转动连接结构J包括第一部分J1和第二部分J2。第一部分J1与平台10固定连接(或者第一部分J1是平台10的一部分)，第二部分J2与三级活动件23固定连接(或者第二部分J2是三级活动件23的一部分)。
第一部分J1包括一个第一球凸J10。第二部分J2包括三个第二球凸J20。且优选地，第一球凸J10与第一部分J1的本体J1m固定连接，或者说第一球凸J10和本体J1m形成为一体；第二球凸J20与第二部分J2的本体J2m固定连接，或者说第二球凸J20和本体J2m形成为一体。
三个第二球凸J20环绕第一球凸J10设置，且第二球凸J20与第一球凸J10接触。
第一球凸J10与第二球凸J20的彼此相接触的面均为球面，由此，第一球凸J10与每个第二球凸J20外切而形成点接触。三个第二球凸J20与一个第一球凸J10形成三个接触点，由此唯一确定了第一球凸J10的位置。
第一部分J1和第二部分J2的连接方式，相比于现有技术中球与球窝相配合所形成的转动连接结构，具有更高的传动精度。
由于第一球凸J10与第二球凸J20形成点接触，且第一部分J1是直接放置在第二部分J2上方的，为避免第一部分J1在运动过程中例如由于惯性而脱离 第二部分J2，优选地，将第一部分J1和第二部分J2设置为是依靠磁场而彼此吸引的。
例如，第二部分J2还包括磁铁J21，第一球凸J10的制作材料包括铁磁性材料。磁铁J21和第一球凸J10不接触，而仅依靠磁场的约束力，将第一部分J1保持在与第二部分J2接触的状态，且二者之间的摩擦力小，定位准确。
应当理解，在其它可能的情况下，第一部分J1和第二部分J2的相互吸引的部分(例如第二部分J2的具有磁性的部分和第一球凸J10)也可以是接触的，以增大磁场吸引力。
应当理解，除了磁场的约束力之外，第一部分J1仅依靠重力放置在第二部分J2的上方。
可选地，为了进一步提高对平台10运动位置的控制精度，可以为一级活动件21、二级活动件22和三级活动件23中的从动件设置位置传感器。例如，在二级活动件22和三级活动件23为从动件的情况下，可以在二级活动件22和三级活动件23附近分别设置光栅尺，以测量二级活动件22和三级活动件23的实时位置。基于从动件的实时位置，建立反馈调节机制，及时调整主动件的运动以提高最终合成的运动的精度；冗余的位置传感器信息也有利于平台的校准。
可选地，也可以同样为主动件设置位置传感器。或者，也可以只为位于终端的(与平台10相连的)三级活动件23设置位置传感器。
可选地，在其它可能的实现方式中，二级活动件22也可以为三级活动件23提供与第三方向z平行的第三导向件，即，使三级活动件23沿第三方向z平动。在这种情况下，三级活动件23优选作为主动件。
综上，通过独立驱动三个支链20，可以实现对平台10的六个自由度的控制。
(第二实施方式)
下面参照图6至图8说明根据本发明的第二实施方式。第二实施方式是第一实施方式的变型，对于与第一实施方式中的部件结构或功能相同或相似的部件标注相同的附图标记，并省略对这些部件的具体说明。
在本实施方式中，三个支链20各自的第一方向x和第二方向y是相同的。此外，本实施方式包括三个变型。
参照图6，在第一变型中，对三个一级活动件21起到导引作用的三个第一导向件是彼此平行的，每个一级活动件21可以沿一个第一导向件(即，沿相同的第一方向x)往复运动。三个一级活动件21沿相同的第一方向x往复运动。两个支链20和另一个支链20的位置在第一方向x上错开。三个支链20的位置在第二方向y上错开。三个支链20的位置在第三方向z上相同。
参照图7，在第二变型中，两个支链20共用一个第一导向件，另一个支链20使用另一个第一导向件。即，机构仅具有两个第一导向件。两个第一导向件均沿着相同的第一方向x延伸，并且在第二方向y上错开。可选地，两个支链20共用的一个第一导向件还可以表现为在第一方向x上分隔开或间隔开的两个独立的第一导向件。
参照图8，在第三变型中，三个支链20共用一个第一导向件。即，机构仅具有一个第一导向件。
根据本实施方式的第一导向件可以在第一方向x上具有较大的长度，从而使平台10在第一方向x上具有较大的活动空间。
对于多个支链20共用一个第一导向件的机构，其结构更加紧凑，能适应于操作需要并占用较少的空间。
如图6和图7所示，斜坡面22s的延伸方向可以不平行。
(第三实施方式)
下面参照图9说明根据本发明的第三实施方式。第三实施方式是第一实施方式的变型，对于与第一实施方式中的部件结构或功能相同或相似的部件标注相同的附图标记，并省略对这些部件的具体说明。
在本实施方式中，第一方向x为圆弧方向，且三个支链20的一级活动件21共用一个环形(优选为圆环形)的第一导向件。
在这种设置方式下，平台10能绕与第三方向z平行的轴线作角度不受限的转动，尤其适用于平台10需要执行较多旋转操作的情况。
参照图9，第二方向y与第一方向x垂直。第一方向x可以为圆弧方向(圆周方向)，此时，第二方向y为沿着圆弧的径向的方向。三个支链20可以在周向(第一方向x)上等间隔，即相隔120度地设置。
在本实施方式中，一级第一活动件211和一级第二活动件212中的至少一者包括两个能相对转动的部分。以一级第一活动件211为例，一级第一活动件211包括第一活动件第一子部件211a和第一活动件第二子部件211b，第一活动件第一子部件211a和第一活动件第二子部件211b彼此之间能绕与第三方向z平行的轴线转动，这种转动是在一级第一活动件211沿圆弧形的第一导向件运动过程中的随动。
在上述设置下，一级第二活动件212可以是一个整体，也可以包括转动受控的第二活动件第一子部件212a和第二活动件第二子部件212b。即，第二活动件第一子部件212a和第二活动件第二子部件212b彼此之间的转动不是随动的，而是受控的。
可选地，一级第一活动件211的两个子部件(第一活动件第一子部件211a和第一活动件第二子部件211b)和一级第二活动件212的两个子部件(第二活动件第一子部件212a和第二活动件第二子部件212b)可以都是受控转动的。
(第四实施方式)
下面参照图10说明根据本发明的第四实施方式。第四实施方式是第二实施方式的变型，对于与第二实施方式中的部件结构或功能相同或相似的部件标注相同的附图标记，并省略对这些部件的具体说明。
在本实施方式中，三级活动件23被配置为与二级活动件22能相对转动地连接。在三级活动件23相对于二级活动件22转动的过程中，三级活动件23相对于二级活动件22在第三方向z上发生位移。
三级活动件23相对于二级活动件22的转动轴线垂直于第三方向z(或者说平行于第一平面)。三级活动件23的转动方向如图中箭头ω所示。
应当理解，三级活动件23的转轴不必须与第一方向x平行。各支链20也不必须是对称的。
三级活动件23可以作为主动件也可以作为从动件。
在本实施方式中，为作为转动件的三级活动件23设置的位置传感器例如可以是旋转编码器。
应当理解，为了避免三级活动件23在转动过程中旋转至不期望的角度，可以为三级活动件23设置限位挡块。
应当理解，上述各实施方式及其部分方面或特征可以适当地组合。
下面简单说明本发明的上述实施方式的部分有益效果。
(i)根据本发明的机构结构简单，通过单独驱动每个支链20中的任一级活动件，便能实现对平台10的六自由度的控制，驱动方式简单，操作方便。
(ii)本发明的转动连接结构J的传动精度高，且利用磁场能增强第一部分J1和第二部分J2的连接强度。
应当理解，上述实施方式仅是示例性的，不用于限制本发明。本领域技术人员可以在本发明的教导下对上述实施方式做出各种变型和改变，而不脱 离本发明的范围。例如，
(i)转动连接结构J也可以被配置为，第二部分J2与平台10固定连接(或者第二部分J2是平台10的一部分)，第一部分J1与三级活动件23固定连接(或者第一部分J1是三级活动件23的一部分)。
(ii)磁铁J21可以是永磁体，也可以是电磁铁。
(iii)第二部分J2也可以具有多于三个的第二球凸J20，这种设置方式更适用于平台10需要承受较大载荷的情形。
(iv)第一球凸J10与第一部分J1的本体J1m也可以是能相对转动地连接，第二球凸J20与第二部分J2的本体J2m也可以是能相对转动地连接。
(v)三个支链的转动连接结构J可以是不对称的，例如，每个第一部分J1与平台10所形成的角度可以是不同的。
(vi)平台10可以是用于安装终端操作机构(例如机械手或手术用器械)的部件，也可以作为终端操作机构的一部分，或者说与终端操作机构形成为一体。
(vii)虽然对于每个支链20，一级活动件21、二级活动件22和三级活动件23中只需要有一者为主动件，剩余二者为从动件即可，然而，出于例如为提高控制精度等各方面的考虑，也可以增加主动件的个数，从而提供冗余的控制。

Claims (15)

  1. 一种方便驱动的六自由度运动机构，包括平台(10)和三个支链(20)，其中，
    每个所述支链(20)包括基台(20a)、一级活动件(21)、二级活动件(22)和三级活动件(23)，
    所述一级活动件(21)包括一级第一活动件(211)和一级第二活动件(212)，
    所述一级第一活动件(211)连接所述基台(20a)和所述二级活动件(22)，所述一级第一活动件(211)能相对于所述基台(20a)在第一方向(x)上平动，
    所述一级第二活动件(212)连接所述基台(20a)和所述二级活动件(22)，所述一级第二活动件(212)能相对于所述基台(20a)在第一方向(x)上平动，
    所述二级活动件(22)包括彼此之间位置固定的二级第一导向件(221)和二级第二导向件(222)，所述二级第一导向件(221)为所述二级活动件(22)提供了相对于所述一级第一活动件(211)沿第一导引方向(D1)往复运动的导引，所述二级第二导向件(222)为所述二级活动件(22)提供了相对于所述一级第二活动件(212)沿第二导引方向(D2)往复运动的导引，
    所述二级活动件(22)能相对于所述基台(20a)在所述第一方向(x)和第二方向(y)上发生位移；
    所述第一导引方向(D1)和所述第二导引方向(D2)彼此不平行且与所述第一方向(x)也不平行，
    所述三级活动件(23)能相对于所述二级活动件(22)在第三方向(z)上发生位移，所述一级活动件(21)、所述二级活动件(22)和所述三级活 动件(23)中的至少一者为主动件，
    所述三级活动件(23)与所述平台(10)通过转动连接结构(J)相连，所述转动连接结构(J)使得所述平台(10)相对于所述三级活动件(23)具有绕所述第一方向(x)、所述第二方向(y)和所述第三方向(z)的三个转动自由度，
    所述平台(10)相对于所述基台(20a)具有三个平动自由度和三个转动自由度。
  2. 根据权利要求1所述的六自由度运动机构，其特征在于，至少两个所述支链(20)的所述第一方向(x)平行。
  3. 根据权利要求1所述的六自由度运动机构，其特征在于，三个所述支链(20)的所述第一方向(x)均不平行。
  4. 根据权利要求2所述的六自由度运动机构，其特征在于，所述基台(20a)为所述一级活动件(21)的平动提供第一导向件，至少两个所述一级活动件(21)共用一个所述第一导向件。
  5. 根据权利要求4所述的六自由度运动机构，其特征在于，所述第一方向(x)为圆弧方向。
  6. 根据权利要求5所述的六自由度运动机构，其特征在于，在每个所述支链(20)中，所述一级第一活动件(211)和所述一级第二活动件(212)中的至少一者包括能绕平行于所述第三方向(z)的轴线相对转动的第一子部件和第二子部件，最多一对所述第一子部件和所述第二子部件是随动件。
  7. 根据权利要求1所述的六自由度运动机构，其特征在于，所述三级活动件(23)能相对于所述二级活动件(22)平动。
  8. 根据权利要求7所述的六自由度运动机构，其特征在于，所述第一方向(x)和所述第二方向(y)均平行于第一平面，所述第三方向(z)垂直 于所述第一平面。
  9. 根据权利要求8所述的六自由度运动机构，其特征在于，所述二级活动件(22)包括斜坡面(22s)，所述斜坡面(22s)相对于所述第一平面倾斜地设置，所述三级活动件(23)能沿所述斜坡面(22s)往复运动，或者
    所述三级活动件(23)能相对于所述二级活动件(22)在竖直方向上运动。
  10. 根据权利要求1所述的六自由度运动机构，其特征在于，所述三级活动件(23)能相对于所述二级活动件(22)绕垂直于所述第三方向(z)的轴线转动。
  11. 根据权利要求1所述的六自由度运动机构，其特征在于，所述转动连接结构(J)包括能相对转动的第一部分(J1)和第二部分(J2)，所述第一部分(J1)和所述第二部分(J2)中的一者与所述平台(10)相连、另一者与所述三级活动件(23)相连，
    所述第一部分(J1)包括一个第一球凸(J10)，所述第二部分(J2)包括多个第二球凸(J20)，
    所述多个第二球凸(J20)环绕并接触所述第一球凸(J10)，所述第一球凸(J10)和所述第二球凸(J20)的接触面均为球面。
  12. 根据权利要求11所述的六自由度运动机构，其特征在于，一个所述第一球凸(J10)与三个所述第二球凸(J20)相接触。
  13. 根据权利要求11所述的六自由度运动机构，其特征在于，所述第一部分(J1)和所述第二部分(J2)依靠磁场而具有相互吸引的力。
  14. 根据权利要求13所述的六自由度运动机构，其特征在于，所述第二部分(J2)包括磁铁(J21)，所述第一球凸(J10)的制作材料包括铁磁性材料，所述磁铁(J21)与所述第一部分(J1)不接触。
  15. 根据权利要求1至14中任一项所述的六自由度运动机构，其特征在于，对于每个所述支链(20)，所述一级活动件(21)的所述一级第一活动件(211)和所述一级第二活动件(212)为主动件，所述二级活动件(22)和所述三级活动件(23)为从动件。
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