专利名称：一种可实现三维平动一维转动的并联手术装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及机器人领域，特别是一种可实现三维平动一维转动的并联手术装置。
背景技术：
并联机构是一种动平台和定平台通过至少两个独立的运动链相连接，有两个或两个以上自由度，且以并联方式驱动的机构，具有精度较高、结构紧凑、刚度高、承载能力大强等优点，在运动模拟器、并联机床、微操作机器人、抓取机器人等方面取得了较好的应用。但现有的并联机构基本都是分支不含闭环的，对于自由度数大于支链数的并联机构，有些支链必须设置两个或两个以上的原动件，这就不得不将电机安装在支链的关节处，从而导致机构刚性差、惯量大、关节误差累积等问题，机构动力学性能较差，控制困难。手术用机器人是要求非常高的高精准仪器，传统的串联机器人难以达到其使用要求，采用并联机构可满足手术用机器人的精确运动的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可实现三维平动一维转动的并联手术装置，解决传统自由度数大于支链数的并联手术装置刚性差、惯量大、关节误差累积等问题。本发明通过以下技术方案达到上述目的一种可实现三维平动一维转动的并联手术装置，包括第一 RRR闭环子链、第二 RRR闭环子链和执行机构子链，其机构和链接方式为所述第一 RRR闭环子链由第一直线驱动器、第二直线驱动器以及机架连接而成， 第一直线驱动器通过第一转动副连接到机架上，第一直线驱动器通过第二转动副与第二直线驱动器连接，第二直线驱动器另一端通过第三转动副连接到机架上，所述第二 RRR闭环子链由第三直线驱动器、第四直线驱动器以及机架连接而成， 第三直线驱动器通过第四转动副连接到机架上，第三直线驱动器通过第五转动副与第四直线驱动器连接，第四直线驱动器另一端通过第六转动副连接到机架上，所述执行机构子链由第一转台、第二转台、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆以及动平台连接而成，第一转台通过第二转动副与第一直线驱动器连接，第一转台通过第七转动副与第一连杆连接，第一转台通过第八转动副与第二连杆连接，第一连杆另一端通过第九转动副与动平台连接，第二连杆另一端通过第十转动副与动平台连接，第二转台通过五转动副与第三直线驱动器连接，第二转台通过第十一转动副与第三连杆连接，第二转台通过第十二转动副与第四连杆连接，第三连杆另一端通过第九转动副与动平台和第一连杆连接，第四连杆另一端通过第十三转动副与动平台连接。第一转台和第二转台在平面内的运动可实现动平台在空间的自由度运动，所述第一转动副、第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副、第六转动副的旋转轴线相互平行，第七转动副、第八转动副、第九转动副、第十转动副、第i^一转动副、 第十二转动副、第十三转动副的旋转轴线相互平行，第一连杆与第二连杆等长平行，第三连杆与第四连杆等长平行。本发明的突出优点在于I、驱动电机均安装在机架上，杆件都可以做成轻杆，有效降低机构重量，机构刚性好、惯量小，动力学性能好；2、通过两个对称结构的闭环子链控制动平台运动输出，机构运动学正、逆问题求解容易，控制方便；3、通过在动平台上安装手术刀等手术工具来完成手术动作任务。
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I为本发明所述一种可实现三维平动一维转动的并联手术装置的第一结构示 2为本发明所述一种可实现三维平动一维转动的并联手术装置的第二结构示 3为本发明所述一种可实现三维平动一维转动的并联手术装置的第一工作示 4为本发明所述一种可实现三维平动一维转动的并联手术装置的第二工作示 5为本发明所述一种可实现三维平动一维转动的并联手术装置的第三工作示 6为本发明所述一种可实现三维平动一维转动的并联手术装置的第四工作示 7为本发明所述一种可实现三维平动一维转动的并联手术装置的第五工作示
具体实施例方式下面结合附图及实施例对本发明的技术方案作进一步说明。对照图I和图2，一种可实现三维平动一维转动的并联手术装置，包括第一 RRR闭环子链、第二 RRR闭环子链和执行机构子链。所述第一 RRR闭环子链由第一直线驱动器3、第二直线驱动器7以及机架I连接而成，第一直线驱动器3通过第一转动副2连接到机架I上，第一直线驱动器3通过第二转动副24与第二直线驱动器7连接，第二直线驱动器7另一端通过第三转动副8连接到机架I 上。所述第二 RRR闭环子链由第三直线驱动器18、第四直线驱动器22以及机架I连接而成，第三直线驱动器18通过第四转动副17连接到机架I上，第三直线驱动器18通过第五转动副25与第四直线驱动器22连接，第四直线驱动器22另一端通过第六转动副23连接到机架I上。所述执行机构子链由第一转台4、第二转台21、第一连杆10、第二连杆9、第三连杆 16、第四连杆15以及动平台13连接而成，第一转台4通过第二转动副24与第一直线驱动器3连接,第一转台4通过第七转动副6与第一连杆10连接,第一转台4通过第八转动副5与第二连杆9连接，第一连杆10另一端通过第九转动副12与动平台13连接，第二连杆9 另一端通过第十转动副11与动平台15连接，第二转台21通过五转动副25与第三直线驱动器18连接，第二转台21通过第i^一转动副19与第三连杆16连接，第二转台21通过第十二转动副20与第四连杆15连接，第三连杆16另一端通过第九转动副12与动平台13和第一连杆10连接,第四连杆15另一端通过第十三转动副14与动平台13连接。第一转台 4和第二转台21在平面内的运动可实现动平台13在空间的4自由度运动。所述第一转动副2、第二转动副24、第三转动副8、第四转动副17、第五转动副25、 第六转动副23的旋转轴线相互平行，第七转动副6、第八转动副5、第九转动副12、第十转动副11、第十一转动副19、第十二转动副20、第十三转动副14的旋转轴线相互平行，第一连杆 10与第二连杆9等长平行，第三连杆16与第四连杆15等长平行。对照图3和图4，第一转台4和第二转台21在运动空间内运动可实现动平台13的上下平移。对照图5，第一转台4和第二转台21在运动空间内运动可实现动平台13绕自身轴线的一维转动。对照图6，第一转台4和第二转台21在运动空间内运动可实现动平台13的前后平移。对照图7，第一转台4和第二转台21在运动空间内运动可实现动平台13的左右平移。
权利要求
1. 一种可实现三维平动一维转动的并联手术装置，包括第一RRR闭环子链、第二RRR闭环子链和执行机构子链，其特征在于，其机构和链接方式为所述第一 RRR闭环子链由第一直线驱动器、第二直线驱动器以及机架连接而成，第一直线驱动器通过第一转动副连接到机架上，第一直线驱动器通过第二转动副与第二直线驱动器连接，第二直线驱动器另一端通过第三转动副连接到机架上，所述第二 RRR闭环子链由第三直线驱动器、第四直线驱动器以及机架连接而成，第三直线驱动器通过第四转动副连接到机架上，第三直线驱动器通过第五转动副与第四直线驱动器连接，第四直线驱动器另一端通过第六转动副连接到机架上，所述执行机构子链由第一转台、第二转台、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆以及动平台连接而成，第一转台通过第二转动副与第一直线驱动器连接，第一转台通过第七转动副与第一连杆连接，第一转台通过第八转动副与第二连杆连接，第一连杆另一端通过第九转动副与动平台连接，第二连杆另一端通过第十转动副与动平台连接，第二转台通过五转动副与第三直线驱动器连接，第二转台通过第i—转动副与第三连杆连接，第二转台通过第十二转动副与第四连杆连接，第三连杆另一端通过第九转动副与动平台和第一连杆连接，第四连杆另一端通过第十三转动副与动平台连接。第一转台和第二转台在平面内的运动可实现动平台在空间的自由度运动，所述第一转动副、第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副、第六转动副的旋转轴线相互平行，第七转动副、第八转动副、第九转动副、第十转动副、第i^一转动副、第十二转动副、第十三转动副的旋转轴线相互平行，第一连杆与第二连杆等长平行，第三连杆与第四连杆等长平行。
全文摘要
本发明涉及一种可实现三维平动一维转动的并联手术装置，包括第一RRR闭环子链、第二RRR闭环子链以及执行机构子链。所述第一RRR闭环子链、第二RRR闭环子链在同一平面内。第一RRR闭环子链可控制第一转台在平面内做二自由度运动，第二RRR闭环子链可控制第二转台在平面内做二自由度运动。第一转台和第二转台的运动可实现动平台在空间内的四自由度运动。本发明通过两个闭环子链来控制两个转台在平面的运动，从而实现动平台的空间四自由度运动，具有结构紧凑控制简单的优点，且所有主动杆都连接在机架上，杆件能做成轻杆，机构运动惯量小，动力学性能好，闭环子链由直线驱动器驱动，承载能力大。
文档编号A61B19/00GK102599979SQ201210084759
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月28日 优先权日2012年3月28日
发明者张 林, 潘宇晨, 王红州, 蔡敢为, 高德中 申请人:广西大学