将关节位置信息实时传输给控制中心，控制中心计算当前姿态下，为了平衡力矩各电机所需要反向输出的力矩。同时，根据从手端测得的机械臂和组织接触力的大小，控制中心计算出应当按比例放大给操作者感受到的接触力，并将力转换成电机输出力矩的信号。最终电机反向输出力矩是所述两种力矩的叠加，使医生摆脱操作机械臂需要付出的体力，而能纯粹地感受从手末端和组织接触处力的大小。
[0029]4、操作时的灵活性保持
[0030]通过理论计算可知，本发明设计结构在一些位置存在奇点，在这些位置会降低灵活性。为了保证一定的灵活性，在这些奇点附近时，主动关节一将在控制算法的控制下，主动调整关节转角，电机将主动运动帮助手腕经过奇点，保证手腕灵活性不会降低。
【主权项】
1.一种主从式机器人主手操作手腕，其特征在于:它包括臂连接件(1)、第一腕关节组件(2)、第二腕关节组件(3)、第三腕关节组件(4)、第四腕关节组件(5)和夹持机构连接件(6)，第一腕关节组件(2)包括第一驱动器(2-1)、第一电机(2-2)、第一联轴器(2-3)、第一轴(2-5)、第一绝对式角度编码器(2-6)、第一壳体(2-7)和两个第一锥齿轮(2-4);臂连接件(1)为条形框体，第一壳体(2-7)为长方形空心壳体，第一壳体(2-7)的一端与臂连接件(1)的底端固定连接，且第一壳体(2-7)沿长度方向的中心线与臂连接件(1)沿长度方向的中心线垂直设置，第一驱动器(2-1)固定安装在第一壳体(2-7)的侧壁上，第一轴(2-5)竖直设置在第一壳体(2-7)的另一端上，第一电机(2-2)转轴的输出端与第一联轴器(2-3)的一端固定连接，第一联轴器(2-3)的另一端套装有一个第一锥齿轮(2-4)，另一个第一锥齿轮(2-4)套装在第一轴(2-5)上，第一绝对式角度编码器(2-6)固定安装在第一壳体(2-7)上，且第一绝对式角度编码器(2-6)的转轴与第一轴(2-5)的底端固定连接，第一轴(2-5)的顶端穿过第一壳体(2-7)并固定安装在第二腕关节组件(3)上，两个第一锥齿轮(2-4)齿啮合，第一电机(2-2)、第一联轴器(2-3)和两个第一锥齿轮(2-4)固定安装在第一壳体(2-7)内，第一驱动器(2-1)通过导线与第一电机(2-2)连接，第三腕关节组件(4)固定安装在第二腕关节组件(3)上，第四腕关节组件(5)固定安装在第三腕关节组件(4)上，夹持机构连接件￠)固定安装在第四腕关节组件(5)上。2.根据权利要求1所述一种主从式机器人主手操作手腕，其特征在于:所述第二腕关节组件(3)包括第二驱动器(3-1)、第二电机(3-2)、第二联轴器(3-3)、第二轴(3-5)、第二绝对式角度编码器(3-6)、第二壳体(3-7)和两个第二锥齿轮(3-4);第二壳体(3-7)为‘L’形壳体，第二驱动器(3-1)安装在第二壳体(3-7)水平板上，第一轴(2-5)的顶端固定安装在第二壳体(3-7)水平板上，第二电机(3-2)转轴的输出端与第二联轴器(3-3)的底端固定连接，一个第二锥齿轮(3-4)固定套装在第二联轴器(3-3)的顶端上，另一个第二锥齿轮(3-4)固定套装在第二轴(3-5)上，第二绝对式角度编码器(3-6)固定安装在第二壳体(3-7)竖直板上，且第二绝对式角度编码器(3-6)的转轴与第二轴(3-5)的一端固定连接，第二轴(3-5)的另一端固定安装在第三腕关节组件(4)上，第二轴(3-5)水平安装在第二壳体(3-7)竖直板的顶端，第二电机(3-2)和第二联轴器(3-3)竖直安装在第二壳体(3-7)竖直板内，且两个第二锥齿轮(3-4)齿啮合，第二驱动器(3-1)通过导线与第二电机(3-2)连接。3.根据权利要求2所述一种主从式机器人主手操作手腕腕，其特征在于:所述第三腕关节组件(4)包括第三驱动器(4-1)、第三电机(4-2)、第三联轴器(4-3)、第三轴(4-5)、第三绝对式角度编码器(4-6)、第三壳体(4-7)和两个第三锥齿轮(4-4);第三壳体(4-7)为‘L’形壳体，第二轴(3-5)固定安装在第三壳体(4-7)的竖直板上，第三驱动器(4-1)固定安装在第三壳体(4-7)的竖直板上，第三电机(4-2)转轴的输出端与第三联轴器(4-3)的一端固定，一个第三锥齿轮(4-4)固定套装在第三联轴器(4-3)的另一端上，且第三绝对式角度编码器(4-6)固定安装在第三壳体(4-7)的水平板上，且第三绝对式角度编码器(4-6)的转轴与第三联轴器(4-3)固定连接，且第三绝对式角度编码器(4-6)与第三联轴器(4-3)同轴设置，第三电机(4-2)和第三联轴器(4-3)固定安装在第三壳体(4-7)内，第三驱动器(4-1)通过导线与第三电机(4-2)连接，第三壳体(4-7)的水平板的上端加工有凸起(4-8)，第三轴(4-5)竖直安装在第三壳体(4-7)水平板的凸起(4-8)上，第三轴(4_5)的底端固定套装有一个第三锥齿轮(4-4)，且两个第三锥齿轮(4-4)齿啮合，第三轴(4-5)的顶端固定安装在第四腕关节组件(5)上。4.根据权利要求3所述一种主从式机器人主手操作手腕，其特征在于:所述第四腕关节组件(5)包括第四驱动器(5-1)、第四电机(5-2)、第四联轴器(5-3)、第四轴(5-5)、第四绝对式角度编码器(5-6)、第四壳体(5-7)和两个第四锥齿轮(5-4);第四壳体(5-7)为‘L’形壳体，第四壳体(5-7)竖直板靠近底端的侧壁加工有长方体(5-8)，第四驱动器(5-1)固定安装在第三壳体(4-7)的竖直板上，第三轴(4-5)的顶端固定安装在第四壳体(5-7)的长方体(5-8)上，第四电机(5-2)转轴的输出端与第四联轴器(5-3)的底端固定连接，一个第四锥齿轮(5-4)固定套装在第四联轴器(5-3)的顶端，第四绝对式角度编码器(5-6)固定安装在第四壳体(5-7)水平板的顶端上，且第四绝对式角度编码器(5-6)的转轴固定安装在第四联轴器(5-3)的顶端上，且第四联轴器(5-3)和第四联轴器(5-3)同轴设置，另一个第四锥齿轮(5-4)固定套装在第四轴(5-5)的一端，第四电机(5-2)和第四联轴器(5-3)竖直固定安装在第四壳体(5-7)的竖直板内，第四驱动器(5-1)通过导线与第四电机(5-2)连接，第四轴(5-5)安装在第四壳体(5-7)的水平板内，且两个第四锥齿轮(5-4)齿啮合，夹持机构连接件￠)穿过第四壳体(5-7)的水平板并于第四轴(5-5)的另一端固定连接。5.根据权利要求1或4所述一种主从式机器人主手操作手腕，其特征在于:所述第四壳体(5-7)的长方体(5-8)上加工有圆形通孔，所述臂连接件(1)的顶端加工有两个圆形通孔。
【专利摘要】一种主从式机器人主手操作手腕，本发明涉及一种主手操作手腕，本发明为了解决现有技术中主手端的机械臂具有一下问题，工作空间比较小，灵活性不高，缺少力和力矩反馈信息，机构过于庞大，缺少力感觉，空间利用率低，其应用场合收到限制，操作不灵活以及控制复杂，不能实现机械臂本身任意位置的力平衡，医生带动主手操作负荷大，易疲劳的问题，它包括臂连接件、第一腕关节组件、第二腕关节组件、第三腕关节组件、第四腕关节组件和夹持机构连接件，第一腕关节组件包括第一驱动器、第一电机、第一联轴器、第一轴、第一绝对式角度编码器、第一壳体和两个第一锥齿轮，本发明用于医疗机器人领域。
【IPC分类】B25J17/02
【公开号】CN105397838
【申请号】CN201510962685
【发明人】潘博, 付宜利, 王涛, 闫佳雯, 张少凡, 王树国
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2016年3月16日
【申请日】2015年12月18日