[發明專利]一種可實現平面二維定位和空間二維定向的雙平面并聯機構

有效

• 申請號: 201510419280.4
• 申請日: 2015-07-16
• 公開（公告）號: CN104972456B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 于洪健;杜志江;董為;王永鋒
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 岳昕

技術領域

本發明涉及并聯機器人技術領域。

背景技術

并聯機器人的動平臺與定平臺通過兩個以上的獨立的運動鏈連接，在每條鏈的運動輸入下，可方便提供多姿態的運動形式，具有運動精度高、動態響應快、承載能力強等優點，所以并聯機器人比較適合作為定位、定向機構的基本構建形式。在脊柱微創手術中，所涉及的術種包括椎弓根螺釘內固定術、經皮椎體成形術、經皮椎板減壓術等，這些術式的操作精細度要求很高，微小的失誤都有可能造成脊髓或神經根的損傷，導致下肢癱瘓甚至死亡。

傳統的人工進行微創手術方法要求醫生具有很高的操作技術水平，然而借助導航的手術方式切斷了醫生的手眼協調，由于誤操作或顫抖造成的手術偏差難于避免，且手術過程中醫生和患者需要受到大量X射線的輻射。因此脊柱微創手術機器人的研究和應用成為了醫學界和工程界的共識。

然而目前應用于脊柱微創手術的醫療機器人構型多為串聯結構，具有誤差積累、剛度性能差等難以克服的缺點，降低了手術的安全性。此外，其他結構構型結構復雜，體積龐大，控制起來難度較大，難以滿足脊柱微創手術的術室環境要求和醫師操作要求，進而限制了這類機器人結構的進一步發展與應用。

發明內容

本發明為了解決現有的脊柱微創手術的醫療機器人構型結構復雜、體積龐大、操作難度大導致的操作精度低、可靠性差及手術安全性低的問題，提出了一種可實現平面二維定位和空間二維定向的雙平面并聯機構。

一種可實現平面二維定位和空間二維定向的雙平面并聯機構，它包括上平面驅動機構、下平面驅動機構、機架1、驅動裝置26、上平面連接件、下平面連接件和末端器械6；

機架1包括上框架1-1、左框架1-2、下框架1-3和右框架1-4；上框架1-1、左框架1-2、下框架1-3和右框架1-4首尾依次相接構成一個中空的長方體形框架或正方形框架；

上平面驅動機構的通過上平面連接件與末端器械6同軸連接；下平面驅動機構通過下平面連接件與所述末端器械6同軸連接；所述上平面驅動機構和下平面驅動機構平行放置，且二者之間的距離等于左框架1-2的高度；

上平面驅動機構位于所述上框架1-1的上表面，驅動裝置26穿過所述上框架1-1驅動上平面驅動機構動作，完成上平面的平面二維定位和空間二維定向；

下平面驅動機構位于所述下框架1-3的下表面，驅動裝置26穿過所述下框架1-3驅動下平面驅動機構動作，完成下平面的平面二維定位和空間二維定向；

機架1和末端器械6之間的距離隨著上平面驅動機構和下平面驅動機構的伸縮而改變。

驅動裝置26為四個，兩個用于驅動上平面驅動機構，兩個用于驅動下平面驅動機構。

四個驅動裝置26均位于所述機架1的內部，用于驅動上平面驅動機構的兩個驅動裝置26固定在上框架1-1上；用于驅動下平面驅動機構的兩個驅動裝置26固定在下框架1-3上。所述驅動裝置26為電機。

一種可實現平面二維定位和空間二維定向的雙平面并聯機構，所述下平面驅動機構包括第三支鏈7、第四支鏈11、下平面動平臺連接塊10、第一動平臺桿件連接軸21和第二動平臺桿件連接軸22；

第三支鏈7包括第一近架桿12、第一遠架桿17、第一桿件連接軸14、第一直角件15、第一近架關節軸承及其連桿18和第一遠架關節軸承及其連桿19；

第四支鏈11包括第二近架桿23、第二桿件連接軸24和第二遠架桿25；

第一近架桿12的一端與第三個所述驅動裝置26的驅動端連接，第一近架桿12的另一端通過第一桿件連接軸14與第一遠架桿17的一端連接；

第二近架桿23的一端與第四個所述驅動裝置26的驅動端連接，第二近架桿23的另一端通過第二桿件連接軸24與第二遠架桿25的一端連接；

第一遠架桿17的另一端通過第一動平臺桿件連接軸21與下平面動平臺連接塊10連接；第二遠架桿25的另一端通過第二動平臺桿件連接軸22與所述下平面動平臺連接塊10連接；

所述下平面動平臺連接塊10用于完成第一遠架桿17和第二遠架桿25的連接，還用于連接下平面驅動機構和下平面連接件；

第一直角件固定軸13固定在第一直角件15的上表面，且靠近第一直角件15的直角處；第一桿件連接軸14和第二直角件固定軸16固定在第一直角件15的下表面，且第一桿件連接軸14靠近所述第一直角件固定軸13；第二直角件固定軸16靠近第一直角件15的銳角處；第一桿件連接軸14和第二直角件固定軸16沿著所述第一遠架桿17的軸線方向排列；第一桿件連接軸14和第一直角件固定軸13沿著所述第一近架桿12的軸線方向排列；