[發明專利]用于腹腔微創手術的解耦四自由度遠心機構

有效

• 申請號: 201510920573.0
• 申請日: 2015-12-11
• 公開（公告）號: CN106859768B
• 公開（公告）日: 2019-11-12
• 發明（設計）人: 張帆;朱云平;張雪
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: A61B34/30
• 分類號: A61B34/30
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 楊元焱

一種用于腹腔微創手術的解耦四自由度遠心機構，包括機架、末端執行器、第一運動支鏈和第二運動支鏈；機架設有第一支架和第二支架，第一運動支鏈連接在第一支架與末端執行器的第一端之間，第二運動支鏈連接在第二支架與末端執行器的第二端之間；通過第一運動支鏈的主動運動、第二運動支鏈的被動運動以及末端執行器的自轉運動，可實現末端執行器的繞遠處旋轉中心的三轉動一移動四自由度運動，并且三個轉動自由度分別通過單個驅動器控制，具有解耦的運動特性。本發明具有繞遠處旋轉中心的解耦四自由度運動，并且驅動電機靠近基座，遠離末端執行器，從而使腹腔微創手術機器人的末端執行器的質量更輕，運動慣性更小，提高了手術的安全性。

技術領域

本發明涉及醫療機器人，尤其涉及一種用于腹腔微創手術的解耦四自由度遠心機構。

背景技術

并聯機構廣泛應用于重載模擬設備、機器人、數控機床、傳感器及微操作領域。然而，并聯機構各驅動單元之間是耦合的，即并聯機構整體輸出平臺沿任一方向的運動都是所有驅動單元的運動合成，并且各驅動單元的運動與并聯機構整體運動(即輸入與輸出)之間是非線性的。這一特性導致并聯機構控制復雜，標定困難，且制約了精度的提高。因此，如何實現并聯機構解耦，以簡化控制和標定，提高運動精度，一直是一個困難而富有挑戰性的課題。

運動解耦并聯機器人是指輸出運動的任一個自由度都僅依賴單個驅動單元，其他驅動單元動作不對此自由度產生影響。具有完全解耦的并聯機構運動關系簡單、標定簡便、控制精度高、剛度大，在虛軸機床和機器人中應用前景廣闊。

[Hunt K H.Structu ral Kinematics of In–Parallel-Actuated Robot Arms,Journal of Mechanisms,Transmissions and Automation in Design,1983,105:705-712]報道了一種兩轉動一移動自由度并聯機構，主要由機架、動平臺和固連在機架和動平臺之間的三個結構形式相同的運動支鏈組成，每個運動支鏈依次由轉動副、移動副、球鉸鏈及它們之間的桿件組成，并且三個運動支鏈空間對稱分布。文獻[Huang Z,Wang J.Fang YF,Analysis of Instantaneous Motions of Deficient-Rank 3-RPS ParallelManipulators.Mechanism and Machine Theory,2002,37(2):229-240.]報道了該類型并聯機構存在瞬時運動，其轉動自由度的軸線只存在于一單葉雙曲面上。

中國專利文獻CN101036986A報道了由動平臺、固定平臺及連接它們的四條閉環運動支鏈組成的兩轉動一移動并聯機構，每條閉環支鏈含有一類對稱結構的六桿球形機構，動平臺和固定平臺與每條支鏈用轉動副連接。文獻[Xianwen Kong,Clement M.GosselinType synthesis of input-output decoupled parallel manipulators,Transactionsof the CSME,Vol.28,Special Edition,2004]中報道了具有兩移動一轉動自由度并聯機構，由動平臺、固定平臺和串并聯混搭的運動支鏈組成。文獻[李惠良，金瓊，楊廷力，一類一平移兩轉動解耦并聯機構及其位移分析，機械制造與研究，Feb 2002,(1):9-12,14]提出一種具有三角化解耦特性的兩轉動一移動并聯機構，但輸出自由度不完全由單個驅動器控制，仍屬于解耦并聯機構，完全解耦的三自由度球面機構文獻發明目前尚未檢索到。