[發明專利]一種用于體外微創手術的解耦四自由度遠心機構

有效

• 申請號: 201710219924.4
• 申請日: 2017-04-06
• 公開（公告）號: CN107157581B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 張雪;張帆
• 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;B25J9/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 陳亮

本發明涉及一種用于體外微創手術扶持內窺鏡的解耦四自由度遠心機構，包括機架、旋轉臂、導軌系統、定點遠心運動支鏈、同步帶運動支鏈，旋轉臂通過第一轉動副連接在機架上，定點遠心運動支鏈與導軌系統轉動連接，同步帶運動支鏈和定點遠心運動支鏈連接在旋轉臂和內窺鏡之間；通過旋轉臂的主動運動運動、定點遠心支鏈的主動運動以及同步帶運動支鏈的主動運動，實現內窺鏡繞遠處旋轉中心的三轉動一移動三自由度運動。本發明實現了繞遠處中心旋轉的解耦四自由度運動，除了用以驅動自轉的電機靠近末端，另外三個驅動電機都實現了遠離末端內窺鏡，從而使扶持內窺鏡的末端執行機構質量更輕，運動慣性更小，提供了穩定的增強的腹腔畫面。

技術領域

本發明涉及一種微創手術用機構，尤其是涉及一種用于體外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、傳感器及微操作等領域。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、而且制約了精度的提高。因此，如何實現并聯機構解耦，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，完全解耦的四自由度球面機構文獻發明目前尚未檢索到。