[發(fā)明專利]一種三維空間二自由度遠(yuǎn)心點運(yùn)動并聯(lián)機(jī)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110302625.3
• 申請日: 2021-03-22
• 公開（公告）號: CN112847317B
• 公開（公告）日: 2023-05-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張錦平;韓鑫;姚進(jìn)
• 申請（專利權(quán)）人: 四川大學(xué)
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及并聯(lián)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種可以在三維空間內(nèi)實現(xiàn)二自由度遠(yuǎn)心點運(yùn)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，具有高剛度、高負(fù)荷的特點；包括機(jī)架、主臂（2）、多組運(yùn)動支鏈，這些運(yùn)動支鏈的形式可以是PS’S、PS’RRR、PUS、PURRR、PRRS、PRRRRR等；其中五組運(yùn)動支鏈?zhǔn)潜仨毜模谝贿\(yùn)動支鏈的尺寸由第二運(yùn)動支鏈的尺寸等比例放大得到，第三運(yùn)動支鏈的尺寸由第四運(yùn)動支鏈的尺寸等比例放大得到，這五組運(yùn)動支鏈具有兩個自由度，原動件在運(yùn)動支鏈與機(jī)架形成的移動副上，這五組運(yùn)動支鏈可以約束主臂（2）恒指向遠(yuǎn)心點（0）；此外，還可以增加一些運(yùn)動支鏈來控制主臂（2）的自轉(zhuǎn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及并聯(lián)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種可以在三維空間內(nèi)實現(xiàn)二自由度遠(yuǎn)心點運(yùn)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)

遠(yuǎn)心點機(jī)構(gòu)是指能實現(xiàn)遠(yuǎn)心點運(yùn)動的機(jī)構(gòu)，遠(yuǎn)心點運(yùn)動在微創(chuàng)手術(shù)，例如腹腔鏡手術(shù)中有者廣泛的運(yùn)動。目前可以實現(xiàn)遠(yuǎn)心點運(yùn)動的方法主要包括依靠算法控制多軸聯(lián)動、利用復(fù)合平行四邊形機(jī)構(gòu)、利用弧形導(dǎo)軌、利用球面機(jī)構(gòu)、利用被動鉸鏈、利用并聯(lián)機(jī)構(gòu)等。

中國專利201510243307.9公開了一種可實現(xiàn)空間遠(yuǎn)心點運(yùn)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)包括基座、動平臺、器械、三組運(yùn)動支鏈，該機(jī)構(gòu)的原動件是三組運(yùn)動支鏈上的移動副，該機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動支鏈、器械、動平臺基座等之間的轉(zhuǎn)動副安裝關(guān)系確保器械恒過遠(yuǎn)心點。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，但旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)有可能受力較大，并且原動件不適合使用滾珠絲杠等電動動力元件。

中國專利202010165548.7公開了一種三自由度串并聯(lián)遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)包括雙平行四邊形機(jī)構(gòu)、基座、第一直線模組、第二直線模組等，該機(jī)構(gòu)的原動件是第一直線模組、第二直線模組，其中第一直線模組控制雙平行四邊形機(jī)構(gòu)進(jìn)而實現(xiàn)二自由度遠(yuǎn)心點運(yùn)動，第二直線模組控制末端執(zhí)行器直線運(yùn)動。該機(jī)構(gòu)的不足是雙平行四邊形機(jī)構(gòu)的剛度可能較低。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提出一種可以在三維空間內(nèi)實現(xiàn)二自由度遠(yuǎn)心點運(yùn)動的并聯(lián)機(jī)構(gòu)，它相對于多軸聯(lián)動方式控制更加方便、相對于復(fù)合平行四邊形方式、球面機(jī)構(gòu)方式具有更高的剛度，同時也可以解決或改善上述并聯(lián)機(jī)構(gòu)在剛度、受力等方面的問題。

本發(fā)明提出的一種三維空間二自由度遠(yuǎn)心點運(yùn)動并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括機(jī)架、主臂、五組運(yùn)動支鏈，五組運(yùn)動支鏈一端分別與機(jī)架形成連接，另一端分別與主臂形成連接，機(jī)構(gòu)的原動件位于運(yùn)動支鏈上；機(jī)構(gòu)的功能是約束主臂軸線恒指向遠(yuǎn)心點，并控制主臂圍繞遠(yuǎn)心點實現(xiàn)二自由度遠(yuǎn)心點運(yùn)動。

一種三維空間二自由度遠(yuǎn)心點運(yùn)動并聯(lián)機(jī)構(gòu)包括機(jī)架、主臂、五組運(yùn)動支鏈，所述五組運(yùn)動支鏈包括第一運(yùn)動支鏈、第二運(yùn)動支鏈、第三運(yùn)動支鏈、第四運(yùn)動支鏈、第五運(yùn)動支鏈；五組運(yùn)動支鏈具有相似的結(jié)構(gòu)，每組運(yùn)動支鏈包括連桿、二自由度轉(zhuǎn)動單元、三自由度轉(zhuǎn)動單元、移動單元；機(jī)架、移動單元、二自由度轉(zhuǎn)動單元、連桿、三自由度轉(zhuǎn)動單元、主臂依次連接；通過移動單元，移動單元與機(jī)架可以發(fā)生一自由度相對移動，通過二自由度轉(zhuǎn)動單元，連桿與移動單元可以在三維空間內(nèi)二自由度相對轉(zhuǎn)動，通過三自由度轉(zhuǎn)動單元，主臂與連桿可以在三維空間內(nèi)三自由度相對轉(zhuǎn)動；二自由度轉(zhuǎn)動單元可以是球銷副、萬向節(jié)、兩個軸線不平行的轉(zhuǎn)動副形成的串聯(lián)關(guān)節(jié)，三自由度轉(zhuǎn)動單元可以是球副、三個軸線不共面的轉(zhuǎn)動副形成的串聯(lián)關(guān)節(jié)，因此運(yùn)動支鏈的形式可以是PS’S、PS’RRR、PUS、PURRR、PRRS、PRRRRR。

所述三維空間二自由度遠(yuǎn)心點運(yùn)動并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有5個自由度，每組運(yùn)動支鏈具有6個自由度，多組運(yùn)動支鏈并聯(lián)在一起時，每并聯(lián)一組運(yùn)動支鏈，新增的運(yùn)動支鏈增加6個自由度，但運(yùn)動分支并聯(lián)到機(jī)構(gòu)中時會減少6個自由度，因此所述三維空間二自由度遠(yuǎn)心點運(yùn)動并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有6個自由度，將主臂的自轉(zhuǎn)自由度視為局部自由度，可得所述三維空間二自由度遠(yuǎn)心點運(yùn)動并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有5個自由度。因此，五組運(yùn)動支鏈與機(jī)架之間的移動副為原動件，所述三維空間二自由度遠(yuǎn)心點運(yùn)動并聯(lián)機(jī)構(gòu)具有確定的姿態(tài)。