一种具有位姿分离的机械结构制造技术

一种具有位姿分离的机械结构，它涉及一种机械结构，它包括底座、姿态补偿机构、定位机构和远程运动中心机构；所述定位机构包括第一电机、第二电机、第三电机、双平行四边形解耦结构和传动组件；所述远程运动中心机构包括第五电机、第六电机、传动组件和远程联动结构；双平行四边形解耦机构分别由第二电机和第三电机驱动，双平行四边形解耦机构通过传动组件与姿态补偿机构连接，第五电机由姿态补偿机构带动旋转，远程联动机构由第六电机驱动的传动组件带动作俯仰运动，第六电机由第五电机带动旋转。本发明专利技术可应用于穿刺手术中，也应用在操作对象为圆柱面或者球面时，如对圆弧工件的打磨和除锈。

A Mechanical Structure with Posture Separation

A mechanical structure with position and attitude separation relates to a mechanical structure, which includes a base, an attitude compensation mechanism, a positioning mechanism and a remote motion center mechanism; the positioning mechanism comprises a first motor, a second motor, a third motor, a double parallelogram decoupling structure and a transmission component; the remote motion center mechanism comprises a fifth motor, a sixth motor and a transmission component. The double parallelogram decoupling mechanism is driven by the second motor and the third motor respectively. The double parallelogram decoupling mechanism is connected with the attitude compensation mechanism through the transmission component. The fifth motor is driven by the attitude compensation mechanism, the remote linkage mechanism is driven by the transmission component driven by the sixth motor, and the sixth motor is driven by the fifth motor. The invention can be applied to puncture operation, and also to grinding and rust removal of arc workpiece when the object of operation is cylindrical or spherical.

【技术实现步骤摘要】
一种具有位姿分离的机械结构
本专利技术涉及一种机械结构，具体涉及一种位置与姿态分离的机械结构。
技术介绍
当前医疗机器人有很多种结构形式，有单纯的串联机械臂，也有SCARA结构与RCM机构相结合的形式。仅含转动关节的串联机械臂可以很容易的实现零力拖拽功能，方便医生进行手动拖拽定位。类似“达芬奇”手术机器人的结构形式由于含有RCM机构比较适合进行腹腔的微创手术。但是当既需要医生手动拖拽定位又需要做定点运动的时候，单纯的串联机械臂不含有远程运动中心(Remotecenterofmotion，RCM)机构，只能通过软件实现RCM机构运动，设计难度大。而含有移动关节的医疗机器人又不适合零力拖拽，所以就必须对机器人的结构进行精妙的设计。
技术实现思路
本专利技术为克服现有技术不足，提供一种具有位姿分离的机械结构，该结构可靠性好，设计紧凑，克服了现有位置和姿态调整需要两个步骤的问题。本专利技术的技术方案是：一种具有位姿分离的机械结构包括底座、姿态补偿机构、定位机构和远程运动中心机构；底座上布置有定位机构、与定位机构相连接的姿态补偿机构以及与姿态补偿机构相连接的远程运动中心机构；所述定位机构包括第一电机、第二电机、第三电机、双平行四边形解耦结构和传递补偿组件；所述远程运动中心机构包括第五电机、第六电机、传动组件和远程联动结构；底座上安装有第一电机，第一电机的轴向竖向布置，第一电机的输出轴连接有支撑座，支撑座上布置有第二电机和第三电机；双平行四边形解耦机构分别由第二电机和第三电机驱动，双平行四边形解耦机构通过传动组件与姿态补偿机构连接，第五电机由姿态补偿机构带动旋转，远程联动结构由第六电机驱动的传动组件带动作俯仰运动，第六电机由第五电机带动旋转。进一步地，双平行四边形解耦结构包括第一连接杆、第三连接杆、第四连接杆和两个第二连接杆；所述传递补偿组件包括两个传递杆和两个三角架；第一连接杆的一端与第二电机的输出轴固接，第一连接杆的另一端和第四连接杆布置在两个三角架之间，且第一连接杆的另一端与第四连接杆转动连接，两个三角架的其中一个顶点分别与第四连接杆铰接；第三连接杆的一端与第四连接杆的一端转动连接，第三连接杆的另一端与传动轴的一端转动连接，传动轴的另一端与第三电机的输出轴固接；两个第二连接杆并列设置，两个第二连接杆的一端与支撑座转动连接，两个第二连接杆的另一端分别与对应的三角架的第二个顶点转动连接；两个三角架的第三个顶点分别与两个传递杆的一端转动连接，两个传递杆的另一端分别与姿态补偿机构转动连接，第四连接杆的另一端与姿态补偿机构转动连接。进一步地，所述远程联动结构包括第一操作杆、第二操作杆、第三操作杆、第四操作杆和第五操作杆；第四操作杆的一端与电机座固接，第四操作杆的另一端与第五操作杆转动连接，第二操作杆的一端与第四操作杆转动连接，第二操作杆的一端还固接有所述另一个锥齿轮，第二操作杆的另一端与第一操作杆的一端转动连接，第五操作杆的另一端与第三操作杆转动连接，第三操作杆的一端与第二操作杆转动连接，第一操作杆和第三操作杆的另一端分别与进针机构转动连接。本专利技术与现有技术相比具有以下技术效果：本专利技术提到一种新的结构组合形式，前四个轴采用连杆解耦的形式，实现机器人末端位置的确定。由于均采用转动关节不含有移动副，非常适合进行零力拖拽。最后两个轴是RCM机构(远程运动中心机构)，RCM机构的运动对末端位置完全没有影响。本专利技术创新点在于：位置和姿态的解耦，末端位置的三个自由度Px、Py、Pz与R5和R6自由度无关。在不考虑Rz的应用中，R1、R2、R3、R4前四个自由度与Rx和Ry无关。对于操作空间中表示位置的三个自由度来说，这种形式的机械臂是一种冗余结构，可以以不同的Rz姿态到达指定的位置，并且由于解耦机构的存在不对Rx和Ry产生影响。再不关心Rz的应用场景中，这种结构设计可以很好的避让工作区的障碍物。本专利技术可应用于如下：穿刺手术中；在不关心Rz的应用场景中，这种结构设计可以很好的避让工作区的障碍物；由第五电机和第六电机带动的运动轨迹为圆弧面，使得这种结构亦可以应用在操作对象为圆柱面或者球面时，如对圆弧工件的打磨、除锈。附图说明图1为本专利技术整体结构立体图；图2为本专利技术的主视图；图3为本专利技术远程运动中心机构中第五电机和第六电机连接关系示意图；图4为图1的K向视图；图5为本专利技术定位机构的局部剖视图；图6为本专利技术一种具有位姿分离的机械结构的机构简图；图7为本专利技术一种具有位姿分离的机械结构中双平行四边形解耦机构简图；图8为本专利技术一种具有位姿分离的机械结构中远程运动中心机构简图；图9为关节空间与操作空间关系图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步地详细说明。参见图1-图3所示，一种具有位姿分离的机械结构包括底座7、姿态补偿机构4、定位机构T和远程运动中心机构N；底座7上布置有定位机构T、与定位机构T相连接的姿态补偿机构4以及与姿态补偿机构4相连接的远程运动中心机构N；所述定位机构T包括第一电机1、第二电机2、第三电机3、双平行四边形解耦结构100和传递补偿组件9；所述远程运动中心机构N包括第五电机5、第六电机6、传动组件12和远程联动结构8；底座7上安装有第一电机1，第一电机1的轴向竖向布置，第一电机1的输出轴连接有支撑座11，支撑座11上布置有第二电机2和第三电机3；双平行四边形解耦机构100分别由第二电机2和第三电机3驱动，双平行四边形解耦机构100通过传动组件9与姿态补偿机构4连接，第五电机5由姿态补偿机构4带动旋转，远程联动结构8由第六电机6驱动的传动组件12带动作俯仰运动，第六电机6由第五电机5带动旋转。上述方案中，包括第一电机1、第二电机2、第三电机3、双平行四边形解耦结构100和传递补偿组件9的定位机构具有2个自由度，第一个自由度是第一电机1带动双平行四边形解耦机构100所作的旋转运动，第二个自由度是第二电机2和第三电机3带动的双平行四边形解耦机构100所作的偏摆运动；第三个自由度双平行四边形解耦机构100运动而带动传递补偿组件9和位姿补偿机构4所作的俯仰运动；本实施方案的具有位姿分离的机械结构的机构原理简图如图6所示。第四个自由度是位姿补偿机构4带动第五电机5作的旋转运动；第五个自由度是第五电机5带动第六电机6所作的旋转运动；第六个自由度是第六电机6带动远程联动机构8所作的偏摆运动。将六个自由度定义为R1、R2、R3、R4、R5、R6。R1-R3基于双平行四边形解耦的关节式定位机构T；单自由度R4机构用于补偿R1关节的影响；R5和R6关节组成双平行四边形的远程运动中心机构N。其中，RX表示机器人的自由度，X表示第几个自由度，R表示该自由度是由转动副提供的。Rx、Ry、Rz表示末端姿态在笛卡尔坐标系下的表示，分别绕下xyz三个轴旋转的角度Px、Py、Pz表示末端位置在笛卡尔坐标系下的表示，分别是xyz三个轴的坐标值。前四个轴(R1、R2、R3、R4)采用连杆解耦的形式，实现机器人末端位置的确定参加图1和图2所示，为了充分说明双平行四边形解耦结构100的解耦性，本实施方式中双平行四边形解耦结构100采用了如下结构：所述双平行四边形解耦结构100包括第一连接杆21、第三连接杆23、第四连接杆24和两个第二连接杆22；所述传递补本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有位姿分离的机械结构，其特征在于：它包括底座(7)、姿态补偿机构(4)、定位机构(T)和远程运动中心机构；底座(7)上布置有定位机构(T)、与定位机构(T)相连接的姿态补偿机构(4)以及与姿态补偿机构(4)相连接的远程运动中心机构(N)；所述定位机构(T)包括第一电机(1)、第二电机(2)、第三电机(3)、双平行四边形解耦结构(100)和传递补偿组件(9)；所述远程运动中心机构(N)包括第五电机(5)、第六电机(6)、传动组件(12)和远程联动机构(8)；底座(7)上安装有第一电机(1)，第一电机(1)的轴向竖向布置，第一电机(1)的输出轴连接有支撑座(11)，支撑座(11)上布置有第二电机(2)和第三电机(3)；双平行四边形解耦机构(100)分别由第二电机(2)和第三电机(3)驱动，双平行四边形解耦机构(100)通过传动组件(9)与姿态补偿机构(4)连接，第五电机(5)由姿态补偿机构(4)带动旋转，远程联动结构(8)由第六电机(6)驱动的传动组件(12)带动作俯仰运动，第六电机(6)由第五电机(5)带动旋转。

【技术特征摘要】
1.一种具有位姿分离的机械结构，其特征在于：它包括底座(7)、姿态补偿机构(4)、定位机构(T)和远程运动中心机构；底座(7)上布置有定位机构(T)、与定位机构(T)相连接的姿态补偿机构(4)以及与姿态补偿机构(4)相连接的远程运动中心机构(N)；所述定位机构(T)包括第一电机(1)、第二电机(2)、第三电机(3)、双平行四边形解耦结构(100)和传递补偿组件(9)；所述远程运动中心机构(N)包括第五电机(5)、第六电机(6)、传动组件(12)和远程联动机构(8)；底座(7)上安装有第一电机(1)，第一电机(1)的轴向竖向布置，第一电机(1)的输出轴连接有支撑座(11)，支撑座(11)上布置有第二电机(2)和第三电机(3)；双平行四边形解耦机构(100)分别由第二电机(2)和第三电机(3)驱动，双平行四边形解耦机构(100)通过传动组件(9)与姿态补偿机构(4)连接，第五电机(5)由姿态补偿机构(4)带动旋转，远程联动结构(8)由第六电机(6)驱动的传动组件(12)带动作俯仰运动，第六电机(6)由第五电机(5)带动旋转。2.根据权利要求1所述一种具有位姿分离的机械结构，其特征在于：双平行四边形解耦结构(100)包括第一连接杆(21)、第三连接杆(23)、第四连接杆(24)和两个第二连接杆(22)；所述传递补偿组件(9)包括两个传递杆(92)和两个三角架(91)；第一连接杆(21)的一端与第二电机(2)的输出轴固接，第一连接杆(21)的另一端和第四连接杆(24)布置在两个三角架(91)之间，且第一连接杆(21)的另一端与第四连接杆(24)转动连接，两个三角架(91)的其中一个顶点分别与第四连接杆(24)铰接；第三连接杆(23)的一端与第四连接杆(24)的一端转动连接，第三连接杆(23)的另一端与传动轴(3-1)的一端转动连接，传动轴(3-1)的另一端与第三电机(3)的输出轴固接；两个第二连接杆(22)并列设置，两个第二连接杆(22)的一端与支撑座(...

【专利技术属性】
技术研发人员：董为，张许，杜志江，毛薇，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23