一种可以实现姿态任意调节的四轴汇交冗余机构制造技术

一种可以实现姿态任意调节的四轴汇交冗余机构，它涉及医疗机器人技术领域。本发明专利技术为解决现有医疗机器人的主动端在完成任意方向的全方位动作时，要求加工及装配精度高，不便于生产，同时控制精度不准确的问题。本发明专利技术包括冗余偏摆关节、俯仰关节、偏摆关节和回转关节，冗余偏摆关节、俯仰关节、偏摆关节和回转关节分别绕自身的回转轴线旋转，冗余偏摆关节的回转轴线、俯仰关节的回转轴线、偏摆关节的回转轴线和回转关节的回转轴线汇交于一点。本发明专利技术用于医疗手术机器人。

A Four-Axis Intersection Redundant Mechanism with Arbitrary Attitude Adjustment

【技术实现步骤摘要】
一种可以实现姿态任意调节的四轴汇交冗余机构
本专利技术涉及医疗机器人
，具体涉及一种可以实现姿态任意调节的四轴汇交冗余机构。
技术介绍
在医疗设备发展的今天，医生不需要直接操作手术器械，而通过遥控操作医疗器械来实现医疗手术，这就需要利用医疗机器人来实现。在医疗手术机器人遥控作业过程中，需要用主动端姿态动作与从动手术器械实现同步模拟，这就需要完成从动端的手术动作完成全方位模拟，这就需要主动端完成任意方向的全方位动作。在医疗机器人领域中，应用在遥控操作医疗器械来实现医疗手术的主动端的姿态结构，通常是输入端单码盘、输入端采用电机直连式结构。基于以上情况对设计、加工及装配精度提出更高的要求，码盘反应的是输入端的位置而不是实际输出的位置，中间有传动误差的影响，这样造成控制位置精度不准确等缺点。
技术实现思路
本专利技术为了解决现有医疗机器人的主动端在完成任意方向的全方位动作时，要求加工及装配精度高，不便于生产，同时控制精度不准确的问题，进而提出一种可以实现姿态任意调节的四轴汇交冗余机构。本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种可以实现姿态任意调节的四轴汇交冗余机构包括冗余偏摆关节、俯仰关节、偏摆关节和回转关节，冗余偏摆关节、俯仰关节、偏摆关节和回转关节分别绕自身的回转轴线旋转，冗余偏摆关节的回转轴线、俯仰关节的回转轴线、偏摆关节的回转轴线和回转关节的回转轴线汇交于一点。本专利技术与现有技术相比包含的有益效果是：本专利技术提供了一种可以实现姿态任意调节的四轴汇交冗余机构，即四个杆件旋转轴线交于一点，相当于形成了一个球型机构。这种机构具有操作灵活，运动学求解容易，可以有效避开奇异点的优势。同时也可以保证本结构进行位置调整时，手持点位置不会发生改变，也就是实现了本结构位姿的部分解耦。该部分的传动机构可以灵活的调整安装间隙，便于装配，可以保证传动的柔顺性，对加工及安装精度要求不高，便于生产和装配，降低生产成本。并且驱动电机可以安装在杆件内，减小机构尺寸。本专利技术能够适应医疗手术机器人遥控作业环境，并实现对手术末端从动端器械的准确控制的应用。本专利技术的四轴汇交冗余机构能及时准确地反应位姿的准确位置，并实现与手术末端从动端器械的准确控制。具有控制精度高，传动稳定性好、灵活性高及协调性好的优点，可以实现对手术末端从动端器械六个自由度方向上的精准控制。附图说明图1是本专利技术整体结构的主视剖视图；图2是图1中的A-A向剖视图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式所述一种可以实现姿态任意调节的四轴汇交冗余机构包括冗余偏摆关节、俯仰关节、偏摆关节和回转关节，冗余偏摆关节、俯仰关节、偏摆关节和回转关节分别绕自身的回转轴线旋转，冗余偏摆关节的回转轴线、俯仰关节的回转轴线、偏摆关节的回转轴线和回转关节的回转轴线汇交于一点。本实施方式中冗余偏摆关节的回转轴线、俯仰关节的回转轴线、偏摆关节的回转轴线和回转关节的回转轴线汇交于一点，相当于形成了一个球型机构。这种机构具有操作灵活，运动学求解容易，可以有效避开奇异点的优势。同时也可以保证本结构进行位置调整时，手持点位置不会发生改变，也就是实现了本结构位姿的部分解耦。四轴汇交冗余机构能及时准确地反应位姿的准确位置，并实现与手术末端从动端器械的准确控制。具有控制精度高，传动稳定性好、灵活性高及协调性好的优点，可以实现对手术末端从动端器械六个自由度方向上的精准控制。具体实施方式二：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式所述冗余偏摆关节包括第一连杆1、冗余偏摆电机2、冗余偏摆座5和冗余偏摆轴6，冗余偏摆电机2固接在冗余偏摆座5上，冗余偏摆电机2的电机轴与冗余偏摆轴6连接，冗余偏摆轴6与冗余偏摆座5转动连接，第一连杆1的形状为L形，冗余偏摆轴6与第一连杆1水平端的外侧端垂直固接。其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。本实施方式中冗余偏摆关节由冗余偏摆座5为基体，冗余偏摆电机2安装在冗余偏摆座5上，冗余偏摆电机2通过带动冗余偏摆轴6旋转，从而带动紧固在冗余偏摆轴6的第一连杆1旋转。实现4轴汇交冗余机构中的姿态冗余偏摆关节的偏摆动作。具体实施方式三：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式所述冗余偏摆电机2通过冗余偏摆电机安装座3与冗余偏摆座5固接，冗余偏摆电机2垂直固接在冗余偏摆电机安装座3上，所述冗余偏摆轴6通过一组第一轴承4与冗余偏摆座5转动连接。其它组成和连接方式与具体实施方式二相同。本实施方式中第一连杆1设置在冗余偏摆座5的上端。具体实施方式四：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式所述俯仰关节包括第二连杆7、第一从动轮20、第一主动轮21、俯仰输入轴22俯仰电机25和俯仰轴28，俯仰电机25固接在第一连杆1竖直端的外侧端，俯仰电机25的电机轴与俯仰输入轴22连接，俯仰输入轴22与第一连杆1的竖直端平行设置，俯仰输入轴22上固接有第一主动轮21，俯仰轴18垂直插装在第一连杆1竖直端的外侧端，俯仰轴18与第一连杆1转动连接，俯仰轴18的一端固接有第一从动轮20，第一主动轮21与第一从动轮20相啮合，第二连杆7的形状为L形，俯仰轴18的另一端与第二连杆7竖直端的外侧端垂直固接。其它组成和连接方式与具体实施方式一、二或三相同。本实施方式中俯仰关节是以第一连杆1为基体，俯仰电机25安装在第一连杆1上，俯仰电机25通过带动俯仰输入轴22旋转，并带动连接在俯仰输入轴22的第一主动轮21旋转，从而带动紧固在俯仰轴18上的第一从动轮20旋转，进而带动俯仰轴18及与俯仰轴18相连的第二连杆7旋转。实现4轴汇交冗余机构中的俯仰关节的俯仰动作。具体实施方式五：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式所述俯仰电机25通过俯仰电机固定板24与第一连杆1固接，俯仰电机25垂直固接在俯仰电机固定板24上，所述俯仰输入轴22通过一组第二轴承23与第一连杆1转动连接，俯仰轴18通过一组第三轴承19与第一连杆1转动连接。其它组成和连接方式与具体实施方式四相同。本实施方式中俯仰电机固定板24与第一连杆1竖直端的外侧端固接，俯仰电机25、第一主动轮21和第一从动轮20均设置在第一连杆1的外侧，第二连杆7设置在第一连杆1的内侧。本实施方式中第一连杆1也可为中空杆体，俯仰电机25、第一主动轮21和第一从动轮20均设置在第一连杆1的杆体内。本实施方式中第一连杆1的外侧固接有多个第一连接臂，用来支撑俯仰输入轴22和俯仰轴18，第二轴承23和第三轴承19的外圈固接在第一连接臂上。具体实施方式六：结合图1至图2说明本实施方式，本实施方式所述偏摆关节包括第二从动轮9、第二主动轮10、第三连杆12、偏摆轴13、偏摆电机15和偏摆输入轴17，偏摆电机15固接在第二连杆7水平端的外侧端，偏摆电机15的电机轴与偏摆输入轴17连接，偏摆输入轴17与第二连杆7的水平端平行设置，偏摆输入轴17上固接有第二主动轮10，偏摆轴13垂直插装在第二连杆7水平端的外侧端，偏摆轴13与第二连杆7转动连接，偏摆轴13的一端固接有第二从动轮9，第二主动轮10与第二从动轮9相啮合，第三连杆12的形状为L形，偏摆轴13的另一端与第三连杆12水平端的外侧端垂直固接。其它组成和连接方式与具体实施方式一、二、三或五相同。本实施方式中偏摆关节由第二连杆7为基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可以实现姿态任意调节的四轴汇交冗余机构，其特征在于：所述一种可以实现姿态任意调节的四轴汇交冗余机构包括冗余偏摆关节、俯仰关节、偏摆关节和回转关节，冗余偏摆关节、俯仰关节、偏摆关节和回转关节分别绕自身的回转轴线旋转，冗余偏摆关节的回转轴线、俯仰关节的回转轴线、偏摆关节的回转轴线和回转关节的回转轴线汇交于一点。

【技术特征摘要】
1.一种可以实现姿态任意调节的四轴汇交冗余机构，其特征在于：所述一种可以实现姿态任意调节的四轴汇交冗余机构包括冗余偏摆关节、俯仰关节、偏摆关节和回转关节，冗余偏摆关节、俯仰关节、偏摆关节和回转关节分别绕自身的回转轴线旋转，冗余偏摆关节的回转轴线、俯仰关节的回转轴线、偏摆关节的回转轴线和回转关节的回转轴线汇交于一点。2.根据权利要求1所述一种可以实现姿态任意调节的四轴汇交冗余机构，其特征在于：所述冗余偏摆关节包括第一连杆(1)、冗余偏摆电机(2)、冗余偏摆座(5)和冗余偏摆轴(6)，冗余偏摆电机(2)固接在冗余偏摆座(5)上，冗余偏摆电机(2)的电机轴与冗余偏摆轴(6)连接，冗余偏摆轴(6)与冗余偏摆座(5)转动连接，第一连杆(1)的形状为L形，冗余偏摆轴(6)与第一连杆(1)水平端的外侧端垂直固接。3.根据权利要求2所述一种可以实现姿态任意调节的四轴汇交冗余机构，其特征在于：所述冗余偏摆电机(2)通过冗余偏摆电机安装座(3)与冗余偏摆座(5)固接，冗余偏摆电机(2)垂直固接在冗余偏摆电机安装座(3)上，所述冗余偏摆轴(6)通过一组第一轴承(4)与冗余偏摆座(5)转动连接。4.根据权利要求1、2或3所述一种可以实现姿态任意调节的四轴汇交冗余机构，其特征在于：所述俯仰关节包括第二连杆(7)、第一从动轮(20)、第一主动轮(21)、俯仰输入轴(22)俯仰电机(25)和俯仰轴(28)，俯仰电机(25)固接在第一连杆(1)竖直端的外侧端，俯仰电机(25)的电机轴与俯仰输入轴(22)连接，俯仰输入轴(22)与第一连杆(1)的竖直端平行设置，俯仰输入轴(22)上固接有第一主动轮(21)，俯仰轴(18)垂直插装在第一连杆(1)竖直端的外侧端，俯仰轴(18)与第一连杆(1)转动连接，俯仰轴(18)的一端固接有第一从动轮(20)，第一主动轮(21)与第一从动轮(20)相啮合，第二连杆(7)的形状为L形，俯仰轴(18)的另一端与第二连杆(7)竖直端的外侧端垂直固接。5.根据权利要求4所述一种可以实现姿态任意调节的四轴汇交冗余机构，其特征在于：所述俯仰电机(25)通过俯仰电机固定板(24)与第一连杆(1)固接，俯仰电机(25)垂直固接在俯仰电机固定板(24)上，所述俯仰输入轴(22)通过一组第二轴承(23)与第一连杆(1)转动连接，俯仰轴(18)通过一组第三轴承(19)与第一连杆(1)转动连接。6.根据权利要求1、2、3或5所述一种可以实现姿态任...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文龙，王建国，李逸成，
申请(专利权)人：哈尔滨思哲睿智能医疗设备有限公司，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23