机械臂、机器人、工业生产系统及机器人控制方法技术方案

本公开提供了一种机械臂、机器人、工业生产系统及机器人控制方法，机械臂包括动平台、静平台以及与动平台和静平台分别连接的至少三条支链，支链包括连接杆和与连接杆连接的移动杆，连接杆与静平台转动连接，移动杆与动平台转动连接；机械臂还包括旋转驱动组件，连接杆设有与旋转驱动组件相连的连接支点，旋转驱动组件以连接支点为力作用点驱动连接杆围绕第一旋转轴线旋转，连接支点设置在连接杆的两端之间，连接支点位于连接杆的两端之间，即该连接支点位于连接杆的非端部，使得支链的自重、动平台以及负载重力所产生的不平衡力矩因连接支点位于非端部，得以部分或全部平衡。得以部分或全部平衡。得以部分或全部平衡。

【技术实现步骤摘要】
机械臂、机器人、工业生产系统及机器人控制方法


[0001]本公开涉及医疗器械或工业设备
，尤其涉及一种机械臂、机器人、工业生产系统及机 器人控制方法。

技术介绍

[0002]微创手术的诞生在很大程度上克服了传统外科手术存在伤口大、出血量大、并发症多以及手术 风险大等缺陷。通过手术机器人辅助医生进行微创手术能够使得微创手术操作更精确和稳定，大大提 高了手术的安全性。微创手术因为近年来的迅猛发展正逐步获得医务人员与患者的青睐，成为目前医 学研究与临床应用的新领域。
[0003]手术机器人主要包括被动臂、主动臂以及执行组件，被动臂安装在支撑立柱上，主动臂安装在 被动臂的前端，执行组件安装在主动臂的前端。手术过程中，医生通过操作台来控制被动臂和主动臂， 达到控制执行组件进行手术操作的目的。
[0004]虽然手术机器人为医务人员进行手术操作带来了极大的便利，然而，传统的手术机器人在临床 表现上仍然存在诸多的局限性，无法完全满足使用要求。例如被动臂及主动臂通常为串联结构，存在 误差逐级递增、刚度以及精度相对较低的缺陷，并且存在受力差以及在大负载时结构复杂能耗高等问 题。再例如，主动臂采用六支链并联臂，类似于Stewart平台，存在动平台的运动范围小，易干涉；自 重大，受力差，在大负载时结构复杂能耗高等问题。

技术实现思路

[0005]本公开的目的在于提供一种具有至少三条支链并联的机械臂以及具有该机械臂的机器人，解决 现有技术中存在的至少一个技术问题。虽然前面列举了现有技术中存在的多个问题，但是并不意味着 本公开的技术方案必须同时解决上述所有问题。
[0006]为了实现上述目的，本公开提供如下技术方案：
[0007]本公开的一个方面，提供一种机械臂，所述机械臂包括动平台、静平台以及与所述动平台和所 述静平台分别连接的至少三条支链，所述支链包括连接杆和与所述连接杆连接的移动杆，所述连接杆 与所述静平台转动连接，所述移动杆与所述动平台转动连接；所述机械臂还包括旋转驱动组件，所述 连接杆设有与所述旋转驱动组件相连的连接支点，所述旋转驱动组件以所述连接支点为力作用点驱动 所述连接杆围绕第一旋转轴线旋转，所述连接支点设置在所述连接杆的两端之间。
[0008]本实施例提供的并联结构的机械臂，通过将连接支点设置在连接杆的两端之间，使得支链的自 重、动平台以及负载重力所产生的不平衡力矩因连接支点位于非端部，得以部分或全部平衡，实现了 通过自身重力补偿的方式实现至少一部分的自重力平衡；另一方面，在通过旋转驱动组件补偿重力情 况下，减小了旋转驱动组件的输出力臂，从而减小了输出力矩；因此，降低了旋转驱动组件在自身重 力补偿上的损耗，进而提高机械臂的负载能力。
[0009]本公开一示例性实施例，所述连接支点设置在所在连接杆的中点与连接杆远离动平台一端之间。 如此设置，通过将连接支点设置为相对远离动平台，避免动平台和静平台之间距离太小，导致两者之 间发生干涉，同时避免机械臂的外形尺寸过大。在实现部分重力自平衡的情况下，进一步避免支链后 端与静平台之间的干涉。
[0010]可选地，所述支链相对于所述静平台具有两个转动自由度，所述两个转动自由度中的一个转动 自由度由旋转驱动组件驱动所述连接杆实现，所述两个转动自由度中的另一个由所述连接杆绕所述连 接支点所在的第二旋转轴线实现，所述第一旋转轴线与所述第二旋转轴线相交。如此设置，可以通过 旋转驱动组件实现支链相对于静平台的转动，使得支链可以绕第一旋转轴线转动，也可以绕第二旋转 轴线转动，且绕第一旋转轴线的转动与绕第二旋转轴线的转动并无干涉，使得支链能够顺畅转动。另 一方面，通过设置使连接支点位于第一旋转轴线和第二旋转轴线上，使得在垂直于第二旋转轴线的方 向上实现了部分的自重力平衡，在支链运动情况下，进一步平衡了支链的自身重力，从而减小了旋转 驱动组件的输出力矩。
[0011]具体地，所述第一旋转轴线与所述第二旋转轴线相互垂直。如此设置，支链可以绕第一旋转轴 线和第二旋转轴线实现两个转动自由度，实现较大范围的转动，结构简单，不易相互干涉。
[0012]进一步地，所述连接杆通过第一连接组件与所述静平台转动连接，所述旋转驱动组件设置在所 述静平台上，所述第一连接组件通过第一旋转轴与所述旋转驱动组件连接，并通过第二旋转轴与所述 连接支点转动连接，所述第一旋转轴的旋转轴线与所述第一旋转轴线重合，所述第二旋转轴的旋转轴 线与所述第二旋转轴线重合。如此设置，通过将旋转驱动组件设置在静平台上，能够减少动平台的自 重，从而减小旋转驱动组件的驱动负载，提高机械臂的负载能力。
[0013]本公开另一示例性实施例，所述连接杆的外周围设有连接座，所述连接座包括沿着所述连接杆 的轴向延伸的支架板以及连接在支架板两侧的侧板，所述连接支点分别设置在所述两侧的侧板上，所 述连接杆通过所述连接座与所述第一连接组件相连。如此设置，通过在连接杆和第一连接组件之间设 置连接座，增加了连接座与支链之间的接触面积，提高了第一连接组件与支链之间的的连接强度，在 第一连接组件输出作用力的情况下，提高两者之间的结合强度和连接稳定性。
[0014]可选地，所述支架板设有镂空部；如此可以降低支链的重量，或者，所述支架板设在所述连接 杆背对静平台的一侧，如此设置，连接支点的位置可以根据实际需要设置，从而进一步提高了支链的 通用性，可以充分利用布置空间，避免与静平台之间发生干涉。
[0015]具体地，所述连接支点设置在所述侧板沿所述连接杆轴向的两端之间，如此设置，在第一连接 组件输出作用力的情况下，使得作用力的分配更均衡。
[0016]进一步地，所述旋转驱动组件包括第一驱动电机，所述第一连接组件包括第一连接支架，所述 第一连接支架设置在所述静平台与所述支链之间，所述第一旋转轴和所述第二旋转轴分别设置在所述 第一连接支架的两端，所述第一连接支架通过所述第一旋转轴与所述第一驱动电机的输出轴连接，所 述第一连接支架的第二端连接到所述连接支点。如此设置，本实施例中通过设置第一连接支架，实现 了第一驱动电机与支链之间的旋转驱动力的传递；另一方面，第一连接支架设置在所述静平台与所述 支链之间，进一步优化了机
械臂的空间结构，使其整体体积较小。
[0017]进一步可选地，所述第一连接支架为U型支架，所述U型支架包括分别位于所述U型支架的相 对的两端的两个支脚以及底部连接轴，所述U型支架的开口面对所述连接杆，所述两个支脚分别与所 述连接支点转动连接，所述底部连接轴与所述旋转驱动组件连接。如此设置，通过第一连接支架设置 为U型支架，提高了第一连接支架与支链间的连接稳定性。
[0018]本公开另一示例性实施例，所述第一旋转轴线与所述第二旋转轴线相交于交点o，各所述交点o 在第一圆周上并围绕所述第一圆周均匀布置，所述第一旋转轴线和所述第二旋转轴线中的一个沿着所 述第一圆周的径向方向布置，第一旋转轴线和所述第二旋转轴线中的另一个沿着所述第一圆周的切线 方向布置。如此设置，通过交点o本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机械臂，其特征在于，所述机械臂包括动平台、静平台以及与所述动平台和所述静平台分别连接的至少三条支链，所述支链包括连接杆和与所述连接杆连接的移动杆，所述连接杆与所述静平台转动连接，所述移动杆与所述动平台转动连接；所述机械臂还包括旋转驱动组件，所述连接杆设有与所述旋转驱动组件相连的连接支点，所述旋转驱动组件以所述连接支点为力作用点驱动所述连接杆围绕第一旋转轴线旋转，所述连接支点设置在所述连接杆的两端之间。2.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述连接支点设置在所在连接杆的中点与连接杆远离所述动平台的一端之间。3.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述支链相对于所述静平台具有两个转动自由度，所述两个转动自由度中的一个转动自由度由旋转驱动组件驱动所述连接杆实现，所述两个转动自由度中的另一个由所述连接杆绕所述连接支点所在的第二旋转轴线实现，所述第一旋转轴线与所述第二旋转轴线相交。4.根据权利要求3所述的机械臂，其特征在于，所述第一旋转轴线与所述第二旋转轴线相互垂直。5.根据权利要求3所述的机械臂，其特征在于，所述连接杆通过第一连接组件与所述静平台转动连接，所述旋转驱动组件设置在所述静平台上，所述第一连接组件通过第一旋转轴与所述旋转驱动组件连接，并通过第二旋转轴与所述连接支点转动连接，所述第一旋转轴的旋转轴线与所述第一旋转轴线重合，所述第二旋转轴的旋转轴线与所述第二旋转轴线重合。6.根据权利要求5所述的机械臂，其特征在于，所述连接杆的外周围设有连接座，所述连接座包括沿着所述连接杆的轴向延伸的支架板以及连接在支架板两侧的侧板，所述连接支点分别设置在所述两侧的侧板上，所述连接杆通过所述连接座与所述第一连接组件相连。7.根据权利要求6所述的机械臂，其特征在于，所述支架板设有镂空部；或者，所述支架板设在所述连接杆背对静平台的一侧。8.根据权利要求6所述的机械臂，其特征在于，所述连接支点设置在所述侧板沿连接杆轴向的两端之间。9.根据权利要求5所述的机械臂，其特征在于，所述旋转驱动组件包括第一驱动电机，所述第一连接组件包括第一连接支架，所述第一连接支架设置在所述静平台与所述支链之间，所述第一旋转轴和所述第二旋转轴分别设置在所述第一连接支架的两端，所述第一连接支架通过所述第一旋转轴与所述第一驱动电机的输出轴连接，所述第一连接支架的第二端连接到所述连接支点。10.根据权利要求9所述的机械臂，其特征在于，所述第一连接支架为U型支架，所述U型支架包括分别位于所述U型支架的相对的两端的两个支脚以及底部连接轴，所述U型支架的开口面对所述连接杆，所述两个支脚分别与所述连接支点转动连接，所述底部连接轴与所述旋转驱动组件连接。11.根据权利要求3所述的机械臂，其特征在于，所述第一旋转轴线与所述第二旋转轴线相交于交点o，各所述交点o在第一圆周上并围绕所述第一圆周均匀布置，所述第一旋转
轴线和所述第二旋转轴线中的一个沿着所述第一圆周的径向方向布置，第一旋转轴线和所述第二旋转轴线中的另一个沿着所述第一圆周的切线方向布置。12.根据权利要求11所述的机械臂，其特征在于，所述支链为三条，所述三条支链围绕所述第一圆周呈正三角形布置。13.根据权利要求1所述的机械臂，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：张秀坤，黄善灯，谢朝钦，潘鲁锋，
申请(专利权)人：诺创智能医疗科技杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：