不动点机构、机械臂及手术机器人制造技术

本发明专利技术涉及一种不动点机构、机械臂和手术机器人；手术机器人包括机械臂和与机械臂连接的不动点机构；不动点机构包括第一和第二直线运动装置；第一直线运动装置包括至少两个平行设置的第一直线运动机构，第二直线运动装置包括至少两个相串联的第二直线运动机构，至少一个第二直线运动机构与第一直线运动机构平行设置或部分重合设置；如此配置，可以提高不动点机构的结构刚度，并简化机械结构，提升运动控制精度，降低成本。降低成本。降低成本。

【技术实现步骤摘要】
不动点机构、机械臂及手术机器人


[0001]本专利技术涉及医疗器械领域，特别涉及一种不动点机构、机械臂及手术机器人。

技术介绍

[0002]在微创伤手术机器人的研究领域，如何使机器人所把持的手术器械可靠地以体表小切口为支点进行摆动而不扩大切口是一个关键技术问题。为此，研究出了多种机械结构，其中远心不动点机构是一种最为直接有效的解决方案。如果机构中的某一部分或者一个点在机构的运动中始终通过远离机构本身的一个不动点并且该点没有实际的物理约束则该类机构就被称为远心不动点机构。
[0003]如果机构中的某一部分或者一个点在机构的运动中始终通过或者绕着远离机构本身的一个不动点并且该点没有实际的物理约束则该点就被称为远心不动点。目前应用于微创伤手术机器人的不动点机械臂主要包括单平行四边形串联机械臂、多平行四边形串联机械臂、串联球面连杆机械臂这三种。但是这些不动点机械臂通常使用数量较多的铰接连杆，结构复杂，传动减速比大，传动效率低，控制精度和结构刚度难以保证，或者使用钢丝、钢带等柔性部件来实现末端双自由度的控制，传动链长，传动刚度和结构刚度较差，而且大部分需要使用谐波减速机，价格贵，成本高。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中所存在的技术问题，本专利技术的目的在于提供一种不动点机构，使用并联直线运动机构实现了不动点约束，其具有结构刚度好、传动刚度大、减速比小、传动效率高、成本低等优点。
[0005]为实现上述目的，根据本专利技术的第一个方面，提供一种不动点机构，其包括第一直线运动装置和第二直线运动装置；所述第一直线运动装置包括至少两个平行设置的第一直线运动机构，所述第一直线运动机构用以输出等比例的直线运动；所述第二直线运动装置包括至少两个相串联的第二直线运动机构，所述第二直线运动机构用以输出等比例的直线运动，至少一个所述第二直线运动机构与至少一个所述第一直线运动机构平行设置或部分重合设置。
[0006]可选地，所述不动点机构还包括末端执行装置；所述第一直线运动装置与所述末端执行装置滑动连接，以驱动所述末端执行装置摆动；所述第二直线运动装置与所述末端执行装置固定连接，以驱动所述末端执行装置伸缩；所述末端执行装置用于在所述第一直线运动装置和所述第二直线运动装置的共同作用下产生绕不动点的摆动。
[0007]可选地，所述第一直线运动机构和所述第二直线运动机构均包括导轨以及用以在所述导轨上滑动的滑块；所述第一直线运动装置中的所有导轨平行设置；至少一个所述第二直线运动机构中的导轨与所述第一直线运动机构中的导轨平行设置或重合设置；所述末端执行装置与所述第一直线运动装置中的所有滑块滑动连接，并与所述第二直线运动装置中的对应滑块固定连接。
[0008]可选地，所述第二直线运动装置中与所述第一直线运动机构平行或重合的导轨上的滑块与所述第二直线运动装置中的另外一个导轨铰接，所述末端执行部与所述第二直线运动装置中的所述另外一个导轨上的滑块固定连接。
[0009]可选地，每个所述第一直线运动机构中的所述滑块包括相互铰接的滑块本体和滑动部，所述滑块本体在所述导轨上滑动，所述滑动部与所述末端执行装置滑动连接。
[0010]可选地，所述第一直线运动机构的数量为两个，所述第二直线运动机构的数量为两个或大于两个的偶数个；
[0011]当所述第二直线运动机构的数量为两个时，一个所述第二直线运动机构中的导轨与所述第一直线运动机构中的导轨平行或重合；
[0012]当所述第二直线运动机构的数量为大于两个的偶数个时，至少两个所述第二直线运动机构中的导轨与所述第一直线运动机构中的导轨平行或重合。
[0013]可选地，至少一个所述第二直线运动机构中的滑块的移动方向与所述末端执行装置的轴线垂直，所述末端执行装置的轴线经过所述不动点。
[0014]可选地，所述第一直线运动装置被配置为用于同时输出具有第一速度值和第二速度值的移动，所述第一速度值与所述第二速度值的比值保持不变；
[0015]所述第二直线运动装置被配置为用于同时输出具有第三速度值和第四速度值的移动，所述第三速度值与所述第四速度值的比值保持不变；
[0016]其中所述第一速度值小于所述第二速度值，所述第三速度值小于或等于所述第四速度值。
[0017]可选地，所述第二直线运动装置设置在所述第一直线运动装置中的所述第一直线运动机构之间，或者，所述第一直线运动装置设置在所述第二直线运动装置的上方。
[0018]为实现上述目的，根据本专利技术的第二个方面，还提供一种机械臂，其包括末端关节以及任一项所述的不动点机构，所述不动点机构与所述末端关节连接。
[0019]为实现上述目的，根据本专利技术的第三个方面，还提供一种手术机器人，包括机械臂以及任一项所述的不动点机构，所述不动点机构与所述机械臂连接。
[0020]与现有技术相比，本专利技术提供的不动点机构、机械臂及手术机器人具有如下优点：
[0021]第一、以上不动点机构包括：第一直线运动装置和第二直线运动装置；所述第一直线运动装置包括至少两个平行设置的第一直线运动机构，所述第一直线运动机构用以输出等比例的直线运动；所述第二直线运动装置包括至少两个相串联的第二直线运动机构，所述第二直线运动机构用以输出等比例的直线运动，至少一个所述第二直线运动机构与所述第一直线运动机构平行设置或部分重合设置；如此配置时，降低了不动点机构中运动联动的串联级数，提高了不动点机构的传动结构刚度，并改善了不动点机构的运动控制精度，提升了手术的精准性；而且通过将至少一个第二直线运动机构与第一直线运动机构部分重合设置，可以减少不动点机构上的零件数量，简化机械结构，减小整个不动点机构的重量和体积，进一步提升运动控制精度；另外，通过输出直线运动来实现不动点的约束时，不仅可以采用结构简单的直线运动装置来实现，而且直线运动的减速比小，传动效率高，提升了运动控制精度；
[0022]第二、以上不动点机构可以自带末端执行装置，从而可通过第一直线运动装置驱动末端执行装置摆动，并通过第二直线运动装置驱动末端执行装置伸缩，由此实现了末端
执行装置的摆动和伸缩的双自由度，并最终在第一直线运动装置和第二直线运动装置的共同作用下实现了末端执行装置相对于不动点的摆动，也即，第一直线运动装置作用于末端执行装置，使末端执行装置产生摆动，第二直线运动装置作用于末端执行装置，使末端执行装置产生伸缩；末端执行装置的摆动和伸缩共同形成了其绕不动点进行摆动的这一特性；
[0023]第三、通过将所有所述第二直线运动机构设置在所述第一直线运动装置的下方，或者，将所有所述第二直线运动机构设置在所述第一直线运动装置的所述第一直线运动机构之间，能够改善重心分布，提高整个不动点机构的结构刚度，以进一步改善运动控制精度。
附图说明
[0024]本专利技术的实施方法以及相关实施例的特征、性质和优势将通过结合下列附图进行描述，其中：
[0025]图1为根据本专利技术一优选实施例的手术机器人系统的工作场景示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不动点机构，其特征在于，包括第一直线运动装置和第二直线运动装置；所述第一直线运动装置包括至少两个平行设置的第一直线运动机构，所述第一直线运动机构用以输出等比例的直线运动；所述第二直线运动装置包括至少两个相串联的第二直线运动机构，所述第二直线运动机构用以输出等比例的直线运动，至少一个所述第二直线运动机构与所述第一直线运动机构平行设置或部分重合设置。2.根据权利要求1所述的不动点机构，其特征在于，还包括末端执行装置；所述第一直线运动装置与所述末端执行装置滑动连接，以驱动所述末端执行装置摆动；所述第二直线运动装置与所述末端执行装置固定连接，以驱动所述末端执行装置伸缩；所述末端执行装置用于在所述第一直线运动装置和所述第二直线运动装置的共同作用下产生绕不动点的摆动。3.根据权利要求2所述的不动点机构，其特征在于，所述第一直线运动机构和所述第二直线运动机构均包括导轨以及用以在所述导轨上滑动的滑块；所述第一直线运动装置中的所有导轨平行设置；至少一个所述第二直线运动机构中的导轨与所述第一直线运动机构中的导轨平行设置或重合设置；所述末端执行装置与所述第一直线运动装置中的所有滑块滑动连接，并与所述第二直线运动装置中的对应滑块固定连接。4.根据权利要求3所述的不动点机构，其特征在于，所述第二直线运动装置中与所述第一直线运动机构平行或重合的导轨上的滑块与所述第二直线运动装置中的另外一个导轨铰接，所述末端执行部与所述第二直线运动装置中的所述另外一个导轨上的滑块固定连接。5.根据权利要求3所述的不动点机构，其特征在于，每个所述第一直线运动机构中的所述滑块包括相互铰接的滑块本体和滑动部，所述滑块本体在所述导轨上滑动，所述滑动部与所述末端执行装置滑动连接。6.根据权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：ꢀ七四专利代理机构，
申请(专利权)人：上海微创医疗机器人集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：