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具有远程运动中心的三 自由度转动并联机构

阅读：980发布：2020-05-12

专利汇可以提供具有远程运动中心的三自由度转动并联机构专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于并联机构领域，特别涉及一种具有远程运动中心的三维转动并联机构，该并联机构包括定平台(1)、动平台(4)以及连接定平台(1)和动平台(4)的第一运动分支、第二运动分支和第三运动分支，所述第一运动分支和第二运动分支具有相同的结构，第一运动分支与第二运动分支均包括下转臂(2)和上转臂(3)，下转臂(2)和定平台(1)通过第一转动副(R1)连接，下转臂(2)和上转臂(3)通过第二转动副(R2)连接，上转臂(3)和动平台(4)通过第三转动副(R3)连接；所述第一转动副(R1)、第二转动副(R2)和第三转动副(R3)的轴线均相交于远程运动中心(O)。本发明可实现空间绕固定点的三维转动，具有结构简单、机构输入输出部分解藕、驱动电机可固定安装等特点。，下面是具有远程运动中心的三自由度转动并联机构专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种具有远程运动中心的三自由度转动并联机构，该并联机构包括定平台(1)、动平台(4)以及连接定平台(1)和动平台(4)的第一运动分支、第二运动分支和第三运动分支，其特征在于：
所述第一运动分支和第二运动分支具有相同的结构，第一运动分支与第二运动分支均包括下转臂(2)和上转臂(3)，下转臂(2)和定平台(1)通过第一转动副(R1)连接，下转臂(2)和上转臂(3)通过第二转动副(R2)连接，上转臂(3)和动平台(4)通过第三转动副(R3)连接；
所述第三运动分支结构不同于第一分支和第二分支的结构，包括上丁字轴(5)、上连杆(6)、下连杆(7)和下丁字轴(8)，下丁字轴(8)和定平台(1)通过第四转动副(R4)连接，下丁字轴(8)与下连杆(7)通过第五转动副(R5)连接，上连杆(6)和上丁字轴(5)通过第七转动副(R7)连接，上丁字轴(5)和动平台(4)通过第八转动副(R8)连接；
所述第一转动副(R1)、第二转动副(R2)、第三转动副(R3)第四转动副(R4)和第八转动副(R8)的轴线均相交于远程运动中心(O)。
2.根据权利要求1所述的具有远程运动中心的三自由度转动并联机构，其特征在于：
所述第三运动分支中，下连杆(7)和上连杆(6)通过第六转动副(R6)连接，第五转动副(R5)、第六转动副(R6)和第七转动副(R7)的轴线相互平行，并且分别与第四转动副(R4)和第八转动副(R8)的轴线垂直。
3.根据权利要求1所述的具有远程运动中心的三自由度转动并联机构，其特征在于：
所述第三运动分支中，下连杆(7)和上连杆(6)通过移动副(P)连接，第五转动副(R5)和第七转动副(R7)的轴线相互平行，第五转动副(R5)轴线与第四转动副(R4)的轴线垂直，第五转动副(R5)轴线与移动副(P)的轴线垂直，第八转动副(R8)轴线与第七转动副(R7)的轴线垂直，第七转动副(R7)的轴线与移动副(P)的轴线垂直。

说明书全文

具有远程运动中心的三 自由度转动并联机构

技术领域

[0001] 本发明属于并联机构领域，特别涉及一种具有远程运动中心的三维转动并联机构。

背景技术

[0002] 随着科学技术的进步及多学科间的交叉融合，机器人技术越来越多的应用在医学领域，一些新的要求不断涌现。由于医用机器人和人体共存于相同空间内，这就要求机器人在其工作过程中与人体协调一致并保证人体的绝对安全。在一些特殊的应用领域，如要求能够带动脚掌围绕踝关节中心进行三维转动，来实现内翻\外翻、背屈\跖屈、外展\内收等运动的踝关节康复机器人，或是在腹腔镜技术为代表的微创外科手术中，能够使内窥镜或其他手术工具通过套管针绕手术切口进行转动的微创外科手术辅助机器人。串联三自由度转动机构，由于其次级驱动电机不能够相对与机座固定连接，则增大了运动部分的惯量。传统球面机构，虽然其驱动电机可固定安装，但其回转运动中心在机构内部，不能满足设计需要。机构运动中心位于机构外部或远端空间点，如位于人体内部的踝关节中心点或位于机构末端的特殊并联机构称为具有远程运动中心的三维转动并联机构，该种机构的特点是其远程运动中心周围有足够的空间来容纳人体或医疗器械，同时其驱动器可以固定安装使得末端执行件的惯量更小，具有良好应用前景。

发明内容

[0003] 为了能够克服现有技术的不足，本发明提出一种具有远程运动中心的三自由度转动并联机构，它不同于运动中心在机构内部的传统球面机构，其三个运动分支不是完全相同，这就使得该机构操作空间小，在特定运动时机构输入和输出部分解耦。

[0004] 本发明所采用的技术方案为：一种具有远程运动中心的三自由度转动并联机构，该并联机构包括定平台、动平台以及连接定平台和动平台的第一运动分支、第二运动分支和第三运动分支，所述第一运动分支和第二运动分支具有相同的结构，第一运动分支与第二运动分支均包括下转臂和上转臂，下转臂和定平台通过第一转动副连接，下转臂和上转臂通过第二转动副连接，上转臂和动平台通过第三转动副连接；所述第一转动副、第二转动副和第三转动副的轴线均相交于远程运动中心。

[0005] 作为本发明的一种优选方式，所述第三运动分支包括上丁字轴、上连杆、下连杆和下丁字轴，其中：第三运动分支中的下丁字轴和定平台通过第四转动副连接，下丁字轴与下连杆通过第五转动副连接，下连杆和上连杆通过第六转动副连接，上连杆和上丁字轴通过第七转动副连接，上丁字轴和动平台通过第八转动副连接；所述第四转动副和第八转动副的轴线均相交于远程运动中心；所述第五转动副、第六转动副和第七转动副的轴线相互平行，并且分别与第四转动副和第八转动副的轴线垂直。

[0006] 作为本发明的另一种优选方式，所述第三运动分支包括上丁字轴、上连杆、下连杆和下丁字轴，其中：第三运动分支中的下丁字轴和定平台通过第四转动副连接，下丁字轴与下连杆通过第五转动副连接，下连杆和上连杆通过移动副连接，上连杆和上丁字轴通过第七转动副连接，上丁字轴和动平台通过第八转动副连接；所述第四转动副和第八转动副的轴线均相交于远程运动中心；第五转动副和第七转动副的轴线相互平行，第五转动副轴线与第四转动副的轴线垂直，第五转动副轴线与移动副的轴线垂直，第八转动副轴线与第七转动副的轴线垂直，第七转动副的轴线与移动副的轴线垂直。

[0007] 本发明提供的具有远程运动中心的并联机构，充分利用了并联机构的结构特点，通过设置位于机构外部或远端的空间点，即远程运动中心，该点可以位于人体内部，如踝关节中心点，也可以位于机构末端，使得可以有足够的空间来容纳人体或医疗器械。另外，由于该机构能够围绕远程运动中心实现三维转动，结构简单，控制相对容易，在需要远程运动中心的一些领域下有很好的应用前景。附图说明

[0008] 下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步详细具体的说明。

[0009] 图1是实施例1的结构示意图；

[0010] 图2是实施例1的结构简图；

[0011] 图3是实施例2的结构示意图；

[0012] 图4是实施例2的结构简图。

具体实施方式

[0013] 实施例1

[0014] 本实施例的具有远程运动中心的三自由度并联机构如图1和图2所示，该机构由定平台1，动平台4和连接两个平台的三个运动分支组成，这三个运动分支中，第一运动分支和第二运动分支的结构相同，第三运动分支与它们不同。下转臂2和定平台1通过第一转动副R1连接，下转臂2和上转臂3通过第二转动副R2连接，上转臂3和动平台4通过第三转动副R3连接。所述三个转动副R1、R2和R3的轴线均相交于远程运动中心O。与定平台1相连的第一转动副R1作为驱动。

[0015] 在第三运动分支中，下丁字轴8和定平台1通过第四转动副R4连接，下丁字轴8与下连杆7通过第五转动副R5连接，下连杆7和上连杆6通过移动副P连接，上连杆6和上丁字轴5通过第六转动副R6连接，上丁字轴5和动平台4通过第八转动副R8连接；所述第四转动副R4和第八转动副R8的轴线均相交于远程运动中心O。第五转动副R5、第六转动副R6和第七转动副R7的轴线相互平行，第五转动副R5的轴线与第四转动副R4的轴线垂直，第七转动副R7的轴线与第八转动副R8的轴线垂直。与定平台1相连的第四转动副R4作为驱动。

[0016] 实施例2

[0017] 本实施例的具有远程运动中心的三自由度并联机构如图3和图4所示，本实施例的结构与实施例1的结构基本相同，所不同的地方在于实施例1中上连杆6和下连杆7是靠轴线平行于第五转动副R5和第七转动副R7轴线的第六转动副R6连接的。本实施例中上连杆6和下连杆7是靠轴线垂直于第五转动副R5和第七转动副R7轴线的移动副P连接的。

[0018] 本发明提供的具有远程运动中心的三自由度转动并联机构，充分利用了并联机构的结构特点，由于该机构能够围绕远程运动中心实现三维转动，且结构简单，控制相对容易，在需要远程运动中心的一些场合下能有很好的引用前景。

[0019] 本发明的具体实施方式不仅限于实施例中的形式，根据本发明公开的内容，所属技术领域的技术人员还可以采取其他的具体方式进行实施，比如将机构中的丁字轴胡克铰转化成轴线相互垂直但不相交的两个转动副，因此，实施例不能理解为是本发明仅可以实施的具体实施方式。

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