[实用新型]双极坐标四自由度并联机器人

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种双极坐标四自由度并联机器人，属于微创外科手术穿刺针空间位姿数字化自动定位装置。

背景技术

进入21世纪，计算机技术、医疗机器人技术、先进制造技术、外科及外科学技术等都得到了飞速发展，与此同时，随着我国经济实力和全民卫生保健意识的迅速提高，以提高手术定位精度和手术方便程度以及手术效率为宗旨的微创外科机器人技术的研究，在我国乃至全世界已成为最主要的前沿研究热点之一，也成为高新技术企业关注的重要的产业发展方向。

我国目前外科手术穿刺定位机器人基本上停留在研发阶段，研发的外科手术并联机器人具有如下特点。一、拓扑结构沿用工业机器人的设计思路，用传统的动平台和静平台构建机器人系统，此种机构外形尺寸大，而且沉重，医生操作不方便；二、与传统的并联机器人一样，这种并联机器人工作空间小，手术姿态范围小，灵活性差，这与微创穿刺定位手术机器人(如神经外科机器人)的要求相违背，因此这种机器人很难从实验室走向临床应用，也就是说，目前尚未开发出小巧轻便高灵活性的微创外科手术并联机器人机构，因此，开发面向微创外科手术的四自由度并联机器人，不仅为主动穿刺定位手术的机器人机构奠定了研究基础，同时，也为其它手术适应症的机器人设计开发提供参考。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种将外科医生的手术穿刺针的手动定位变为全自动数字化定位，既为机器人的自动定位，实现操作方便、小巧灵活、定位精度高的双极坐标四自由度并联机器人。

为达到上述目的，本实用新型是通过以下技术方案来实现的：

一种双极坐标四自由度并联机器人，其特征在于：包括丝杠机构、穿刺针机构、准双曲面传动机构、主连接板、并联平台固定架和支撑架，其中，并联平台固定架一端设置有三爪结构，其三爪结构通过紧固螺钉固定在主连接板上，并联平台固定架另一端还设置有螺纹接口，其通过螺纹接口与支撑架连接，而准双曲面传动机构包括两组对称设置于主连接板两侧并与主连接板连接的传动机构，丝杠机构也为两组，分别对称设置于主连接板中心的两侧，分别与两组传动机构连接，形成两个转动自由度，而穿刺针机构则同时设置在两组丝杠机构上，形成两个移动自由度。

前述的传动机构包括直流电机座、小锥齿轮座、大锥齿轮座、直流电机、小锥齿轮联轴器、准双曲面小锥齿轮和准双曲面大锥齿轮，其中，直流电机座、小锥齿轮座和大锥齿轮座分别通过紧固螺钉固定在主连接板上，直流电机固定在直流电机座上，其输出轴与联轴器一端连接，联轴器的另一端与准双曲面小锥齿轮的转动轴连接，而准双曲面小锥齿轮的转动轴通过小锥齿轮座限位并支撑，准双曲面大锥齿轮的转动轴与准双曲面小锥齿轮的转动轴垂直设置，且准双曲面大锥齿轮的转动轴通过大锥齿轮座限位并支撑，而准双曲面大锥齿轮与准双曲面小锥齿轮啮合上述的丝杠机构包括丝杠轴承座端盖、丝杠轴承座、丝杠导向罩、滚珠丝杠、丝杠螺母、丝杠电机座、丝杠联轴器、丝杠直流电机，其中，丝杠电机座与上述的准双曲面大锥齿轮的转动轴过盈配合，丝杠直流电机通过螺钉连接在丝杠电机座的侧面，其输出轴与丝杠联轴器一端锁固，丝杠联轴器的另一端与穿过丝杠电机座上轴承座的滚珠丝杠的一端连接，滚珠丝杠与丝杠电机座的输出轴同轴设置，且其另一端通过丝杠轴承座限位并支撑，丝杠轴承座端盖设置在丝杠轴承座的端部，而丝杠导向罩则设置在丝杠轴承座和丝杠电机座之间，且套在滚珠丝杠的外部，并与滚珠丝杠的轴同心设置，丝杠导向罩在其侧面中部还开有沿滚珠丝杠轴线方向的导向槽，丝杠螺母套在滚珠丝杠上且限位在导向槽中。

前述的穿刺针机构包括穿刺针和两组结构相同的穿刺针固定机构，两组穿刺针固定机构分别设置在两组丝杠机构上，其中，每组穿刺针固定机构包括导向套U形定位环、导向套柱形定位环、定位环销和穿刺针导向套，导向套U形定位环与上述的丝杠螺母通过滑动轴承连接，且其为对称结构，其转动轴垂直于滚珠丝杠的轴，导向套柱形定位环通过其两侧的定位环销连接在导向套U形定位环的开口端，其内部还同心设置有穿刺针导向套，而穿刺针则穿设在两个穿刺针导向套内。

进一步，上述的穿刺针导向套的轴线、定位环销的轴线和导向套U形定位环的轴线交于一点，形成球铰。

本实用新型的有益效果是：

1、结构简单：本实用新型采用双极坐标拓扑结构，两组丝杠机构都能够实现空间点的平移和空间点绕固定轴的旋转，且两组丝杠机构结构一致，使得设计、制造都很方便且成本较低；