[发明专利]解耦四自由度远心机构

说明书

一种解耦四自由度远心机构，包括机架、末端执行器、第一运动支链和第二运动支链；机架设有第一支架和第二支架，第一运动支链连接在第一支架与末端执行器的第一端之间，第二运动支链连接在第二支架与末端执行器的第二端之间；通过第一运动支链的主动运动、第二运动支链的被动运动以及末端执行器的自转，可实现末端执行器的三转动、一移动的四自由度解耦运动。本发明具有绕远处旋转中心的解耦四自由度运动，并且驱动电机靠近基座，远离末端执行器，从而使腹腔微创手术机器人的末端执行器的质量更轻，运动惯性更小，提高了手术的安全性。

技术领域

本发明涉及医疗机器人，尤其涉及一种解耦四自由度远心机构。

背景技术

并联机构广泛应用于重载模拟设备、机器人、数控机床、传感器及微操作领域。然而，并联机构各驱动单元之间是耦合的，即并联机构整体输出平台沿任一方向的运动都是所有驱动单元的运动合成，并且各驱动单元的运动与并联机构整体运动(即输入与输出)之间是非线性的。这一特性导致并联机构控制复杂，标定困难，且制约了精度的提高。因此，如何实现并联机构解耦，以简化控制和标定，提高运动精度，一直是一个困难而富有挑战性的课题。

运动解耦并联机器人是指输出运动的任一个自由度都仅依赖单个驱动单元，其他驱动单元动作不对此自由度产生影响。具有完全解耦的并联机构运动关系简单、标定简便、控制精度高、刚度大，在虚轴机床和机器人中应用前景广阔。

[Hunt K H.Structu ral Kinematics of In–Parallel-Actuated Robot Arms,Journal of Mechanisms,Transmissions and Automation in Design,1983,105:705-712]报道了一种两转动一移动自由度并联机构，主要由机架、动平台和固连在机架和动平台之间的三个结构形式相同的运动支链组成，每个运动支链依次由转动副、移动副、球铰链及它们之间的杆件组成，并且三个运动支链空间对称分布。文献[Huang Z,Wang J.Fang YF,Analysis of Instantaneous Motions of Deficient-Rank 3-RPS ParallelManipulators.Mechanism and Machine Theory,2002,37(2):229-240.]报道了该类型并联机构存在瞬时运动，其转动自由度的轴线只存在于一单叶双曲面上。

中国专利文献CN101036986A报道了由动平台、固定平台及连接它们的四条闭环运动支链组成的两转动一移动并联机构，每条闭环支链含有一类对称结构的六杆球形机构，动平台和固定平台与每条支链用转动副连接。文献[Xianwen Kong,Clement M.GosselinType synthesis of input-output decoupled parallel manipulators,Transactionsof the CSME,Vol.28,Special Edition,2004]中报道了具有两移动一转动自由度并联机构，由动平台、固定平台和串并联混搭的运动支链组成。文献[李惠良，金琼，杨廷力，一类一平移两转动解耦并联机构及其位移分析，机械制造与研究，Feb 2002,(1):9-12,14]提出一种具有三角化解耦特性的两转动一移动并联机构，但输出自由度不完全由单个驱动器控制，仍属于解耦并联机构，完全解耦的四自由度球面机构文献发明目前尚未检索到。