一种可用于微创手术的两自由度远心机构的制作方法

本发明涉及机器人技术领域，具体是一种可用于微创手术的两自由度远心机构。

背景技术：

随着科技发展，微创手术出现并且被广泛应用在临床领域。微创手术是指利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械及相关设备进行的微小创口手术。相比于传统手术，微创手术具有创口小、出血少、疼痛轻、恢复快等优点。由于微创手术创口小、操作难度大，微创手术机器人得以引入并发展。远心机构是微创手术机器人的关键部分之一。远心机构的末端能实现绕空间某定点的转动运动和过该点的移动运动。通过对具有一个转动和一个移动自由度的两自由度远心机构串联两个转动自由度，可以构造出具有三转动和一移动自由度的四自由度远心机构。现有的用于微创手术的远心机构发明公开专利(cn107049495a)，含有驱动电机布置在远离机架的关节上，机构运动过程中驱动电机随之运动，限制了机构的响应速度。为提升我国微创手术机器人技术水平，提出由机架相连运动副驱动的可用于微创手术的两自由度远心机构很有必要。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服背景技术的不足，提出一种可用于微创手术的两自由度远心机构，该机构可由与机架相连移动副驱动，具有运动范围大、控制容易、精度高等优点。

本发明提供的技术方案是：

一种可用于微创手术的两自由度远心机构，其特征在于：该机构包括机架、末端工具、连接在机架上的两根摆杆、四根连杆、五个滑块、十三个转动副和五个移动副；第一摆杆通过第一转动副可摆动地连接在机架上，第二摆杆通过第二转动副可摆动地连接在机架上；第一滑块可移动地定位在机架上，第二滑块可移动地定位在机架上，第三滑块可移动地定位在第一摆杆上；第四滑块可移动地定位在第二摆杆上；

第一连杆通过第十一转动副可摆动地连接在第三滑块的一端，且通过第八转动副可摆动地连接在第四滑块的一端；第二连杆通过第六转动副可摆动地连接在第三滑块的另一端，且通过第七转动副可摆动地连接在第四滑块的另一端；第五滑块可移动地定位在第一连杆上；第三连杆一端通过第十转动副可摆动地连接在第一连杆上，另一端通过第四转动副可摆动地连接在第二滑块上；第四连杆一端通过第九转动副可摆动地连接在第五滑块上，另一端通过第三转动副可摆动地连接在第一滑块上；第三连杆的中部与第四连杆的中部通过第十三转动副可摆动地连接在一起；末端工具的一端通过第五转动副可摆动地连接在第二连杆上，末端工具的中部通过第十二转动副可摆动地连接在第一连杆上。

所述机构运动过程中abcd始终是平行四边形，abef始终是平行四边形，dlmf始终是平行四边形，gjih始终是矩形，k始终是矩形的形心；其中：所述a为固定点，b为第五转动副的转动中心，c为第六转动副的转动中心，d为第一转动副的转动中心，e为第七转动副的转动中心，f为第二转动副的转动中心，g为第三转动副的转动中心，h为第四转动副的转动中心，i为第九转动副的转动中心，j为第十转动副的转动中心，k为第十三转动副的转动中心，l为第十一转动副的转动中心，m为第八转动副的转动中心。

所述第五转动副、第六转动副和第七转动副的转动轴线在同一平面内相互平行。所述第八转动副、第九转动副、第十转动副、第十一转动副和第十二转动副的转动轴线在同一平面内互相平行；所述第一转动副、第二转动副、第三转动副和第四转动副的转动轴线在同一平面内互相平行；所述第六转动副、第十一转动副和第一转动副的转动轴线在同一平面内互相平行；所述第七转动副、第八转动副和第二转动副的转动轴线在同一平面内互相平行；所述第五转动副和第十二转动副的转动轴线相互平行。

所述第五转动副和第十二转动副中心的连线过固定点。第一转动副和第二转动副中心的连线过固定点。

本发明的有益效果是：本发明提出的两自由度远心机构可实现绕固定点的转动运动和通过固定点的移动运动，可由与机架相连移动副驱动，具有运动范围大、控制容易、精度高等优点，可用于微创手术领域。

附图说明

图1为两自由度远心机构的立体结构示意图。

图2为两自由度远心机构的正视示意图

图中：机架1、末端工具2、第一摆杆3、第二摆杆4、第一连杆5、第二连杆6、第三连杆7、第四连杆8、第一滑块13、第二滑块12、第三滑块9、第四滑块10、第五滑块11、第一转动副r1、第二转动副r2、第三转动副r3、第四转动副r4、第五转动副r5、第六转动副r6、第七转动副r7、第八转动副r8、第九转动副r9、第十转动副r10、第十一转动副r11、第十二转动副r12、第十三转动副r13、第一移动副t1、第二移动副t2、第三移动副t3、第四移动副t4、第五移动副t5、固定点a(末端工具的轴线与机架中心线的交点)、b(第五转动副r5的转动中心)、c(第六转动副r6的转动中心)、d(第一转动副r1的转动中心)、e(第七转动副r7的转动中心)、f(第二转动副r2的转动中心)、g(第三转动副r3的转动中心)、h(第四转动副r4的转动中心)、i(第九转动副r9的转动中心)、j(第十转动副r10的转动中心)、k(第十三转动副r13的转动中心)、l(第十一转动副r11的转动中心)、m(第八转动副r8的转动中心)

具体实施方式

以下结合附图所示的实施例对本发明作进一步说明。

附图所示的一种可用于微创手术的两自由度远心机构，包括机架1、末端工具2、连接在机架上的两根摆杆、四根连杆、五个滑块、十三个转动副和五个移动副。

第一摆杆3通过第一转动副r1可摆动地连接在机架1上。第二摆杆4通过第二转动副r2可摆动地连接在机架1上。第一滑块13可移动地定位在机架1上(第一滑块13与机架1组成第一移动副t1)。第二滑块12可移动地定位在机架1上(第二滑块12与机架1组成第二移动副t2)；第三滑块9可移动地定位在第一摆杆3上(第三滑块9与第一摆杆3组成第三移动副t3)。第四滑块10可移动地定位在第二摆杆4上(第四滑块10与第二摆杆4组成第四移动副t4)；第一连杆5通过第十一转动副r11可摆动地定位在第三滑块9的一端，且通过第八转动副r8可摆动地定位在第四滑块10的一端。第二连杆6通过第六转动副r6可摆动地连接在第三滑块9的另一端，且通过第七转动副r7可摆动地定位第四滑块10的另一端。第五滑块11可移动地定位在第一连杆5上(第五滑块11与第一连杆5组成第五移动副t5)；第三连杆7一端通过第十转动副r10可摆动地连接在第一连杆5上，另一端通过第四转动副r4可摆动地连接在第二滑块12上。第四连杆8一端通过第九转动副r9可摆动地连接在第五滑块11上，另一端通过第三转动副r3可摆动地连接在第一滑块13上。第三连杆7的中部与第四连杆8的中部通过第十三转动副r13可摆动地连接在一起；末端工具2的一端通过第五转动副r5可摆动地连接在第二连杆6上，末端工具2的中部通过第十二转动副r12可摆动地连接在第一连杆5上。

机构运动过程中abcd始终是平行四边形，abef始终是平行四边形，dlmf始终是平行四边形，gjih始终是矩形，k始终是矩形的形心。第五转动副r5、第六转动副r6和第七转动副r7的转动轴线在同一平面内相互平行。第八转动副r8、第九转动副r9、第十转动副r10、第十一转动副r11和第十二转动副r12的转动轴线在同一平面内互相平行。第一转动副r1、第二转动副r2、第三转动副r3和第四转动副r4的转动轴线在同一平面内互相平行且与机架的中心线相交。第六转动副r6、第十一转动副r11和第一转动副r1的转动轴线在同一平面内互相平行。第七转动副r7、第八转动副r8和第二转动副r2的转动轴线在同一平面内互相平行。第五转动副r5和第十二转动副r12的转动轴线相互平行且与末端工具2的轴线相交。

本实施例中，可选取第一移动副t1和第二移动副t2为驱动副。驱动方式可选用滚珠丝杠加伺服电机组合。通过伺服电机驱动，远心机构可实现绕固定点a的转动运动和通过固定点a的移动运动。