小型六自由度并联机器人的制作方法

1.本实用新型属于智能医疗器械领域，涉及手术机器人技术，尤其涉及小型六自由度并联机器人。


背景技术：

2.目前，手术机器人已经越来越多地应用在临床手术中，辅助医生完成复杂的手术。例如，手术机器人可以将患者的影像数据与患者生理解剖结构准确关联，辅助医生执行手术规划，并且可以引导医生操作手术器械或者可以独立完成某些手术操作。
3.但是，现有的手术机器人体积比较大，通常包括台车、机械臂、前端工具、显示设备以及上位机操作平台等多台套设备。而手术室空间有限，尤其是手术床周围空间有限，医生、护士、手术机器人设备等围在手术床周围，空间非常局促，也不便于医生自由操作。此时如果还需要手术机器人完成其他辅助工作时，很难有空间容纳传统的手术机器人。
4.因此，需要设计一种小型的小型六自由度并联机器人，占用空间小，且能够完成多种辅助工作。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种小型六自由度并联机器人，其体积小，无需台车，可安装在支架、被动臂或手术床上，使用灵活，节约空间。
6.本实用新型提供了一种小型六自由度并联机器人，包括：
7.控制装置；
8.六自由度运动平台，包括平台底座、上平台和六个伸缩装置，六个伸缩装置的两端分别铰接在所述平台底座与上平台之间，所述伸缩装置接收所述控制装置的控制信号；
9.示踪器设置在所述上平台上。
10.进一步地，所述平台底座和所述上平台上分别形成有三个支撑点，且三个所述支撑点呈三角形布置；
11.所述六个伸缩装置两两为一组，每组伸缩装置的一端与所述平台底座的三个所述支撑点中的一个相铰接，每组伸缩装置的另一端分别铰接到所述上平台的相邻两个支撑点上，每组伸缩装置形成为三角形布置。
12.进一步地，所述平台底座和所述上平台为具有三个分支的星形结构，每个分支上设置有一个支撑点。
13.进一步地，所述伸缩装置的两端设置有球头铰链，通过所述球头铰链铰接到所述平台底座与上平台。
14.进一步地，所述伸缩装置为电推杆，每个电推杆包括一个微型伺服电机，所述微型伺服电机与所述控制装置电性连接。
15.进一步地，所述平台底座设置有安装接口，所述上平台设置有工具接口。
16.进一步地，所述示踪器设置在所述上平台上，或可拆卸地连接到所述工具接口。
17.进一步地，所述示踪器包括支架和多个光学指示点，所述光学指示点设置在所述支架上。
18.进一步地，所述多个光学指示点为发光或反光的小球，且位于同一个平面上。
19.进一步地，多个光学指示点满足两点之间距离不小于30mm，且距离的差值不小于5mm。
20.本实用新型的小型六自由度并联机器人，体积小、安装方便，可以通过工具接口连接多种工具，能够提供辅助打孔、植入、定位等多种功能。通过设置示踪器，能够通过手术机器人系统中的光学定位跟踪装置实时追踪空间位置，实现精准定位。
21.除了上面所描述的本实用新型解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本实用新型的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。
附图说明
22.图1是本实用新型实施例的小型六自由度并联机器人的示意图。
23.图2是本实用新型实施例的六自由度运动平台的结构示意图。
24.图3是本实用新型实施例的六自由度运动平台的分解示意图。
25.图4是本实用新型实施例的具有示踪器的六自由度运动平台的结构示意图。
26.图5是本实用新型实施例的示踪器的结构示意图。
27.图中：
28.1、并联机器人；2、上平台；3、平台底座；4、伸缩装置；5、球头铰链；6、上壳体；7、柔性壳体；8、下壳体；9、显示屏；10、工具接口；11、连接件；12、安装螺杆；13、控制开关；14、支架；15、光学指示点。
具体实施方式
29.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
30.此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。
31.本实用新型提供了一种小型六自由度并联机器人，包括：控制装置；六自由度运动平台，包括平台底座、上平台和六个伸缩装置，六个伸缩装置的两端分别铰接在所述平台底座与上平台之间，所述伸缩装置接收所述控制装置的控制信号，所述上平台设置有示踪器。
32.六自由度运动平台原理是由六支作动筒，上、下各六只万向铰链和上、下两个平台组成，下平台固定在基础上，借助六支作动筒的伸缩运动，完成上平台在空间六个自由度(x，y，z，α，β，γ)的运动，从而可以模拟出各种空间运动姿态。
33.进一步地，平台底座和上平台为具有三个分支的星形结构，每个分支上设置有一个支撑点，因此平台底座和上平台上分别形成有三个支撑点，且三个所述支撑点呈三角形
布置。
34.优选地，六个伸缩装置两两为一组，每组伸缩装置的一端与所述平台底座的三个所述支撑点中的一个相铰接，每组伸缩装置的另一端分别铰接到所述上平台的相邻两个支撑点上，每组伸缩装置形成为三角形布置。
35.进一步地，伸缩装置的两端设置有球头铰链，通过所述球头铰链铰接到所述平台底座与上平台。
36.伸缩装置可以采用电动、液压、气动等多种作动形式。本实用新型中采用电推杆作为伸缩装置。每个电推杆包括单独的微型伺服电机，微型伺服电机具有较高的精度可以保证运动的平稳和准确，每个电推杆连接到控制装置，实现单独控制，改变每个电推杆的长度可以改变上平台的位置和姿态。
37.本实用新型的小型六自由度并联机器人具有示踪器，可以被光学定位跟踪装置实时跟踪空间位置，从而实现小型六自由度并联机器人及其前端工具的精准定位。
38.进一步地，示踪器包括支架以及安装在支架上的多个光学指示点。可选地，支架可以是镂空的框架体，形状可以是不规则的多边形，也可以是多个分叉结构。在支架上设置多个安装孔，用于安装光学指示点。
39.优选地，多个光学指示点位于同一个平面上，但是不位于同一直线上。优选地，设置三个以上的光学指示点，可以确定光学指示点所处的平面，更优选地，设置四个光学指示点，可以更精准地计算和校准示踪器所处的空间位置。
40.优选地，多个光学指示点满足两点之间距离不小于30mm，且距离的差值不小于5mm。光学指示点可以为发光或反光的小球，直径为5mm-20mm。
41.可选地，示踪器可以直接设置在上平台上，或者通过工具接口可拆卸地安装在上平台上。
42.此外，并联机器人可以具有外壳，包括上壳体、下壳体以及柔性壳体，上壳体安装在上平台外部，下壳体安装在平台底座上，柔性壳体设置在上壳体和下壳体之间，以便于上壳体可以相对于下壳体运动。
43.本实用新型的并联机器人体积小巧，优选为圆锥台形状，上壳体的直径为7-12cm，下壳体8的直径为11-16cm，高度小于11-16cm(不包括接口高度)，体积小巧。
44.可选地，控制装置可以设置在并联机器人的壳体内，为了进一步缩小体积，控制装置也可以设置在并联机器人的外部，通过有线或无线的方式控制并联机器人运动。
45.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
46.如图1和图2所示，本实用新型实施例的并联机器人1包括六自由度运动平台，以及设置在六自由度运动平台外部的上壳体6、柔性壳体7和下壳体8，柔性壳体7连接在上壳体6和下壳体8之间。本实施例中，并联机器人1的外形为大致圆锥台形状。
47.六自由度运动平台包括上平台2、平台底座3和六个伸缩装置4。平台底座3和上平台2为具有三个分支的星形结构，每个分支上设置有一个支撑点，因此在上平台2、平台底座
3分别形成有三个支撑点，且三个所述支撑点呈三角形布置。
48.六个伸缩装置4两两为一组，每组伸缩装置的一端与平台底座3的三个所述支撑点中的一个相铰接，每组伸缩装置4的另一端分别铰接到上平台2的相邻两个支撑点上，因此每组内的两个伸缩装置4形成为三角形布置。
49.本实施例中，上平台2的六自由度运动范围为：
50.平移：
51.x方向[40mm，-34mm]
[0052]
y方向[35mm，-35mm]
[0053]
z方向[16mm，-13mm]
[0054]
旋转：
[0055]
x方向[25
°
，-25
°
]
[0056]
y方向[25
°
，-25
°
]
[0057]
z方向[64
°
，-64
°
]
[0058]
如图3所示，本实施例中，伸缩装置4为电推杆，电推杆的两端设置有球头铰链5，球头铰链5的基座下端开口且具有内螺纹，上平台2和平台底座3上设置有安装螺杆12，球头铰链5的基座螺纹连接到安装螺杆12，从而将伸缩装置4铰接到平台底座3和上平台2。
[0059]
本实施例的并联机器人1还包括显示屏9，一端设置在平台底座3上，优选地可以相对于平台底座3转动角度。显示屏9与控制装置电性连接，用于显示并联机器人1的工作状态，或者显示提示信息。
[0060]
并联机器人1还包括控制开关13，与控制装置电性连接，用于启动或者停止并联机器人1的工作。控制开关13设置在上壳体6上，当操作人员单手把持并联机器人1前端时，便于拇指操作控制开关13。
[0061]
并联机器人1还包括工具接口10，位于上平台2上，工具接口10可以是快速插接口，方便连接各种工具或者转接件。例如，连接件11可以连接到工具接口10上，连接件11可以连接手术工具、示踪器等装置。
[0062]
如图4所示，示踪器设置在上平台2上，包括支架14和光学指示点15，本实施例中，支架14为多边形框架，设置有4个光学指示点15，为4个反光小球。4个光学指示点15设置在同一个平面内，但是不位于同一条直线上。
[0063]
如图5所示，支架14可以是星形支架，设置有4个光学指示点15，为4个反光小球。光学指示点10的直径为10mm。4个光学指示点15满足两点之间距离不小于30mm，且距离的差值不小于5mm。
[0064]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。