[发明专利]一种三维空间二自由度远心点运动并联机构

说明书

本发明涉及并联机器人技术领域，具体地说是一种可以在三维空间内实现二自由度远心点运动的并联机构，具有高刚度、高负荷的特点；包括机架、主臂（2）、多组运动支链，这些运动支链的形式可以是PS’S、PS’RRR、PUS、PURRR、PRRS、PRRRRR等；其中五组运动支链是必须的，第一运动支链的尺寸由第二运动支链的尺寸等比例放大得到，第三运动支链的尺寸由第四运动支链的尺寸等比例放大得到，这五组运动支链具有两个自由度，原动件在运动支链与机架形成的移动副上，这五组运动支链可以约束主臂（2）恒指向远心点（0）；此外，还可以增加一些运动支链来控制主臂（2）的自转。

技术领域

本发明涉及并联机器人技术领域，具体地说是一种可以在三维空间内实现二自由度远心点运动的并联机构。

背景技术

远心点机构是指能实现远心点运动的机构，远心点运动在微创手术，例如腹腔镜手术中有者广泛的运动。目前可以实现远心点运动的方法主要包括依靠算法控制多轴联动、利用复合平行四边形机构、利用弧形导轨、利用球面机构、利用被动铰链、利用并联机构等。

中国专利201510243307.9公开了一种可实现空间远心点运动的并联机构，该机构包括基座、动平台、器械、三组运动支链，该机构的原动件是三组运动支链上的移动副，该机构中的运动支链、器械、动平台基座等之间的转动副安装关系确保器械恒过远心点。该机构结构紧凑，但旋转关节有可能受力较大，并且原动件不适合使用滚珠丝杠等电动动力元件。

中国专利202010165548.7公开了一种三自由度串并联远心机构，该机构包括双平行四边形机构、基座、第一直线模组、第二直线模组等，该机构的原动件是第一直线模组、第二直线模组，其中第一直线模组控制双平行四边形机构进而实现二自由度远心点运动，第二直线模组控制末端执行器直线运动。该机构的不足是双平行四边形机构的刚度可能较低。

发明内容

本发明的目的是提出一种可以在三维空间内实现二自由度远心点运动的并联机构，它相对于多轴联动方式控制更加方便、相对于复合平行四边形方式、球面机构方式具有更高的刚度，同时也可以解决或改善上述并联机构在刚度、受力等方面的问题。

本发明提出的一种三维空间二自由度远心点运动并联机构包括机架、主臂、五组运动支链，五组运动支链一端分别与机架形成连接，另一端分别与主臂形成连接，机构的原动件位于运动支链上；机构的功能是约束主臂轴线恒指向远心点，并控制主臂围绕远心点实现二自由度远心点运动。

一种三维空间二自由度远心点运动并联机构包括机架、主臂、五组运动支链，所述五组运动支链包括第一运动支链、第二运动支链、第三运动支链、第四运动支链、第五运动支链；五组运动支链具有相似的结构，每组运动支链包括连杆、二自由度转动单元、三自由度转动单元、移动单元；机架、移动单元、二自由度转动单元、连杆、三自由度转动单元、主臂依次连接；通过移动单元，移动单元与机架可以发生一自由度相对移动，通过二自由度转动单元，连杆与移动单元可以在三维空间内二自由度相对转动，通过三自由度转动单元，主臂与连杆可以在三维空间内三自由度相对转动；二自由度转动单元可以是球销副、万向节、两个轴线不平行的转动副形成的串联关节，三自由度转动单元可以是球副、三个轴线不共面的转动副形成的串联关节，因此运动支链的形式可以是PS’S、PS’RRR、PUS、PURRR、PRRS、PRRRRR。

所述三维空间二自由度远心点运动并联机构具有5个自由度，每组运动支链具有6个自由度，多组运动支链并联在一起时，每并联一组运动支链，新增的运动支链增加6个自由度，但运动分支并联到机构中时会减少6个自由度，因此所述三维空间二自由度远心点运动并联机构具有6个自由度，将主臂的自转自由度视为局部自由度，可得所述三维空间二自由度远心点运动并联机构具有5个自由度。因此，五组运动支链与机架之间的移动副为原动件，所述三维空间二自由度远心点运动并联机构具有确定的姿态。