一种三轴悬臂式六自由度机械臂制造技术

本实用新型专利技术涉及一种机械臂，具体涉及一种三轴悬臂式六自由度机械臂；该机械臂包括：支撑机构、三轴悬臂机构和腕关节机构；支撑机构支撑三轴悬臂机构，三轴悬臂机构在三维空间内运动；腕关节机构设置在三轴悬臂机构末端，腕关节机构在三维空间内运动；三轴悬臂机构与腕关节机构在三维空间的运动实现六自由度运动。本实用新型专利技术通过三轴悬臂机构使外部器械在三维空间内实现运动，通过腕关节机构精确调整外部器械的姿态，通过运动控制器精确控制运动轨迹，实现机械臂六自由度应用；三轴悬臂式结构大大增加稳定性和刚度，结构简单，运动灵活，方便完成手术台上的精细动作；本实用新型专利技术结构紧凑，实用性强，适应性好，可应用于不同领域，具有良好的工程应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种机械臂，具体涉及一种三轴悬臂式六自由度机械臂。
技术介绍
随着医学理论的不断进步，外科手术正朝着精细化、复杂化、远程导航化的方向发展。传统医学外科手术由于技术上存在的种种不足，难以满足现代手术的高需求。与医生手工操作相比，机械手臂在某些方面具有极大的优势，特别是对于医疗条件相对落后的偏远地区以及战场救护等特殊场所，医疗专家资源的缺乏在某种条件下完全可以由导航机器人在千里之外的专家的指导和操控下完成手术方案；在现代化的大生产中机械手臂应用更为广泛，尤其在采掘等相对危险的行业通常都采用机械手臂完成危险动作。目前，六自由度机械臂主要采用关节串联式结构，在机器人运动过程中，其运动部件对腰关节的支撑轴承会产生倾覆力矩，作用到轴承，将会导致轴承发生微小形变，此形变将会使机器人末端执行器产生位移误差，结构较复杂，控制计算相对复杂。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术要提供一种三轴悬臂式六自由度机械臂，用以解决现有技术中结构复杂、控制过程复杂和误差累积放大等问题。为了解决上述技术问题，本专利技术一种三轴悬臂式六自由度机械臂，包括支撑机构、三轴悬臂机构和腕关节机构；支撑机构支撑三轴悬臂机构，三轴悬臂机构在三维空间内运动；腕关节机构设置在三轴悬臂机构末端，腕关节机构在三维空间内运动；三轴悬臂机构与腕关节机构在三维空间的运动实现六自由度运动。所述三轴悬臂机构包括支撑第一悬臂、第二悬臂和第三悬臂；第一悬臂设置在支撑机构上，第一悬臂上设有第二悬臂，第一悬臂与第二悬臂左端端部活动配合，第二悬臂可沿第一悬臂轴向运动，第二悬臂右端端部上设有第三悬臂，第二悬臂右端端部与第三悬臂上端端部配合，第三悬臂可沿第二悬臂轴向运动。所述第一悬臂与第二悬臂相互垂直设置；第二悬臂与第三悬臂相互垂直设置。所述第一悬臂、第二悬臂与第三悬臂在空间上两两互相垂直设置。所述腕关节机构包括第一回转机构、摆动机构和第二回转机构；第一回转机构设置在第三悬臂下端端部，第一回转机构能绕其中心线实现旋转运动，第一回转机构下端设置有摆动机构，摆动机构能绕其中心线实现摇摆运动，第二回转机构设置在摆动机构上，第二回转机构能绕其中心线实现旋转运动，第二回转机构与外部器械连接，控制外部器械。所述摆动机构最大摆动角度为220°。所述支撑机构包括底座和支架；支架设置在底座上，支撑三轴悬臂机构和腕关节机构。所述底座为工字型结构，底座的四端下部设有个地脚。所述底座为滚轮式结构，支架为板式结构、架式结构或其他立柱结构，设置在底座上，支撑三轴悬臂机构。该机械臂还包括运动控制器，所述运动控制器控制第二悬臂沿第一悬臂轴向运动、第三悬臂沿第二悬臂轴向运动、第一回转机构绕其中心线的旋转运动、摆动机构绕其中心线的摇摆运动以及第二回转机构绕其中心线的旋转运动。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本专利技术一种三轴悬臂式六自由度机械臂，通过三轴悬臂机构使外部器械在三维空间内实现运动，通过腕关节机构精确调整外部器械的姿态，通过运动控制器精确控制运动轨迹，实现机械臂六自由度应用。本专利技术一种三轴悬臂六自由度机械臂，三轴悬臂式结构大大增加稳定性和刚度，结构简单，运动灵活，方便完成手术台上的手术等精细动作；一个三轴悬臂六自由度相当于人的一个手臂，若采用两个机械手臂协调动作将完成人的手臂行为。本装置结构紧凑，实用性强，适应性好，可应用于不同领域，具有良好的工程应用价值。附图说明图1为本专利技术一种三轴悬臂式六自由度机械臂示意图；图中：1-底座，2-支架，3-第一悬臂，4-第二悬臂，5-第三悬臂，6-第一回转机构，7-摆动机构，8-第二回转机构。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作详细说明。如图1所示，本专利技术一种三轴悬臂式六自由度机械臂，包括：支撑机构、三轴悬臂机构、腕关节机构和运动控制器；本专利技术通过三轴悬臂机构使外部器械在三维空间内实现运动，通过腕关节机构精确调整外部器械的姿态，实现机械臂六自由度应用；本专利技术还可通过运动控制器精确控制运动轨迹，实现本发明运动过程的精准控制。支撑机构包括底座1和支架2；支架2设置在底座1上，支撑三轴悬臂机构和腕关节机构；底座1为工字型结构，底座1的四端下部设有4个地脚，地脚可以依据需要，固定在相应位置，起到更好的支撑作用，底座1也可为滚轮式结构，支架2为板式结构、架式结构或其他立柱结构，设置在底座1上，支撑三轴悬臂机构。三轴悬臂机构包括支撑第一悬臂3、第二悬臂4和第三悬臂5；第一悬臂3设置在支架2上，第一悬臂3上设有第二悬臂4，第一悬臂3与第二悬臂4左端端部活动配合，第二悬臂4可沿第一悬臂3轴向运动，轴向运动通过运动控制器控制，第一悬臂3与第二悬臂4优选相互垂直设置；第二悬臂4另一端端部上设有第三悬臂5，第二悬臂4右端端部与第三悬臂5上端端部配合，第三悬臂5可沿第二悬臂4轴向运动，轴向运动通过运动控制器控制，第二悬臂4与第三悬臂5优选相互垂直设置；第一悬臂3、第二悬臂4与第三悬臂5优选在空间上两两互相垂直设置；腕关节机构包括第一回转机构6、摆动机构7和第二回转机构8；第一回转机构6设置在第三悬臂5靠近悬臂下端端部，第一回转机构6能绕其中心线实现旋转运动，旋转运动通过运动控制器控制，第一回转机构6下端设置有摆动机构7，摆动机构7能绕其中心线实现一定角度范围内的摇摆运动，摇摆运动通过运动控制器控制，摆动机构7最大摆动角度为220°，第二回转机构8设置在摆动机构7上，第二回转机构8能绕其中心线实现旋转运动，旋转运动通过运动控制器控制，第二回转机构8与外部器械连接。本装置结构紧凑，实用性强，适应性好，可应用于不同领域，具有良好的工程应用价值。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三轴悬臂式六自由度机械臂，其特征在于，该机械臂包括：支撑机构、三轴悬臂机构和腕关节机构；支撑机构支撑三轴悬臂机构，三轴悬臂机构在三维空间内运动；腕关节机构设置在三轴悬臂机构末端，腕关节机构在三维空间内运动；三轴悬臂机构与腕关节机构在三维空间的运动实现六自由度运动。

【技术特征摘要】
1.一种三轴悬臂式六自由度机械臂，其特征在于，该机械臂包括：支撑机构、三轴悬臂机构和腕关节机构；支撑机构支撑三轴悬臂机构，三轴悬臂机构在三维空间内运动；腕关节机构设置在三轴悬臂机构末端，腕关节机构在三维空间内运动；三轴悬臂机构与腕关节机构在三维空间的运动实现六自由度运动。
2.根据权利要求1所述的三轴悬臂式六自由度机械臂，其特征在于；所述三轴悬臂机构包括支撑第一悬臂(3)、第二悬臂(4)和第三悬臂(5)；第一悬臂(3)设置在支撑机构上，第一悬臂(3)上设有第二悬臂(4)，第一悬臂(3)与第二悬臂(4)左端端部活动配合，第二悬臂(4)可沿第一悬臂(3)轴向运动，第二悬臂(4)右端端部上设有第三悬臂(5)，第二悬臂(4)右端端部与第三悬臂(5)上端端部配合，第三悬臂(5)可沿第二悬臂(4)轴向运动。
3.根据权利要求2所述的三轴悬臂式六自由度机械臂，其特征在于；所述第一悬臂(3)与第二悬臂(4)相互垂直设置；第二悬臂(4)与第三悬臂(5)相互垂直设置。
4.根据权利要求2或3所述的三轴悬臂式六自由度机械臂，其特征在于；所述第一悬臂(3)、第二悬臂(4)与第三悬臂(5)在空间上两两互相垂直设置。
5.根据权利要求4所述的三轴悬臂式六自由度机械臂，其特征在于；所述腕关节机构包括第一回转机构(6)、摆动机构(7)和第二回转机构(8)；第一回转机构(6)设置在第三悬臂(5)下...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振玉，杨斌，常兰，李建，李震，
申请(专利权)人：核工业西南物理研究院，成都理工大学工程技术学院，
类型：新型
国别省市：四川;51