專利名稱：一種重力平衡的遠程運動中心機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種重力平衡的遠程運動中心機構(gòu)。
背景技術(shù)：
一構(gòu)件可繞空間上的一固定點進行轉(zhuǎn)動，此固定點處不存在實際的轉(zhuǎn)動副，而且
該虛擬的固定點在機構(gòu)遠端，這種機構(gòu)稱為虛擬遠程運動中心(Remote Center of Motion, RCM)機構(gòu)。
機構(gòu)的重力平衡(gravity balance或static balance)是指機構(gòu)不需要驅(qū)動 力便可在任意位形下保持平衡狀態(tài)，整個系統(tǒng)可以像在一個零重力環(huán)境下運行。這也 就是說在純重力的作用下，機構(gòu)在主動件的任何相位均能停住。運動構(gòu)件總質(zhì)心保持 靜止不動的機構(gòu)稱為重力平衡(靜平衡)機構(gòu)。重力平衡是機構(gòu)研究中的一個重要問 題，其目的是減少操作機構(gòu)的驅(qū)動力，并可減少機構(gòu)運動時的振動，增加機構(gòu)運行的 平穩(wěn)性。減少驅(qū)動力，在任意位形下不需要保持力等特點在需要人機交互的應(yīng)用中尤 為重要，這樣可以減少操作者的工作強度，增加操作的舒適性。
在現(xiàn)有的機器人機構(gòu)中，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計來實現(xiàn)重力平衡或部分平衡的方法主要有 三種結(jié)構(gòu)質(zhì)量分布設(shè)計，加配重設(shè)計和拉彈簧設(shè)計。 一般來說，由于機構(gòu)重力特性 的位形依賴性， 一般都只能實現(xiàn)機構(gòu)的部分重力平衡。但是對于一些特殊機構(gòu)可以對 其整體實現(xiàn)重力平衡。 發(fā)明內(nèi) 容
本發(fā)明的目的是提供一種重力平衡的遠程運動中心機構(gòu)，該機構(gòu)可以使工具繞空 間一虛擬轉(zhuǎn)動中心O進行轉(zhuǎn)動，并且在每個運動位置都可以保持自身的重力平衡。
本發(fā)明是一種重力平衡的遠程運動中心機構(gòu)，包括有六個連桿(A連桿l、 B連 桿2、 C連桿3、 D連桿4、 E連桿5、 F連桿6)、三個配重(A配重ll、 B配重 12、 C配重13)、三個夾緊塊組件(A夾緊塊組件21、 B夾緊塊組件22、 C夾緊塊 組件23)、底座31、支撐32、連接件7、橫桿34、豎桿35;支撐32安裝在底座 31上；A連桿1與B連桿2平行放置、C連桿3與D連桿4平行放置，兩兩平行 的連桿兩端分別與F連桿6、連接件7活動連接；工具8安裝在連接件7的下端部；A配重11裝配在F連桿6的A配重調(diào)節(jié)段64上，且通過A夾緊塊組件21進行在 A配重調(diào)節(jié)段64上的位置調(diào)節(jié);B配重12裝配在F連桿6的B配重調(diào)節(jié)段65上, 且通過B夾緊塊組件22進行在B配重調(diào)節(jié)段65上的位置調(diào)節(jié)；C配重13裝配在 豎桿35上，且通過C夾緊塊組件23進行在豎桿35上的位置調(diào)節(jié)。
所述的重力平衡的遠程運動中心機構(gòu)，其機構(gòu)的虛擬轉(zhuǎn)動中心O為鉸鏈的轉(zhuǎn) 動中心點C和虛擬轉(zhuǎn)動中心O的連線CO平行于鉸鏈的轉(zhuǎn)動中心點D和鉸鏈的轉(zhuǎn)動 中心點A的連線DA;鉸鏈的轉(zhuǎn)動中心點A和虛擬轉(zhuǎn)動中心O的連線AO平行于鉸 鏈的轉(zhuǎn)動中心點D和鉸鏈的轉(zhuǎn)動中心點C的連線DC,從而確定出虛擬轉(zhuǎn)動中心O 的位置；且過K通孔中心線與工具中心線過虛擬轉(zhuǎn)動中心O。
本發(fā)明重力平衡的遠程運動中心機構(gòu)的優(yōu)點雙向彎折的雙平行四桿可有效解決 RCM機構(gòu)中驅(qū)動和手術(shù)工具的安裝問題。并使用三個配重解決了這種雙向彎折的雙 平行四桿RCM機構(gòu)的重力平衡問題。三個配重可沿著自身軸線前后調(diào)節(jié)以解決配重 質(zhì)量計算不準的問題。結(jié)構(gòu)簡單，容易實現(xiàn)?？捎糜谑殖质绞中g(shù)輔助機器人、力反饋 手柄等場合，以減少操作力，增加操作的舒適性和安全性。


圖1是本發(fā)明重力平衡的遠程中心運動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明連桿部分的分解示圖。
圖3是本發(fā)明支撐組件的分解示圖。
圖3A是本發(fā)明橫桿的結(jié)構(gòu)圖。
圖4是本發(fā)明A夾緊塊組件的分解示圖。
圖5是本發(fā)明重力平衡的遠程中心運動機構(gòu)的正視圖。
圖中l(wèi).A連桿la.A通孔lb.B通孔2.B連桿
2a.C通孔2b.D通孔3.C連桿3a.E通孔3b.F通孔
3c.I通孔4.D連桿4a-G通孔4b.H通孔4c.J通孔
5.E連桿5a.D軸承孔5b.E軸承孔5cA銷釘5d.B銷釘
6.F連桿61.A軸承孔62.B軸承孔63.C軸承孔64.A配重調(diào)節(jié)段
65.B配重調(diào)節(jié)段6a.C銷釘6b.D銷釘6c.E銷釘7.連接件
71.F軸承孔72.G軸承孔73.連接頭7a-F銷釘7b.G銷釘
8.工具ll.A配重12.B配重13.C配重21.A夾緊塊組件
21&.夾緊塊201.C螺紋孔202.D螺紋孔203.B長形槽204.側(cè)板面
21b.螺栓21c.調(diào)節(jié)螺栓22.B夾緊塊組件23.C夾緊塊組件
31.底座32.支撐32a.連接臂32b.K通孔33.L形連接件33a,H軸承孔33b.H銷釘 34.橫桿 34a.A螺紋孔34b.B螺紋孔34c.A長形槽 34d.U形切口 34e丄通孔34f.M通孔34g.N通孔 34h.O通孔 35.豎桿
具體實施例方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步的詳細說明。
參見圖1所示，本發(fā)明是一種重力平衡的遠程運動中心機構(gòu)，包括有六個連桿 (A連桿l、 B連桿2、 C連桿3、 D連桿4、 E連桿5、 F連桿6)、三個配重(A 配重ll、 B配重12、 C配重13)、三個夾緊塊組件(A夾緊塊組件21、 B夾緊塊 組件22、 C夾緊塊組件23)、底座31、支撐32、連接件7、橫桿34、豎桿35; 支撐32安裝在底座31上；A連桿1與B連桿2平行放置、C連桿3與D連桿4 平行放置，兩兩平行的連桿兩端分別與F連桿6、連接件7活動連接；工具8安裝 在連接件7的下端部；A配重11裝配在F連桿6的A配重調(diào)節(jié)段64上，且通過A 夾緊塊組件21進行在A配重調(diào)節(jié)段64上的位置調(diào)節(jié)；B配重12裝配在F連桿6 的B配重調(diào)節(jié)段65上，且通過B夾緊塊組件22進行在B配重調(diào)節(jié)段65上的位置 調(diào)節(jié)；C配重13裝配在豎桿35上，且通過C夾緊塊組件23進行在豎桿35上的 位置調(diào)節(jié)。
參見圖2所示，A連桿1的左右兩端分別設(shè)有A通孔la、 B通孔lb; B連桿2 的左右兩端分別設(shè)有C通孔2a、 D通孔2b; A連桿1與B連桿2平行放置；
C連桿3的左右兩端分別設(shè)有E通孔3a、 F通孔3b，且在折彎處設(shè)有I通孔 3c; D連桿4的左右兩端分別設(shè)有G通孔4a、 H通孔4b，且在折彎處設(shè)有J通孔 4c; C連桿3與D連桿4平行放置；
E連桿5的上下兩端分別設(shè)有D軸承孔5a、 E軸承孔5b， D軸承孔5a、 E軸 承孔5b內(nèi)分別安裝有滾珠軸承；通過A銷釘5c穿過I通孔3c、 D軸承孔5a內(nèi)的 滾珠軸承、J通孔4c后，實現(xiàn)E連桿5的上端與C連桿3的折彎處、D連桿4的 折彎處連接；長形槽34c內(nèi)放置E連桿5的下端，且通過B銷釘5d穿過M通孔 34f、 E軸承孔5b內(nèi)的滾珠軸承、L通孔34e后，實現(xiàn)E連桿5下端與橫桿34的 活動連接。F連桿6從上至下設(shè)有A軸承孔61、 B軸承孔62、 C軸承孔63、 A配重調(diào)節(jié) 段64、 B配重調(diào)節(jié)段65， A軸承孔61、 B軸承孔62、 C軸承孔63內(nèi)分別安裝 有滾珠軸承；通過C銷釘6a穿過A通孔la、 A軸承孔61內(nèi)的滾珠軸承、C通孔 2a后，實現(xiàn)F連桿6的上端與平行放置的A連桿l左端、B連桿2左端連接；通 過D銷釘6b穿過E通孔3a、 B軸承孔62內(nèi)的滾珠軸承、G通孔4a后，實現(xiàn)F 連桿6與平行放置的C連桿3左端、D連桿4左端連接；U形切口34d內(nèi)放置有 F連桿6，且通過E銷釘6c穿過O通孔34h、 C軸承孔6c內(nèi)的滾珠軸承、N通 孔34g后，實現(xiàn)F連桿6與橫桿34的活動連接。F連桿6的下端裝配有B配重 12、 B夾緊塊22。
連接件7上設(shè)有F軸承孔71、 G軸承孔72、連接頭73， F軸承孔71、 G軸 承孔72內(nèi)分別安裝有滾珠軸承，F(xiàn)軸承孔71與G軸承孔72設(shè)置在同一側(cè)，連接 頭73設(shè)置在另一側(cè)；通過F銷釘7a穿過B通孔lb、 F軸承孔71內(nèi)的滾珠軸承、 D通孔2b后，實現(xiàn)連接件7的上端與平行放置的A連桿1右端、B連桿2右端連 接；通過G銷釘7b穿過F通孔3b、 G軸承孔72內(nèi)的滾珠軸承、H通孔4b后， 實現(xiàn)連接件7的下端與平行放置的C連桿3右端、D連桿4右端連接；連接頭73 的下端設(shè)有螺紋孔，螺紋孔內(nèi)安裝有工具8的一端。
在本發(fā)明中，A連桿l、 B連桿2之間平行，F(xiàn)連桿6、連接件7之間平行，構(gòu) 成雙平行四桿型的RCM機構(gòu)。
參見圖3、圖3A所示，支撐組件包括有底座31、支撐32、橫桿34、豎桿35、 L形連接件33;支撐32安裝在底座31上，支撐32的連接臂32a與L形連接件 33的一側(cè)板連接，L形連接件33的另一側(cè)板上連接有橫桿34,豎桿35連接在橫 桿34上；
支撐32的連接臂32a的端部設(shè)有K通孔32b， K通孔32b用于H銷釘33b 穿過，且實現(xiàn)支撐32與L形連接件33的一側(cè)板活動連接。
L形連接件33上設(shè)有H軸承孔33a， H軸承孔33a內(nèi)安裝有滾珠軸承，H銷 釘33b的一端穿過H軸承孔33a內(nèi)的滾珠軸承、K通孔32b后實現(xiàn)支撐32與L 形連接件33的一側(cè)板活動連接。
8
橫桿34上設(shè)有U形切口34d、 A長形槽34c、 A螺紋孔34a、 B螺紋孔34b, 在U形切口 34d的兩側(cè)設(shè)有N通孔34g、 0通孔34h,在A長形槽34c的兩側(cè)設(shè) 有L通孔34e、 M通孔34f; A螺紋孔34a用于通過與螺釘?shù)呐浜蠈崿F(xiàn)橫桿34與L 形連接件33的另一側(cè)板的連接；B螺紋孔34b用于通過與螺釘?shù)呐浜蠈崿F(xiàn)橫桿34 與豎桿35的連接；A長形槽34c內(nèi)放置E連桿5的下端，且通過B銷釘5d穿過 M通孔34f、 E軸承孔5b內(nèi)的滾珠軸承、L通孔34e后，實現(xiàn)E連桿5下端與橫 桿34的活動連接；U形切口 34d內(nèi)放置有F連桿6，且通過E銷釘6c穿過O通 孔34h、 C軸承孔6c內(nèi)的滾珠軸承、N通孔34g后，實現(xiàn)F連桿6與橫桿34的活 動連接。
豎桿35上裝配有C配重13、 C夾緊塊23。
參見圖4所示，A夾緊塊組件21包括有夾緊塊21a、螺栓21b、調(diào)節(jié)螺栓21c; 夾緊塊21a的中心位置設(shè)有B長形槽203 (B長形槽203用于A配重調(diào)節(jié)段64穿 過)，B長形槽203的側(cè)邊設(shè)有D螺紋孔202，夾緊塊21a的側(cè)板面204上設(shè)有C 螺紋孔201; C螺紋孔201內(nèi)用于放置螺栓21b，通過螺栓21b將夾緊塊21a頂 緊在A配重調(diào)節(jié)段64上，從而實現(xiàn)A夾緊塊組件21與F連桿6的連接。D螺紋 孔202內(nèi)用于放置調(diào)節(jié)螺栓21c，調(diào)節(jié)螺栓21c的螺紋段連接在A配重ll上，用 于調(diào)節(jié)A配重11在A配重調(diào)節(jié)段64上的位置。
在本發(fā)明中，B夾緊塊組件22、 C夾緊塊組件23與A夾緊塊組件21的結(jié)構(gòu) 相同，且裝配關(guān)系也相同。即B夾緊塊組件22裝配在F連桿6的B配重調(diào)節(jié)段65 上，B配重12可以在B配重調(diào)節(jié)段65上上下移動；C夾緊塊組件23裝配在豎桿 35上，C配重13可以在豎桿35上上下移動。
A配重ll、 B配重12、 C配重13沿著自身軸線方向上的移動來解決配重質(zhì)量
問題，以達到工具在每個運動位置都可以保持自身的重力平衡。
參見圖5所示，本發(fā)明的重力平衡的遠程運動中心機構(gòu)的虛擬轉(zhuǎn)動中心O為 鉸鏈的轉(zhuǎn)動中心點C和虛擬轉(zhuǎn)動中心O的連線CO平行于鉸鏈的轉(zhuǎn)動中心點D和鉸 鏈的轉(zhuǎn)動中心點A的連線DA;鉸鏈的轉(zhuǎn)動中心點A和虛擬轉(zhuǎn)動中心O的連線AO 平行于鉸鏈的轉(zhuǎn)動中心點D和鉸鏈的轉(zhuǎn)動中心點C的連線DC,從而確定出虛擬轉(zhuǎn) 動中心O的位置；且過K通孔中心線與工具中心線過虛擬轉(zhuǎn)動中心O。
權(quán)利要求
1、一種重力平衡的遠程運動中心機構(gòu)，其特征在于該遠程運動中心機構(gòu)包括有A連桿(1)、B連桿(2)、C連桿(3)、D連桿(4)、E連桿(5)、F連桿(6)、A配重(11)、B配重(12)、C配重(13)、A夾緊塊組件(21)、B夾緊塊組件(22)、C夾緊塊組件(23)、底座(31)、支撐(32)、連接件(7)、橫桿(34)、豎桿(35)；支撐(32)安裝在底座(31)上；A連桿(1)與B連桿(2)平行放置、C連桿(3)與D連桿(4)平行放置，兩兩平行的連桿兩端分別與F連桿(6)、連接件(7)活動連接；工具(8)安裝在連接件(7)的下端部；A配重(11)裝配在F連桿(6)的A配重調(diào)節(jié)段(64)上，且通過A夾緊塊組件(21)進行在A配重調(diào)節(jié)段(64)上的位置調(diào)節(jié)；B配重(12)裝配在F連桿(6)的B配重調(diào)節(jié)段(65)上，且通過B夾緊塊組件(22)進行在B配重調(diào)節(jié)段(65)上的位置調(diào)節(jié)；C配重(13)裝配在豎桿(35)上，且通過C夾緊塊組件(23)進行在豎桿(35)上的位置調(diào)節(jié)；A連桿(1)的左右兩端分別設(shè)有A通孔(1a)、B通孔(1b)；B連桿(2)的左右兩端分別設(shè)有C通孔(2a)、D通孔(2b)；C連桿(3)的左右兩端分別設(shè)有E通孔(3a)、F通孔(3b)，且在折彎處設(shè)有I通孔(3c)；D連桿(4)的左右兩端分別設(shè)有G通孔(4a)、H通孔(4b)，且在折彎處設(shè)有J通孔(4c)；E連桿(5)的上下兩端分別設(shè)有D軸承孔(5a)、E軸承孔(5b)，D軸承孔(5a)、E軸承孔(5b)內(nèi)分別安裝有滾珠軸承；通過A銷釘(5c)穿過I通孔(3c)、D軸承孔(5a)內(nèi)的滾珠軸承、J通孔(4c)后，實現(xiàn)E連桿(5)的上端與C連桿(3)的折彎處、D連桿(4)的折彎處連接；長形槽(34c)內(nèi)放置E連桿(5)的下端，且通過B銷釘(5d)穿過M通孔(34f)、E軸承孔(5b)內(nèi)的滾珠軸承、L通孔(34e)后，實現(xiàn)E連桿(5)下端與橫桿(34)的活動連接；F連桿(6)從上至下設(shè)有A軸承孔(61)、B軸承孔(62)、C軸承孔(63)、A配重調(diào)節(jié)段(64)、B配重調(diào)節(jié)段(65)，A軸承孔(61)、B軸承孔(62)、C軸承孔(63)內(nèi)分別安裝有滾珠軸承；通過C銷釘(6a)穿過A通孔(1a)、A軸承孔(61)內(nèi)的滾珠軸承、C通孔(2a)后，實現(xiàn)F連桿(6)的上端與平行放置的A連桿(1)左端、B連桿(2)左端連接；通過D銷釘(6b)穿過E通孔(3a)、B軸承孔(62)內(nèi)的滾珠軸承、G通孔(4a)后，實現(xiàn)F連桿(6)與平行放置的C連桿(3)左端、D連桿(4)左端連接；U形切口(34d)內(nèi)放置有F連桿(6)，且通過E銷釘(6c)穿過O通孔(34h)、C軸承孔(6c)內(nèi)的滾珠軸承、N通孔(34g)后，實現(xiàn)F連桿(6)與橫桿(34)的活動連接；F連桿(6)的下端裝配有B配重(12)、B夾緊塊(22)；連接件(7)上設(shè)有F軸承孔(71)、G軸承孔(72)、連接頭(73)，F(xiàn)軸承孔(71)、G軸承孔(72)內(nèi)分別安裝有滾珠軸承，F(xiàn)軸承孔(71)與G軸承孔(72)設(shè)置在同一側(cè)，連接頭(73)設(shè)置在另一側(cè)；通過F銷釘(7a)穿過B通孔(1b)、F軸承孔(71)內(nèi)的滾珠軸承、D通孔(2b)后，實現(xiàn)連接件(7)的上端與平行放置的A連桿(1)右端、B連桿(2)右端連接；通過G銷釘(7b)穿過F通孔(3b)、G軸承孔(72)內(nèi)的滾珠軸承、H通孔(4b)后，實現(xiàn)連接件(7)的下端與平行放置的C連桿(3)右端、D連桿(4)右端連接；連接頭(73)的下端設(shè)有螺紋孔，螺紋孔內(nèi)安裝有工具(8)的一端；支撐組件包括有底座(31)、支撐(32)、橫桿(34)、豎桿(35)、L形連接件(33)；支撐(32)安裝在底座(31)上，支撐(32)的連接臂(32a)與L形連接件(33)的一側(cè)板連接，L形連接件(33)的另一側(cè)板上連接有橫桿(34)，豎桿(35)連接在橫桿(34)上；支撐(32)的連接臂(32a)的端部設(shè)有K通孔(32b)，K通孔(32b)用于H銷釘(33b)穿過，且實現(xiàn)支撐(32)與L形連接件(33)的一側(cè)板活動連接；L形連接件(33)上設(shè)有H軸承孔(33a)，H軸承孔(33a)內(nèi)安裝有滾珠軸承，H銷釘(33b)的一端穿過H軸承孔(33a)內(nèi)的滾珠軸承、K通孔(32b)后實現(xiàn)支撐(32)與L形連接件(33)的一側(cè)板活動連接；橫桿(34)上設(shè)有U形切口(34d)、A長形槽(34c)、A螺紋孔(34a)、B螺紋孔(34b)，在U形切口(34d)的兩側(cè)設(shè)有N通孔(34g)、O通孔(34h)，在A長形槽(34c)的兩側(cè)設(shè)有L通孔(34e)、M通孔(34f)；A螺紋孔(34a)用于通過與螺釘?shù)呐浜蠈崿F(xiàn)橫桿(34)與L形連接件(33)的另一側(cè)板的連接；B螺紋孔(34b)用于通過與螺釘?shù)呐浜蠈崿F(xiàn)橫桿(34)與豎桿(35)的連接；A長形槽(34c)內(nèi)放置E連桿(5)的下端，且通過B銷釘(5d)穿過M通孔(34f)、E軸承孔(5b)內(nèi)的滾珠軸承、L通孔(34e)后，實現(xiàn)E連桿(5)下端與橫桿(34)的活動連接；U形切口(34d)內(nèi)放置有F連桿(6)，且通過E銷釘(6c)穿過O通孔(34h)、C軸承孔(6c)內(nèi)的滾珠軸承、N通孔(34g)后，實現(xiàn)F連桿(6)與橫桿(34)的活動連接；豎桿(35)上裝配有C配重(13)、C夾緊塊(23)；B夾緊塊組件(22)、C夾緊塊組件(23)與A夾緊塊組件(21)的結(jié)構(gòu)相同；A夾緊塊組件(21)包括有夾緊塊(21a)、螺栓(21b)、調(diào)節(jié)螺栓(21c)；夾緊塊(21a)的中心位置設(shè)有B長形槽(203)，B長形槽(203)的側(cè)邊設(shè)有D螺紋孔(202)，夾緊塊(21a)的側(cè)板面(204)上設(shè)有C螺紋孔(201)；C螺紋孔(201)內(nèi)用于放置螺栓(21b)，通過螺栓(21b)將夾緊塊(21a)頂緊在A配重調(diào)節(jié)段(64)上，從而實現(xiàn)A夾緊塊組件(21)與F連桿(6)的連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種重力平衡的遠程運動中心機構(gòu)，該遠程運動中心機構(gòu)包括有A連桿、B連桿、C連桿、D連桿、E連桿、F連桿、A配重、B配重、C配重、A夾緊塊組件、B夾緊塊組件、C夾緊塊組件、底座、支撐、連接件、橫桿、豎桿；支撐安裝在底座上；A連桿與B連桿平行放置、C連桿與D連桿平行放置，兩兩平行的連桿兩端分別與F連桿、連接件活動連接；工具安裝在連接件的下端部；A配重裝配在F連桿的A配重調(diào)節(jié)段上，且通過A夾緊塊組件進行在A配重調(diào)節(jié)段上的位置調(diào)節(jié)；B配重裝配在F連桿的B配重調(diào)節(jié)段上，且通過B夾緊塊組件進行在B配重調(diào)節(jié)段上的位置調(diào)節(jié)；C配重裝配在豎桿上，且通過C夾緊塊組件進行在豎桿上的位置調(diào)節(jié)。本發(fā)明機構(gòu)可以使工具繞空間一虛擬轉(zhuǎn)動中心O進行轉(zhuǎn)動，并且在每個運動位置都可以保持自身的重力平衡。
文檔編號F16F15/00GK101376248SQ20081022354
公開日2009年3月4日 申請日期2008年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月7日
發(fā)明者于靖軍, 孫明磊, 宗光華, 畢樹生, 旭 裴 申請人:北京航空航天大學(xué)