主操作手、操控台以及机器人的制作方法

本发明涉及遥操作机器人，具体涉及一种主操作手以及包括该主操作手的控制台和机器人。

背景技术：

1、遥操作机器人通常包括操作端和执行端(也称从动端)。在遥操作机器人系统中，主操作手作为操作者与机器人之间的交互设备，向从动端传递操作者给出的位姿、速度等信息，同时也可向操作者传递从动端受到的力/力矩等环境信息，让操作者直观感受到执行端接收的力的信息，使其具有操作临场感，可及时对从动端系统的运动做有效的控制和干预。由于遥操作机器人的上述特性，使得其用作手术机器人在医疗服务领域的优势日益凸显。

2、在手术机器人中，主操作手是医生与从动端机械臂之间传递信息的载体，要求其具备更多的自由度，以辅助医生进行精准的操作，并且要求其能够精准地反馈从动端的受力情况，以使医生有操作沉浸感。

3、主操作手通常包括手柄和操作臂，为满足各种姿态的需求并简化设计结构，操作臂可采用并联机构实现。并联机构包括静平台、动平台以及连接到静平台和动平台二者支链。

4、当手部握住安装在动平台上手柄移动时，支链呈一定角度扭转，可能造成手柄与支链发生运动干涉。因此，限制了手柄的运动空间。

5、此外，当动平台相对于静平台发生转动时，运动学模型在计算过程中会产生更多解，增加了运算量，甚至导致由于运算错误而发生操作失误系统的运算容易，例如，多解导致运动关系错乱，使执行端的主动臂发生错误运动等。

技术实现思路

1、本发明的主要发明目的之一在于提供一种主操作手及包括该主操作手的控制台和机器人，以至少解决部分上述问题。

2、针对上述发明目的，本发明提供如下技术方案：

3、根据本发明的一方面，提供一种主操作手，所述主操作手包括：并联操作臂，包括静平台、动平台以及分别转动连接到所述静平台和所述动平台的至少三条支链；手柄，与所述动平台连接；以及旋转驱动部，与所述静平台驱动连接，用于驱动所述静平台相对所述动平台转动。

4、所述旋转驱动部被构造为驱动所述静平台围绕第一旋转轴线旋转，所述第一旋转轴线垂直于所述静平台所在平面。

5、驱动所述静平台相对所述动平台转动指的是驱动所述静平台根据所述动平台的姿态变化而转动，所述动平台的姿态变化是指绕所述第一旋转轴线或绕平行于所述第一旋转轴线的轴线旋转的旋转分量。

6、所述旋转驱动部驱动所述静平台围绕第一旋转轴线的转动角度小于或等于所述动平台相对所述第一旋转轴线或相对平行于所述第一旋转轴线的轴线旋转的旋转分量。

7、所述至少三条支链包括第一支链、第二支链和第三支链，所述第一支链分别在第一静铰接点和第一动铰接点处与所述静平台和所述动平台连接，所述第二支链分别在第二静铰接点和第二动铰接点处与所述静平台和所述动平台连接，所述第三支链分别在第三静铰接点和第三动铰接点处与所述静平台和所述动平台连接，其中，所述第一静铰接点、所述第二静铰接点和所述第三静铰接点所在平面具有第一旋转中心，所述第一旋转中心与所述第一静铰接点、所述第二静铰接点和所述第三静铰接点的距离相等，并且其中，所述第一旋转轴线经过所述第一旋转中心且与所述第一静铰接点、所述第二静铰接点和所述第三静铰接点所在的静铰接点平面垂直。

8、在所述动平台扭转后，所述旋转驱动部驱动所述静平台旋转，使得所述第一静铰接点、所述第三静铰接点、所述第一动铰接点和所述第三动铰接点共面。

9、所述第一静铰接点、所述第三静铰接点、所述第一动铰接点和所述第三动铰接点所在的平面与所述静平台垂直。

10、所述主操作手还可包括设置在所述旋转驱动部和所述静平台之间的安装支架，所述静平台通过所述安装支架安装在旋转驱动部的输出端。

11、所述旋转驱动部具有用于走线的中空通道。

12、所述旋转驱动部包括中空旋转电机、或者包括中空旋转减速机和伺服电机、或者包括谐波减速电机和同步带，所述中空通道设置于所述中空旋转电机、所述中空旋转减速机或所述谐波减速电机中。

13、根据本发明的另一方面，提供一种主操作手，所述主操作手包括并联操作臂，所述并联操作臂包括静平台、动平台以及分别转动连接到所述静平台和所述动平台的至少三条支链，所述至少三个支链中的每个支链包括第一支杆和第二支杆，所述第一支杆能够沿所述第二支杆的长度方向相对于所述第二支杆线性移动，所述第一支杆的第一端连接到所述动平台，第二端滑动连接到所述第二支杆，所述第二支杆的第一端连接到所述静平台，所述第一支杆相对所述第二支杆上的滑动通过直线驱动组件实现，其中，所述直线驱动组件包括接到所述第一支杆的第一绳和用于驱动所述第一绳的第一线性驱动部，其中，所述第一线性驱动部安装在所述静平台上或安装在所述静平台的下方。

14、所述直线驱动组件还包括第二绳和用于驱动所述第二绳的第二线性驱动部，其中，所述第二线性驱动部安装在所述静平台上或安装在所述静平台的下方，并且，所述第二绳与所述第一支杆连接。

15、所述第一绳和所述第二绳分别在所述支链延伸方向上反向布置，使所述第一绳和所述第二绳形成对拉结构。

16、所述第一支杆的第二端通过滑块连接到所述第二支杆，所述滑块固定地安装在所述第一支杆的所述第二端并在所述第二支杆上滑动，所述第一绳和所述第二绳分别与所述滑块连接。

17、所述第一绳的一端固定到所述滑块，另一端朝向所述第二支杆的第二端延伸并绕过位于所述第二支杆的第二端处的第一滑轮连接到所述第一线性驱动部，所述第二绳的一端固定到所述滑块，另一端朝向所述第二支杆的第一端连接到所述第二线性驱动部。

18、所述主操作手还包括设置在所述第二支杆的第一端处的第二滑轮和第三滑轮，所述第一绳经所述第二滑轮连接到所述第一线性驱动部，所述第二绳经所述第三滑轮连接到所述第二线性驱动部，其中，所述第二滑轮和所述第三滑轮并排设置，使得所述第一绳在经过所述第二滑轮后沿与所述静铰接点平面平行的方向延伸，所述第二绳在经过所述第三滑轮后沿与所述静铰接点平面平行的方向延伸。

19、所述至少三个支链中的每个支链能够绕第二旋转轴线和第三旋转轴线旋转，其中，所述第二旋转轴线与所述第一旋转轴线垂直并经过所述第一旋转中心，所述第三旋转轴线与所述第二旋转轴线彼此垂直，其中，所述第三旋转轴线穿过所述第一绳和所述第二绳在从所述第二滑轮和所述第三滑轮的下端离开所述第二滑轮和所述第三滑轮时的切点或穿过所述第二滑轮和所述第三滑轮的旋转中心。

20、所述第二支杆的第一端设有用于分别改变所述第一绳和所述第二绳的运动方向的支链滑轮组，经过所述支链滑轮组的所述第一绳和所述第二绳的延伸方向均与所述第二旋转轴线平行。

21、所述第二旋转轴线的实体为空心件。

22、所述第一绳和所述第二绳在所述空心件中延伸，并在预定位置处向下延伸连接至相应的第一线性驱动部和第二线性驱动部。

23、所述主操作手还包括设置在所述第二支杆上的第四滑轮，所述第四滑轮靠近所述第二滑轮设置，所述第一绳在经所述第四滑轮的远离所述第二支杆的一侧后反向绕在所述第二滑轮上。

24、所述主操作手还包括设置在所述静平台上的第五滑轮和第六滑轮，所述第一绳和所述第二绳沿与所述第二旋转轴线平行或大致平行的方向延伸到所述第五滑轮和所述第六滑轮的上侧并向下延伸至位于所述静平台下方的第一线性驱动部和第二线性驱动部。

25、所述第一绳和所述第二绳相对于所述第二旋转轴线对称设置。

26、所述第一绳、所述第二绳和所述第二旋转轴线位于同一平面上。

27、所述第一线性驱动部和所述第二线性驱动部的输出端设置有滚筒，所述滚筒上设置有螺旋沟槽，以使所述第一绳和所述第二绳在运动过程中沿着所述螺旋沟槽运动。

28、所述静铰接点处设置有旋转编码器，以读取所述第一绳和所述第二绳由于所述至少三个支链绕所述第三旋转轴线旋转而发生的旋转位移信息。

29、所述第二支杆包括彼此面对设置的第一支杆侧壁和第二支杆侧壁，所述第一滑轮、所述第二滑轮、所述第三滑轮和所述第三滑轮均设置在所述第一支杆侧壁和所述第二支杆侧壁之间的空间中。

30、所述滑块包括设置在所述第一支杆侧壁和所述第二支杆侧壁的彼此背对的表面上的第一子滑块、第二子滑块、第三子滑块、第四子滑块，其中，所述第一子滑块和所述第二子滑块彼此间隔开地安装在所述第一支杆侧壁上，并共同形成所述第一支杆侧壁的滑轨，所述第三子滑块和所述第四子滑块彼此间隔开地安装在所述第二支杆侧壁上，并形成所述第二支杆侧壁的滑轨。

31、根据本发明的另一方面，提供一种操控台，所述操控台包括如上所述的主操作手。

32、根据本发明的另一方面，提供一种机器人，所述机器人包括如上所述的操控台。

33、根据本发明的实施例的主操作手，由于设置了驱动静平台相对于动平台转动的旋转驱动部，因而可以扩大手柄的运动范围，避免干涉，减少系统的运算负荷，避免多解问题，确保运动准确性。

34、根据本发明的实施例的主操作手，每个支链的直线驱动组件由两条绳和分别驱动两条绳的两个线性驱动部形成，可以明显减轻各个支链的重量，提高操作者的操作手感，并且提高了线性驱动部的功率利用率。