CN119388481B - 解耦式两转远程运动中心机构、机器人和空间望远镜系统 - Google Patents

Abstract

解耦式两转远程运动中心机构、机器人和空间望远镜系统。机构包括基部；输出部，可绕远程运动中心点旋转；连接件，与输出部转动连接，并与基部在第一方向平行；第一支链部包括第一转动组件和与基部固定的第一驱动件；第一转动组件分别与连接件和第一驱动件绕第一方向转动连接；第二支链部包括顺次连接的第二转动组件，转向杆和与基部固定的第二驱动件；第二转动组件分别与转向杆和连接件绕第二方向转动连接；第三支链部与基部万向连接，并与输出部和连接件构成平行四边形结构；其中输出部，连接件，第二支链部和第三支链部位于同一平面，第一驱动件可带动第一转动组件在第一方向运动；第二驱动件可带动转向杆绕第一方向转动，实现两维转动解耦。

Description

解耦式两转远程运动中心机构、机器人和空间望远镜系统

技术领域

本发明属于机械手技术领域，具体涉及一种解耦式两转远程运动中心机构、机器人和空间望远镜系统。

背景技术

远程运动中心机构由于受机械结构的约束，其输出端的运动被限制为绕一个固定点的转动运动和通过该点的移动运动。这个固定点一般是远离机构并且虚拟存在的，被称为机构的远程运动中心(Remote Motion Center，RCM)。

远程运动中心在航天机器人和医疗机器人等需要精密操作的领域存在广泛应用。例如，在航天领域的大口径空间望远镜中，大口径空间望远镜通过多个可拆设置的子镜模块组合设置而成，此时子镜模块的位姿调整空间非常有限，且对位姿精度的要求极高，这使得调整过程的难度显著增加，一旦子镜模块被精确定位，后续的调整都必须围绕这个初始定位点进行，以减少对光学系统整体性能的影响，任何微小的偏差都可能导致整个光学系统性能的显著下降，因此对子镜模块的位姿调整精度和稳定性提出了极高的要求。而通过远程运动中心机构，能够很好地使得子镜模块的位置能够围绕一个相对于整个系统固定的点（即远程运动中心）进行精确运动。

另外，在月球表面的建造和探测任务中，目前使用的机械臂末端各运动副均采用串联形式，这些运动副的转动中心点均位于末端机械本体内部，而非本体之外，因此不存在远程转动中心。然而，在那些开口狭窄但内部容积较大的场合，现有机械臂难以实现围绕其开口点的转动操作。故引入远程转动机构安装于机械臂末端，该机构能够围绕机械臂本体之外的远心点进行转动，从而有效地在开口小、容积大的罐状环境中执行建造和探测任务。

然而，现有的远程运动中心机构的问题在于调节精度不高且承载力有限。例如，在CN113749773B专利中公开的一种两转一移远程运动中心机构中，一方面，其依赖于虎克铰上设置的电机进行绕Y轴的转动，此时整个绕Y轴的调节精度依赖于电机自身的精度，如果想要更加精细的调节，需要更换电机精度，会大幅增加成本；另一方面，用于控制其两转的两个电机相互串联，使得其整个机构的重力均需要近端的电机承载，导致对整个远端机构的重量限制较多；再一方面，由于其电机设计位置距离远端运动中心较近，在一些具体的应用场景不易使用，例如在核磁共振环境下头颅等神经外科手术中，因电机无法设置距离远端中心较远处，故不易于在此场景中使用。

发明内容

鉴于以上所述的现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种解耦式两转远程运动中心机构、机器人和空间望远镜系统，以解决现有的远程运动中心的调节精度和承载力不高的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种解耦式两转远程运动中心机构，包括：基部；输出部，可绕远程运动中心点旋转；连接件，与所述输出部转动连接，并与所述基部在第一方向平行；第一支链部，包括第一转动组件和与所述基部固定的第一驱动件；所述第一转动组件两端分别与所述连接件和所述第一驱动件绕所述第一方向转动连接；第二支链部，包括顺次连接的第二转动组件，转向杆和与所述基部固定的第二驱动件；所述第二转动组件两端分别与所述转向杆和所述连接件绕第二方向转动连接；第三支链部，一端与所述基部万向连接，另一端与所述输出部和连接件构成平行四边形结构；其中，所述输出部，连接件，第二支链部和第三支链部位于同一平面，所述第一驱动件可带动所述第一转动组件在第一方向运动以使所述输出部绕第二方向转动；所述第二驱动件可带动所述转向杆和输出部绕第一方向转动，以解耦两维转动。

作为本发明的一种实施方式，所述第二支链部的转向杆包括依次固定连接的第一段，第二段和第三段，所述第一段的转动轴设置在第一方向，所述第二段设置在第三方向，所述第三段的转动轴设置在第二方向，所述第一方向、和第二方向和所述第三方向相互垂直；其中所述第一段与所述第二驱动件的输出端固定连接，以使所述第二驱动件带动所述输出部绕所述第一方向转动；所述第三段与所述第二转动组件转动连接以使所述第二转动组件可绕第二方向转动。

作为本发明的一种实施方式，所述第二转动组件包括绕所述第二方向转动连接的第二支链第一连杆和第二支链第二连杆，所述第二支链第一连杆一端与所述转向杆的第三段绕所述第二方向转动连接，另一端与所述第二支链第二连杆转动连接；所述第二支链第二连杆一端与所述第二支链第一连杆转动连接，另一端与所述连接件绕所述第二方向转动连接；和/或，所述第二驱动件的输出端设置在第一方向上并可绕第一方向转动。

作为本发明的一种实施方式，所述第二支链部的转向杆还包括与第一段和第三段固定连接的第二段，所述第二段的转动轴设置在第三方向，所述第一支链部、第二支链部和第三支链部设置在所述基部在所述第三方向的同侧；其中所述第一方向为远近方向，所述基部、连接件、第一支链部、第二支链部和第三支链部均设置在所述输出部的近侧，所述第三支链部的远侧设置有所述输出部，所述第三支链部的近侧设置有所述第一支链部和第二支链部；和/或，所述第二方向为内外方向，所述第一支链部设置在所述第二支链部的外侧。

作为本发明的一种实施方式，所述第三支链部包括与所述输出部平行的第三支链第一连杆，与所述连接件平行的第三支链第二连杆和从动万向节；所述从动万向节包括万向连接的固定件和从动杆，所述固定件与所述基部固定连接，所述从动杆与所述第三支链第一连杆固定连接；所述第三支链第一连杆一端与所述连接件转动连接，另一端与所述从动万向节的从动杆固定连接；所述第三支链第二连杆一端与所述输出部转动连接，另一端与所述第三支链第一连杆转动连接。

作为本发明的一种实施方式，所述固定件和所述从动杆的运动中心点，所述远程运动中心点和所述第二驱动件的转动轴线在所述第一方向上共线。

作为本发明的一种实施方式，所述第一转动组件包括绕第一方向转动设置的第一支链第一连杆和第一支链第二连杆，所述第一支链第一连杆一端与所述第一驱动件绕第一方向转动连接，另一端与所述第一支链第二连杆绕第一方向转动连接，所述第一支链第二连杆一端与所述第一支链第一连杆绕第一方向转动连接，另一端与所述连接件绕第一方向转动连接。

作为本发明的一种实施方式，所述第一驱动件为能带动所述第一转动组件在第一方向平动的滚珠丝杠，以实现所述输出部绕第二方向转动；和/或，所述解耦式两转远程运动中心机构还包括从连件，所述从连件固定设置在所述连接件上与所述第一转动组件绕第一方向转动连接和/或，所述第一转动组件包括绕第一方向转动设置的第一支链第一连杆和第一支链第二连杆，所述第一支链第一连杆一端与所述第一驱动件绕第一方向转动连接，另一端与所述第一支链第二连杆绕第一方向转动连接，所述第一支链第二连杆一端与所述第一支链第一连杆绕第一方向转动连接，另一端与所述从连件绕第一方向转动连接。

本发明的第二方面，提供一种机器人，包括操作件，控制器单元，信息获取单元和机械臂，所述机械臂包括本发明第一方面所述的解耦式两转远程运动中心机构，所述控制器单元，信息获取单元和机械臂通信连接；其中，所述信息获取单元用于获取待操作区域的信息并传递给控制器单元；所述解耦式两转运动中心机构的输出部与所述操作件固定连接，所述操作件可与待操作组织/部件接触；其中所述操作件为可用于医疗手术的医疗部件，或者是可用于大口径空间望远镜安装维护的安装部件，或者是可用于月球建造探测的施工部件；所述控制器单元用于根据待操作区域的信息控制所述第一驱动件和第二驱动件，以使所述操作件可绕所述远程运动中心点调整至设定姿态。

本发明的第三方面，提供一种空间望远镜系统，包括望远镜单元，机械臂单元、子镜模块和存储模块；多个所述子镜模块可拆固定在所述望远镜单元上形成大口径空间望远镜；所述存储模块存储有多个目标部件，所述目标部件为子镜模块或用于替换所述子镜模块上镜面的更替镜面；所述机械臂单元包括本发明第一方面所述的解耦式两转远程运动中心机构，所述输出部用于抓取目标部件；其中，所述机械臂单元用于抓取子镜模块或者更替镜面以带动目标部件运动至指定位置，实现对目标部件的安装更换。

综上所述，与现有技术相比，本发明能够提供一种调节精度更高、稳定性更好、适用场景更加广泛的远程运动中心机构。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一具体实施例的提供的一种两转远程运动中心机构的结构示意图；

图2是本发明一具体实施例的提供的第二支链部和第三支链部的结构示意图；

图3是本发明一具体实施例的提供的一种第二支链部的结构示意图

图4是本发明一具体实施例的提供的第二驱动件和转向杆的结构示意图

图5是本发明一具体实施例的提供的第一支链部的结构示意图。

附图标记说明：

100，第一支链部；110，第一驱动件；120，第一转动组件；121，第一支链第一连杆；122，第一支链第二连杆；

200，第二支链部；210，第二驱动件；211，固定支架；220，转向杆；221，第一段；222，第二段；223，第三段；230，第二转动组件；231，第二支链第一连杆；232，第二支链第二连杆；

300，第三支链部；310，第三支链第一连杆；320，从动万向节；321，固定件；322，从动杆；330，第三支链第二连杆；

400，基部；

510，连接件；511，从连件；

600，输出部；

M，远程运动中心点；U，万向副中心点；R1，第一转向轴；R2，第二转向点。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

对于本说明书提供的实施例中的术语“远侧/远端”和“近侧/近端”，其中远端/远侧指的是远离操作人员/设备，或者靠近被操作设备/人体组织一端；近端/近侧指的是靠近操作人员/操作设备，或者远离被操作的目标装置/人体组织的一端。例如，当本说明书中的实施例用于人体医疗服务中时，远端是指操作人员所在的一端，近端是指靠近人体组织的一端。当本说明书的实施例用于太空望远镜中的操作时，远端指靠近操作设备的一端，近端指远离操作设备的一端。

此外，在本发明中，在未作相反说明的情况下，术语“X向”、“前”、“后”将关于装置的远近方向使用，靠近被操作者/装置的方向为前，远离被操作者/装置的方向为后；术语“Y向”、“内”、“外”将关于装置的内外方向使用，靠近装置的中心为内，远离装置的中心为外；术语“Z向”、“上”、“下”将关于装置的竖直方向使用，装置上部为上，装置下部为下。

请参阅图1-5，为了便于理解，下文的实施例中第一方向为X向，第二方向为Y向，第三方向为Z向，但并不意味着第一方向只能为此，只要使得第一方向，第二方向和第三方向为三个互不相同的方向即可。

请继续参阅图1-5，图中示出了一种解耦式两转远程运动中心机构，包括基部400，第一支链部100，第二支链部200，第三支链部300，连接件510和输出部600。第一支链部100，第二支链部200和第三支链部300固定设置在基部400的同一侧并通过连接件510与输出部600进行连接。在图1这一具体的实施方式中，第一支链部100，第二支链部200和第三支链部300设置在基部400的上侧。第二支链部200、第一支链部100和第三支链部300设置在输出部600的近侧。

输出部600、连接件510、第二支链部200和第三支链部300设置在同一个X-Y平面内，第二支链部200和第一支链部100沿Y向设置，在图1这一具体的实施方式中，第一支链部100设置在第二支链部200的外侧。输出部600上具有远端运动中心点，使得输出部600在第一支链部100、第二支链部200和第三支链部300与连接件510的带动下可以围绕远程运动中心点M至少进行两转运动，即可以使得输出部600可以围绕着远程运动中心点M的X轴和Y轴进行转动。

下面对各个部件进行详细描述。

请先参阅图1-图4，第二支链部200包括顺次连接的第二驱动件210，转向杆220和第二转动组件230。第二转动组件230包括转动连接的第二支链第一连杆231和第二支链第二连杆232。第二驱动件210用于带动所述转向杆220绕第一方向转动。第二支链第一连杆231和第二支链第二连杆232分别与所述转向杆220和所述连接件510绕所述第二方向转动连接。第一方向例如是X轴方向，第二方向例如是Y轴方向。

第二驱动件210通过固定支架211固定设置在基部400上，且第二驱动件210的输出端与转向杆220固定连接，进而通过第二驱动件210带动转向杆220绕着第一转向轴R1进行转动，第一转向轴R1与X轴平行。在图1这一具体的实施方式中，第二驱动件210为电机，优选为伺服电机，其沿X轴方向固定设置。自然可以理解，第二驱动件210也可以是非电机的其它装置，在一种可替换的实施方式中，第二驱动件210为发电机，其设置方向与图1这一实施例相同。

第二支链第一连杆231设置在X方向上，第二支链第一连杆231的一端与转向杆220转动连接，另一端与第二支链第二连杆232转动连接。第二支链第二连杆232设置在Z方向上，第二支链第二连杆232的一端与第二支链第一连杆231转动连接，另一端与连接件510转动连接。第二支链第一连杆231，第二支链第二连杆232，连接件510和输出部600共面，即设置在同一个X-Z平面上。

请参阅图4，转向杆220包括依次固定设置的第一段221，第二段222和第三段223。第一段221，第二段222和第三段223的相互垂直设置，且第一段221，第二段222和第三段223分别垂直设置在不同的方向上，例如第一段221，第二段222和第三段223分别设置在X向、Z向和Y向上，当然，也可以是第一段221，第二段222和第三段223分别设置在Z向、X向和Y向上，亦或者是第一段221，第二段222和第三段223分别设置在Y向，Z向和X向上。

在图4这一具体的实施方式中，第一段221设置在X方向上与第二驱动件210的输出轴固定连接，第二段222设置在Z方向上，第三段223设置在Y方向上与第二支链第一连杆231转动连接。

由此，在图1-图4所示第二支链部200中，第二驱动件210设置有固定支架211以与基部400通过螺栓紧固连接，使得第二驱动件210固定设置在基部400上，形成了一个稳定的起始点。第二驱动件210作为驱动副，由伺服电机提供动力，确保了精确的运动控制。转向杆220与第二驱动件210固定连接，使得第二支链部200能够在转向杆220的带动下绕X轴进行转动。第二支链第一连杆231与转向杆220通过形成转动副转动连接，类似的，第二支链第二连杆232一端与第二支链第一连杆231通过形成转动副转动连接，另一端与连接件510通过形成转动副转动连接。

当需要使得输出部600绕着第一方向，即绕着X轴的方向转动时，只需要启动第二驱动件210，通过在第二驱动件210的带动下即可使得转向杆220带动第二支链第一连杆231，第二支链第二连杆232，连接件以及输出部600共同绕着X轴的方向转动，进而实现输出部600沿着X方向的转动，即实现输出部600在第一方向上的转动。

请参阅图1-图4，第三支链部300包括从动万向节320，转动连接的第三支链第一连杆310和第三支链第二连杆330，从动万向节320固定设置在基部400上。从动万向节320包括万向连接的固定件321和从动杆322，固定件321和从动杆322形成具有万向副中心点U的万向副，使得从动杆322可以围绕万向副中心点U以相对于固定件321实现多个自由度的运动。对于固定件321和从动杆322万向连接形成的万向副的具体结构，在现有技术中存在多种实施方式，具体不在赘述。

固定件321固定设置在基部400上，从动杆322的一端与固定件321万向连接，另一端与第三支链第一连杆310固定连接。优选为从动杆322即为第三支链第一连杆310。在图2这一实施例所示第三支链部300中，从动万向节320的固定件321和基部400通过螺栓相固连，从动杆322和固定件321万向连接在一起形成万向副，该万向副为从动副。第三支链第一连杆310的一端和从动杆322固定连接。第三支链第二连杆330通过形成的转动副转动连接于第三支链第一连杆310中部适当位置，连接件510和第三支链第一连杆310的另一端（第三支链第一连杆310远离基部400的顶部）通过形成的转动副转动连接。

输出部600上的远程运动中心点M与万向副的万向副中心点U处于与X轴平行的同一条直线上。第三支链第二连杆330相对于连接件510平行设置，第三支链第二连杆330的一端与第三支链第一连杆310转动连接，另一端与输出部600转动连接，使得第三支链第一连杆310、连接件510、输出部600和第三支链第二连杆330能够顺次转动连接以至少形成一闭合的平行四边形结构。

这样设置的目的在于，通过形成一闭合的平行四边形结构，能够使得第三支链第一连杆310上所在直线上的任意一点的运动状态均与输出部600上所在直线相对应的匹配点的运动状态同一，即保持一致。

在图2这一具体的实施例中，输出部600与连接件510通过形成的转动副转动连接，与第三支链第二连杆330通过形成的转动副转动连接，在运动过程中，输出部600与第三支链第一连杆310保持平行，同时连接件510和第三支链第二连杆330也维持平行状态，这四根连杆共同构成了一个平行四边形结构。使得能够通过第一、第二、第三支链部的协调运动来实现输出杆件绕远心点M的转动，从而满足了特定的运动任务需求。

此时通过调整第三支链第一连杆310的运动状态，即可使得输出部600实现相同的运动状态。自然容易理解，此时通过该设置，实现了将输出部600上的远程运动中心点M的运动状态的运动状态控制变化为对于第三支链第一连杆310上与远程运动中心点M匹配的位置点的控制。

进而，由于输出部600上的远程运动中心点M与万向副的万向副中心点U处于与X轴平行的同一条直线上，二者对应设置，此时将解耦式两转远程运动中心机构绕远程运动中心点M运动转化为了绕万向副中心点U运动，使得成为了绕解耦式两转远程运动中心机构中的某一具体的结构点运动。

请继续参阅图1，远程运动中心点M，万向副中心点U与第二驱动件210的第一转向轴R1处于同一条直线上，第一转向轴R1与X轴平行。

由此，通过该设计，当第二驱动件210沿第一转向轴R1转动时，带动转向杆220绕第一转向轴R1转动，进而带动第二支链第一连杆231、第二支链第二连杆232、第三支链第一连杆310和输出部600沿第一转向轴R1转动，又由于远程运动中心点M与第一转向轴R1处于同一直线，自然实现输出部600绕远程中心点的第一转向轴R1所在的方向转动。

优选的，输出部600，第三支链第一连杆310、第三支链第二连杆330、连接件510、第二支链第一连杆231和第二支链第二连杆232设置在一个平面上，远程运动中心点M设置在万向副中心点U的远端，第二驱动件210设置在万向副中心点U的近端。这样设计的好处在于，能够很好的降低结构设计和制造难度，便于推广应用。

请继续参阅图1，图5，第一支链部100包括第一驱动件110和第一转动组件120。第一转动组件120包括第一支链第一连杆121和第一支链第二连杆122。第一支链第二连杆122和第一支链第一连杆121分别与所述连接件510和所述第一驱动件110绕所述第一方向转动连接。第一支链第一连杆121的一端与第一驱动件110转动连接，另一端与第一支链第二连杆122的一端转动连接。第一支链第二连杆122的一端与第一支链第一连杆121转动连接，另一端与连接件510转动连接。第一驱动件110沿X方向设置，用于带动第一支链第一连杆121沿X方向运动。第一支链第一连杆121和第一支链第二连杆122设置在Y-Z平面上，使得当第一驱动件110带动第一转动组件120沿X方向运动时，第一支链第一连杆121和第一支链第二连杆122在X方向的运动与第一驱动件110在X方向上的运动状态同一，即保持一致。

为了更好的说明输出部600围绕远程中心点做第二方向的运动过程，此时定义第三支链第一连杆310与连接件510转动连接的位置为第二转向点R2。

当控制第一驱动件110沿第一方向往复运动时，在图1这一具体的实施例中为控制第一驱动件110沿X轴所在方向往复运动时，会通过第一支链第一连杆121和第一支链第二连杆122带动连接件510也沿着X轴所在的方向运动。然而，由于连接件510和第三支链第一连杆310的一端转动连接，且第三支链第一连杆310的另一端与基部400转动连接，其在X轴所在的方向无法移动。此时连接件510为了适应第二转动组件230的往复运动，会使得第二转向点R2以万向副中心点U为圆心，以第三支链第一连杆310的尺寸长度为半径，做圆弧运动，即使得第二转向点R2带动第三支链第一连杆310在X-Z平面内绕万向副中心点U做圆周运动，也即绕着Y轴方向转动。而又由于第三支链第一连杆310与输出部600为平行四边形的对边，远程运动中心点M和万向副中心点U对应，进而使得输出部600围绕着远程运动中心点M绕第二方向，即Y轴所在方向转动。

由此，当需要使得输出部600围绕远程中心点做第二方向，即Y轴所在方向运动时，只需通过使得第一驱动件110带着第一支链第一连杆121和第一支链第二连杆122沿着第一方向做远近运动，即沿着X方向做远近运动，即可实现输出部600围绕远程中心点M做第二方向的运动。

优选地，第一驱动件110优选为滚珠丝杠，通过利用滚珠丝杠的传动效率，使得在图5这一实施例中第一驱动件110末端的输出杆件能够绕远程运动中心点M进行垂直于纸面法线方向（即Y向）的转动。第一支链部100的第一支链第一连杆121通过形成转动副直接与丝杠机构相连的平台进行转动连接，进而实现与滚珠丝杠的转动连接。类似于第一支链第一连杆121通过第二转动副与平台相连接，而第一支链第二连杆122则通过形成转动副与第一支链第一连杆121相连接。最后，连接件510通过第一支链第二连杆122形成转动副实现转动连接。

可以理解，将第一驱动件110设置为滚珠丝杠的好处在于，通过滚珠丝杠来使得第一驱动件110带动第一支链第一连杆121和第一支链第二连杆122沿X轴所在方向运动时，由于滚珠丝杠是利用将转向运动转化为平面运动，因此其可以提高更高的沿X轴所在方向时的运动精度，进而可以使得输出部600沿Y轴转动时的控制精度更高。对于滚珠丝杠的具体结构，在现有技术中存在诸多方案，本发明对此不做限制。

由此，通过本发明提供的方案，能够提供一种调节精度更高、稳定性更好、适用场景更加广泛的远程运动中心机构。

一方面，在使得输出部600围绕Y轴所在方向转动时，由于本发明的方案是通过设置第一支链部100来实现，即通过第一驱动件110在X方向的横向运动来实现，此时能够实现对于输出部600在Y轴旋转方向上更加精细的调节，进而更好的满足远程运动中心机构精密操作的目的。

可以理解，提高控制精度对于远程运动中心机构的实际使用中具有特定的意义，因为远程运动中心机构往往应用于操作空间小，操作精度高的场景，例如在将其应用于眼部的手术操作中时，由于眼睛本身的精密性，远程运动中心机构的精度的提高对于整个眼科手术中带来的安全性和容错性的提升明显，甚至直接决定了是否可以将其应用于该操作场景中。

另一方面，通过设置第二支链部200、第一支链部100和第三支链部300，并且使得第二支链部200、第一支链部100和第三支链部300都和基部400固定连接，能够很好的实现对于输出部600和连接件510的支撑固定，使得在该结构的情况下能够承载更重的输出部600，以及具有更好的稳定性。

再一方面，通过将第二驱动件210和第一驱动件110设置在第二支链部200和第一支链部100上，实现了两转运动之间的解耦，能够使得驱动件可以尽可能地远离远程运动中心点M，进而更好的适配更多的使用场景。因为在一些特定的远程运动中心机构的使用场景中，考虑到驱动件本身的噪音和辐射，需要尽可能地远离被操作人员，即需要尽可能远离远端。

又一方面，通过将本发明提供的第二驱动件210和第二转向区间布置在输出部600的同一侧，这种布局显著减小了转动惯量，从而提高了机构的响应速度和控制精度。机构的设计简化了控制过程，提高了刚度，确保了高精度和高稳定性，这些特性使得本机构在需要高精度远程控制的应用场景中表现出色，如复杂光学系统中子镜模块的装配和调整或微创手术、穿刺手术和内窥镜检查等医疗领域。

请继续参阅图1，第二支链部200的第二支链第一连杆231和第二支链第二连杆232设置在X-Z平面内，第一支链部100的第一支链第一连杆121和第一支链第二连杆122设置在Y-Z平面内，这样设置的好处在于，能够使得第二支链部200和第一支链部100更好的适应两转运动。

例如，当通过第二驱动件210实现输出部600绕着第一方向转动时，第一方向例如为X轴方向，此时由于第二支链第一连杆231和第二支链第二连杆232设置在X-Z平面内，此时其相对于第二驱动件210保持静止，进而不会导致连接件510相对于第二驱动件210产生相对运动，进而实现第二驱动件210对于输出部600沿第一方向的转动。同时，此时的第一支链部100中的第一支链第一连杆121和第一支链第二连杆122会根据连接件510绕第一方向转动的情况而调整连接件510、第一支链第一连杆121、第一支链第二连杆122和第一驱动件110间的转动角度，实现随动。

类似的，当通过第一驱动件110实现输出部600绕着第二方向转动时，第二方向例如为Y轴方向，此时由于第一支链第一连杆121和第一支链第二连杆122设置在Y-Z平面内，而第一驱动件110带动第一支链第一连杆121和第一支链第二连杆122沿X轴方向运动时，第一支链第一连杆121和第一支链第二连杆122不会相对于第一驱动件110运动，进而使得第一支链部100和连接件510保持相对静止，进而给予连接件510在X轴方向运动的力。然而由于第三支链第一连杆310的限制，导致连接件510绕万向副中心点U做圆弧运动，此时第一支链第一连杆121和第一支链第二连杆122调整连接件510、第一支链第一连杆121、第一支链第二连杆122和第一驱动件110间的转动角度以适配该运动。

对于第二支链部200而言，由于转向杆220的存在，在该运动中，第二支链第一连杆231和第二支链第二连杆232会调整连接件510、第二支链第二连杆232、第二支链第一连杆231和转向杆220两两之间的角度以适配该运动，而转向杆220与第二驱动件210此时保持静止。

因此自然可以理解，在本发明方案中，第二支链部200的转向杆220必不可少，其承担了第二支链部200在输出部600进行两转时的和谐和顺利进行。

请继续参阅图1，连接件510上还固定设置有从连件511，从连件511用于与第一支链部100的第一支链第二连杆122通过形成转动副转动连接，优选的，该转动副沿X轴方向设置，以更好地适配第一支链和连接件510。

综上所述，本发明提供了一种两转远程运动中心机构，通过其创新设计在复杂光学系统子镜模块装配和调整领域展现了显著优势。具体而言，本机构的第一、第二、第三支链部300协同工作，使得输出机构能够精确地绕远心点M进行既定的转动，这些转动包括绕第一方向（图中为X轴）和绕与第一方向垂直的第二方向（示意性附图图中为垂直于纸面的法线方向，即Y轴）的运动，从而满足对高精度运动控制的需求。此外，通过将第二驱动件210和第一驱动件110均布置在输出部600的同一侧，这种布局不仅减少了转动惯量，而且简化了控制流程，增强了机构的刚度和稳定性。

因此，本发明提供的方案在远程运动精度要求较高的复杂光学系统中子镜模块的装配和调整表现出色，可保证绕调整点进行稳定而精确的运动，如复杂光学系统中子镜模块的装配和调整或微创手术、穿刺手术和内窥镜检查等医疗领域。

相应的，本发明还提供一种机器人，包括本发明第一方面所述的两转远程运动中心机构。

在一种优选的实施方式中，机器人包括操作件，控制器单元，信息获取单元和包括前述解耦式两转运动中心机构的机械臂，用于对待操作组织/部件完成指定操作。

信息获取单元能够获取到被操作区域的信息并将其通信传输给控制器单元，在一种具体的实施方式中，信息获取单元包括为视觉相机，视觉相机可以获取待操作区域的信息，在另一种可替换的实施方式中，信息获取单元为声纳，通过声音获取待操作区域的信息。在又一种可替换的实施方式中，信息获取单位为核磁共震动成像单元，利用核磁共振实现对于待操作区域的信息。

机械臂单元上设置有前述解耦式两转运动中心机构，解耦式两转运动中心机构的输出部与操作件固定连接，操作件被设置为与待操作组织/部件接触以完成对于待操作组织/部件的操作。在一种具体的实施方式中，操作件为可用于医疗手术的手术刀或其它医疗器械；在另一种可替换的实施方式中，操作件为可用于月球建造探测的施工部件；在又一种可替换的实施方式中，操作件为用于大口径空间望远镜安装维护的安装部件。

控制器单元用于与信息获取单元和机械臂通信连接，以根据获取到的待操作区域的信息用于分别控制第一支链部的第一驱动件和第二支链部的第二驱动件以实现操作件绕远程运动中心点调整至设定姿态。

当该机器人用于微创手术中时，例如对于腹腔胸腔微创手术来说，机械臂的解耦式两转远程运动中心机构的远程中心优选为患者皮肤上的微创点，通过控制器独立控制第一驱动件和第二驱动件，进而与使得与输出部固定连接的医疗器械的末端可以到达病人的患处，实现精密的微创治疗。

又例如，当该机器人用于眼部微创手术中时，由于手术中医疗器械的操作范围通常很小，但角度变化可能很大，因此用该机器人进行微创手术可以避免手臂的大范围运动，通过连杆的弯折变形灵活安排器械末端的位置以适应不同的应用要求，与手术室的环境更加兼容。

相应的，本发明还提供一种空间望远镜系统，包括本发明第一方面所述的解耦式两转远程运动中心机构。

具体地，空间望远镜系统包括望远镜单元，机械臂单元、子镜模块和存储模块。存储模块可存储能够安装于望远镜单元上的子镜模块，优选地，存储模块还可以存储用于替换子镜模块上镜面的更替镜面。多个所述子镜模块可拆固定在所述望远镜单元上形成大口径空间望远镜。

望远镜单元可以与子镜模块可拆固定，用于为子镜模块提供起始安装区域，使得子镜模块可以在望远镜单元上进行集成扩展，在轨组装形成大口径空间望远镜。

机械臂模块包括本申请第一方面所述的解耦式两转远程运动中心机构，用于抓取目标部件至指定位置，目标部件例如可以是子镜模块或者是用于替换子镜模块上镜面的更替镜面，当然，也可是其它部件，本发明对此不做限制。

对于多个子镜模块的装调，在现有方案中存在诸多方式，具体不再赘述，例如申请号CN2023116396510中详细公开了多个子镜模块间的装调方式。同样的，对于多个子镜模块间的对接结构，在现有方案中存在诸多方式，具体不再赘述，例如申请号CN2024104870411中详细公开了多个子镜模块间的对接结构。

类似的，对于对特定子镜上的镜面替换，现有技术中存在诸多实施方式，例如CN202411133618.5公开了模块化大口径空间望远镜镜面替换系统和方法。

以上对本发明的方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

在整篇说明书中提到“一个实施例”、“实施例”或“具体实施例”意指与结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中，并且不一定在所有实施例中。因而，在整篇说明书中不同地方的短语“在一个实施例中”、“在实施例中”或“在具体实施例中”的各个表象不一定是指相同的实施例。此外，本发明的任何具体实施例的特定特征、结构或特性可以按任何合适的方式与一个或多个其他实施例结合。应当理解本文所述和所示的发明实施例的其他变型和修改可能是根据本文教导的，并将被视作本发明精神和范围的一部分。

还应当理解还可以以更分离或更整合的方式实施附图所示元件中的一个或多个，或者甚至因为在某些情况下不能操作而被移除或因为可以根据特定应用是有用的而被提供。

另外，除非另外明确指明，附图中的任何标志箭头应当仅被视为示例性的，而并非限制。此外，除非另外指明，本文所用的术语“或”一般意在表示“和/或”。在术语因提供分离或组合能力是不清楚的而被预见的情况下，部件或步骤的组合也将视为已被指明。

Claims (10)

1.一种解耦式两转远程运动中心机构，其特征在于，包括：

基部；

输出部，可绕远程运动中心点旋转；

连接件，与所述输出部转动连接，并与所述基部在第一方向平行；

第一支链部，包括第一转动组件和与所述基部固定的第一驱动件；所述第一转动组件两端分别与所述连接件和所述第一驱动件绕所述第一方向转动连接；

第二支链部，包括顺次连接的第二转动组件，转向杆和与所述基部固定的第二驱动件；所述第二转动组件两端分别与所述转向杆和所述连接件绕第二方向转动连接；

第三支链部，一端与所述基部万向连接，另一端与所述输出部和连接件构成平行四边形结构；

其中，所述输出部，连接件，第二支链部和第三支链部位于同一平面，所述第一驱动件可带动所述第一转动组件沿第一方向往复运动以使所述输出部绕第二方向转动；所述第二驱动件可带动所述转向杆和输出部绕第一方向转动，以解耦两维转动。

2.根据权利要求1所述的解耦式两转远程运动中心机构，其特征在于，所述第二支链部的转向杆包括固定连接的第一段和第三段，所述第一段的转动轴设置在第一方向，所述第三段的转动轴设置在第二方向，所述第一方向和第二方向相互垂直；其中

所述第一段与所述第二驱动件的输出端固定连接，以使所述第二驱动件带动所述输出部绕所述第一方向转动；

所述第三段与所述第二转动组件转动连接以使所述第二转动组件可绕第二方向转动。

3.根据权利要求2所述的解耦式两转远程运动中心机构，其特征在于，所述第二转动组件包括绕所述第二方向转动连接的第二支链第一连杆和第二支链第二连杆，所述第二支链第一连杆一端与所述转向杆的第三段绕所述第二方向转动连接，另一端与所述第二支链第二连杆的一端转动连接；所述第二支链第二连杆的另一端与所述连接件绕所述第二方向转动连接。

4.根据权利要求2所述的解耦式两转远程运动中心机构，其特征在于，所述第二支链部的转向杆还包括与第一段和第三段固定连接的第二段，所述第二段的转动轴设置在第三方向，所述第一支链部、第二支链部和第三支链部设置在所述基部的所述第三方向的同侧；其中

所述第一方向为远近方向，所述第三支链部的远侧设置有所述输出部，所述第三支链部的近侧设置有所述第一支链部和第二支链部；和/或，所述第二方向为内外方向，所述第一支链部设置在所述第二支链部的外侧。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的解耦式两转远程运动中心机构，其特征在于，所述第三支链部包括与所述输出部平行的第三支链第一连杆，与所述连接件平行的第三支链第二连杆和从动万向节；

所述从动万向节包括万向连接的固定件和从动杆，所述固定件与所述基部固定连接；

所述第三支链第一连杆一端与所述连接件转动连接，另一端与所述从动万向节的从动杆固定连接；

所述第三支链第二连杆一端与所述输出部转动连接，另一端与所述第三支链第一连杆转动连接。

6.根据权利要求5所述的解耦式两转远程运动中心机构，其特征在于，所述固定件和所述从动杆的运动中心点，所述远程运动中心点和所述第二驱动件的转动轴线在所述第一方向上共线。

7.根据权利要求1-4中任意一项所述的解耦式两转远程运动中心机构，其特征在于，所述第一转动组件包括绕第一方向转动设置的第一支链第一连杆和第一支链第二连杆，所述第一支链第一连杆一端与所述第一驱动件绕第一方向转动连接，另一端与所述第一支链第二连杆的一端绕第一方向转动连接；所述第一支链第二连杆的另一端与所述连接件绕第一方向转动连接。

8.根据权利要求7所述的解耦式两转远程运动中心机构，其特征在于，所述第一驱动件为能带动所述第一转动组件在第一方向平动的滚珠丝杠，以实现所述输出部绕第二方向转动；

和/或，所述解耦式两转远程运动中心机构还包括从连件，所述从连件固定设置在所述连接件上与所述第一转动组件绕第一方向转动连接。

9.一种机器人，其特征在于，包括操作件，控制器单元，信息获取单元和机械臂，所述机械臂包括基于权利要求1-8中任意一项所述的解耦式两转远程运动中心机构，所述控制器单元，信息获取单元和机械臂通信连接；其中，

所述信息获取单元用于获取待操作区域的信息并传递给控制器单元；

所述解耦式两转运动中心机构的输出部与所述操作件固定连接，所述操作件与待操作组织/部件接触；其中所述操作件为用于医疗手术的医疗部件，或者是用于大口径空间望远镜安装维护的安装部件，或者是用于月球建造探测的施工部件；

所述控制器单元用于根据待操作区域的信息控制所述第一驱动件和第二驱动件，以使所述操作件可绕所述远程运动中心点调整至设定姿态。

10.一种空间望远镜系统，其特征在于，包括望远镜单元、机械臂单元、子镜模块和存储模块；

多个所述子镜模块可拆固定在所述望远镜单元上形成大口径空间望远镜；

所述存储模块存储有多个目标部件，所述目标部件为子镜模块或用于替换所述子镜模块上镜面的更替镜面；

所述机械臂单元包括基于权利要求1-8中任意一项所述的解耦式两转远程运动中心机构，所述输出部用于抓取目标部件；其中，

所述机械臂单元用于抓取子镜模块或者更替镜面以带动目标部件运动至指定位置，实现对目标部件的安装更换。