當前位置:首頁->機械臂轉動關節及醫生機械臂

 機械臂轉動關節及醫生機械臂

 
【申請公布號:CN110393587A;申請權利人:山東威高手術機器人有限公司;發明設計人: 王炳強; 孔康; 張淮峰; 李建民; 江萬里; 孫明云; 隋鵬錦; 孫之建;】
 
摘要:
 
本發明涉及一種機械臂轉動關節及醫生機械臂,其解決了現有微創手術機器人中機械臂的轉動關節體積較大,關節運動檢測裝置的測量精度低的技術問題,其包括基座、第一臂桿、抱閘、轉軸、編碼器、編碼器安裝板、第一同步帶輪、同步帶和第二同步帶輪,抱閘與基座固定連接,第一同步帶輪與基座固定連接,轉軸通過下軸承與基座連接,轉軸的上部分與第一臂桿的下部固定連接,第一臂桿的上部通過上軸承與基座連接,轉軸穿過第一同步帶輪的中心孔,轉軸的下部分設于抱閘的軸孔中,編碼器與第一臂桿固定連接,第二同步帶輪與編碼器的轉軸固定連接,同步帶連接于第二同步帶輪和第一同步帶輪之間。本發明廣泛用于醫療器械技術領域。 
 
主權項:
 
1.一種機械臂轉動關節,其特征在于,包括基座、第一臂桿、抱閘、轉軸、編碼器、第一同步帶輪、同步帶和第二同步帶輪,所述抱閘與基座固定連接,所述第一同步帶輪與基座固定連接,所述轉軸通過下軸承與基座連接,所述轉軸的上部分與第一臂桿的下部固定連接,第一臂桿的上部通過上軸承與基座連接,所述轉軸穿過第一同步帶輪的中心孔,所述抱閘設有抱閘塊和軸孔,所述轉軸的下部分設于抱閘的軸孔中,抱閘的抱閘塊與轉軸連接,所述編碼器與第一臂桿固定連接,所述第二同步帶輪與編碼器的轉軸固定連接,所述同步帶連接于第二同步帶輪和第一同步帶輪之間。 
 
 
要求:

1.一種機械臂轉動關節,其特征在于,包括基座、第一臂桿、抱閘、轉軸、編碼器、第一同步帶輪、同步帶和第二同步帶輪,所述抱閘與基座固定連接,所述第一同步帶輪與基座固定連接,所述轉軸通過下軸承與基座連接,所述轉軸的上部分與第一臂桿的下部固定連接,第一臂桿的上部通過上軸承與基座連接,所述轉軸穿過第一同步帶輪的中心孔,所述抱閘設有抱閘塊和軸孔,所述轉軸的下部分設于抱閘的軸孔中,抱閘的抱閘塊與轉軸連接,所述編碼器與第一臂桿固定連接,所述第二同步帶輪與編碼器的轉軸固定連接,所述同步帶連接于第二同步帶輪和第一同步帶輪之間。
 
2.根據權利要求1所述的機械臂轉動關節,其特征在于,所述機械臂轉動關節還包括連接軸,所述連接軸與基座固定連接,所述上軸承與連接軸連接。
 
3.一種機械臂轉動關節,其特征在于,包括基座、轉軸、第一臂桿、下軸承、上軸承、編碼器、第一同步帶輪和第二同步帶輪,所述轉軸與第一臂桿固定連接,所述轉軸的上端通過上軸承與基座連接,所述轉軸的下端通過下軸承與基座連接,所述第一同步帶輪與基座固定連接,所述轉軸穿過第一同步帶輪的中心孔,所述編碼器與第一臂桿固定連接,所述第二同步帶輪與編碼器的轉軸固定連接,所述同步帶連接于第二同步帶輪和第一同步帶輪之間。
 
4.一種機械臂轉動關節,其特征在于,包括基座、帶輪軸、抱閘及編碼器安裝座、抱閘、轉軸、編碼器、固定同步帶輪、轉動同步帶輪、同步帶、鋼帶、大鋼帶輪和小鋼帶輪,所述帶輪軸與基座固定連接,所述抱閘及編碼器安裝座的左端通過軸承與帶輪軸連接,所述抱閘與抱閘及編碼器安裝座固定連接,所述抱閘設有軸孔,所述編碼器固定連接于抱閘及編碼器安裝座上,所述固定同步帶輪與帶輪軸21固定連接,所述轉動同步帶輪與編碼器中的轉軸固定連接,所述同步帶連接于固定同步帶輪和轉動同步帶輪之間,所述轉軸通過軸承與抱閘及編碼器安裝座的右端轉動連接,轉軸的下部分設于抱閘的軸孔中,所述大鋼帶輪與帶輪軸固定連接,大鋼帶輪的圓周上設有若干個連接柱,所述小鋼帶輪與轉軸固定連接,小鋼帶輪的圓周上設有若干個連接柱,所述鋼帶上設有若干個圓孔,鋼帶的左端套在大鋼帶輪上,大鋼帶輪上的連接柱穿過鋼帶左側的圓孔,鋼帶的右端套在小鋼帶輪上,小鋼帶輪上的連接柱穿過鋼帶右側的圓孔。
 
5.一種醫生機械臂,其特征在于,包括如權利要求球1-4任意一項所述的機械臂轉動關節。
 
6.一種醫生機械臂,其特征在于,包括基座、第一臂桿、第二臂桿和轉動連接座,所述第一臂桿的后端與基座通過如權利要求1-4任意一項所述的機械臂轉動關節連接,第一臂桿能夠在水平面上轉動;所述第二臂桿與轉動連接座通過如權利要求1-4任意一項所述的機械臂轉動關節連接,第二臂桿能夠在垂直面上轉動;轉動連接座與第一臂桿的前端通過如權利要求1-4任意一項所述的機械臂轉動關節連接,轉動連接座能夠在水平面上轉動。
 
 
機械臂轉動關節及醫生機械臂
技術領域
 
本發明涉及微創外科手術機器技術領域,具體而言,涉及一種機械臂轉動關節及醫生機械臂。
 
背景技術
 
參考申請公布號為CN109091237A、名稱為微創手術器械輔助系統的中國發明專利申請,以腹腔鏡為代表的微創外科被譽為20世紀醫學科學對人類文明的重要貢獻之一,微創手術操作是指醫生利用細長的手術工具通過人體表面的微小切口探入到體內進行手術操作的。它與傳統的開口手術相比具有手術切口小、出血量少、術后疤痕小、恢復時間快等優點,這使得病人遭受的痛苦大大減少;因此微創外科被廣泛的應用于臨床手術。
 
參考申請公布號為CN109091238A、名稱為分體式微創手術器械輔助系統的中國發明專利申請,微創外科手術機器人系統包括醫生操作臺,外科醫生通過操作醫生機械臂來精準地控制患者操作臺的器械機械臂上的一個或多個手術器械執行各種手術動作。
 
外科手術器械是外科手術操作的必備工具,其可以執行不同功能,包括夾持、切除、切割、縫合、吻合等。外科手術器械具有不同的配置,其包括執行末端,腕節、器械桿、器械盒等,外科手術器械被插入,穿過開口,以實施遠程外科手術。
 
然而,微創手術機器人在帶來諸多益處的同時,也存在一系列技術缺陷,如:1)手術設備結構復雜,體積龐大,占用手術室的空間,微創手術機器人中機械臂的轉動關節體積較大;2)手術設備昂貴,手術成本高,難以在國內醫院普及;3)機械臂的關節運動檢測裝置的測量精度低。因此,需要對微創手術機器人結構不斷優化,降低成本,縮小體積,以克服上述缺點。
 
發明內容
 
本發明就是為了解決現有微創手術機器人中機械臂的轉動關節體積較大,關節運動檢測裝置的測量精度低的技術問題,提供了一種體積小,關節運動參數測量更準確的機械臂轉動關節及醫生機械臂。
 
本發明提供一種機械臂轉動關節,包括基座、第一臂桿、抱閘、轉軸、編碼器、第一同步帶輪、同步帶和第二同步帶輪,抱閘與基座固定連接,第一同步帶輪與基座固定連接,轉軸通過下軸承與基座連接,轉軸的上部分與第一臂桿的下部固定連接,第一臂桿的上部通過上軸承與基座連接,轉軸穿過第一同步帶輪的中心孔,抱閘設有抱閘塊和軸孔,轉軸的下部分設于抱閘的軸孔中,抱閘的抱閘塊與轉軸連接,編碼器與第一臂桿固定連接,第二同步帶輪與編碼器的轉軸固定連接,同步帶連接于第二同步帶輪和第一同步帶輪之間。
 
優選地,機械臂轉動關節還包括連接軸,連接軸與基座固定連接,上軸承與連接軸連接。
 
本發明還提供一種機械臂轉動關節,包括基座、轉軸、第一臂桿、下軸承、上軸承、編碼器、第一同步帶輪和第二同步帶輪,轉軸與第一臂桿固定連接,轉軸的上端通過上軸承與基座連接,轉軸的下端通過下軸承與基座連接,第一同步帶輪與基座固定連接,轉軸穿過第一同步帶輪的中心孔,所述編碼器與第一臂桿固定連接,所述第二同步帶輪與編碼器的轉軸固定連接,同步帶連接于第二同步帶輪和第一同步帶輪之間。
 
本發明還提供一種機械臂轉動關節,包括基座、帶輪軸、抱閘及編碼器安裝座、抱閘、轉軸、編碼器、固定同步帶輪、轉動同步帶輪、同步帶、鋼帶、大鋼帶輪和小鋼帶輪,帶輪軸與基座固定連接,抱閘及編碼器安裝座的左端通過軸承與帶輪軸連接,抱閘與抱閘及編碼器安裝座固定連接,抱閘設有軸孔,編碼器固定連接于抱閘及編碼器安裝座上,固定同步帶輪與帶輪軸21固定連接,轉動同步帶輪與編碼器中的轉軸固定連接,同步帶連接于固定同步帶輪和轉動同步帶輪之間,轉軸通過軸承與抱閘及編碼器安裝座的右端轉動連接,轉軸的下部分設于抱閘的軸孔中,大鋼帶輪與帶輪軸固定連接,大鋼帶輪的圓周上設有若干個連接柱,小鋼帶輪與轉軸固定連接,小鋼帶輪的圓周上設有若干個連接柱,鋼帶上設有若干個圓孔,鋼帶的左端套在大鋼帶輪上,大鋼帶輪上的連接柱穿過鋼帶左側的圓孔,鋼帶的右端套在小鋼帶輪上,小鋼帶輪上的連接柱穿過鋼帶右側的圓孔。
 
本發明還提供一種醫生機械臂,包括前述機械臂轉動關節。
 
本發明還提供一種醫生機械臂,包括基座、第一臂桿、第二臂桿和轉動連接座,第一臂桿的后端與基座通過前述的機械臂轉動關節連接,第一臂桿能夠在水平面上轉動;第二臂桿與轉動連接座通過前述的機械臂轉動關節連接,第二臂桿能夠在垂直面上轉動;轉動連接座與第一臂桿的前端通過前述的機械臂轉動關節連接,轉動連接座能夠在水平面上轉動。
 
本發明的有益效果是,具有結構輕巧、易操縱,精度高,體積小,成本低的優勢,可實時、準確地反饋機械臂關節運動參數,而且具有鎖緊關節的功能。本發明尤其適用于低速、輕載的使用條件,如以主從跟隨形式操縱的微創手術機器人的醫生機械臂轉動關節。
 
本發明進一步的特征,將在以下具體實施方式的描述中,得以清楚地記載。
 
附圖說明
 
機械臂轉動關節及醫生機械臂
圖1是醫生機械臂的結構示意圖;
 
機械臂轉動關節及醫生機械臂
圖2是第一臂桿和基座之間的關節結構示意圖;
 
機械臂轉動關節及醫生機械臂
圖3是第一同步帶輪和第二同步帶輪的擺動及轉動角度的比例關系示意圖;
 
機械臂轉動關節及醫生機械臂
圖4是不設置抱閘的關節結構示意圖;
 
機械臂轉動關節及醫生機械臂
圖5是增加關節鎖緊力矩的關節結構示意圖;
 
機械臂轉動關節及醫生機械臂
圖6是鋼帶的連接示意圖。
 
圖中符號說明:
 
1.基座,2.第一臂桿,3.第二臂桿,4.手腕,5.抱閘,5-2.抱閘塊,6.連接軸,7.第一同步帶輪,8.第二同步帶輪,9.同步帶,10.編碼器安裝板,11.編碼器,12.上軸承,13.轉動連接座,14.第一關節的轉動軸線,15.第二關節的轉動軸線,16.第三關節的轉動軸線;17.轉軸,18.上軸承,19.下軸承;20.基座,21.帶輪軸,22.抱閘及編碼器安裝座,23.抱閘,24.編碼器,25.軸承,26.固定同步帶輪,27.轉動同步帶輪,28.同步帶,29.鋼帶,29-1.圓孔,30.大鋼帶輪,31.小鋼帶輪,32.軸線一,33.軸線二;34.轉軸,35.下軸承;36.轉軸,37.軸承。
 
具體實施方式
 
以下參照附圖,以具體實施例對本發明作進一步詳細說明。
 
如圖1所示的醫生機械臂,第一臂桿2的后端與基座1通過關節連接,第一臂桿2能夠在水平面上轉動,第二臂桿3與轉動連接座13通過關節連接,第二臂桿3能夠在垂直面上轉動,轉動連接座13與第一臂桿2的前端通過關節連接,轉動連接座13能夠在水平面上轉動。
 
如圖2所示的第一臂桿2與基座1之間的關節結構,通過螺釘將抱閘5固定安裝在基座1上,第一同步帶輪7與基座1固定連接,連接軸6通過螺釘與基座1固定連接,第一臂桿2的后端的上部通過上軸承12與連接軸6轉動連接。轉軸34的上部分與第一臂桿2的后端的下部通過螺釘固定連接,轉軸34通過下軸承35與基座1轉動連接。轉軸34穿過第一同步帶輪7的中心孔。抱閘5采用現有技術的公知結構,其設有抱閘塊5-2和軸孔,轉軸34的下部分設于抱閘5的軸孔中,抱閘塊5-2通過平鍵與轉軸34連接,斷電狀態下,抱閘塊5-2被抱緊,轉軸34進而被鎖緊而不能轉動;通電狀態下,抱閘塊5-2被釋放,轉軸34進而能夠在下軸承35的支撐下轉動。編碼器安裝板10與第一臂桿2固定連接,編碼器11與編碼器安裝板10固定連接,第二同步帶輪8與編碼器11的轉軸固定連接(第二同步帶輪8轉動能夠帶動編碼器11的轉軸轉動),同步帶9連接于第二同步帶輪8和第一同步帶輪7之間。
 
關節的位置反饋功能依靠編碼器實現,使編碼器11動作產生信號的過程是:基座1靜止不動,使第一臂桿2轉動,同步帶9就會在第一同步帶輪7上纏動,并帶動第二同步帶輪8轉動,也就是實現如圖3所示的行星運動,第二同步帶輪8以第一同步帶輪7的軸線為中心進行公轉的同時,第二同步帶輪8自身進行自轉(自轉的方向與公轉方向相反)。設第二同步帶輪8公轉的角速度為ω1、角度為θ1,第二同步帶輪8自轉的角速度為ω2、角度為θ2,第一同步帶輪7的半徑為R1,第二同步帶輪8的半徑為R2,則有ω1*R1=ω2*R2,即θ1/θ2=ω1/ω2=R2/R1,由此可見,可實現變速、變角度傳動。
 
需要說明的是,如果第一臂桿2靜止不動,使基座1轉動,在第一同步帶輪7轉動帶動第二同步帶輪8轉動,編碼器11也會產生信號。總之,只要第一臂桿2和基座1相對運動,編碼器11就會檢測出運動數據。
 
連接軸6可以被安裝在手術機器人系統的某個支架上。
 
對于作為制動器使用的抱閘5,其主要作用是在不需要第一臂桿2轉動動作的時候將第一臂桿2鎖死。那么,不設置抱閘的關節結構如圖4所示,轉軸17與第一臂桿2的后端固定連接,轉軸17的上端通過上軸承18與基座1連接,轉軸17的下端通過下軸承19與基座1連接,第一同步帶輪7與基座1固定連接,轉軸17穿過第一同步帶輪7的中心孔。編碼器安裝板10與第一臂桿2固定連接,編碼器11與編碼器安裝板10固定連接,第二同步帶輪8與編碼器11的轉軸固定連接(第二同步帶輪8轉動能夠帶動編碼器11的轉軸轉動),同步帶9連接于第二同步帶輪8和第一同步帶輪7之間。編碼器11的檢測工作過程與圖3中編碼器的工作過程相同。
 
對于第二臂桿3與轉動連接座13之間的關節結構,也可以采用圖2或圖4所示結構。對于轉動連接座13與第一臂桿2之間的關節結構,也可以采用圖2或圖4所示結構。
 
如圖5所示的增加關節鎖緊力矩的關節結構,帶輪軸21與基座20固定連接,抱閘及編碼器安裝座22的左端通過軸承25與帶輪軸21轉動連接,抱閘23與抱閘及編碼器安裝座22的右端固定連接,抱閘23設有抱閘塊和軸孔,編碼器24固定安裝在抱閘及編碼器安裝座22上,固定同步帶輪26與帶輪軸21的下端固定連接,轉動同步帶輪27與編碼器24中的轉軸固定連接,同步帶28連接于固定同步帶輪26和轉動同步帶輪27之間,轉軸36通過軸承37與抱閘及編碼器安裝座22的右端轉動連接,轉軸36的下部分設于抱閘23的軸孔中,抱閘23的抱閘塊通過平鍵與轉軸36連接;參考圖6,大鋼帶輪30與帶輪軸21的上部分固定連接,大鋼帶輪30的圓周上設有若干個連接柱30-1,小鋼帶輪31與轉軸36的上部固定連接,小鋼帶輪31的圓周上設有若干個連接柱31-1,鋼帶29上設有若干個圓孔29-1,鋼帶29的左端套在大鋼帶輪30上(連接柱30-1穿過鋼帶29左側的圓孔29-1),鋼帶29的右端套在小鋼帶輪31上(連接柱31-1穿過鋼帶29右側的圓孔29-1),實現傳動。轉動關節的鎖緊依靠鋼帶傳動及抱閘的鎖緊功能實現,抱閘23在通電狀態下,抱閘及編碼器安裝座22以帶輪軸21為中心轉動,轉動同步帶輪27以軸線一32為中心公轉的同時自轉(編碼器24產生信號),轉軸36也會以軸線一32為中心公轉的同時自轉。斷電狀態下,抱閘23的抱閘塊被抱緊,轉軸36進而被鎖緊不能自轉,在鋼帶29的作用下,抱閘及編碼器安裝座22不能以軸線一32為中心轉動,進而實現抱閘及編碼器安裝座22與帶輪軸21的鎖緊制動。設抱閘23的理論最大鎖緊力矩為M1 n.m,關節理論最大鎖緊力矩為M2 n.m。轉軸36與鋼帶29嚙合處半徑為R1,帶輪軸21與鋼帶29嚙合處半徑為R2。則有M1/R1=M2/R2,即M2=M1R2/R1。若R2>R1,則關節鎖緊力矩增大。鋼帶傳動結構彈性變形量小,不打滑,抗拉強度高。
 
應用圖5所示的關節結構時,將機械臂的臂桿與抱閘及編碼器安裝座22固定連接。
 
以上示意性的對本發明及其實施方式進行了描述,該描述沒有限制性,附圖中所示的也只是本發明的實施方式之一,實際的結構并不局限于此。所以,如果本領域的技術人員受其啟示,在不脫離本發明創造宗旨的情況下,采用其它形式的零件構型、驅動裝置以及連接方式不經創造性的設計與該技術方案相似的結構方式及實施例,均應屬于本發明的保護范圍。
 
Copyright © 寧波鄞州app澳门赌博同步帶輪有限公司 2007-2019 All Rights Reserved.
電話:4006-574-123/0574-27834692 傳真:0574-27834691
地址:寧波鄞州區中興路39弄29號 E-Mail:sales@belt-pulley.com  
app澳门赌博公司網絡部提供技術支持