手术机器人及其机械臂制造技术

本发明专利技术提供了一种手术机器人及机械臂；机械臂包括水平移动关节、竖直移动关节和第二传动机构，水平移动关节包括N个上下堆叠的水平移动模块，第一个水平移动模块用以连接外部固定架，其余用以沿水平方向运动，第m个水平移动模块滑动连接第m‑1个水平移动模块，第N个水平移动模块连接竖直移动关节，第二传动机构包括第二制动轮和第三柔性体，第二制动轮设于第N个水平移动模块上，第三柔性体的第二本体围绕并部分固连第二制动轮，第二本体的第三、四端分别与第三柔性体的第三、四延伸部的一端连接，第三、四延伸部的另一端分别与第一个水平移动模块的不同端连接，第三、四延伸部被布置为当水平移动关节移动时，两者的位移变化量相等。

Operation robot and its manipulator

The invention provides an operating robot and a mechanical arm; the manipulator includes a horizontal moving joint, a vertical moving joint, and a second transmission mechanism. The horizontal moving joint includes a horizontal moving module with N stacked up and down. The first horizontal moving module is used to connect the external fixator, the rest is used to move along the horizontal direction, and the first m water is used. The flat moving module connects the 1 horizontal moving modules m, the N horizontal moving module connects the vertical moving joint, the second transmission mechanism includes the second brake wheel and the third flexible body, the second brake wheel is on the N horizontal moving module, the second body of the third flexible body is surrounded by and partially connected with the second brake wheel, second The third, fourth end of the body is connected to one end of the third, fourth extension of the third flexible body respectively, and the other end of the third, fourth extension is connected to the different ends of the first horizontal moving module respectively. The third, fourth extension is arranged to be equal when the horizontal moving joint moves.

【技术实现步骤摘要】
手术机器人及其机械臂本申请是申请号为201610498120.8的分案申请。
本专利技术涉及医疗器械
，特别涉及一种用于进行微创伤手术的医疗机械臂以及手术机器人。
技术介绍
手术机器人作为医疗领域的一个新型发展方向，受到了越来越多的重视，因而，对其的研究也显得越发的重要。一般，医疗手术机器人需要在满足手术所需功能的前提下，尽可能的一体化、轻便化、智能化，这主要体现在手术机器人的各个关节的结构上。其中，机械臂作为手术机器人的一个重要结构，对手术机器人的硬件性能、手术效果等起到了至关重要的作用。在手术过程中或手术前后，机械臂主要用于对手术的执行端进行位置调整，其操作的简便性、以及功能的齐全性等，是现阶段机械臂的设计的主要方向。具体而言，现有的手术机器人是通过平面运动来实现空间运动，故平面运动是机械臂运动的基础。机械臂，若具有良好的平面运动，其不仅可以很好地完成空间运动任务，同时还能简化针对机械臂的控制算法。但是，目前机医疗手术机器人上使用的机械臂还存在着诸多问题：第一、现有的机械臂通常采用连杆或者齿轮作为传动机构，以实现平面运动控制，此较大增加了机械臂的尺寸；而且，由连杆或齿轮构成的传动机构，虽然可以提升传动机构的刚度，但是由于传动链复杂，因而，容易出现安装或者加工上的问题，从而影响机械臂的性能；第二、现有的机械臂往往采用多个传动机构实现平面运动控制，增加了机械臂的总体质量，既不便于使用，而且与轻量化发展要求不符；第三、由于机械臂仅需要在平面内实现x轴、y轴和z轴方向的移动，因此，一般仅需通过对应的移动关节实现平面内的运动即可；然而，现有的机械臂会通过旋转关节实现平面内的运动，造成了运动关节的相互交错，不仅运动复杂、而且控制难度大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种手术机器及其机械臂，以解决现有的机械臂之传动机构复杂、质量大，以及机械臂之关节运动复杂、控制难度高等问题中的一个或者多个问题。为实现上述目的以及其它相关目的，本专利技术提供了一种机械臂，包括具有一连接器的竖直移动关节，所述竖直移动关节用以驱动与所述连接器连接的外部构件沿竖直方向移动，其中：所述机械臂还包括重力平衡机构以及第一传动机构，所述重力平衡机构通过第一传动机构与所述连接器连接，以配平所述连接器和外部构件的重力；其中，所述重力平衡机构包括配平结构以及第一柔性体，所述第一传动机构包括比例轮以及第二柔性体，所述比例轮包括同轴安装且同步转动的内轮和外轮；所述第一柔性体的一端与所述配平结构连接，所述第一柔性体的另一端与所述比例轮的内轮连接，所述第二柔性体包括第一本体、第一延伸部和第二延伸部，所述第一本体包括第一端和第二端，所述第一本体围绕并部分固连所述外轮的外围，所述第一本体的第一端围绕所述外轮的方向与第一柔性体围绕所述内轮的方向相反，所述第一本体的第一端延伸与第一延伸部的一端连接，所述第一本体的第二端延伸与第二延伸部的一端连接，所述第一延伸部的另一端与所述连接器的上部连接，所述第二延伸部的另一端与所述连接器的下部连接，且所述第一延伸部和第二延伸部被配置为当连接器移动时，所述第一延伸部和第二延伸部的位移变化量相等。优选地，所述配平结构为一恒力弹簧，所述恒力弹簧用以对所述比例轮施加恒定的力矩。优选地，所述重力平衡机构还包括一第一转向轮，所述第一转向轮设置于所述比例轮的一侧；与所述恒力弹簧连接后，所述第一柔性体延伸经过所述第一转向轮的转向后与所述内轮连接。优选地，所述第一柔性体位于所述恒力弹簧与第一转向轮之间的部分沿水平方向延伸，所述第一柔性体位于第一转向轮与所述内轮之间的部分垂直于水平方向延伸。优选地，所述重力平衡机构还包括水平放置的滑动槽以及滑动布置在滑动槽中的弹簧接头；所述第一柔性体通过所述弹簧接头与所述恒力弹簧连接；其中，所述滑动槽用以限定所述第一柔性体位于所述恒力弹簧与第一转向轮之间的部分仅沿水平方向运动。优选地，所述第一传动机构还包括第二转向轮、第三转向轮、第四转向轮和第五转向轮；其中，所述第三转向轮位于所述比例轮远端，所述第二转向轮位于第三转向轮的上侧，所述第四转向轮位于第二转向轮的远端上侧，所述第五转向轮位于第三转向轮的远端下侧；所述第一延伸部与第一本体的第一端连接，并延伸通过第二转向轮和第四转向轮，然后与所述连接器的上部连接，所述第二延伸部与第一本体的第二端连接，并延伸通过第三转向轮和第五转向轮，然后与所述连接器的下部连接，所述第一延伸部延伸通过第二转向轮转向后的延伸方向与第二延伸部延伸通过第三转向轮后的延伸方向相背离，所述第一延伸部延伸通过第四转向轮转向后的延伸方向与第二延伸部延伸通过第五转向轮后的延伸方向相向；并且，位于第四转向轮与连接器之间的第二柔性体与位于第五转向轮与连接器部分的第二柔性体共线或相互平行，位于第四转向轮与第二转向轮之间的第二柔性体与位于第五转向轮与第三转向轮之间的第二柔性体共线或相互平行，位于第四转向轮与连接器之间的第二柔性体与位于第四转向轮与第二转向轮之间的第二柔性体相互平行。优选地，所述第一传动机构还包括位于第二转向轮近端的第一转向轮组，所述第一转向轮组包括第六转向轮和第七转向轮，所述第六转向轮和第七转向轮同轴布置且各自转动；所述第一延伸部与所述第一本体的第一端连接，并延伸通过第一转向轮组中的一转向轮后，再延伸通过第二转向轮和第四转向轮，然后与连接器的上部连接，所述第二延伸部与所述第一本体的第二端连接，并延伸通过第一转向轮组中的另一转向轮后，再延伸通过第三转向轮和第五转向轮，然后与连接器的下部连接。优选地，所述第一传动机构还包括第二转向轮组和第三转向轮组，所述第二转向轮组包括第八转向轮和第九转向轮，所述第八转向轮和第九转向轮同轴布置且各自转动，所述第三转向轮组包括第十转向轮和第十一转向轮，所述第十转向轮和第十一转向轮同轴布置且各自转动；其中，所述第二转向轮组和第三转向轮组位于第二转向轮的近端，且所述第二转向轮组位于第三转向轮组的上侧；所述第一延伸部连接第一本体的第一端后，先后延伸通过第二转向轮组中的一转向轮和第三转向轮组中的一转向轮，再延伸通过第二转向轮和第四转向轮与连接器的上部连接，所述第二延伸部连接第一本体的第二端后，先后延伸通过第二转向轮组中的另一转向轮和第三转向轮组中的另一转向轮，再延伸通过第三转向轮和第五转向轮与连接器的下部连接。优选地，所述机械臂还包括一水平移动关节，所述水平移动关节通过一连接臂与竖直移动关节连接，用以驱动与所述连接器连接沿水平方向移动；其中，所述连接臂具有一内腔，所述重力平衡机构设置于所述内腔中，并且，所述第一传动机构中的比例轮也设置于所述内腔中。优选地，所述机械臂还包括一水平移动关节，所述水平移动关节通过一连接臂与竖直移动关节连接，用以驱动与所述连接器连接的所述外部构沿水平方向移动；其中，所述连接臂具有一内腔，所述重力平衡机构设置于所述内腔中，所述第一传动机构中的比例轮也设置于所述内腔中，并且，所述第二转向轮、第三转向轮、第四转向轮和第五转向轮均设置于所述竖直移动关节上。优选地，所述机械臂还包括旋转关节和连接件，所述旋转关节包括外筒和转轴，所述外筒与连接臂连接，所述转轴与连接件连接，所述连接件与竖直移动关节连接，所述第二转向轮组置于外筒内，所述第三转向轮组置于连本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机械臂，包括水平移动关节、竖直移动关节和第二传动机构；所述水平移动关节用以沿水平方向运动，以驱动所述竖直移动关节沿水平方向运动，所述竖直移动关节用以沿竖直方向移动；所述水平移动关节包括N个上下堆叠的水平移动模块；第一个水平移动模块用以连接一外部固定架，其余水平移动模块用以沿水平方向运动；第m个水平移动模块滑动连接第m‑1个水平移动模块，第N个水平移动模块连接所述竖直移动关节；N为大于或等于2的自然数，m为2至N中的所有自然数。所述第二传动机构包括第二制动轮和第三柔性体；所述第二制动轮设置于第N个水平移动模块上；所述第三柔性体包括第二本体、第三延伸部以及第四延伸部，所述第二本体包括第三端和第四端；所述第二本体围绕并部分固连所述第二制动轮，所述第三端与所述第三延伸部的一端连接，所述第四端与所述第四延伸部的一端连接，所述第三延伸部的另一端与第一个水平移动模块的一端连接，所述第四延伸部的另一端与第一个水平移动模块的另一端连接；所述第三延伸部和所述第四延伸部被布置为当所述水平移动关节移动时，所述第三延伸部和所述第四延伸部的位移变化量相等。

【技术特征摘要】
1.一种机械臂，包括水平移动关节、竖直移动关节和第二传动机构；所述水平移动关节用以沿水平方向运动，以驱动所述竖直移动关节沿水平方向运动，所述竖直移动关节用以沿竖直方向移动；所述水平移动关节包括N个上下堆叠的水平移动模块；第一个水平移动模块用以连接一外部固定架，其余水平移动模块用以沿水平方向运动；第m个水平移动模块滑动连接第m-1个水平移动模块，第N个水平移动模块连接所述竖直移动关节；N为大于或等于2的自然数，m为2至N中的所有自然数。所述第二传动机构包括第二制动轮和第三柔性体；所述第二制动轮设置于第N个水平移动模块上；所述第三柔性体包括第二本体、第三延伸部以及第四延伸部，所述第二本体包括第三端和第四端；所述第二本体围绕并部分固连所述第二制动轮，所述第三端与所述第三延伸部的一端连接，所述第四端与所述第四延伸部的一端连接，所述第三延伸部的另一端与第一个水平移动模块的一端连接，所述第四延伸部的另一端与第一个水平移动模块的另一端连接；所述第三延伸部和所述第四延伸部被布置为当所述水平移动关节移动时，所述第三延伸部和所述第四延伸部的位移变化量相等。2.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述第二传动机构还包括第一滑轮和第二滑轮；所述第三延伸部的另一端通过所述第二滑轮转向后与所述第一个水平移动模块的一端连接，且所述第三延伸部进入所述第二滑轮的方向与离开所述第二滑轮的方向平行；所述第四延伸部的另一端通过所述第一滑轮转向后与所述第一个水平移动模块的另一端连接，所述第四延伸部进入所述第一滑轮的方向与离开所述第一滑轮的方向平行，所述第三延伸部离开所述第二滑轮的方向与所述第四延伸部离开所述第一滑轮的方向平行或者共线。3.根据权利要求2所述的机械臂，其特征在于，所述水平移动模块为两个，所述第二传动机构还包括第三滑轮和第四滑轮；所述第三滑轮和所述第四滑轮位于第二个水平移动模块上并设置于所述第二制动轮的不同侧，所述第一滑轮和所述第二滑轮位于第一个水平移动模块上；所述第三延伸部与所述第三端连接后延伸通过所述第四滑轮、所述第二滑轮与第一个水平移动模块的一端连接；所述第四延伸部与所述第四端连接后延伸通过第三滑轮、所述第一滑轮与第一个水平移动模块的另一端连接；所述第三延伸部延伸通过所述第四滑轮后的延伸方向与所述第四延伸部延伸通过所述第三滑轮后的延伸方向相背离，所述第三延伸部延伸通过所述第二滑轮后的延伸方向与所述第四延伸部延伸通过所述第一滑轮后的延伸方向相向；并且，位于所述第二滑轮与所述第四滑轮之间的第三柔性体延伸方向与位于所述第二滑轮与第一水平移动模块之一端固定点之间的第三柔性体延伸方向平行；位于所述第一滑轮与所述第三滑轮之间的第三柔性体延伸方向与位于所述第一滑轮与第一水平移动模块之另一端固定点之间的第三柔性体延伸方向平行；...

【专利技术属性】
技术研发人员：何超，李涛，王常春，袁帅，杨捷，
申请(专利权)人：微创上海医疗机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31