一种医用器械护士辅助机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种医用器械护士辅助机器人，包括移动支撑机构、多功能存储装置、复合式灵巧机械臂、末端执行器和超声波烘干清洗装置。复合式灵巧机械臂采用多自由度刚性机械臂与柔性机械臂结合的结构；末端执行器采用复合式吸取方案，拾取和回收设计为相互垂直分隔式设计，可有效避免器械的交叉污染；多功能存储装置根据手术器械类型、型号的不同分别设置对应的存储盒；医用器械护士辅助机器人在底盘移动模块、底盘减震制动模块及测距模块的配合工作下可实现灵活移动；超声波烘干清洗装置可有效地对末端执行器进行清洗烘干。本发明专利技术具有结构紧凑、控制灵活、使用方便、智能存储、拾取准确的特点，可广泛应用于外科手术医护辅助等工作。

【技术实现步骤摘要】
一种医用器械护士辅助机器人
本专利技术属于智能机器人
，具体涉及一种医用器械护士辅助机器人。
技术介绍
器械护士作为手术介入治疗中必备的人员，在外科手术中承担着向医生传递手术器械的重任，同时也是术中最易受伤和感染的医护人员。新型外科手术的器械护士辅助机器人，能在一定程度上弥补器械护士数量的不足，代替器械护士传递手术器械的工作，减轻器械护士的工作强度；把器械护士从注意力高度集中的传递手术器械的状态中解放出来，提高手术的成功率和减轻患者的负担；减少器械护士在手术中感染高传染性疾病的风险，更好的辅助医护人员。公开号为CN102764156B的中国专利公开了一种外科手术机器人，包括支架、直线运动单元、第一旋转关节、第一连杆、第二旋转关节、第二连杆、第三旋转关节、第三连杆、末端旋转关节、平移运动单元及末端执行器，共包括两个移动自由度以及五个旋转自由度。但是该机器人功能简单、机械手末端缺乏柔性和灵活性。公开号为CN103800082A的中国专利公开了一种旋转展开的盘式多层储存装置，包括储存盘位置控制装置和至少一层储存盘。储存盘位置控制装置包括基座，安装在基座上的电机，每层储存盘包括一个底盘、至少两个扇形盘、与扇形盘数量相等的连杆、一个杆盘和一个驱动装置，驱动装置固定在底盘上，杆盘连接在驱动装置的输出轴上，每根连杆的一端以转动副的形式和杆盘连接，每个扇形盘和底盘一根连杆连杆的另一端的连接处也构成转动副。这种设计方式虽然可存储较多的器械，但是不利于机械臂对器械的拾取且展开后所占空间相对较大，在实际使用时易于其他器械发生干涉，拾取效率低、缺乏可靠性和灵活性。现有的医用外科手术相关的机器人多采用传统多自度刚性机械臂，仅可实现机械臂的运动与操控，功能较为单一，机器人整体的灵活性、智能化、可移动性和可靠性亟需提高。手术器械存储装置一般采用平铺式结构或旋转展开式，将器械按类平铺或者旋转展开在一个平面，不利于器械的无菌化存储，在拾取所需器械时也较为繁琐。设计新型集成化的器械护士机器人，实现外科手术过程中医用器械灵活、可靠、快速、安全的传递与存储，是医用机器人领域急需解决的技术问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是提供一种医用器械护士辅助机器人，解决
技术介绍
中存在的问题。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种医用器械护士辅助机器人，包括：复合式灵巧机械臂、多功能存储装置、移动支撑机构末端执行器和超声波烘干清洗装置；所述的复合式灵巧机械臂和超声波烘干清洗装置安装在移动支撑机构的上方，所述的多功能存储装置安装在移动支撑机构和复合式灵巧机械臂的中间；所述的复合式灵巧机械臂，包括机械臂底座、第一节关节、第二节关节、第三节关节和第四节柔性关节；机械臂底座、第一节关节、第二节关节、第三节关节内部分别安装有伺服电机I-I、伺服电机I-II、伺服电机I-III、伺服电机I-IV；机械臂底座、第一节关节、第二节关节和第三节关节之间依次通过法兰连接，通过内部安装的伺服电机传动；第四节柔性关节和第三节关节通过L形转接头连接；所述的第四节柔性关节，包括三个结构相同的绳驱式万向驱动关节模块、L形转接头、导向轮II、三个气泵、电机架、三个气泵支架、伺服电机II、绳驱轮、导向轮I和驱动绳索。所述绳驱式万向驱动关节模块，包括安装支架、直线驱动臂Ⅰ、直线驱动臂Ⅱ、伸缩柱、气动波纹管、驱动臂、连接支架Ⅰ、连接支架Ⅱ和驱动绳索。三个绳驱式万向驱动关节模块依次通过安装支架连接在一起，第一个绳驱式万向驱动关节模块通过法兰连接到L形转接头上，所述直线驱动臂Ⅰ和直线驱动臂Ⅱ均通过球铰链安装在安装支架上，所述直线驱动臂Ⅰ和直线驱动臂Ⅱ与驱动臂之间均通过伸缩柱连接，所述驱动臂和连接支架Ⅰ通过球铰链连接；气动波纹管安装在安装支架和连接支架Ⅰ的中间且过两者的轴心；连接支架Ⅱ一端固定在第三个绳驱式万向驱动关节模块的连接支架Ⅰ上，另一端通过法兰连接末端执行器；第四节柔性关节的伺服电机II和三个气泵分别通过电机架和气泵支架安装在第三节关节外壳I-IV的外侧；所述驱动绳索一端固定在伺服电机II的绳驱轮上，接着依次穿过导向轮I、导向轮II和三个绳驱式万向驱动关节模块上的绳索孔，另一端固定在第三个绳驱式万向驱动关节模块上；伺服电机II控制驱动绳索改变所述复合式灵巧机械臂的运动状态。所述的末端执行器，包括垂直分布的拾取机构、回收机构和连接架；拾取机构和回收机构具有相同的结构，均包括硅胶吸盘、接近传感器、电磁铁、光敏传感器和吸盘架；所述硅胶吸盘、接近传感器、电磁铁和光敏传感器安装在吸盘架上，末端执行器由一个连接架和两个吸盘架组成且两个吸盘架对称的固定在连接架上；电磁铁在吸盘架的正中间位置，同时光敏传感器布置在电磁铁的正中间，两个硅胶吸盘分别安装在电磁铁的上下侧；接近传感器安装在吸盘架的中间且相对于连接架宽边一侧的位置。进一步地，所述的多功能存储装置，包括壳体II、两个亚克力侧面板、面板、医用器械存储模块、手术剪刀存储模块、手术刀存储模块、支撑架Ⅰ、电机支架II、支撑架Ⅱ、步进电机、支撑架Ⅲ、联轴器、齿轮、法兰、固定立柱和连接板。壳体II、两个亚克力侧面板、面板和连接板共同组成多功能存储装置的外壳，两个亚克力侧面板分别安装在壳体II的两侧，面板安装在壳体II的正前面，连接板通过三个折弯面固定在多功能存储装置底部，四根固定立柱通过法兰固定在连接板上。手术刀存储模块共有十个，其中八个位于多功能存储装置的最上层；手术剪刀存储模块位于多功能存储装置的最上层手术刀存储模块下方，共有两行，每行分别有五个；医用器械存储模块位于手术剪刀存储模块下方，共有两行，每行分别有两个，剩余两个手术刀存储模块分别位于每行医用器械存储模块的中间位置；支撑架Ⅱ和支撑架Ⅲ的两端固定在壳体II的左右面上，支撑架Ⅰ的一端固定在壳体II的后面，另一端固定在支撑架Ⅱ上；每组存储模块均通过壳体II、支撑架Ⅰ、支撑架Ⅱ和支撑架Ⅲ固定在外壳上且相互之间留有足够的距离。进一步地，所述的手术剪刀存储模块，包括无菌布、空间隔板、存储盒、推拉面板、滑块、直线导轨和齿条；无菌布平铺于存储盒的内部，空间隔板插在存储盒对应的卡槽内，推拉面板位于存储盒前面的推拉滑动卡槽内，滑块固定在存储盒的底部的右边，齿条固定在存储盒的底部的左边，直线导轨固定在所述支撑架Ⅰ的上面，步进电机通过电机支架II固定在支撑架Ⅲ上，存储模块在实现推拉运动时齿条与齿轮啮合，齿轮通过联轴器与安装在电机支架II上的步进电机的输出轴连接，所述直线导轨与安装在支撑架Ⅰ上的滑块滑动连接。工作时，步进电机驱动所述齿轮和齿条啮合运动，带动所述存储模块实现推拉运动，手术剪刀存储模块随滑块在直线导轨上平移滑动；所述的手术刀存储模块和医用器械存储模块除存储盒的尺寸与手术剪刀存储模块有所差异外，安装方式和结构完全相同。进一步地，所述的移动支撑机构，包括机械臂模块支架、存储模块旋转装置、工控机、电源、语音识别模块、激光雷达、底盘模块、驱动轮模块和万向轮模块；所述机械臂模块支架由一块支撑平台和四根立柱组成；所述的移本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种医用器械护士辅助机器人，其特征在于，包括：复合式灵巧机械臂(1)、多功能存储装置(2)、移动支撑机构(4)末端执行器(5)和超声波烘干清洗装置(3)；所述的复合式灵巧机械臂(1)和超声波烘干清洗装置(3)安装在移动支撑机构(4)的上方，所述的多功能存储装置(2)安装在移动支撑机构(4)和复合式灵巧机械臂(1)的中间；/n所述的复合式灵巧机械臂(1)，包括机械臂底座(101)、第一节关节(102)、第二节关节(103)、第三节关节(104)和第四节柔性关节(107)；机械臂底座(101)、第一节关节(102)、第二节关节(103)、第三节关节(104)内部分别安装有伺服电机I-I(10103)、伺服电机I-II(10203)、伺服电机I-III(10301)、伺服电机I-IV(10409)；机械臂底座(101)、第一节关节(102)、第二节关节(103)和第三节关节(104)之间依次通过法兰连接，通过内部安装的伺服电机传动；第四节柔性关节(107)和第三节关节(104)通过L形转接头(105)连接；/n所述的第四节柔性关节(107)，包括三个结构相同的绳驱式万向驱动关节模块(108)、L形转接头(105)、导向轮II(106)、三个气泵(114)、电机架(115)、三个气泵支架(109)、伺服电机II(110)、绳驱轮(111)、导向轮I(112)和驱动绳索(113)。/n所述绳驱式万向驱动关节模块(108)，包括安装支架(10701)、直线驱动臂Ⅰ(10702)、直线驱动臂Ⅱ(10708)、伸缩柱(10703)、气动波纹管(10704)、驱动臂(10705)、连接支架Ⅰ(10706)、连接支架Ⅱ(10707)和驱动绳索(113)。三个绳驱式万向驱动关节模块(108)依次通过安装支架(10701)连接在一起，第一个绳驱式万向驱动关节模块(108)通过法兰连接到L形转接头(105)上，所述直线驱动臂Ⅰ(10702)和直线驱动臂Ⅱ(10708)均通过球铰链安装在安装支架(10701)上，所述直线驱动臂Ⅰ(10702)和直线驱动臂Ⅱ(10708)与驱动臂(10705)之间均通过伸缩柱(10703)连接，所述驱动臂(10705)和连接支架Ⅰ(10706)通过球铰链连接；气动波纹管(10704)安装在安装支架(10701)和连接支架Ⅰ(10706)的中间且过两者的轴心；连接支架Ⅱ(10707)一端固定在第三个绳驱式万向驱动关节模块(108)的连接支架Ⅰ(10706)上，另一端通过法兰连接末端执行器(5)；/n第四节柔性关节(107)的伺服电机II(110)和三个气泵(114)分别通过电机架(115)和气泵支架(109)安装在第三节关节(104)外壳I-IV(10401)的外侧；所述驱动绳索(113)一端固定在伺服电机II(110)的绳驱轮(111)上，接着依次穿过导向轮I(112)、导向轮II(106)和三个绳驱式万向驱动关节模块(108)上的绳索孔，另一端固定在第三个绳驱式万向驱动关节模块(108)上；伺服电机II(110)控制驱动绳索(113)改变所述复合式灵巧机械臂(1)的运动状态。/n所述的末端执行器(5)，包括垂直分布的拾取机构、回收机构和连接架(501)；拾取机构和回收机构具有相同的结构，均包括硅胶吸盘(502)、接近传感器(503)、电磁铁(504)、光敏传感器(505)和吸盘架(506)；所述硅胶吸盘(502)、接近传感器(503)、电磁铁(504)和光敏传感器(505)安装在吸盘架(506)上，末端执行器(5)由一个连接架(501)和两个吸盘架(506)组成且两个吸盘架(506)对称的固定在连接架(501)上；电磁铁(504)在吸盘架(506)的正中间位置，同时光敏传感器(505)布置在电磁铁(504)的正中间，两个硅胶吸盘(502)分别安装在电磁铁(504)的上下侧；接近传感器(503)安装在吸盘架(506)的中间且相对于连接架(501)宽边一侧的位置。/n...

【技术特征摘要】
1.一种医用器械护士辅助机器人，其特征在于，包括：复合式灵巧机械臂(1)、多功能存储装置(2)、移动支撑机构(4)末端执行器(5)和超声波烘干清洗装置(3)；所述的复合式灵巧机械臂(1)和超声波烘干清洗装置(3)安装在移动支撑机构(4)的上方，所述的多功能存储装置(2)安装在移动支撑机构(4)和复合式灵巧机械臂(1)的中间；
所述的复合式灵巧机械臂(1)，包括机械臂底座(101)、第一节关节(102)、第二节关节(103)、第三节关节(104)和第四节柔性关节(107)；机械臂底座(101)、第一节关节(102)、第二节关节(103)、第三节关节(104)内部分别安装有伺服电机I-I(10103)、伺服电机I-II(10203)、伺服电机I-III(10301)、伺服电机I-IV(10409)；机械臂底座(101)、第一节关节(102)、第二节关节(103)和第三节关节(104)之间依次通过法兰连接，通过内部安装的伺服电机传动；第四节柔性关节(107)和第三节关节(104)通过L形转接头(105)连接；
所述的第四节柔性关节(107)，包括三个结构相同的绳驱式万向驱动关节模块(108)、L形转接头(105)、导向轮II(106)、三个气泵(114)、电机架(115)、三个气泵支架(109)、伺服电机II(110)、绳驱轮(111)、导向轮I(112)和驱动绳索(113)。
所述绳驱式万向驱动关节模块(108)，包括安装支架(10701)、直线驱动臂Ⅰ(10702)、直线驱动臂Ⅱ(10708)、伸缩柱(10703)、气动波纹管(10704)、驱动臂(10705)、连接支架Ⅰ(10706)、连接支架Ⅱ(10707)和驱动绳索(113)。三个绳驱式万向驱动关节模块(108)依次通过安装支架(10701)连接在一起，第一个绳驱式万向驱动关节模块(108)通过法兰连接到L形转接头(105)上，所述直线驱动臂Ⅰ(10702)和直线驱动臂Ⅱ(10708)均通过球铰链安装在安装支架(10701)上，所述直线驱动臂Ⅰ(10702)和直线驱动臂Ⅱ(10708)与驱动臂(10705)之间均通过伸缩柱(10703)连接，所述驱动臂(10705)和连接支架Ⅰ(10706)通过球铰链连接；气动波纹管(10704)安装在安装支架(10701)和连接支架Ⅰ(10706)的中间且过两者的轴心；连接支架Ⅱ(10707)一端固定在第三个绳驱式万向驱动关节模块(108)的连接支架Ⅰ(10706)上，另一端通过法兰连接末端执行器(5)；
第四节柔性关节(107)的伺服电机II(110)和三个气泵(114)分别通过电机架(115)和气泵支架(109)安装在第三节关节(104)外壳I-IV(10401)的外侧；所述驱动绳索(113)一端固定在伺服电机II(110)的绳驱轮(111)上，接着依次穿过导向轮I(112)、导向轮II(106)和三个绳驱式万向驱动关节模块(108)上的绳索孔，另一端固定在第三个绳驱式万向驱动关节模块(108)上；伺服电机II(110)控制驱动绳索(113)改变所述复合式灵巧机械臂(1)的运动状态。
所述的末端执行器(5)，包括垂直分布的拾取机构、回收机构和连接架(501)；拾取机构和回收机构具有相同的结构，均包括硅胶吸盘(502)、接近传感器(503)、电磁铁(504)、光敏传感器(505)和吸盘架(506)；所述硅胶吸盘(502)、接近传感器(503)、电磁铁(504)和光敏传感器(505)安装在吸盘架(506)上，末端执行器(5)由一个连接架(501)和两个吸盘架(506)组成且两个吸盘架(506)对称的固定在连接架(501)上；电磁铁(504)在吸盘架(506)的正中间位置，同时光敏传感器(505)布置在电磁铁(504)的正中间，两个硅胶吸盘(502)分别安装在电磁铁(504)的上下侧；接近传感器(503)安装在吸盘架(506)的中间且相对于连接架(501)宽边一侧的位置。


2.根据权利要求1所述的一种医用器械护士辅助机器人，其特征在于，所述的多功能存储装置(2)，包括壳体II(201)、两个亚克力侧面板(202)、面板(203)、医用器械存储模块(204)、手术剪刀存储模块(205)、手术刀存储模块(206)、支撑架Ⅰ(207)、电机支架II(208)、支撑架Ⅱ(209)、步进电机(210)、支撑架Ⅲ(211)、联轴器(212)、齿轮(213)、法兰(214)、固定立柱(215)和连接板(216)。壳体II(201)、两个亚克力侧面板(202)、面板(203)和连接板(216)共同组成多功能存储装置(2)的外壳，两个亚克力侧面板(202)分别安装在壳体II(201)的两侧，面板(203)安装在壳体II(201)的正前面，连接板(216)通过三个折弯面固定在多功能存储装置(2)底部，四根固定立柱(215)通过法兰(214)固定在连接板(216)上。
手术刀存储模块(206)共有十个，其中八个位于多功能存储装置(2)的最上层；手术剪刀存储模块(205)位于多功能存储装置(2)的最上层手术刀存储模块(206)下方，共有两行，每行分别有五个；医用器械存储模块(204)位于手术剪刀存储模块(205)下方，共有两行，每行分别有2个，剩余两个手术刀存储模块(206)分别位于每行医用器械存储模块(204)的中间位置；支撑架Ⅱ(209)和支撑架Ⅲ(211)的两端固定在壳体II(201)的左右面上，支撑架Ⅰ(207)的一端固定在壳体II(201)的后面，另一端固定在支撑架Ⅱ(209)上；每组存储模块均通过壳体II(201)、支撑架Ⅰ(207)、支撑架Ⅱ(209)和支撑架Ⅲ(211)固定在外壳上且相互之间留有足够的距离。


3.根据权利要求2所述的一种医用器械护士辅助机器人，其特征在于，所述的手术剪刀存储模块(205)，包括无菌布(20501)、空间隔板(20502)、存储盒(20503)、推拉面板(20504)、滑块(20505)、直线导轨(20506)和齿条(20507)；无菌布(20501)平铺于存储盒(20503)的内部，空间隔板(20502)插在存储盒(20503)对应的卡槽内，推拉面板(20504)位于存储盒(20503)前面的推拉滑动卡槽内，滑块(20505)固定在存储盒(20503)的底部的右边，齿条(20507)固定在存储盒(20503)的底部的左边，直线导轨(20506)固定在所述支撑架Ⅰ(207)的上面，步进电机(210)通过电机支架II(208)固定在支撑架Ⅲ(211)上，存储模块在实现推拉运动时齿条(20507)与齿轮(213)啮合，齿轮(213)通过联轴器(212)与安装在电机支架II(208)上的步进电机(210)的输出轴连接，所述直线导轨(20506)与安装在支撑架Ⅰ(207)上的滑块(20505)滑动连接。工作时，步进电机(210)驱动所述齿轮(213)和齿条(20507)啮合运动，带动所述存储模块实现推拉运动，手术剪刀存储模块(205)随滑块(20505)在直线导轨(20506)上平移滑动；所述的手术刀存储模块(206)和医用器械存储模块(204)除存储盒的尺寸与手术剪刀存储模块(205)有所差异外，安装方式和结构完全相同。


4.根据权利要求1所述的一种医用器械护士辅助机器人，其特征在于，所述的移动支撑机构(4)，包括机械臂模块支架(401)、存储模块旋转装置(402)、工控机(403)、电源(404)、语音识别模块(405)、激光雷达(406)、底盘模块(407)、驱动轮模块(408)和万向轮模块(409)；
所述机械...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁丹，刘涛，傅云龙，曾灿，胡凯，胡鹏飞，陈贤儿，丁依玲，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33