一种微创手术机器人末端执行机械臂制造技术

本发明专利技术公开了一种微创手术机器人末端执行机械臂，包括驱动盒、连杆、丝传动型万向关节、末端手术夹；所述驱动盒为末端执行机械臂的驱动模块，与电机相链接；所述连杆连接驱动盒与万向关节，连杆为中空的，供钢丝绳穿过；所述丝传动型万向关节包括十字万向节，可使关节到达任意位置，实现万向运动；所述末端手术夹为整个机械臂的最末端。通过对十字万向节的运用，以及合理的结构配合，可实现一个关节，多个自由度，大大增加手术机器人末端机械臂的灵活性，且可根据需求，增加多个万向关节，可使微创手术机器人满足不同手术类型，使手术机器人的运用更加的广泛。

【技术实现步骤摘要】
一种微创手术机器人末端执行机械臂
本专利技术涉及微创外科手术机器人
，具体涉及一种具有丝传动型万球关节的微创手术机器人末端执行机械臂。
技术介绍
微创手术具有创伤小、疼痛轻、康复快、住院时间短和术后并发症少等优点，微创手术操作是指医生利用细长的手术工具通过人体表面的微小切口探入到体内进行手术操作，这使得病人遭受的痛苦大大减少，但传统的微创手术对医生对微创手术器械操作熟练性要求较高，医生必须经过长期训练才能够进行微创手术操作，且长时间手术容易导致医生手部疲劳颤动，进而影响手术的安全性。随着机器人技术再微创手术中得到了广泛应用，很好的解决了传统微创手术存在的问题，同时大大改善医生进行微创手术的操作方式。微创手术机器人属于高新技术密集的高端精密医疗设备，其组成主要由外科医生控制台、床旁机械臂系统、成像系统所组成，其中床旁机械臂系统中的末端执行机械臂需伸入病人体内，完成手术动作，因此在设计时需满足结构简单紧凑、尺寸较小、多自由度、灵活性较大等优点，目前，多自由度机械臂通常采用多关节通过不同的组合方式串联来实现，此方法不可避免的会增加结构尺寸，进而增加机械臂占用空间和重量，而在一些特殊应用场合，比如腹腔镜手术机器人需要在肚皮内的有限工作空间内完成手术动作，此种结构类型将受到一定的限制。另外当前多数带有机械臂的机器人在机械臂设计完成后无法便捷的增加或减少其自由度，以完成一些特定的动作，以此不可避免的要设计多款机械臂，从而增加了设计成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种设有丝传动型万向关节的机械臂，此关节通过简单紧凑的结构，实现了机械臂的自转、俯仰、偏转等运动，增加了机械臂运动自由度，缩短机械臂的设计尺寸。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：本实施例提供了一种微创手术机器人末端执行机械臂，其包括驱动盒、连杆、丝传动型万向关节、末端手术夹；所述驱动盒为末端执行机械臂的驱动模块，与电机相链接；所述连杆为驱动盒到万向关节之间的桥梁，此连杆为中空的，驱动盒内的钢丝由此到达各万向关节，且连杆内设有使钢丝按照预期规划的路线孔，防止钢丝在运动过程中缠绕在一起；所述丝传动型万向关节通过对十字万向节的应用，可使关节到达任意位置，实现万向运动；所述末端手术夹为整个机械臂的最末端，通过万向关节的运动，使其到达手术所需的位置，以此完成手术动作。进一步的，其中丝传动型万向关节由支架、滑杆、偏转杆、十字万向节、定向球、偏转半球、自转轴承、自转驱动杆、定向轨道、前连接件、后连接件等部件组成；所述支架为整个万向关节的总支撑部分，万向关节内的所有部件均以此为支撑安装；所述十字万向节固定于支架的顶端，且每根轴两端均装有对应的轴承，可围绕各自的轴线转动，所述偏转半球与所述的十字万向节相连且以此为支撑偏转点；所述自转驱动杆可实现万向关节的自转运动，其一端刚性连接于第一连接件上，另一端串过一沿其轴线方向放置在驱动盒内部的轴承，通过齿轮外啮合与电机相连接；所述第一连接件内部与所述自转轴承过盈配合于支架底部，当给自转电机通电时，电机的动力通过自转驱动杆传递到万向关节，进而实现机械臂末端自转运动；所述滑杆置于支架的中间位置，主要起到导向的作用；所述偏转拉杆一端与偏转半球以转动副的方式连接，另一端与所述滑杆以移动副的方式连接，其作用是代替钢丝对所述偏转半球的直接驱动，减少钢丝的整体长度，降低弹性模量，使控制精度增加，另外减少钢丝在直接驱动偏转半球时由于打弯所增加的摩擦力，以此减少由于摩擦而损失的动力；所述的定向球作用是防止偏转半球发生偏转发生扭转，避免产生不必要的扭转力；所述前连接件与后连接件起衔接作用，可随意增加长度，以满足机械臂的整体结构需求；进一步的，所述十字万向节固定于十字万向节固定架上，所述十字万向节是由两根相互交叉的轴一、轴二组成，其中轴一两端与固定架以转动副形式链接，可沿其所在轴线自由转动，另所述轴二穿过在轴一中部设的轴承，且此轴承的中点为轴线进行转动；当所述十字万向节中轴一绕所在轴线转动时，所述轴二将跟随轴一绕其所在的轴线转动，而此时的轴二亦可同时绕其自身轴线转动，所述十字万向节轴二两端与U型偏转件刚性连接，此U型偏转件中心点处通过一刚性连接轴与偏转半球相接，偏转半球与前连接件相连，前连接件与下一个关节的后连接件相连，进而将动力传递到下一关节；所述十字万向节置于所述偏转半球的内部，偏转半球以十字万向节为支撑点进行偏转。进一步的，所述滑杆，偏转拉杆，每个万向关节均设有四根，其中，所述的四根滑杆与中点的连线间互为九十度；所述的偏转拉杆中每根的一端通过同时带有移动副和转动副的滑块与滑杆链接，所述滑块可沿所述滑杆上下移动，另一端通过一带转动副固定块与偏转半球固定链接，当所述滑块被相连钢丝拖动时，滑块带动偏转拉杆移动，进而偏转拉杆带动偏转半球移动。进一步的，所述定向球与所述定向轨道相对应，其中每个万向关节中，定向球设有四个，定向轨道同样对应设有四条，其中每个定向球均卡入对应的凹槽内，可在凹槽内自由转动，凹槽的一端刚性链接在所述定向固定杆上，此时定向球露出的部分放置在所述定位轨道内，所述定位轨道设于偏转半球的内侧，与所述定向球以高副的形式对应接触，定位球可在定位轨道内自由滑动，当所述偏转半球转动时，所述的定向球与定向轨道给偏转半球偏转定位。进一步的，所述前连接件与后连接件内设有通过钢丝的钢丝孔，钢丝孔是分开布置的，可防止万向关节在偏转的过程中钢丝互相缠绕，以此产生较大的摩擦力。进一步的，所述机械臂末端手术夹可根据手术的不同更换不同的手术夹，以满足手术的需求。本专利技术的有益效果：本专利技术提出的一种微创手术机器人末端执行机械臂，通过对十字万向节的运用，以及合理的结构配合，可实现一个关节，多个自由度，大大增加手术机器人末端机械臂的灵活性，且可根据需求，增加多个万向关节，可使微创手术机器人满足不同手术类型，使手术机器人的运用更加的广泛；本专利技术提供了一种高适用性、高灵活性和高稳定性的设有丝传动型万向关节的微创手术机器人末端执行机械臂，此机械臂可达到平常手术器械无法到达的位置，增加手术的安全性以及降低了手术难度。附图说明以下附图说明为了更清楚地介绍本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，增强对本申请的进一步理解，本申请的示意性实例及其说明，并不构成对本申请的限定。图1为本专利技术设有丝传动型万向关节的微创手术机器人末端执行机械臂结构轴测图；图2为本专利技术丝传动型万向关节轴测图；图3为本专利技术丝传动型万向关节内部结构主视图；图4为本专利技术丝传动型万向关节内部支架轴测图；图5为本专利技术丝传动型万向关节顶部偏转半球内部示意图；其中，A.末端手术夹，B-1.丝传动型万向关节一，B-2.丝传动型万向关节二，C.连杆，D.驱动盒，1.前连接件，2.偏转半球，3.支架，4.定向轨道5.后连接件，6.内圆盘，7.支架低钢丝通孔，8.自转驱动杆，9.偏转拉杆，10.带转动副固定块，11.刚性链接轴，12.U型偏转件，13.十字万本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微创手术机器人末端执行机械臂，其特征在于，其包括驱动盒、连杆、丝传动型万向关节、末端手术夹；/n所述驱动盒为末端执行机械臂的驱动模块，与电机相链接；/n所述连杆连接驱动盒与万向关节，连杆为中空的，供钢丝绳穿过；/n所述丝传动型万向关节包括十字万向节，可使关节到达任意位置，实现万向运动；/n所述末端手术夹为整个机械臂的最末端。/n

【技术特征摘要】
1.一种微创手术机器人末端执行机械臂，其特征在于，其包括驱动盒、连杆、丝传动型万向关节、末端手术夹；
所述驱动盒为末端执行机械臂的驱动模块，与电机相链接；
所述连杆连接驱动盒与万向关节，连杆为中空的，供钢丝绳穿过；
所述丝传动型万向关节包括十字万向节，可使关节到达任意位置，实现万向运动；
所述末端手术夹为整个机械臂的最末端。


2.如权利要求1所述的设有丝传动型万向关节的微创手术机器人末端执行机械臂，其特征在于，所述的丝传动型万向关节包括支架、滑杆、偏转杆、十字万向节、偏转半球、自转轴承、自转驱动杆；
所述支架为整个万向关节的总支撑部分；所述十字万向节固定于支架的顶端，且十字万向节每根轴两端均装有对应的轴承，可围绕各自的轴线转动；所述自转驱动杆一端刚性连接于支架上，另一端与驱动装置相连；所述滑杆位于支架底部，连接支架与第一连接件，所述偏转拉杆一端与偏转半球以转动副的方式连接，另一端与所述滑杆以移动副的方式连接。


3.如权利要求2所述的设有丝传动型万向关节的微创手术机器人末端执行机械臂，其特征在于，所述十字万向节是由两根相互交叉的轴一、轴二组成，其中轴一的中部设有双向对称轴承，轴二穿过此对称轴承以此为中心转动；所述十字万向节轴二两端与U型偏转件刚性连接，U型偏转件的中心点处通过一刚性连接轴与偏转半球相接，所述轴一的两端与支架以转动副形式链接，可沿其所在轴线自由转动。


4.如权利要求2所述的设有丝传动型万...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡三元，张光永，孙鹏伟，冯红光，田兆辉，白儒，
申请(专利权)人：山东省千佛山医院，
类型：发明
国别省市：山东;37