一种高精度的两自由度微创手术机械臂制造技术

本发明专利技术公开了一种高精度的两自由度微创手术机械臂，包括转臂、第一连杆、第二连杆、第三连杆、末端连杆、第一谐波减速器、第二谐波减速器、第三谐波减速器、第四谐波减速器、第一电机、第二电机、第一带轮、第二带轮、第三带轮、第四带轮、第一张紧轮、第二张紧轮、第三张紧轮、第四张紧轮、第一同步带、第二同步带、第三同步带。将所述第二电机安装于第二连杆上，通过同步带传动将转动传递到各关节，进而通过谐波减速器传动后实现关节的转动，这样可以实现所述末端连杆绕远程运动中心的旋转，提高了末端器械的转动精度，也提升了机械臂的承载能力。也提升了机械臂的承载能力。也提升了机械臂的承载能力。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度的两自由度微创手术机械臂


[0001]本专利技术属于微创手术机器人领域，尤其涉及一种高精度的两自由度微创手术机械臂。

技术介绍

[0002]由于微创手术具有创伤小，恢复快等显著特点，用于微创手术机械臂的构型设计成为近年来国内外学者的研究焦点。在对病人进行微创手术过程中，通常都需要有微创手术机械臂协助医生进行手术。对于微创手术机械臂而言，须要求其末端手术器械作为输出构件，绕一个远端不动点转动甚至沿着过该固定点的轴线移动，然而在此不动点处并没有实际的运动副存在。
[0003]申请号CN2018100501355.1基于平行四边形联动装置公开了一种偏移遥控中心的操纵器，实现了该操纵器末端的手术器械绕不动点转动。申请号CN201611169108.9基于带传动或绳传动机构公开了一种具有两自由度的手术机械臂，其末端手术器械绕不动点的两自由度运动仅通过驱动电机减速后利用带传动机构输出到各关节转轴实现。然而，现有技术中的微创手术机械臂依然存在以下不足：（1）部分微创手术机械臂采用双平行四边形连杆机构作为远程运动中心机构，连杆数量较多，容易发生干涉，工作空间有限；（2）部分微创手术机械臂采用带传动或绳传动机构实现各关节的联动，使机械臂末端器械始终绕远程运动中心旋转。由于带传动或绳传动之后直接输出到各关节，带和绳的柔性引入的误差会直接传递到关节中，并且机械臂的承载能力受到带和绳的限制。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在提供一种高精度的两自由度微创手术机械臂，通过在每个关节引入一个谐波减速器来提高机械臂的精度和承载能力，通过同步带传动实现机械臂的紧凑结构和较大的运动范围。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种高精度的两自由度微创手术机械臂，包括：转臂、第一连杆、第二连杆、第三连杆、末端连杆、第一谐波减速器、第二谐波减速器、第三谐波减速器、第四谐波减速器、第一电机、第二电机、第一带轮、第二带轮、第三带轮、第四带轮、第一张紧轮、第二张紧轮、第三张紧轮、第四张紧轮、第一同步带、第二同步带、第三同步带。
[0006]所述第一谐波减速器包括第一谐波减速器刚轮、第一谐波减速器柔轮连接盘、第一谐波减速器波发生器。
[0007]所述第二谐波减速器包括第二谐波减速器刚轮、第二谐波减速器柔轮连接盘、第二谐波减速器波发生器。
[0008]所述第三谐波减速器包括第三谐波减速器刚轮、第三谐波减速器柔轮连接盘、第三谐波减速器波发生器。
[0009]所述第四谐波减速器包括第四谐波减速器刚轮、第四谐波减速器柔轮连接盘、第四谐波减速器波发生器。
[0010]所述第二连杆包括第二连杆右侧板、第二连杆左侧板。
[0011]所述末端连杆包括器械安装板、末端执行器；所述末端执行器安装在所述器械安装板上，且方便更换不同功能的末端执行器。
[0012]所述第一带轮包括第一带轮第一槽、第一带轮第二槽。
[0013]所述第二带轮包括第二带轮第一槽、第二带轮第二槽。
[0014]所述第三带轮包括第三带轮第一槽、第三带轮第二槽。
[0015]所述第一同步带绕所述第一带轮第一槽与所述第二带轮第一槽。
[0016]所述第二同步带绕所述第三带轮第二槽与所述第二带轮第二槽。
[0017]所述第三同步带绕所述第三带轮第一槽与所述第四带轮。
[0018]所述转臂与所述第一谐波减速器中的所述第一谐波减速器刚轮通过螺钉固连，所述第一谐波减速器柔轮连接盘与所述第一连杆固连，所述第一谐波减速器波发生器与所述第一电机固连，这构成了所述转臂与所述第一连杆的转动连接。
[0019]所述第一连杆与所述第二谐波减速器中的所述第二谐波减速器刚轮通过螺钉固连，所述第二谐波减速器柔轮连接盘与第二连杆右侧板通过轴承固连，所述第二谐波减速器波发生器与所述第一带轮固连，这构成了所述第一连杆与所述第二连杆的转动连接。
[0020]所述第二连杆右侧板的另一端与所述第三谐波减速器柔轮连接盘通过轴承固连，所述第三连杆与所述第三谐波减速器中的所述第三谐波减速器刚轮通过螺钉固连，所述第三谐波减速器波发生器与所述第三带轮固连，这构成了所述第二连杆与所述第三连杆的转动连接。
[0021]所述第三连杆的另一端与所述第四谐波减速器的刚轮通过螺钉固连，所述末端连杆的右侧与所述第四谐波减速器柔轮连接盘通过轴承固连，所述第四谐波减速器波发生器与所述第四带轮固连，这构成了所述第三连杆与所述末端连杆的转动连接。
[0022]所述第一电机安装在所述转臂上，所述第一谐波减速器中的所述第一谐波减速器刚轮与所述转臂固连，所述第一谐波减速器柔轮连接盘与所述第一连杆固连，所述第一谐波减速器波发生器与所述第一电机固连；所述第二电机安装在所述第二连杆上，所述第二电机的电机轴与所述第二带轮固连；所述第二带轮与所述第二电机的电机轴固连，所述第一带轮与所述第二谐波减速器波发生器固连，所述第一带轮与所述第二带轮的直径相同，通过所述第一同步带传动，并由所述第一张紧轮进行张紧。
[0023]所述第三带轮与所述第三谐波减速器波发生器固连，所述第三带轮与所述第二带轮的直径相同，通过所述第二同步带传动，并由所述第二张紧轮进行张紧。所述第四带轮与所述第四谐波减速器波发生器固连，所述第四带轮与所述第三带轮的直径相同，通过所述第三同步带传动，并由所述第三张紧轮与所述第四张紧轮进行张紧。
[0024]所述第一带轮、所述第二带轮、所述第三带轮与所述第二连杆左侧板通过轴承固连。
[0025]当所述第一电机工作，所述第二电机不工作时，所述第一连杆、所述第二连杆、所述第三连杆、末端连杆及内部的各构件作为一个整体绕所述第一电机的轴线转动。
[0026]当所述第二电机转动，且所述第一电机不转动时，所述第一连杆固定不动，所述第二谐波减速器刚轮也随之固定；所述第二电机的高速转动通过所述第一同步带传递给所述第一带轮，进而传递给所述第二谐波减速器波发生器，所述第二谐波减速器柔轮为减速器
的输出，将低速转动传递给所述第二连杆；所述第二电机的高速转动通过所述第二同步带传递给所述第三带轮，进而传递给所述第三谐波减速器波发生器，因为所述第三谐波减速器刚轮与所述第三连杆固定连接，所述第三谐波减速器柔轮与所述第二连杆固定连接，所以所述第三连杆可以绕所述第二连杆做低速转动，且相对转速的大小等于所述第二连杆相对于所述第一连杆的转速的大小，相对转速的方向与所述第二连杆相对于所述第一连杆的转速的方向相反，由此可知所述第三连杆作平移运动；进一步，所述第三带轮的高速转动通过所述第三同步带传递给所述第四带轮，进而传递给所述第四谐波减速器波发生器，因为所述第四谐波减速器刚轮与所述第三连杆固定连接，所述第四谐波减速器柔轮与所述末端连杆固定连接,所以所述末端连杆可以绕所述第三连杆做低速转动，且相对转速的大小和方向都与所述第二连杆相对于所述第三连杆的转速的大小和方向相同，由此可知所述末端连杆相对于所述第二连杆作平移运动。优选地，在所述手术机械臂转动过程中，将所述转本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度的两自由度微创手术机械臂，其特征在于：包括转臂（1）、第一连杆（2）、第二连杆（3）、第三连杆（4）、末端连杆（5）、第一谐波减速器（6）、第二谐波减速器（7）、第三谐波减速器（8）、第四谐波减速器（9）、第一电机（10）、第二电机（11）、第一带轮（12）、第二带轮（13）、第三带轮（14）、第四带轮(15)、第一张紧轮(16)、第二张紧轮(17)、第三张紧轮(18)、第四张紧轮(19)、第一同步带(20)、第二同步带(21)、第三同步带(22)；所述第一谐波减速器（6）包括第一谐波减速器刚轮（601）、第一谐波减速器柔轮连接盘（602）、第一谐波减速器波发生器（603）；所述第二谐波减速器（7）包括第二谐波减速器刚轮（701）、第二谐波减速器柔轮连接盘（702）、第二谐波减速器波发生器（703）；所述第三谐波减速器（8）包括第三谐波减速器刚轮（801）、第三谐波减速器柔轮连接盘（802）、第三谐波减速器波发生器（803）；所述第四谐波减速器（9）包括第四谐波减速器刚轮（901）、第四谐波减速器柔轮连接盘（902）、第四谐波减速器波发生器（903）；所述第二连杆（3）包括第二连杆右侧板（301）、第二连杆左侧板（302）；所述末端连杆（5）包括器械安装板（501）、末端执行器（502）；所述末端执行器（502）安装在所述器械安装板（501）上；所述第一带轮（12）包括第一带轮第一槽（121）、第一带轮第二槽（122）；所述第二带轮（13）包括第二带轮第一槽（131）、第二带轮第二槽（132）；所述第三带轮（14）包括第三带轮第一槽（141）、第三带轮第二槽（142）；所述第一电机（10）安装在所述转臂（1）上，所述第一谐波减速器（6）中的所述第一谐波减速器刚轮（601）与所述转臂（1）固连，所述第一谐波减速器柔轮连接盘（602）与所述第一连杆（2）固连，所述第一谐波减速器波发生器（603）与所述第一电机（10）固连；所述第二电机（11）安装在所述第二连杆上，所述第二电机（11）的电机轴与所述第二带轮（13）固连；所述第一带轮（12）与所述第二谐波减速器波发生器（703）固连，所述第三带轮（14）与所述第三谐波减速器波发生器（803）固连；所述第四带轮(15)与所述第四谐波减速器波发生器（903）固连；当所述第一电机（10）工作，所述第二电机（11）不工作时，所述第一连杆（2）、所述第二连杆（3）、所述第三连杆（4）、末端连杆（5）及内部的各构件作为一个整体绕所述第一电机（10）的轴线转动；当所述第二电机（11）转动，且所述第一电机（10）不转动时，所述第一连杆（2）固定不动，所述第二谐波减速器刚轮（701）也随之固定；所述第二电机（10）的高速转动通过所述第一同步带（20）传递给所述第一带轮（12），进而传递给所述第二谐波减速器波发生器（703），所述第二谐波减速器柔轮（702）为减速器的输出，将低速转动传递给所述第二连杆（3）；所述第二电机（11）的高速转动通过所述第二同步带（21）传递给所述第三带轮（14），进而传递给所述第三谐波减速器波发生器（803），因为所述第三谐波减速器刚轮（801）与所述第三连杆（4）固定连接，所述第三谐波减速器柔轮（802）与所述第二连杆（3）固定连接，所以所述第三连杆（4）可以绕所述第二连杆（3）做低速转动，且相对转速的大小等于所述第二连杆（3）相对于所述第一连杆（2）的转速的大小，相对转速的方向与所述第二连杆（3）相对于所述第一连杆（2）的转速的方向相反，由此可知所述第三连杆（4）作平移运动；进一步，所述第三带
轮（14）的高速转动通过所述第三同步带（22）传递给所述第四带轮（15），进而传递给所述第四谐波减速器波发生器（903），因为所述第四谐波减速器刚轮(901)与所述第三连杆（4）固定连接，所述第四谐波减速器柔轮（902）与所述末端连杆（5）固定连接,所以所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄龙，胡锦鹏，刘北，曾鹏，谢霆聪，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：