一种连接手术机器人机械臂与末端执行器间的关节制造技术

本发明专利技术涉及一种连接手术机器人机械臂与末端执行器的关节，包括柔性绳索、卷绳机、直杆形球头杆端关节轴承和关节前端，在机械臂和关节前端之间，连接有四根柔性绳索，四根柔性绳索在所述关节轴承外侧均匀分布，通过卷绳机控制柔性绳索的长短，带动关节轴承朝所需要的方向旋转摆动，并将所述旋转摆动传递给关节前端，从而带动末端执行器进行相应操作，能精准完成末端执行器的多自由度位移，增加末端执行器工作空间，提高末端执行器的操作性，结构简单、安装方便，灵活度高，能更好适应复杂的手术环境。环境。环境。

【技术实现步骤摘要】
一种连接手术机器人机械臂与末端执行器间的关节


[0001]本专利技术涉及医疗机械自动化领域，具体涉及一种连接手术机器人机械臂与末端执行器的关节。

技术介绍

[0002]手术机器人如今是医疗器械中最重要的一环，相比于传统手术中医生的徒手操作，手术机器人可以防止因医生手部生理震颤导致的偏差，从而提高了手术的准确性和可控性。此外，手术机器人可以减小手术伤口，从而使得术后康复时间大幅度缩减。国内外都对于手术机器人进行了深入的研究。现如今市场上的手术机器人大多为主从式结构，由医生在控制台控制，将指令从主手经过控制系统精准的传达到从手。因此，从手的结构设计的合理性和便捷性往往会对整个系统产生重要的影响。
[0003]手术机器人机械臂要连接末端执行器进行相关手术操作，常见的连接方式为机械手臂与末端执行器直接连接，存在灵活性不足、操作受限的问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷，本专利技术提供一种连接手术机器人机械臂与末端执行器的关节，相比传统连接增加了多个自由度，使手术机器人操作更加灵活，且提升了操作空间。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种连接手术机器人机械臂与末端执行器的关节，包括柔性绳索、卷绳机、直杆形球头杆端关节轴承和关节前端，所述关节前端包括连接盘和旋转气缸，关节轴承一端通过连接杆一连接在机械臂上，另一端通过连接杆二连接在关节前端的连接盘上，在机械臂和关节前端之间，连接有四根柔性绳索，四个卷绳机围绕连接杆一的外周均匀安装在机械臂上，柔性绳索的一端缠绕在卷绳机上，另一端围绕连接杆二固定在连接盘上，使得四根柔性绳索在所述关节轴承外侧均匀分布，连接盘与旋转气缸固定连接，通过卷绳机控制柔性绳索的长短，带动关节轴承朝所需要的方向旋转摆动，并将所述旋转摆动传递给关节前端，从而带动末端执行器进行相应操作。
[0006]进一步地，所述关节前端还包括旋转组件，所述旋转组件设置在连接盘和旋转气缸之间，用于实现末端执行器在特定方向的倾斜，所述旋转组件包括连接构件和旋转构件，旋转构件通过旋转轴转动设置在连接构件上，旋转轴上连接有旋转控制电机，所述连接构件远离旋转轴的一端与连接盘固定连接，所述旋转构件远离旋转轴的一端与旋转气缸固定连接。
[0007]所述卷绳机包括卷绳机轴、卷线盘、手柄、立式带座轴承、蜗轮蜗杆减速机和三相异步电机，卷线盘设置在卷绳机轴上，三相异步电机通过蜗轮蜗杆减速机将动力输出给卷绳机轴，卷绳机轴上安装有立式带座轴承。
[0008]所述卷绳机和机械臂之间设有电机安装板和托板，所述电机安装板和托板分别通过螺栓安装在机械臂上，蜗轮蜗杆减速机定位安装在电机安装板上，三相异步电机安装在蜗轮蜗杆减速机外壳上，托板用于支撑和固定立式带座轴承。
[0009]有益效果：1、本专利技术采用多自由度关节，依靠电机的运转能精准完成末端执行器的多自由度位移，增加末端执行器工作空间，提高末端执行器的操作性，结构简单、安装方便，灵活度高，能更好适应复杂的手术环境。
[0010]2、采用绳索驱动，排布灵活，几何空间占用少，非常适合空间狭小且所需驱动自由度数目多的传动场合。
[0011]3、本专利技术的卷绳机通过连接板与托板的安装，既完成了安装定位，又将卷绳机的重量卸载在了机械臂小臂上，不影响关节移动和末端执行器操作。
附图说明
[0012]图1本专利技术的整体结构示意图；图2 本专利技术卷绳机的结构示意图；图3本专利技术直杆形球头杆端关节轴承结构示意图；图4本专利技术连接杆一结构示意图；图5本专利技术连接杆二结构示意图；图6 本专利技术连接盘结构示意图；图7本专利技术增加旋转组件的整体结构示意图；附图标记：1、卷绳机，2、柔性绳索，3、连接杆一，4、关节轴承，5、连接杆二，6、连接盘，7、旋转气缸，8、连接构件，9、旋转构件，10、机械臂，11、三相异步电机，12、立式带座轴承，13、卷绳机轴，14、卷线盘，15、手柄，16、托板，17、蜗轮蜗杆减速机，18、电机安装板。
具体实施方式
[0013]下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步详细的说明。
[0014]如图1所示，一种连接手术机器人机械臂10与末端执行器的关节，包括柔性绳索2、卷绳机1、直杆形球头杆端关节轴承4和关节前端，所述关节前端包括连接盘6和旋转气缸7，直杆形球头杆端关节轴承4（以下简称关节轴承4）的一端通过连接杆一3连接在机械臂10上，另一端通过连接杆二5连接在关节前端的连接盘6上，其中，关节轴承4、连接杆一3和连接杆二5以及连接盘6的结构分别如图3
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6所示，连接杆一3的具体安装方式为：连接杆一3的一端伸入直杆形球头杆端关节轴承4的杆孔内并通过锁紧螺钉紧固，连接杆一3的另一端紧定在机械臂10小臂上。
[0015]在机械臂10和关节前端之间，连接有四根柔性绳索2，四个卷绳机1在机械臂10上围绕连接杆一3的外周均匀分布，柔性绳索2的一端缠绕在卷绳机1上，另一端围绕连接杆二5固定在连接盘6上，使得四根柔性绳索2在所述关节轴承4外侧均匀分布，连接盘6与旋转气缸7通过螺栓固定连接。
[0016]使用上述关节连接机械臂10和末端执行器时，末端执行器与关节前端的旋转气缸7连接，通过卷绳机1控制各柔性绳索2的长短，能够带动关节轴承4朝所需要的方向旋转摆动，并将所述旋转摆动传递给关节前端，从而带动末端执行器向所需方向偏摆，旋转气缸7还能够带动末端执行器进行整体旋转，相比以往直接连接的安装方式，增加了自由度，且通过关节连接的方式，提升了末端执行器的操作空间，方便末端执行器在不同角度进行相应
操作。
[0017]如图2所示，所述卷绳机1包括卷绳机轴13、卷线盘14、手柄15、立式带座轴承12、蜗轮蜗杆减速机17和三相异步电机11，卷线盘14设置在卷绳机轴13上，三相异步电机11通过蜗轮蜗杆减速机17将动力输出给卷绳机轴，卷绳机轴13上安装有立式带座轴承12。
[0018]所述卷绳机1和机械臂10之间设有电机安装板18和托板16，所述电机安装板18和托板16分别通过螺栓安装在机械臂10上，蜗轮蜗杆减速机17定位安装在电机安装板18上，三相异步电机11安装在蜗轮蜗杆减速机17外壳上，托板16用于支撑和固定立式带座轴承12。
[0019]本专利技术还可以在上述基础上进行进一步的优化。为了能适应不同的手术环境，例如：口腔手术时病人一般会倾斜上身躺在手术椅上，而其他手术时病人可能是完全平躺，所以在上述关节前端增加了旋转组件，通过旋转组件的旋转，可以大幅度调整末端执行器的倾斜角度，使其垂直朝下或者有一定角度的倾斜，更好地适应不同的手术操作环境。
[0020]如图7所示，在所述关节中增加了旋转组件，所述旋转组件设置在连接盘6和旋转气缸7之间，用于实现末端执行器在特定方向的倾斜，所述旋转组件包括连接构件8和旋转构件9，旋转构件9通过旋转轴转动设置在连接构件8上，所述连接构件8远离旋转轴的一端与连接盘6固定连接，旋转轴上连接有旋转控制电机，通过旋转控制电机带动所述旋转构件9转动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种连接手术机器人机械臂与末端执行器的关节，其特征在于，包括柔性绳索、卷绳机、直杆形球头杆端关节轴承和关节前端，所述关节前端包括连接盘和旋转气缸，关节轴承一端通过连接杆一连接在机械臂上，另一端通过连接杆二连接在关节前端的连接盘上，在机械臂和关节前端之间，连接有四根柔性绳索，四个卷绳机围绕连接杆一的外周均匀安装在机械臂上，柔性绳索的一端缠绕在卷绳机上，另一端围绕连接杆二固定在连接盘上，使得四根柔性绳索在所述关节轴承外侧均匀分布，连接盘与旋转气缸固定连接，通过卷绳机控制柔性绳索的长短，带动关节轴承朝所需要的方向旋转摆动，并将所述旋转摆动传递给关节前端，从而带动末端执行器进行相应操作。2.如权利要求1所述的连接手术机器人机械臂与末端执行器的关节，其特征在于：所述关节前端还包括旋转组件，所述旋转组件设置在连接盘和旋转气缸之间，用于实现末端执行器在特定方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵萍，刘韦铭，韩旭，吴志乐，关天俊，魏晓丰，金典，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：