一种机器人关节结构制造技术

本发明专利技术公开了一种机器人关节结构，其包括：第一法兰；第二法兰，所述第二法兰与所述第一法兰转动连接；在初始状态时，所述第一法兰与所述第二法兰之间的第一线缆长度和第二线缆长度为第一长度；在所述第一法兰与所述第二法兰相对转动预设角度时，所述第一法兰与所述第二法兰之间的第一线缆长度为第二长度，所述第一法兰与所述第二法兰之间的第二线缆长度为第三长度；调节机构，用于使得所述第二长度与所述第一长度的差值大于等于所述第一长度与所述第三长度的差值。本发明专利技术中，能够完全消除或补偿关节法兰旋转时导致的驱动缆绳松弛的现象，使得末端执行器在病人腔内的姿态精度得以维持，医生操作可以精准无误。医生操作可以精准无误。医生操作可以精准无误。

【技术实现步骤摘要】
一种机器人关节结构


[0001]本专利技术涉及机器人关节
，进一步地涉及一种机器人关节结构。

技术介绍

[0002]现有的外科单孔手术机器人专用器械其末端执行器自身一般具有4+1个自由度，其中两个位置自由度（例如平行机构的俯仰和偏航）和两个姿态自由度（例如腕机构的俯仰和偏航），以及一个操作自由度（例如开合夹钳）。在常规单孔腔镜手术中，机器人器械末端执行器进入人体，结合末端执行器驱动单元提供的翻滚自由度以及Z向滑轨提供的伸缩自由度，使得末端执行器具有共计6+1个自由度，可以对病人腔内的目标病灶进行全自由度外科手术操作。
[0003]然而无论是腕机构还是平行机构，其现有的销轴连接铰接关节都存在问题，当相邻关节法兰相互旋转时，穿过关节法兰的驱动（被动约束）缆绳会发生松弛，从而导致器械主从映射不准确或部分失效，具体体现为腕机构或平行机构无法达到预定的姿态或达到的姿态存在一定的随机性，该问题严重影响了末端执行器的操作精度，并导致医生无法准确进行手术操作。
[0004]经专利技术人研究发现，现有铰链关节存在的问题其根本原因在于弧弦差问题的存在。因此，有必要设计一种机器人关节结构来解决上述问题。

技术实现思路

[0005]针对上述技术问题，本专利技术的目的在于提供一种机器人关节结构，能够完全消除或补偿关节法兰旋转时导致的驱动缆绳松弛的现象，使得末端执行器在病人腔内的姿态精度得以维持，医生操作可以精准无误。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供一种机器人关节结构，包括：第一法兰，所述第一法兰的相对两侧分别设置有用于与第一线缆活动连接的第一连接部和用于与第二线缆活动连接第二连接部；第二法兰，所述第二法兰与所述第一法兰转动连接，所述第二法兰的相对两侧分别设置有用于与第一线缆活动连接的第三连接部和用于与第二线缆活动连接的第四连接部；在初始状态时，所述第一法兰与所述第二法兰之间的第一线缆长度为第一长度，所述第一法兰与所述第二法兰之间的第二线缆长度也为第一长度；在所述第一法兰与所述第二法兰相对转动预设角度时，所述第一法兰与所述第二法兰之间的第一线缆长度为第二长度，所述第一法兰与所述第二法兰之间的第二线缆长度为第三长度，所述第二长度大于所述第一长度大于所述第三长度；调节机构，用于调整所述第二长度与所述第一长度的差值，以及所述第一长度与所述第三长度的差值，使得所述第二长度与所述第一长度的差值大于等于所述第一长度与所述第三长度的差值。
[0007]在一些实施方式中，所述调节机构为四连杆机构，所述四连杆机构分别与所述第一法兰和所述第二法兰连接，所述第一法兰和所述第二法兰通过所述四连杆机构转动连接，使得所述第二长度与所述第一长度的差值等于所述第一长度与所述第三长度的差值。
[0008]在一些实施方式中，所述四连杆机构包括：支撑件，所述支撑件包括连接杆和两个平行设置的支撑杆，所述连接杆的两端分别与对应侧的所述支撑杆垂直连接，所述支撑杆的两端分别为弧形面，所述第一法兰靠近所述第二法兰的端面设置有两个第一弧形槽，所述第二法兰靠近所述第一法兰的端面设置有两个第二弧形槽，所述支撑件设置于所述第一法兰和所述第二法兰之间，使得两个所述支撑杆的一端分别适配插设于对应的所述第一弧形槽内，两个所述支撑杆的另一端分别适配插设于对应的所述第二弧形槽内；两个第一连杆，分别固定于所述第一法兰靠近所述第二法兰的端面上，两个所述第一连杆分别位于所述第一法兰的相对两侧；两个第二连杆，分别固定于所述第二法兰靠近所述第一法兰的端面上，两个所述第二连杆分别位于所述第二法兰的相对两侧；两个第三连杆，两个所述第三连杆的一端分别与对应侧的所述第一连杆转动连接，两个所述第三连杆的另一端分别与对应侧的所述第二连杆转动连接。
[0009]在一些实施方式中，所述弧形面为半球形面，所述第一弧形槽和所述第二弧形槽均为半球形槽，所述支撑杆分别与所述第一法兰的端面、所述第二法兰的端面垂直时，所述第一连杆与所述第二连杆平行设置。
[0010]在一些实施方式中，所述第一连杆与所述第三连杆经第一销轴转动连接，并以所述第一连杆与所述第一法兰的连接处作为旋转中心；所述第二连杆与所述第三连杆经第二销轴转动连接，并以所述第二连杆与所述第二法兰的连接处作为旋转中心。
[0011]在一些实施方式中，所述第一连杆的端部设置有第一弧形凹槽，所述第二连杆的端部设置有第二弧形凹槽，所述第三连杆的两端分别设置有弧形凸起，所述第三连杆两端的所述弧形凸起分别适配设置于所述第一弧形凹槽和所述第二弧形凹槽内；所述支撑件的两侧分别固定有滑杆，所述第三连杆的中部设置有滑槽，所述滑杆插设于所述滑槽内，所述滑杆远离所述支撑件的一端设置于限位环；所述第一连杆与所述第三连杆经所述第一弧形凹槽和所述弧形凸起转动连接，并以所述第一连杆与所述第一法兰的连接处作为旋转中心；所述第二连杆与所述第三连杆经所述第二弧形凹槽和所述弧形凸起转动连接，并以所述第二连杆与所述第二法兰的连接处作为旋转中心。
[0012]在一些实施方式中，所述第一法兰靠近所述第二法兰的一端设置有第一弧形凸台，所述第一弧形凸台的边缘设置有若干个间隔布置的第一凸齿；所述第二法兰靠近所述第一法兰的一端设置有第二弧形凸台，所述第二弧形凸台的边缘设置有若干个间隔布置的第二凸齿；所述第一凸齿与所述第二凸齿适配啮合，使得所述第一法兰与所述第二法兰转动连接。
[0013]在一些实施方式中，所述第一弧形凸台的两侧分别设置有第一端面，所述第一法
兰远离所述第一弧形凸台的一端设置有第一锥形面，所述第一锥形面的顶端处作为所述第一法兰的旋转中心，所述第一锥形面的顶端处与所述第一端面之间的距离为第四长度；所述第二弧形凸台的两侧分别设置有第二端面，所述第二法兰远离所述第二弧形凸台的一端设置有第二锥形面，所述第二锥形面的顶端处作为所述第二法兰的旋转中心，所述第二锥形面的顶端处与所述第二端面之间的距离为第四长度；所述第一弧形凸台的外径等于所述第二弧形凸台的外径，所述第一连接部和所述第二连接部分别设置于所述第一端面与所述第一锥形面的连接处，所述第三连接部和所述第四连接部分别设置于所述第二端面与所述第二锥形面的连接处；啮合结构、第一法兰结构及第二法兰结构形成所述调节机构，在初始状态时，所述第一端面与所述第二端面平行，在所述第一法兰与所述第二法兰相对转动预设角度时，所述第二长度与所述第一长度的差值大于所述第一长度与所述第三长度的差值。
[0014]在一些实施方式中，所述第一弧形凸台的两侧分别设置有第一端面，所述第一法兰远离所述第一弧形凸台的一端设置有第一平面，所述第一端面与所述第一平面平行设置且间隔预设距离；所述第二弧形凸台的两侧分别设置有第二端面，所述第二法兰远离所述第二弧形凸台的一端设置有第二平面，所述第二端面与所述第二平面平行设置且间隔预设距离；所述第一弧形凸台的外径等于所述第二弧形凸台的外径，所述第一弧形凸台的圆心作为所述第一法兰的理论旋转中心，所述第二弧形凸台的圆心作为所述第二法兰的理论旋转中心，所述第一法兰的实际旋转中心位于所述第一端面与所述第一平面之本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机器人关节结构，其特征在于，包括：第一法兰，所述第一法兰的相对两侧分别设置有用于与第一线缆活动连接的第一连接部和用于与第二线缆活动连接第二连接部；第二法兰，所述第二法兰与所述第一法兰转动连接，所述第二法兰的相对两侧分别设置有用于与第一线缆活动连接的第三连接部和用于与第二线缆活动连接的第四连接部；在初始状态时，所述第一法兰与所述第二法兰之间的第一线缆长度为第一长度，所述第一法兰与所述第二法兰之间的第二线缆长度也为第一长度；在所述第一法兰与所述第二法兰相对转动预设角度时，所述第一法兰与所述第二法兰之间的第一线缆长度为第二长度，所述第一法兰与所述第二法兰之间的第二线缆长度为第三长度，所述第二长度大于所述第一长度大于所述第三长度；调节机构，用于调整所述第二长度与所述第一长度的差值，以及所述第一长度与所述第三长度的差值，使得所述第二长度与所述第一长度的差值大于等于所述第一长度与所述第三长度的差值。2.根据权利要求1所述的机器人关节结构，其特征在于，所述调节机构为四连杆机构，所述四连杆机构分别与所述第一法兰和所述第二法兰连接，所述第一法兰和所述第二法兰通过所述四连杆机构转动连接，使得所述第二长度与所述第一长度的差值等于所述第一长度与所述第三长度的差值。3.根据权利要求2所述的机器人关节结构，其特征在于，所述四连杆机构包括：支撑件，所述支撑件包括连接杆和两个平行设置的支撑杆，所述连接杆的两端分别与对应侧的所述支撑杆垂直连接，所述支撑杆的两端分别为弧形面，所述第一法兰靠近所述第二法兰的端面设置有两个第一弧形槽，所述第二法兰靠近所述第一法兰的端面设置有两个第二弧形槽，所述支撑件设置于所述第一法兰和所述第二法兰之间，使得两个所述支撑杆的一端分别适配插设于对应的所述第一弧形槽内，两个所述支撑杆的另一端分别适配插设于对应的所述第二弧形槽内；两个第一连杆，分别固定于所述第一法兰靠近所述第二法兰的端面上，两个所述第一连杆分别位于所述第一法兰的相对两侧；两个第二连杆，分别固定于所述第二法兰靠近所述第一法兰的端面上，两个所述第二连杆分别位于所述第二法兰的相对两侧；两个第三连杆，两个所述第三连杆的一端分别与对应侧的所述第一连杆转动连接，两个所述第三连杆的另一端分别与对应侧的所述第二连杆转动连接。4.根据权利要求3所述的机器人关节结构，其特征在于，所述弧形面为半球形面，所述第一弧形槽和所述第二弧形槽均为半球形槽，所述支撑杆分别与所述第一法兰的端面、所述第二法兰的端面垂直时，所述第一连杆与所述第二连杆平行设置。5.根据权利要求4所述的机器人关节结构，其特征在于，所述第一连杆与所述第三连杆经第一销轴转动连接，并以所述第一连杆与所述第一法兰的连接处作为旋转中心；所述第二连杆与所述第三连杆经第二销轴转动连接，并以所述第二连杆与所述第二法兰的连接处作为旋转中心。
6.根据权利要求4所述的机器人关节结构，其特征在于，所述第一连杆的端部设置有第一弧形凹槽，所述第二连杆的端部设置有第二弧形凹槽，所述第三连杆的两端分别设置有弧形凸起，所述第三连杆两端的所述弧形凸起分别适配设置于所述第一弧形凹槽和所述第二弧形凹槽内；所述支撑件的两侧分别固定有滑杆，所述第三连杆的中部设置有滑槽，所述滑杆插设于所述滑槽内，所述滑杆远离所述支撑件的一端设置于限位环；所述第一连杆与所述第三连杆经所述第一弧形凹槽和所述弧形凸起转动连接，并以所述第一连杆与所述第一法兰的连接处作为旋转中心；所述第二连杆与所述第三连杆经所述第二弧形凹槽和所述弧形凸起转动连接，并以所述第二连杆与所述第二法兰的连接处作为旋转中心。7.根据权利要求1所述的机器人关节结构，其特征在于，所述第一法兰靠近所述第二法兰的一端设置有第一弧...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁宇航，周文婷，沈桐，
申请(专利权)人：艺柏湾医疗科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：