【技术实现步骤摘要】
本申请涉及医疗机器人的操纵主手领域，更具体的说是涉及一种微操作机器人的医生端的主控制手的重力补偿装置和具有其的医生端操控台和手术机器人系统。
技术介绍
1、医疗手术微器械具有定位准确、运行稳定、灵巧性强、工作范围大、不怕辐射和感染等优点，广泛应用于各种手术中。手术微器械的使用有助于提高外科医生手术的精度，解决外科医生手部的颤抖、疲劳、肌肉神经反馈等方面的问题，能够使医生在最舒适的状态下进行手术操作，对于提高手术成功率、减轻患者痛苦具有重要价值，近年来其研究已经成为医疗器械应用的新领域。
2、一般地，通过医生端台车来控制患者端机器人进行手术操作，医生端台车设置有一对主操作手。主操作手可以准确地识别医生的手部位置和姿态，从而将医生手部动作以一定的映射关系映射到患者端机械臂上，进行手术切割、缝合等操作。
3、在一台手术过程中，医生几乎无时无刻不在操作医生端主手，是一个强接触，强耦合环节。因此主手的操作力对医生的操作精度和耐力有显著影响，其中，主手的重力和惯量影响最大。理想的主手具有全域悬浮功能，并且拥有合理的惯量或者阻力，不对医生的操作意图产生显著影响，并能使医生保持长时间操作的舒适性。
技术实现思路
1、在
技术实现思路
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本申请的
技术实现思路
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
2、本申请的第一方
3、根据本申请的重力补偿装置，通过线缆和第一、第二滑轮组件连接摆臂和弹性组件，使得摆臂运动引起弹性组件发生弹性变形，弹性变形产生弹性的力通过至少一个线缆作用至摆臂，用于补偿摆臂和连接于摆臂端部的操作装置的重力。当摆臂的重力势能增加时，弹性组件释放弹性势能，当摆臂的重力势能减小时，弹性组件累积弹性势能，也就是说，实现在摆臂运动时重力势能和弹性势能的相互转换，显著降低了摆臂的转动惯量。本方案的整体结构简洁，占用空间小，极大方便布线。本方案的滑轮使用量小，绳驱装置的寿命高。
4、可选地，所述至少一个线缆在所述第一滑轮组件和第二滑轮组件之间的部分关于所述第一轴线和所述第二轴线的连线对称。
5、根据本申请，线缆以对称的方式缠绕第一滑轮组件和第二滑轮组件，有效保证线缆在第一滑轮组件和第二滑轮组件之间的长度变化与第一滑轮组件和第二滑轮组件之间的距离变化呈线性关系，从而将第一滑轮组件和第二滑轮组件之间的距离变化反映到弹性组件的弹性形变，简化补偿计算模型，方便补偿装置的设计。
6、可选地，所述第一滑轮组件包括沿所述第一轴线层叠的固定轮和第一定滑轮，所述固定轮固定至所述机架，所述第一定滑轮可转动地连接至所述机架，所述第一定滑轮的半径与所述固定轮的半径相等；所述第二滑轮组件包括第一动滑轮，所述第一动滑轮可转动地连接至所述摆臂，所述第一动滑轮的半径与所述第一定滑轮的半径相等；所述至少一个线缆包括第一线缆和第二线缆，所述第一线缆和所述第二线缆分别位于垂直于所述旋转轴线且相互平行的两个平面内，所述第一线缆的一端连接所述弹性组件、另一端以第一方向缠绕所述第一定滑轮和所述第一动滑轮后固定至所述第一动滑轮的外周，所述第二线缆的一端固定至所述固定轮的外周、另一端以第二方向缠绕所述固定轮和所述第一动滑轮后固定至所述第一动滑轮的外周，所述第一方向与所述第二方向相反。
7、根据本申请，通过线缆和滑轮组的分层连接，即第一线缆、第一定滑轮和第一动滑轮作为第一层，第二线缆、固定轮和第一动滑轮作为另一层，有效避免摆臂运动时线缆与滑轮发生打滑，减小线缆和滑轮之间的摩擦损失。另外，采用相等半径的滑轮，可以保证在摆臂运动时线缆包绕滑轮的总长度不变，即保证摆臂运动时产生的弹簧变形量与线缆在第一滑轮组件和第二滑轮组件之间的长度变化一致，简化补偿计算模型，方便补偿装置的设计。
8、可选地，所述固定轮、所述第一定滑轮和所述第一动滑轮的外周设置有用于容纳所述线缆的线缆凹槽，所述线缆凹槽设置有凹槽接头；所述线缆的端头设置有线缆接头，用于与所述凹槽接头卡接。
9、根据本申请，线缆凹槽可以防止在运动过程中线缆在滑轮的轴向方向上发生偏移，线缆端头固定至滑轮外周表面的方法简单、有效。
10、可选地，所述第一轴线与所述旋转轴线的距离等于所述第二轴线与所述旋转轴线的距离。
11、根据本申请，第一轴线、第二轴线和旋转轴线在垂直平面上构成等腰三角形，有利于重力势能和弹性势能的等量转化。
12、可选地，所述弹性组件发生弹性形变产生的弹力与所述第一轴线和所述第二轴线之间的距离成正比。
13、根据本申请，弹性组件具有线性特性，简化了装置结构，便于实施相关计算和设计。
14、可选地，所述弹性组件包括弹簧，所述弹簧具有沿其弹性形变方向相对设置的弹簧第一端和弹簧第二端，所述弹簧第一端连接至所述机架，所述线缆作用至所述弹簧第二端。
15、进一步，所述弹簧包括压缩弹簧、拉伸弹簧或扭转弹簧。
16、根据本申请，用于提供弹性势能的元件为弹簧，装置结构简单、性能稳定。
17、可选地，所述弹性组件还包括：第一端盖，所述第一端盖固定至所述机架，所述弹簧第一端连接至所述第一端盖；和第二端盖，所述第二端盖沿所述弹性形变方向与所述第一端盖间隔设置，所述第二端盖连接至所述弹簧第二端并相对于所述机架可移动，所述线缆作用至所述第二端盖。
18、根据本申请，第一端盖和第二端盖构成弹簧的外骨架，有利于保护弹簧和向弹簧均匀施加作用力。
19、可选地，所述弹簧包括压缩弹簧，所述第一端盖包括第一端盖通孔，所述线缆穿过所述第一端盖通孔作用至所述第二端盖。
20、根据本申请，第一端盖通孔用于供线缆穿过以连接至压缩弹簧第二端。
21、可选地，所述第二端盖包括至少一个第二端盖通孔，所述第二端盖通孔沿所述弹性形变方向延伸；所述弹性组件还包括至少一个导杆，所述导杆本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种重力补偿装置，用于为操控台上的操作装置提供重力补偿，所述重力补偿装置安装在所述操控台的机架上，所述重力补偿装置包括：
2.根据权利要求1所述的重力补偿装置，其特征在于，所述至少一个线缆在所述第一滑轮组件和第二滑轮组件之间的部分关于所述第一轴线和所述第二轴线的连线对称。
3.根据权利要求1所述的重力补偿装置，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的重力补偿装置，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的重力补偿装置，其特征在于，所述第一轴线与所述旋转轴线的距离等于所述第二轴线与所述旋转轴线的距离。
6.根据权利要求1所述的重力补偿装置，其特征在于，所述弹性组件发生弹性形变产生的弹力与所述第一轴线和所述第二轴线之间的距离成正比。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的重力补偿装置，其特征在于，所述弹性组件包括弹簧，所述弹簧具有沿其弹性形变方向相对设置的弹簧第一端和弹簧第二端，所述弹簧第一端连接至所述机架，所述线缆作用至所述弹簧第二端。
8.根据权利要求7所述的重力补偿装置，其特征在于，所述弹簧包括压缩
9.根据权利要求7所述的重力补偿装置，其特征在于，所述弹性组件还包括：
10.根据权利要求9所述的重力补偿装置，其特征在于，所述弹簧包括压缩弹簧，所述第一端盖包括第一端盖通孔，所述线缆穿过所述第一端盖通孔作用至所述第二端盖。
11.根据权利要求9或10所述的重力补偿装置，其特征在于，
12.根据权利要求11所述的重力补偿装置，其特征在于，所述弹性组件还包括至少一个直线轴承，所述直线轴承与所述导杆对应设置，所述直线轴承固定连接至所述第二端盖并可滑动地套设在所述导杆上。
13.根据权利要求11所述的重力补偿装置，其特征在于，
14.根据权利要求13所述的重力补偿装置，其特征在于，
15.根据权利要求11所述的重力补偿装置，其特征在于，
16.根据权利要求11所述的重力补偿装置，其特征在于，所述弹性组件还包括套筒，所述套筒沿所述弹性形变方向延伸；
17.根据权利要求1至6中任一项所述的重力补偿装置，其特征在于，还包括至少一个第二定滑轮，所述至少一个第二定滑轮设置至所述机架，所述线缆缠绕所述第一滑轮组件和所述第二滑轮组件后经所述至少一个第二定滑轮改变方向，然后连接至所述弹性组件。
18.根据权利要求1所述的重力补偿装置，其特征在于，还包括第三定滑轮，所述第三定滑轮连接至所述机架并围绕所述旋转轴线相对于所述机架可旋转；
19.一种重力补偿装置，用于为操控台上的操作装置提供重力补偿，所述重力补偿装置安装在所述操控台的机架上，所述重力补偿装置包括：
20.根据权利要求19所述的重力补偿装置，其特征在于，所述至少一个线缆包括第一线缆和第二线缆，所述第一线缆和所述第二线缆分别位于垂直于所述旋转轴线且相互平行的两个平面内，所述第一线缆的一端连接所述弹性组件、另一端以第一方向缠绕所述定滑轮和所述动滑轮后固定至所述动滑轮的外周，所述第二线缆的一端固定至所述固定轮的外周、另一端以第二方向缠绕所述固定轮和所述动滑轮后固定至所述动滑轮的外周，所述第一方向与所述第二方向相反。
21.根据权利要求20所述的重力补偿装置，其特征在于，
22.根据权利要求19至21中任一项所述的重力补偿装置，其特征在于，所述固定轮的中轴与所述旋转轴线的距离等于所述动滑轮的中轴与所述旋转轴线的距离。
23.根据权利要求19至21中任一项所述的重力补偿装置，其特征在于，所述固定轮、所述定滑轮和所述动滑轮的半径相等。
24.根据权利要求19至21中任一项所述的重力补偿装置，其特征在于，所述弹性组件发生弹性形变产生的弹力与所述固定轮的中轴和所述动滑轮的中轴之间的距离成正比。
25.一种用于手术机器人系统的医生端操控台，其特征在于，包括：
26.一种手术机器人系统，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.一种重力补偿装置，用于为操控台上的操作装置提供重力补偿，所述重力补偿装置安装在所述操控台的机架上，所述重力补偿装置包括：
2.根据权利要求1所述的重力补偿装置，其特征在于，所述至少一个线缆在所述第一滑轮组件和第二滑轮组件之间的部分关于所述第一轴线和所述第二轴线的连线对称。
3.根据权利要求1所述的重力补偿装置，其特征在于，
4.根据权利要求3所述的重力补偿装置，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的重力补偿装置，其特征在于，所述第一轴线与所述旋转轴线的距离等于所述第二轴线与所述旋转轴线的距离。
6.根据权利要求1所述的重力补偿装置，其特征在于，所述弹性组件发生弹性形变产生的弹力与所述第一轴线和所述第二轴线之间的距离成正比。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的重力补偿装置，其特征在于，所述弹性组件包括弹簧，所述弹簧具有沿其弹性形变方向相对设置的弹簧第一端和弹簧第二端，所述弹簧第一端连接至所述机架，所述线缆作用至所述弹簧第二端。
8.根据权利要求7所述的重力补偿装置，其特征在于，所述弹簧包括压缩弹簧、拉伸弹簧或扭转弹簧。
9.根据权利要求7所述的重力补偿装置，其特征在于，所述弹性组件还包括：
10.根据权利要求9所述的重力补偿装置，其特征在于，所述弹簧包括压缩弹簧，所述第一端盖包括第一端盖通孔，所述线缆穿过所述第一端盖通孔作用至所述第二端盖。
11.根据权利要求9或10所述的重力补偿装置，其特征在于，
12.根据权利要求11所述的重力补偿装置，其特征在于，所述弹性组件还包括至少一个直线轴承，所述直线轴承与所述导杆对应设置，所述直线轴承固定连接至所述第二端盖并可滑动地套设在所述导杆上。
13.根据权利要求11所述的重力补偿装置，其特征在于，
14.根据权利要求13所述的重力补偿装置，其特征在于，
15.根据权利要求11所述的重力补偿装置，其特征在于，
【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，请求不公布姓名，
申请(专利权)人：深圳康诺思腾科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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