【技术实现步骤摘要】
本技术涉及医疗器械，特别涉及一种机械臂及医疗设备。
技术介绍
1、随着医疗机器人应用的不断深入，医用机械臂呈现出多样化发展态势。在从手机械臂领域，医用机械臂主要有两种构型，分别是达芬奇平行四边形构型和多轴串联构型。就达芬奇平行四边形构型而言，因独特的平行四边形机理实现了物理远心不动点，同时还可以有丰富的冗余自由度，灵活性进一步提升，利用其完成的手术也越来越多，使其成为市面上应用最广泛、市场成熟度最高的医用机械臂构型。从驱动器械角度看，达芬奇构型机械臂可以给到器械俯仰、偏摆和升降3个彼此独立的自由度，控制上更简单。就多轴串联机械臂构型而言，多轴串联机械臂构型可以通过多关节耦合给到器械的俯仰、偏摆、升降3个自由度，同时集成了调定臂的功能，减少了整体关节数量，可以做到更小、更轻、更经济。
2、但是，多轴串联机械臂构型因俯仰、偏摆、升降3个自由度的实现是通过多个关节耦合实现的，控制相对复杂，同时当关节运动到奇异位置附近时，存在局部自由度退化情况，使某些关节的轴线接近重合，导致器械无法从顶端拔出，安全性差。
技术实现思路
1、本技术要解决的技术问题是为了克服现有技术中的多轴串联机械臂构型转到某些位置导致器械无法从顶端拔出的缺陷，提供一种机械臂及医疗设备。
2、本技术是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
3、一种机械臂，所述机械臂包括小臂、手腕、第一摆动关节轴和器械自转关节轴，所述小臂通过所述第一摆动关节轴与所述手腕的第一端转动连接，所述手腕的第二端上安装
4、在本方案中，若将第一摆动关节轴的轴线与器械自转关节轴的轴线设置垂直时，在关节坐标模式下，手腕可以实现360°无死角运动，但在笛卡尔坐标系下会遇到奇异问题(当小臂自转关节轴与器械自转关节轴重合时)。常规的六轴机械臂在奇异状态下，若不改变运动模式，且在不牺牲精度的前提下，无法跨越奇异点，这就迫使机器人的连续作业范围局限在第一摆动关节轴的正向运动空间或负向运动空间。然而，腹腔机器人在手术过程中需要在笛卡尔坐标系下连续运动，且运动由医生通过主手远程操控，其运动路线及位姿很难预判。该机械臂通过将第一摆动关节轴的轴线与器械自转关节轴的轴线设置为不垂直，避免小臂自转关节轴与器械自转关节轴重合时出现的手腕自由度退化，并能实现器械在手术中任意位姿从顶端安全撤离。
5、较佳地，所述第一摆动关节轴的轴线与所述器械自转关节轴的轴线的夹角范围为大于等于65°且小于等于85°。
6、在本方案中，采用上述结构设置，适当限缩第一摆动关节轴的轴线与器械自转关节轴的轴线的夹角范围，避免小臂自转关节轴与器械自转关节轴重合时出现的手腕自由度退化，便于器械旋转到需要的位置，且还便于器械从顶端撤离。第一摆动关节轴的轴线与器械自转关节轴的轴线的最佳夹角是刚好能安全从顶部抽离器械的角度。当然，在其他的实施例中，可通过增加臂展，使上述夹角更接近90度，以减小手腕运动的盲区。
7、较佳地，所述小臂包括第一支撑臂、第二支撑臂和小臂自转关节轴，所述第一支撑臂的一端通过所述小臂自转关节轴与所述第二支撑臂的一端转动连接，所述第一支撑臂的另一端通过所述第一摆动关节轴与所述手腕的一端转动连接。
8、在本方案中，采用上述结构设置，用于提供更多的自由度，能够弥补非正交手腕构型的姿态盲区。
9、较佳地，所述第一摆动关节轴、所述器械自转关节轴和所述小臂自转关节轴三者的轴线在空间上交汇于一点。
10、在本方案中，采用上述结构设置，避免奇异发生，解决机械臂在奇异点位置自由度退化的问题，同时还能保证器械能够从顶端撤离。
11、较佳地，所述第一支撑臂靠近所述手腕的一端设置有避让槽，所述避让槽用于所述手腕旋转时的避让。
12、在本方案中，采用上述结构设置，防止手腕旋转时与小臂产生干涉。因为器械自转轴与第一摆动关节轴不垂直，导致手腕三轴体系构成的姿态空间出现盲区，有必要引入冗余自由度，以填补姿态盲区。
13、较佳地，所述机械臂还包括大臂和第二摆动关节轴，所述大臂包括第三支撑臂、第四支撑臂和大臂自转关节轴，所述第三支撑臂的一端通过所述大臂自转关节轴与所述第四支撑臂转动连接，所述第三支撑臂的另一端通过所述第二摆动关节轴与所述小臂远离所述手腕的一端转动连接。
14、在本方案中，采用上述结构设置，用于提供更多的自由度，能够弥补非正交手腕构型的姿态盲区。
15、较佳地，所述机械臂还包括基座单元和第三摆动关节轴，所述基座单元包括底座、旋转座和基座自转关节轴，所述底座通过所基座自转关节轴与所述旋转座的一端转动连接，所述旋转座的另一端通过第三摆动关节轴与所述第四支撑臂远离所述第三支撑臂的一端转动连接。
16、在本方案中，采用上述结构设置，用于提供更多的自由度，能够弥补非正交手腕构型的姿态盲区。
17、较佳地，所述基座自转关节轴、所述第三摆动关节轴和所述大臂自转关节轴三者的轴线在空间上交汇于一点。
18、在本方案中，采用上述结构设置，提高工具臂的灵活性，可以弥补手腕非正交体系所引起的姿态盲区，实现器械任意姿态连续可达。
19、一种医疗设备，所述医疗设备包括如上所述的机械臂。
20、在本方案中，该医疗设备由于设置有如上所述的机械臂，通过增加设置大臂自转关节，以增加一冗余自由度，可以弥补手腕非正交体系所引起的姿态盲区，实现器械任意姿态连续可达。
21、在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本技术各较佳实例。
22、本技术的积极进步效果在于：传统六轴机械臂，若将第一摆动关节轴的轴线与器械自转关节轴的轴线设置垂直时，在关节坐标模式下，手腕可以实现360°无死角运动，但在笛卡尔坐标系下会遇到奇异问题(当小臂自转关节轴与器械自转关节轴重合时)。常规的六轴机械臂在奇异状态下，若不改变运动模式，且在不牺牲精度的前提下，无法跨越奇异点，这就迫使机器人的连续作业范围局限在第一摆动关节轴的正向运动空间或负向运动空间。然而，腹腔机器人在手术过程中需要在笛卡尔坐标系下连续运动，且运动由医生通过主手远程操控，其运动路线及位姿很难预判。将第一摆动关节轴的轴线与器械自转关节轴的轴线设置为不垂直，避免小臂自转关节轴与器械自转关节轴重合时出现的手腕自由度退化，并能实现器械在手术中任意位姿从顶端安全撤离，并且该机械臂通过设置大臂自转关节轴，以增加一冗余自由度，冗余自由度的增加可以弥补手腕非正交体系所引起的姿态盲区，实现器械任意姿态连续可达。
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1.一种机械臂，其特征在于，所述机械臂包括小臂、手腕、第一摆动关节轴和器械自转关节轴，所述小臂通过所述第一摆动关节轴与所述手腕的第一端转动连接，所述手腕的第二端上安装有所述器械自转关节轴，所述器械自转关节轴用于与器械连接，所述第一摆动关节轴的轴线与所述器械自转关节轴的轴线不垂直。
2.如权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述第一摆动关节轴的轴线与所述器械自转关节轴的轴线的夹角范围为大于等于65°且小于等于85°。
3.如权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述小臂包括第一支撑臂、第二支撑臂和小臂自转关节轴，所述第一支撑臂的一端通过所述小臂自转关节轴与所述第二支撑臂的一端转动连接，所述第一支撑臂的另一端通过所述第一摆动关节轴与所述手腕的一端转动连接。
4.如权利要求3所述的机械臂，其特征在于，所述第一摆动关节轴、所述器械自转关节轴和所述小臂自转关节轴三者的轴线在空间上交汇于一点。
5.如权利要求3所述的机械臂，其特征在于，所述第一支撑臂靠近所述手腕的一端设置有避让槽，所述避让槽用于所述手腕旋转时的避让。
6.如权利要求1
7.如权利要求6所述的机械臂，其特征在于，所述机械臂还包括基座单元和第三摆动关节轴，所述基座单元包括底座、旋转座和基座自转关节轴，所述底座通过所基座自转关节轴与所述旋转座的一端转动连接，所述旋转座的另一端通过第三摆动关节轴与所述第四支撑臂远离所述第三支撑臂的一端转动连接。
8.如权利要求7所述的机械臂，其特征在于，所述基座自转关节轴、所述第三摆动关节轴和所述大臂自转关节轴三者的轴线在空间上交汇于一点。
9.一种医疗设备，其特征在于，所述医疗设备包括如权利要求1-8中任意一项所述的机械臂。
...【技术特征摘要】
1.一种机械臂，其特征在于，所述机械臂包括小臂、手腕、第一摆动关节轴和器械自转关节轴，所述小臂通过所述第一摆动关节轴与所述手腕的第一端转动连接，所述手腕的第二端上安装有所述器械自转关节轴，所述器械自转关节轴用于与器械连接，所述第一摆动关节轴的轴线与所述器械自转关节轴的轴线不垂直。
2.如权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述第一摆动关节轴的轴线与所述器械自转关节轴的轴线的夹角范围为大于等于65°且小于等于85°。
3.如权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述小臂包括第一支撑臂、第二支撑臂和小臂自转关节轴，所述第一支撑臂的一端通过所述小臂自转关节轴与所述第二支撑臂的一端转动连接，所述第一支撑臂的另一端通过所述第一摆动关节轴与所述手腕的一端转动连接。
4.如权利要求3所述的机械臂，其特征在于，所述第一摆动关节轴、所述器械自转关节轴和所述小臂自转关节轴三者的轴线在空间上交汇于一点。
5.如权利要求3所述的机械臂，其特征在于，所述第一支撑臂...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈鹏，
申请(专利权)人：上海术之道机器人有限公司，
类型：新型
国别省市：
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