【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及内窥镜机械臂，特别是涉及一种具有耦合关节的5自由度丝驱动内窥镜机械臂。
技术介绍
1、随着人们对术后美观的追求越来越强烈，微创手术应用而生。微创手术具有创伤小、恢复时间短、医疗成本低及术后美观的特点。微创手术利用人体的自然腔道或者在人体表面开具小的创口，将手术器械通过该点深入人体内部进行手术操作，通常需要一个刚性的内窥镜辅助医生进行手术操作。申请号为cn202011402469.x的中国专利提供了一种基于定滑轮的模块化多丝驱动连续镜头臂，包括驱动端、长导杆、模块化连续体、内部弹性体和镜头固定端；长导杆的一端与驱动端连接，长导杆的另一端与模块化连续体连接，内部弹性体的一端与镜头固定端连接，内部弹性体的另一端依次穿过模块化连续体和长导杆，内部弹性体是中空的弹性管体；模块化连续体上安装有多根驱动丝，多根驱动丝通过驱动端驱动。上述结构在使用时存在以下问题：1、模块化连续体和内部弹性体的组合结构刚性不足，使得镜头的调整角度范围不稳定，运动稳定性难以满足高清镜头成像清晰度的需求；2、工作空间不够宽广，导致成像效果较差。为解决上述问题，需要提供一种新型的内窥镜机械臂。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种具有耦合关节的5自由度丝驱动内窥镜机械臂，提高运动稳定性和工作空间，镜头的调整角度范围更为精准。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种具有耦合关节的5自由度丝驱动内窥镜机械臂，包括执行端和驱动箱，所述执行端包括依次连接的上臂、上臂端部、横向肩关节、纵向肩关节
3、优选的，所述上臂与所述上臂端部之间、所述纵向肩关节与所述下臂之间、所述下臂与所述下臂端部之间、所述纵向腕关节与所述可调固定夹之间均为可拆卸固定连接，所述上臂端部与所述横向肩关节之间、所述横向肩关节与所述纵向肩关节之间、所述下臂端部和所述横向肘关节之间、所述横向肘关节与所述纵向肘关节之间、所述纵向肘关节与所述横向腕关节之间、所述横向腕关节与所述纵向腕关节之间均为可拆卸旋转连接，且用于可拆卸旋转连接的旋转轴依次正交设置。
4、优选的，所述上臂端部、所述横向肩关节、所述纵向肩关节、所述下臂端部、所述横向肘关节、所述纵向肘关节、所述横向腕关节和所述纵向腕关节的可拆卸旋转连接面上均设有两个斜坡面，且两个所述斜坡面对称设置在旋转轴的两侧。
5、优选的，所述上臂和所述下臂均为中空结构，所述上臂端部、所述横向肩关节、所述纵向肩关节、所述下臂端部、所述横向肘关节、所述纵向肘关节、所述横向腕关节和所述纵向腕关节上均设有若干穿绳孔。
6、优选的，所述上臂与所述驱动箱上的上臂座连接，所述上臂座的中部设有与所述上臂的内部相连通的通孔，所述上臂座的外缘设有一圈轮齿，所述轮齿与和所述上臂对应连接的电机的输出轴上的自旋转驱动齿轮啮合连接。
7、优选的，所述驱动丝组包括横向肩关节驱动部、纵向肩关节驱动部、横向腕关节驱动部和纵向腕关节驱动部，所述横向肩关节驱动部、所述纵向肩关节驱动部、所述横向腕关节驱动部和所述纵向腕关节驱动部均包括驱动杆、两条钢丝绳、固定在所述驱动箱上的两个一级转向滑轮和两个二级转向滑轮，所述一级转向滑轮靠近驱动杆设置，所述二级转向滑轮靠近通孔设置；所述横向肩关节驱动部中，驱动杆与和横向肩关节对应连接的电机的输出端连接，两条钢丝绳的一端分别以相反的方向缠绕固定在驱动杆上，两条钢丝绳的另一端分别依次绕过一个一级转向滑轮和一个二级转向滑轮后穿过通孔、上臂和上臂端部的穿绳孔最终固定在横向肩关节的穿绳孔中，两条钢丝绳在上臂、上臂端部和横向肩关节中始终保持中心对称设置；所述纵向肩关节驱动部中，驱动杆与和纵向肩关节对应连接的电机的输出端连接，两条钢丝绳的一端分别以相反的方向缠绕固定在驱动杆上，两条钢丝绳的另一端分别依次绕过一个一级转向滑轮和一个二级转向滑轮后穿过通孔、上臂、上臂端部的穿绳孔、横向肩关节的穿绳孔最终固定在纵向肩关节的穿绳孔中，两条钢丝绳在上臂、上臂端部、横向肩关节和纵向肩关节中始终保持中心对称设置；所述横向腕关节驱动部中，驱动杆与和横向腕关节对应连接的电机的输出端连接，两条钢丝绳的一端分别以相反的方向缠绕固定在驱动杆上，两条钢丝绳的另一端分别依次绕过一个一级转向滑轮和一个二级转向滑轮后穿过通孔、上臂、上臂端部的穿绳孔、横向肩关节的穿绳孔、纵向肩关节的穿绳孔、下臂、下臂端部的穿绳孔、横向肘关节的穿绳孔、纵向肘关节的穿绳孔最终固定在横向腕关节的穿绳孔中，两条钢丝绳在上臂、上臂端部、横向肩关节、纵向肩关节、下臂、下臂端部、横向肘关节、纵向肘关节和横向腕关节中始终保持中心对称设置；所述纵向腕关节驱动部中，驱动杆与和纵向腕关节对应连接的电机的输出端连接，两条钢丝绳的一端分别以相反的方向缠绕固定在驱动杆上，两条钢丝绳的另一端分别依次绕过一个一级转向滑轮和一个二级转向滑轮后穿过通孔、上臂、上臂端部的穿绳孔、横向肩关节的穿绳孔、纵向肩关节的穿绳孔、下臂、下臂端部的穿绳孔、横向肘关节的穿绳孔、纵向肘关节的穿绳孔、横向腕关节的穿绳孔最终固定在纵向腕关节的穿绳孔中，两条钢丝绳在上臂、上臂端部、横向肩关节、纵向肩关节、下臂、下臂端部、横向肘关节、纵向肘关节、横向腕关节和纵向腕关节中始终保持中心对称设置。
8、优选的，所述第一耦合丝组和所述第二耦合丝组均包括两条耦合丝绳，所述第一耦合丝组中的两条耦合丝绳呈中心对称设置且两端分别与横向肩关节上的穿绳孔和纵向肘关节上的穿绳孔固定连接，所述第二耦合丝组中的两条耦合丝绳呈中心对称设置且两端分别与上臂端部上的穿绳孔和横向肘关节上的穿绳孔固定连接。
9、优选的，所述斜坡面的切角为45°。
10、优选的，所述可调固定夹包括夹体，所述夹体的一端与所述纵向腕关节固定连接，所述夹体的另一端设有变形缝，所述变形缝的两侧分别为对称设置的第一夹头和第二夹头，所述第一夹头和所述第二夹头靠近所述变形缝的一侧面上均设有弧形凹槽，所述第一夹头和所述第二夹头的两端均设有连接耳，相对设置的两个连接耳之间通过螺栓连接。
11、因此，本专利技术采用上述结构的具有耦合关节的5自由度丝驱动内窥镜机械臂，提高运动稳定性和工作空间，镜头的调整角度范围更为精准。
12、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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1.一种具有耦合关节的5自由度丝驱动内窥镜机械臂，其特征在于：包括执行端和驱动箱，所述执行端包括依次连接的上臂、上臂端部、横向肩关节、纵向肩关节、下臂、下臂端部、横向肘关节、纵向肘关节、横向腕关节、纵向腕关节、可调固定夹和镜头，所述驱动箱上设有5个电机，所述上臂与其中1个电机连接，所述横向肩关节、所述纵向肩关节、所述横向腕关节和所述纵向腕关节均通过驱动丝组与剩余的4个电机一一对应连接，所述纵向肘关节通过第一耦合丝组与横向肩关节连接，所述横向肘关节通过第二耦合丝组与上臂端部连接。
2.根据权利要求1所述的具有耦合关节的5自由度丝驱动内窥镜机械臂，其特征在于：所述上臂与所述上臂端部之间、所述纵向肩关节与所述下臂之间、所述下臂与所述下臂端部之间、所述纵向腕关节与所述可调固定夹之间均为可拆卸固定连接，所述上臂端部与所述横向肩关节之间、所述横向肩关节与所述纵向肩关节之间、所述下臂端部和所述横向肘关节之间、所述横向肘关节与所述纵向肘关节之间、所述纵向肘关节与所述横向腕关节之间、所述横向腕关节与所述纵向腕关节之间均为可拆卸旋转连接，且用于可拆卸旋转连接的旋转轴依次正交设置。
...【技术特征摘要】
1.一种具有耦合关节的5自由度丝驱动内窥镜机械臂，其特征在于：包括执行端和驱动箱，所述执行端包括依次连接的上臂、上臂端部、横向肩关节、纵向肩关节、下臂、下臂端部、横向肘关节、纵向肘关节、横向腕关节、纵向腕关节、可调固定夹和镜头，所述驱动箱上设有5个电机，所述上臂与其中1个电机连接，所述横向肩关节、所述纵向肩关节、所述横向腕关节和所述纵向腕关节均通过驱动丝组与剩余的4个电机一一对应连接，所述纵向肘关节通过第一耦合丝组与横向肩关节连接，所述横向肘关节通过第二耦合丝组与上臂端部连接。
2.根据权利要求1所述的具有耦合关节的5自由度丝驱动内窥镜机械臂，其特征在于：所述上臂与所述上臂端部之间、所述纵向肩关节与所述下臂之间、所述下臂与所述下臂端部之间、所述纵向腕关节与所述可调固定夹之间均为可拆卸固定连接，所述上臂端部与所述横向肩关节之间、所述横向肩关节与所述纵向肩关节之间、所述下臂端部和所述横向肘关节之间、所述横向肘关节与所述纵向肘关节之间、所述纵向肘关节与所述横向腕关节之间、所述横向腕关节与所述纵向腕关节之间均为可拆卸旋转连接，且用于可拆卸旋转连接的旋转轴依次正交设置。
3.根据权利要求2所述的具有耦合关节的5自由度丝驱动内窥镜机械臂，其特征在于：所述上臂端部、所述横向肩关节、所述纵向肩关节、所述下臂端部、所述横向肘关节、所述纵向肘关节、所述横向腕关节和所述纵向腕关节的可拆卸旋转连接面上均设有两个斜坡面，且两个所述斜坡面对称设置在旋转轴的两侧。
4.根据权利要求3所述的具有耦合关节的5自由度丝驱动内窥镜机械臂，其特征在于：所述上臂和所述下臂均为中空结构，所述上臂端部、所述横向肩关节、所述纵向肩关节、所述下臂端部、所述横向肘关节、所述纵向肘关节、所述横向腕关节和所述纵向腕关节上均设有若干穿绳孔。
5.根据权利要求4所述的具有耦合关节的5自由度丝驱动内窥镜机械臂，其特征在于：所述上臂与所述驱动箱上的上臂座连接，所述上臂座的中部设有与所述上臂的内部相连通的通孔，所述上臂座的外缘设有一圈轮齿，所述轮齿与和所述上臂对应连接的电机的输出轴上的自旋转驱动齿轮啮合连接。
6.根据权利要求5所述的具有耦合关节的5自由度丝驱动内窥镜机械臂，其特征在于：所述驱动丝组包括横向肩关节驱动部、纵向肩关节驱动部、横向腕关节驱动部和纵向腕关节驱动部，所述横向肩关节驱动部、所述纵向肩关节驱动部、所述横向腕关节驱动部和所述纵向腕关节驱动部均包括驱动杆、两条钢丝绳、固定在所述驱动箱上的两个一级转向滑轮和两个二级转向滑轮，所述一级转向滑轮靠近驱动杆设置，所述二级转向滑轮靠近通孔设置；所述横向肩关节驱动部中，驱动杆与和横向肩关节对应连接的电机的输出端连接，两条钢丝绳的一端分别以相反的方向缠绕固定在驱动杆上，两条钢丝绳的另一端分别依次...
【专利技术属性】
技术研发人员：张勤俭，张洛源，李海源，沈勇，孙玉春，
申请(专利权)人：北京信息科技大学，
类型：发明
国别省市：
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