CN104758052B - 一种消化内窥镜输送机器人位姿调节被动机械臂 - Google Patents

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Abstract

本发明属于医疗设备领域，具体的说是一种消化内窥镜输送机器人位姿调节被动机械臂，包括通过第一臂杆、第二臂杆以及连接件依次相连的5个旋转关节和消化内窥镜输送端，其中第三关节包括旋转关节，第四关节设有连接轮盘。所述第二臂杆上还设置有气弹簧和链轮传动机构，所述气弹簧的一端与第四关节的连接轮盘铰接，所述连接轮盘通过链轮传动机构与第三关节的旋转关节相连，所述第二臂杆通过气弹簧和链轮传动机构实现垂直方向的重力平衡。所述各个旋转的关节内部分别设置有抱闸、输出轴和轴承，本发明通过对抱闸通断电来实现对各个关节的输出轴的锁紧控制。本发明通过旋转关节实现5自由度调节，满足了消化内窥镜输送机器人姿态调整需求。

Description

一种消化内窥镜输送机器人位姿调节被动机械臂
技术领域
本发明属于医疗设备领域，具体的说是一种消化内窥镜输送机器人位姿调节被动机械臂。
背景技术
随着科技发展，医疗领域发生着日新月异的变化，机器人辅助的微创手术已经逐渐走向临床应用，比如：美国Intuitive Surgical公司的DaVinci系统已经在全球范围内取得了巨大的成功。但在消化内窥镜诊断及治疗领域中，机器人辅助手术的思想尚未开展，虽然在消化内窥镜检查和治疗过程中，消化内窥镜与患者的相对姿态不变，但是由于人体差异，不同的患者在消化内窥镜检查刚开始时的初始位姿并不相同，这就需要一种能够实现调节消化内窥镜初始姿态的装置，使其能够适用于不同患者，并且该装置在检查过程中还要保持锁紧状态。
发明内容
本发明的目的在于提供一种消化内窥镜输送机器人位姿调节被动机械臂，通过旋转关节实现5自由度调节，满足了消化内窥镜输送机器人姿态调整需求。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种消化内窥镜输送机器人位姿调节被动机械臂，包括第一关节、第一臂杆、第二关节、第三关节、第二臂杆、第四关节、第五关节和消化内窥镜输送端，其中所述第三关节包括连接座和旋转关节，第四关节包括连接轮盘，所述第一关节和第二关节分别与第一臂杆的两端相连，且第一关节与所述第一臂杆转动连接，第二关节与所述第一臂杆固接，第二关节通过所述连接座与第三关节转动连接，第三关节通过所述旋转关节与第二臂杆转动连接，第二臂杆远离所述第三关节的一端通过所述连接轮盘与第四关节转动连接，第四关节、第五关节和消化内窥镜输送端依次转动连接。
所述第二臂杆上设置有安装架、气弹簧和链轮传动机构，所述气弹簧的动作杆伸出一端分别与所述第四关节的连接轮盘铰接，所述气弹簧远离所述连接轮盘的一端安装在所述安装架上，所述连接轮盘通过链轮传动机构与第三关节的旋转关节相连。
所述链轮传动机构包括第一链轮、传动链和第二链轮，所述第一链轮与第四关节的连接轮盘同轴固连，所述第二链轮与第三关节的旋转关节同轴固连。
所述第一关节、第二关节、第三关节的旋转关节、第四关节和第五关节内部结构相同，均设置有抱闸、输出轴和轴承，其中所述输出轴的一端设有法兰，另一端设有柱体，所述抱闸包括固定部分和转动部分，所述轴承的外环安装在关节的外壳上，所述轴承的内环和所述输出轴的法兰固连，所述输出轴通过所述柱体与所述抱闸的转动部分固连，所述抱闸的固定部分安装在关节的外壳上。
所述输出轴设有法兰的一端为与臂杆或连接杆连接的输出端。
所述轴承为交叉滚子轴承。
在第四关节和第五关节之间设有连接件，第四关节通过所述连接件与第五关节转动连接。
所述消化内窥镜输送端上设置有抱闸控制按钮。
所述第二臂杆外部设有起保护作用的外壳。
本发明的优点与积极效果为：
1、本发明利用5个旋转关节实现5自由度调节，满足消化内窥镜输送机器人姿态调整需求。
2、本发明利用抱闸实现断电锁紧，通电松开，可充分保证消化内窥镜检查过程中患者的安全。
3、本发明利用气弹簧和链传动实现垂直方向的重力平衡。
附图说明
图1为本发明的立体图，
图2为图1中本发明去掉第一外壳后从A向看去的结构示意图，
图3为图1中本发明去掉第二外壳后从B向看去的结构示意图，
图4为图2中的A-A剖视图，
图5为图1中第一关节的剖视图。
其中，1为第一关节，2为第一臂杆，3为第二关节，4为第三关节，5为第二臂杆，6为第一外壳，7为第二外壳，8为第四关节，9为第五关节，10为消化内窥镜输送端，11为安装架，12为气弹簧，13为第一链轮，14为传动链，15为第二链轮，16为外壳，17为抱闸，18为输出轴，19为轴承，20为柱体，21为连接座，22为连接件，23链轮传动机构，24为旋转关节，25为连接轮盘。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
如图1～2所示，本发明包括第一关节1、第一臂杆2、第二关节3、第三关节4、第二臂杆5、第四关节8、连接件22、第五关节9和消化内窥镜输送端10，其中，所述第三关节4包括连接座21和旋转关节24，第四关节8包括连接轮盘25。所述第一关节1和第二关节3分别与弯曲的第一臂杆2两端相连，且第一关节1与所述第一臂杆2转动连接，第二关节3与所述第一臂杆2固接，第二关节3通过所述连接座21与第三关节4转动连接，第三关节4通过所述旋转关节24与第二臂杆5的一端转动连接，第二臂杆5远离所述第三关节4的一端通过所述连接轮盘25与第四关节8转动连接，第四关节8通过连接件22与第五关节9转动连接，第五关节9与消化内窥镜输送端10转动连接。所述第一关节1、第二关节3、第三关节4、第四关节8和第五关节9使本发明具有5个自由度以实现位置和姿态调整。所述第二臂杆5外部设有第一外壳6和第二外壳7，所述第一外壳6和第二外壳7相对扣合安装，对第二臂杆5起保护作用。
如图2所示，所述第二臂杆5在靠近第一外壳6的一侧设置有安装架11和两个气弹簧12，所述气弹簧12的动作杆伸出一端分别与第四关节8的连接轮盘25铰接，所述气弹簧12的另一端分别固定在所述安装架11上。如图3所示，所述第二臂杆5在靠近第二外壳7的一侧设有链轮传动机构23，所述链轮传动机构23包括第一链轮13、传动链14和第二链轮15，如图4所示，所述第一链轮13与第四关节8的连接轮盘25同轴固连，所述第二链轮15与第三关节4的旋转关节24同轴固连，当气弹簧12对连接轮盘25产生作用力时，同时也对与所述连接轮盘25同轴的第一链轮13产生作用力，并通过链轮传动机构23将作用力传递到与第二链轮15同轴的旋转关节24上。第二臂杆5在抬起或放下时，通过所述气弹簧12和链轮传动机构23平衡所受到的来自于第四关节8、第五关节9和消化内窥镜输送端10的重力作用。
如图5所示，第一关节1包括外壳16、抱闸17、输出轴18和轴承19，其中，所述轴承19为交叉滚子轴承，外壳16和所述轴承19的外环通过螺钉连接，输出轴18的一端设有法兰，所述轴承19的内环和所述输出轴18的法兰通过螺钉连接，所述输出轴18的法兰同时还与第一臂杆2一端的法兰通过螺钉连接。所述抱闸17包括固定部分和转动部分，输出轴18远离第一臂杆2的一端设有柱体20，输出轴18通过所述柱体20与所述抱闸17的转动部分固连，所述抱闸17的固定部分和外壳16通过螺纹固连。当抱闸17不通电时，所述抱闸17的转动部分和固定部分之间存在锁紧力矩，使抱闸17的转动部分无法转动，从而使输出轴18无法转动；当抱闸17通电时，所述抱闸17的转动部分和固定部分之间产生磁力，所述磁力平衡了所述抱闸17的转动部分和固定部分之间存在的锁紧力矩，从而使输出轴18可以自由转动，抱闸控制按钮设置在消化内窥镜输送端10上，所述抱闸17以及控制抱闸17通断电的技术为现有的常用技术。
如图2和图4所示，第二关节3、第三关节4的旋转关节24、第四关节8和第五关节9的内部结构与第一关节1相同，均设有抱闸17、输出轴18和轴承19，所述轴承19的外环固定在关节的外壳上，所述轴承19的内环和所述输出轴18的法兰固连，所述输出轴18通过所述柱体20与所述抱闸17的转动部分固连，所述抱闸17的固定部分安装在关节的外壳16上，所述输出轴18设有法兰的一端为各个关节与臂杆或连接杆连接的输出端。
本发明的工作原理为：
操作人员通过设置在消化内窥镜输送端10上的抱闸控制按钮来控制各个关节内抱闸的通断电，抱闸控制按钮按下时抱闸通电，锁紧力矩消失，各个关节可以自由转动，实现消化内窥镜机器人的5个自由度姿态调整；按钮松开时抱闸断电，抱闸提供锁紧力矩，各个关节无法转动，实现消化内窥镜检查过程中对输送机器人的支撑。

Claims (8)

1.一种消化内窥镜输送机器人位姿调节被动机械臂，其特征在于：包括第一关节(1)、第一臂杆(2)、第二关节(3)、第三关节(4)、第二臂杆(5)、第四关节(8)、第五关节(9)和消化内窥镜输送端(10)，其中所述第三关节(4)包括连接座(21)和旋转关节(24)，第四关节(8)包括连接轮盘(25)，所述第一关节(1)和第二关节(3)分别与第一臂杆(2)的两端相连，且第一关节(1)与所述第一臂杆(2)转动连接，第二关节(3)与所述第一臂杆(2)固接，第二关节(3)通过所述连接座(21)与第三关节(4)转动连接，第三关节(4)通过所述旋转关节(24)与第二臂杆(5)转动连接，第二臂杆(5)远离所述第三关节(4)的一端通过所述连接轮盘(25)与第四关节(8)转动连接，第四关节(8)、第五关节(9)和消化内窥镜输送端(10)依次转动连接；
所述第二臂杆(5)上设置有安装架(11)、气弹簧(12)和链轮传动机构(23)，所述气弹簧(12)的动作杆伸出一端分别与所述第四关节(8)的连接轮盘(25)铰接，所述气弹簧(12)远离所述连接轮盘(25)的一端安装在所述安装架(11)上，所述连接轮盘(25)通过链轮传动机构(23)与第三关节(4)的旋转关节(24)相连。
2.根据权利要求1所述的消化内窥镜输送机器人位姿调节被动机械臂，其特征在于：所述链轮传动机构(23)包括第一链轮(13)、传动链(14)和第二链轮(15)，所述第一链轮(13)与第四关节(8)的连接轮盘(25)同轴固连，所述第二链轮(15)与第三关节(4)的旋转关节(24)同轴固连。
3.根据权利要求1所述的消化内窥镜输送机器人位姿调节被动机械臂，其特征在于：所述第一关节(1)、第二关节(3)、第三关节(4)的旋转关节(24)、第四关节(8)和第五关节(9)内部结构相同，均设置有抱闸(17)、输出轴(18)和轴承(19)，其中所述输出轴(18)的一端设有法兰，另一端设有柱体(20)，所述抱闸(17)包括固定部分和转动部分，所述轴承(19)的外环安装在关节的外壳上，所述轴承(19)的内环和所述输出轴(18)的法兰固连，所述输出轴(18)通过所述柱体(20)与所述抱闸(17)的转动部分固连，所述抱闸(17)的固定部分安装在关节的外壳上。
4.根据权利要求3所述的消化内窥镜输送机器人位姿调节被动机械臂，其特征在于：所述输出轴(18)设有法兰的一端为与臂杆或连接杆连接的输出端。
5.根据权利要求3所述的消化内窥镜输送机器人位姿调节被动机械臂，其特征在于：所述轴承(19)为交叉滚子轴承。
6.根据权利要求1所述的消化内窥镜输送机器人位姿调节被动机械臂，其特征在于：在第四关节(8)和第五关节(9)之间设有连接件(22)，第四关节(8)通过所述连接件(22)与第五关节(9)转动连接。
7.根据权利要求1所述的消化内窥镜输送机器人位姿调节被动机械臂，其特征在于：所述消化内窥镜输送端(10)上设置有抱闸控制按钮。
8.根据权利要求1所述的消化内窥镜输送机器人位姿调节被动机械臂，其特征在于：所述第二臂杆(5)外部设有起保护作用的外壳。
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