CN105411680B - 一种手术机器人及其机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械臂，包括臂架和设在臂架间的回转装置，回转装置包括第一套筒、第二套筒、减速器和制动器，减速器的输出轴与第一套筒固定设置，减速器的输入轴与制动器的制动架固定设置，第二套筒与制动器的制动件固定设置；放松制动器，使制动架与制动件脱离，此时可通过人工转动第一套筒和第二套筒来调整机械臂的位置，机械臂到达指定位置后，将制动器锁紧，制动器的制动扭矩经减速器的输出轴被放大，减速器的输出轴不能转动，则第一套筒和第二套筒不能相对转动，通过人工直观的调整机械臂的位置，通过制动器和减速器实现大扭矩制动，使机械臂的回转操作简单快捷且锁紧安全可靠。本发明还公开了一种包括上述机械臂的手术机器人。

Description

一种手术机器人及其机械臂

技术领域

本发明涉及一种手术机械领域，特别是涉及一种手术机器人的机械臂。此外，本发明还涉及一种包括上述机械臂的手术机器人。

背景技术

随着机器人技术的发展，手术机器人逐渐进入人们的视野，由于手术机器人能够实现对外科仪器的精准控制，可以精准定位、精准操作，减少患者创伤和手术误差，还可以代替医生连续长时间作业，缓解医疗人员紧缺的问题，因此手术机器人越来越受到患者和医生的欢迎，它在现代医疗中起到越来越重要的作用。

被动臂是手术机器人的重要组成部分，在手术前要对其进行调整，使手术器械到达指定的工作位置后，再对被动臂的回转关节进行锁紧，依靠远程控制机器人主动关节来完成微创手术操作。现有技术中，被动臂的回转关节多为电机驱动，电机驱动精度低、成本高，且电机运转容易出现故障，影响手术安全。

因此如何使机械臂的回转操作简单快捷且锁紧安全可靠是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种机械臂，使其回转操作简单快捷且锁紧安全可靠。本发明的另一目的是提供一种包括上述机械臂的手术机器人。

为解决上述技术问题，本发明提供一种机械臂，包括臂架和设于所述臂架间的回转装置，所述回转装置包括能够相对转动且分别用于与下级臂架和上级臂架固定连接的第一套筒和第二套筒，所述第一套筒和所述第二套筒同轴设置且其轴线与所述下级臂架和所述上级臂架的延伸方向均垂直，所述第二套筒内设有制动器，所述制动器包括能够锁紧和脱离的制动架和制动件，所述第一套筒内设有用于扩大所述制动器锁紧扭矩的减速器，所述减速器的输出轴与所述第一套筒固定设置，所述减速器的输入轴与所述制动架固定设置，所述第二套筒与所述制动件固定设置。

优选地，所述减速器的输入轴通过制动轴与所述制动架固定连接，所述减速器的输入轴与所述制动轴的一端固定连接，所述制动架固定设置在所述制动轴上。

优选地，所述第一套筒远离所述第二套筒的一端固定连接有输出盖板，所述减速器的输出轴通过所述输出盖板与所述第一套筒固定连接；所述第二套筒远离所述第一套筒的一端固定连接有输入盖板，所述制动件通过所述输入盖板与所述第二套筒固定连接；所述制动轴远离所述减速器的一端与所述输入盖板铰接。

优选地，所述输入盖板上设置有用于测量所述制动轴和所述输入盖板间转角的编码器。

优选地，所述减速器的输出轴与所述输出盖板键连接，所述减速器的输入轴与所述制动轴键连接。

优选地，所述制动器为永磁断电制动器。

优选地，所述第二套筒靠近所述第一套筒的一端与所述减速器的外壳固定连接，所述第二套筒的筒壁与所述第一套筒的筒壁之间设有滚动轴承。

优选地，所述减速器具体为行星减速器。

本发明还提供一种手术机器人，包括控制台和机械臂，所述机械臂具体为上述任意一项所述的机械臂。

本发明提供的机械臂，包括臂架和设于臂架间的回转装置，回转装置包括第一套筒、第二套筒、设在第一套筒内的减速器和设在第二套筒内的制动器，第一套筒和第二套筒同轴设置且能够相对转动，减速器的输出轴与第一套筒固定设置，减速器的输入轴与制动器的制动架固定设置，第二套筒与制动器的制动件固定设置；机械臂的位置需要调整时，放松制动器，使制动架与制动件脱离，第一套筒与第二套筒均可以转动，此时可通过人工调整回转装置来调整机械臂的位置，机械臂到达指定位置后，将制动器锁紧，即使制动架与制动件结合为一体，此时第二套筒、制动器和减速器的输入轴成为一个整体，制动器的制动扭矩经减速器的输出轴被放大，减速器的输出轴不能转动，则第一套筒和第二套筒不能相对转动，即通过回转装置连接的上级臂架和下级臂架的位置被固定。本发明提供的机械臂，通过人工直观的调整机械臂的位置，通过制动器和减速器实现大扭矩制动，因此使机械臂的回转操作简单快捷且锁紧安全可靠。

本发明提供的手术机器人包括上述机械臂，由于上述机械臂具有上述技术效果，上述手术机器人也应具有同样的技术效果，在此不再详细介绍。

附图说明

图1为本发明所提供的机械臂的一种具体实施方式的结构示意图；

图2为本发明所提供的回转装置的一种具体实施方式的结构示意图；

图3为本发明所提供的回转装置的一种具体实施方式的半剖示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种机械臂，使其回转操作简单快捷且锁紧安全可靠。本发明的另一核心是提供一种包括上述机械臂的手术机器人。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图3，图1为本发明所提供的机械臂的一种具体实施方式的结构示意图；图2为本发明所提供的回转装置的一种具体实施方式的结构示意图；图3为本发明所提供的回转装置的一种具体实施方式的半剖示意图。

本发明具体实施方式提供的机械臂，包括臂架和设于臂架间的回转装置，回转装置包括与下级臂架固定连接的第一套筒1、与上级臂架固定连接的第二套筒2、设在第一套筒1内的减速器3和设在第二套筒2内的制动器7，第一套筒1和第二套筒2同轴设置且能够相对转动，且第一套筒1和第二套筒2的轴线与下级臂架和上级臂架的延伸方向均垂直，制动器7包括能够锁紧和脱离的制动架71和制动件72，减速器3的输出轴与第一套筒1固定设置，减速器3的输入轴与制动架71固定设置，第二套筒2与制动件72固定设置，减速器3用于扩大制动器7的锁紧扭矩。

机械臂的位置需要调整时，通过放松制动器7，使制动器7的制动架71与制动件72脱离，第一套筒1与第二套筒2均可以转动，此时可通过人工调整回转装置来调整机械臂的位置，机械臂到达指定位置后，将制动器7锁紧，即使制动架71与制动件72结合为一体，此时第二套筒2、制动器7和减速器3的输入轴成为一个整体，制动器7的制动扭矩经减速器3的输出轴被放大，减速器3的输出轴不能转动，则第一套筒1和第二套筒2不能相对转动，通过回转装置连接的上级臂架和下级臂架的位置被固定。本发明提供的机械臂的回转装置，通过人工直观的调整机械臂的位置，通过制动器7和减速器3实现大扭矩制动，因此能够使机械臂的回转操作简单快捷且锁紧安全可靠。

本发明具体实施方式提供的机械臂，减速器3的输入轴可以通过制动轴6与制动器7的制动架71固定设置，即减速器3的输入轴与制动轴6的一端固定连接，制动架71固定设置在制动轴6上，这样可以方便减速器3与制动器7的连接，使回转装置的结构更加合理。具体地，制动架71可以套在制动轴6上，减速器3的输入轴与制动轴6、制动架71与制动轴6均可以采用键连接，键连接稳定可靠且方便拆卸，也可以采用焊接等其他连接方式，均在本发明的保护范围之内。

本发明具体实施方式提供的机械臂，减速器3的输出轴与第一套端1固定设置，制动器7的制动件72与第二套筒2固定设置，为了方便回转装置各零部件的安装与拆卸，可以在第一套筒1远离第二套筒2的一端固定设置输出盖板4，并使减速器3的输出轴与输出盖板4固定连接，即减速器3的输出轴通过输出盖板4与第一套筒1固定连接，相应地，可以在第二套筒2远离第一套筒1的一端固定设置输入盖板8，制动件72与输入盖板8固定连接，使制动件72通过输入盖板8与第二套筒固定连接；设置输入盖板4和输出盖板8还可以保护减速器3和制动器7，增强设备的安全性能。另外，为了使回转装置的整体结构更加稳定可靠，制动轴6远离减速器3的一端可以与输入盖板8铰接，还可以在制动轴6与输入盖板8之间设置轴承，以使制动轴6转动顺利。

具体地，减速器3的输出轴与输出盖板4可以采用键连接，输出盖板4与第一套筒1、输入盖板8与第二套筒2之间均可以采用螺栓连接，可以使连接稳定可靠且拆卸方便，也可以采用焊接等其他连接方式，均在本发明的保护范围之内。

本发明具体实施方式提供的机械臂，还可以将第二套筒2靠近第一套筒1的一端与减速器3的外壳固定连接，也可以使回转装置的整体结构更加稳定可靠。为了使第二套筒2能够更顺利地相对第一套筒1转动，可以在第二套筒2的筒壁与第一套筒1的筒壁之间设有滚动轴承5，并设置用于支承滚动轴承5的轴承顶套，滚动轴承5能够避免第一套筒1与第二套筒2直接接触。滚动轴承5具体可以采用圆锥滚子轴承，圆锥滚子轴承能够承受一定的径向力，且容易拆卸，当然也可以采用圆柱滚子轴承等其他类型的轴承，均在本发明的保护范围之内。

在制动器7处于制动状态下，制动器7与减速器3的输入轴及外壳固定连接为一体，起着制动效果，减速器3的输出轴不能转动，则第一套筒1与第二套筒2不能相对转动；制动器7的制动架71与制动件72分离时，此时固定第二套筒2，转动第一套筒1，只有转动减速器3外壳自身产生的阻力，由于第一套筒1的一侧连接有下级臂架，下级臂架有加力杆的作用，因此可以轻松推动。

本发明具体实施方式提供的机械臂，可以在输入盖板8上设置编码器9，编码器9能够测量制动轴6和输入盖板8之间转角，使用时根据编码器9的读数，再按一定比例计算，就可得到相应的第一套筒1与第二套筒2之间转动的角度，即上级臂架和下级臂架间的转角。

本发明具体实施方式提供的机械臂，制动器7的种类有多种，具体可以采用电磁制动器，电磁制动器包括刹车片和线圈部分，它利用刹车片和线圈部分之间的电磁力来实现制动，电磁制动器具有结构简单、操作方便、响应速度快以及易于实现远距离操作等特点。当然制动器7也可以选用液压制动等其他制动方式，均在本发明的保护范围之内。

电磁制动有得电锁紧和断电锁紧两种形式，由于工作过程中制动器7长时间处在制动状态，所以制动器7可以选用永磁断电制动器。在断电状态下，制动器7的刹车片与线圈部分吸合，装置处于制动状态，第一套筒1和第二套筒2不可转动；当有电流通过电磁制动器线圈部分时，线圈部分与刹车片断开，线圈部分与制动轴6均可自由转动。选用永磁断电制动器可以减少通电时间，减少发热和电磁干扰问题，从而减少了通讯故障对机械臂的影响，从结构上保证了机械臂的稳定。

具体地，还可以设置与制动器7连接且用于控制制动器7通断电的按钮，正常状态下，按钮弹起，制动器7处于断电制动状态，按下按钮时通电，使制动器7放松，设置按钮可以实现远距离控制机械臂的回转操作。

在上述各具体实施方式的基础上，减速器3具体可以选用行星减速器，行星减速器具有重量轻、精度高、使用寿命长和噪声低等优点，在相同结构尺寸的情况下，行星减速器具有更大的传动比和输出扭矩，因此可以最大化的扩大制动器7的制动扭矩。当然减速器3也可以选用普通的齿轮减速器等，均在本发明的保护范围之内。

除了上述机械臂，本发明的具体实施方式还提供一种包括上述机械臂的手术机器人，该手术机器人其他各部分的结构请参考现有技术，本文不再赘述。

以上对本发明所提供的手术机器人及其机械臂进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种机械臂，包括臂架和设于所述臂架间的回转装置，所述回转装置包括能够相对转动且分别用于与下级臂架和上级臂架连接的第一套筒(1)和第二套筒(2)，所述第一套筒(1)和所述第二套筒(2)同轴设置且其轴线与所述下级臂架和所述上级臂架的延伸方向均垂直，其特征在于，所述第二套筒(2)内设有制动器(7)，所述制动器(7)包括能够锁紧和脱离的制动架(71)和制动件(72)，所述第一套筒(1)内设有用于扩大所述制动器(7)锁紧扭矩的减速器(3)，所述减速器(3)的输出轴与所述第一套筒(1)固定设置，所述减速器(3)的输入轴与所述制动架(71)固定设置，所述第二套筒(2)与所述制动件(72)固定设置。

2.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述减速器(3)的输入轴通过制动轴(6)与所述制动架(71)固定连接，所述减速器(3)的输入轴与所述制动轴(6)的一端固定连接，所述制动架(71)固定设置在所述制动轴(6)上。

3.根据权利要求2所述的机械臂，其特征在于，所述第一套筒(1)远离所述第二套筒(2)的一端固定连接有输出盖板(4)，所述减速器(3)的输出轴通过所述输出盖板(4)与所述第一套筒(1)固定连接；所述第二套筒(2)远离所述第一套筒(1)的一端固定连接有输入盖板(8)，所述制动件(72)通过所述输入盖板(8)与所述第二套筒(2)固定连接；所述制动轴(6)远离所述减速器(3)的一端与所述输入盖板(8)铰接。

4.根据权利要求3所述的机械臂，其特征在于，所述输入盖板(8)上设置有用于测量所述制动轴(6)和所述输入盖板(8)间转角的编码器(9)。

5.根据权利要求4所述的机械臂，其特征在于，所述减速器(3)的输出轴与所述输出盖板(4)键连接，所述减速器(3)的输入轴与所述制动轴(6)键连接。

6.根据权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述制动器(7)为永磁断电制动器。

7.根据权利要求6所述的机械臂，其特征在于，所述第二套筒(2)靠近所述第一套筒(1)的一端与所述减速器(3)的外壳固定连接，所述第二套筒(2)的筒壁与所述第一套筒(1)的筒壁之间设有滚动轴承(5)。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的机械臂，其特征在于，所述减速器(3)具体为行星减速器。

9.一种手术机器人，包括控制台和机械臂，其特征在于，所述机械臂具体为权利要求1至8任意一项所述的机械臂。