CN105902314A - 无回隙被动臂及其具有该被动臂的微创手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于微创手术机器人的无回隙被动臂，包括相互连接的输出套筒与输入套筒，还包括与所述输出套筒和输入套筒相连用以实现两者之间无回隙的预压紧装置。本发明还公开了一种包括上述无回隙被动臂的微创手术机器人。上述无回隙被动臂，利用与输出套筒和输入套筒相连的预压紧装置，能够实现输出套筒和输入套筒之间相对位置的固定，确保两者之间的相对位置不会发生变化，即，避免了回隙的出现。

Description

无回隙被动臂及其具有该被动臂的微创手术机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种无回隙被动臂。本发明还涉及一种具有该被动臂的微创手术机器人。

背景技术

随着我国经济建设的快速发展，市场对于具有被动臂的微创手术机器人的需求日益增大。

在现代医疗中，手术是指医生用医疗器械对病人身体进行的切除、缝合等治疗。以刀、剪、针等器械在人体局部进行的操作，来维持患者的健康。而微创手术因具有创伤小、疼痛少、住院时间短、身体机能恢复快等优点，越来越受到患者的欢迎，给患者带来福音。在医疗中被越来越多的采用，传统的微创手术由医生手持器械进行手术，手的颤动及医生疲劳等因素易造成手术事故，因此能进行微创手术的微创手术机器人设备也随之诞生，其具有创伤较小，而且可以精准定位、精准操作，减少手术误差的优势。

微创手术机器人中需要使用到被动臂，其在手术进行前要人工进行调整，使手术器械到达指定的工作位置后，对被动臂进行固定，以便进行手术。在关节的输入端与输出端之间因结构件的制造装配等因素会存在微小的回隙。本发明即为此开发出一种预压紧组件来实现消除这些回隙的装置。本文中，回隙是指当刹车器制动后，关节输入端与关节输出端之间存在的微小的转动间隙。

发明内容

本发明的目的是提供一种无回隙被动臂，该无回隙被动臂可以解决输入端与输出端之间因结构件的制造装配等因素存在微小回隙的问题。本发明的另一目的是提供一种包括上述无回隙被动臂的微创手术机器人。

为实现上述目的，本发明提供一种用于微创手术机器人的无回隙被动臂，包括相互连接的输出套筒与输入套筒，还包括与所述输出套筒和输入套筒相连用以实现两者之间无回隙的预压紧装置。

相对于上述背景技术，本发明提供的无回隙被动臂，输出套筒与输入套筒相互连接；输入套筒与输出套筒可以设置为同轴，并在外力作用条件下，通过套筒内的离合器等部件，来实现输入套筒与输出套筒的相对转动或相对静止；在上述基础之上，利用预压紧装置，实现当输出套筒与输入套筒停止转动时，两者之间没有回隙；即，停止转动后，输出套筒与输入套筒之间不存在的微小的转动间隙，从而确保了被动臂的稳定性。也就是说，利用与输出套筒和输入套筒相连的预压紧装置，能够实现输出套筒和输入套筒之间相对位置的固定，确保两者之间的相对位置不会发生变化，即，避免了回隙的出现。

优选地，所述预压紧装置包括：

压紧套筒，所述压紧套筒固定于所述输出套筒；

压紧旋钮，所述压紧旋钮与所述输出套筒螺纹连接；所述压紧旋钮突出于所述输出套筒设置，并且所述压紧旋钮的末端伸入至所述压紧套筒的内孔；

压紧套轴，所述压紧套轴位于所述压紧套筒的内孔并能够在所述压紧套筒内轴向移动；

压紧块，所述压紧块与所述压紧套轴和所述输入套筒固定连接；

弹簧定位轴，所述弹簧定位轴的一端与所述压紧套轴固定，另一端与所述压紧旋钮的末端在轴向位置上重叠；

压紧弹簧，所述压紧弹簧的一端与所述弹簧定位轴相抵，另一端与所述压紧旋钮的末端相抵。

优选地，所述弹簧定位轴与所述压紧套轴通过外螺纹以及螺纹孔固定。

优选地，所述输出套筒与所述输入套筒同轴设置，并且所述输出套筒设置于所述输入套筒的下方，所述输入套筒的底部嵌套于所述输出套筒的内腔内部。

优选地，所述输出套筒的内腔设置行星减速器，所述行星减速器与位于所述输入套筒内部的刹车器轴相连。

优选地，所述输出套筒的内腔设置轴承顶套以及圆锥滚子轴承，所述轴承顶套与所述圆锥滚子轴承异面设置。

优选地，所述输入套筒内部设置有与所述刹车器轴相连的永磁断电刹车器。

优选地，所述输出套筒的底部以及所述输入套筒的顶部分别设置有下端盖和上端盖。

优选地，所述刹车器轴伸出于所述上端盖并与编码器相连，所述上端盖还设置有与所述刹车器轴套设的深沟球轴承。

本发明还提供一种微创手术机器人，包括上述任一项所述的被动臂。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的无回隙被动臂的结构示意图；

图2为图1中被动关节位置的剖视图；

图3为图1中A部位的局部放大图。

其中：

1-输出套筒、2-下端盖、3-行星减速器、4-轴承顶套、5-圆锥滚子轴承、6-预压紧装置、7-输入套筒、8-刹车器轴、9-永磁断电刹车器、10-上端盖、11-深沟球轴承、12-编码器、61-压紧旋钮、62-压紧套筒、63-压紧套轴、64-压紧块、65-弹簧定位轴、66-压紧弹簧。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种无回隙被动臂，该无回隙被动臂可以确保关节输出端与关节输入端之间无回隙。本发明的另一核心是提供一种具有上述无回隙被动臂的微创手术机器人。

为了使本技术领域的技术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、图2和图3，图1为本发明实施例所提供的被动臂的结构示意图；图2为图1中被动关节位置的剖视图；图3为图1中A部位的局部放大图。

本发明提供了一种用于微创手术机器人的被动臂，输出套筒1与输入套筒7相互连接；输入套筒7与输出套筒1可以设置为同轴，并在外力作用条件下，通过套筒内的离合器等部件，来实现输入套筒7与输出套筒1的相对转动或相对静止。

也就是说，在输出套筒1固定的前提下，输入套筒7可具备两种工作状态；其一：输入套筒7相对于输出套筒1旋转；其二，输入套筒7保持静止状态。

本发明还设置预压紧装置6，如附图1所示。预压紧装置6与输出套筒1和输入套筒7相连，利用其摩擦力实现输出套筒1与输入套筒7之间相对位置的固定，这样一来，当被动臂达到工作位置时，输出套筒1与输入套筒7停止运动，此时两者之间的相对位置固定不变，从而实现无回隙锁定功能，确保被动臂的位置准确，提高工作可靠性。

当然，预压紧装置6可以上述的摩擦的方式，将输出套筒1和输入套筒7的位置保持一致，还可以采用其他锁止形式，实现输出套筒1和输入套筒7之间无回隙的技术效果。

本文优选对预压紧装置6提供具体实施方式，如附图1至附图3所示；预压紧装置6包括压紧旋钮61、压紧套筒62、压紧套轴63、压紧块64、弹簧定位轴65和压紧弹簧66；压紧套筒62固定于输出套筒1，输出套筒1的运动能够实时带动压紧套筒62的运动。

压紧旋钮61与压紧套筒62螺纹连接；即，在输出套筒1以及压紧套筒62的位置不发生变化的前提下，压紧旋钮61能够旋进或者旋出；除此之外，如附图3所示，压紧旋钮61突出于压紧套筒62，并且压紧旋钮61的末端伸入至压紧套筒62的内孔。

压紧套筒62的内孔还设置压紧套轴63，压紧套轴63能够在压紧套筒62的内孔轴向移动；位于最左侧的压紧块64与压紧套轴62固定连接，压紧块64与输入套筒7固定连接；弹簧定位轴65的一端与压紧套轴63固定，弹簧定位轴65的另一端与压紧旋钮61的末端在轴向位置上重叠；压紧弹簧66的一端与弹簧定位轴65相抵，压紧弹簧66的另一端与压紧旋钮61的末端相抵。

采用如上设置方式，被动臂达到工作位置时，输出套筒1与输入套筒7停止运动，可以旋紧压紧旋钮61，从而使得压紧弹簧66压紧，压紧弹簧66将弹力传递至弹簧定位轴65，由于弹簧定位轴65与压紧套轴63固定，也就是说，压紧弹簧66被压紧的弹力作用在压紧套轴63上，从而使得压紧块64向输入套筒7提供压紧力；即，预压紧装置6的压紧套筒62与输出套筒1固定，预压紧装置6的压紧块64与输入套筒7固定，而通过与压紧套筒62螺纹连接的压紧旋钮61能够实时调节压紧弹簧66的弹簧压缩力，从而调节压紧弹簧66对输入套筒7的压力；简单来说，通过压紧弹簧66对输入套筒7的压力，对输入套筒7的外表面提供预压力，该预压力使得输出套筒1与输入套筒7之间存在摩擦力，确保输出套筒1与输入套筒7之间的回隙不能表现出来，实现关节无回隙的制动。

利用上述设置方式，在能够确保输出套筒1与输入套筒7无回隙的前提下，还能够调节输出套筒1与输入套筒7之间的松紧程度，从而提高了被动臂的稳定性。上述方式，由于其结构简单，能够有效节省成本。

针对上述弹簧定位轴65与压紧套轴63之间的连接方式，本文优选采用螺纹方式连接；即，弹簧定位轴65的左端设置外螺纹，而压紧套轴63设置内螺纹孔，弹簧定位轴65的外螺纹与压紧套轴63的内螺纹孔相互配合，从而确保弹簧定位轴65与压紧套轴63的连接可靠；此外，由于确保弹簧定位轴65与压紧套轴63采用螺纹配合，能够轻易调节两者之间的轴向位置，进一步提高了预压紧装置6的适用性。

无论上述预压紧装置6采用何种设置方式，针对输出套筒1以及输入套筒7的设置方式，本文优选如下设置形式。

如附图2所示，输出套筒1与输入套筒7同轴设置，并且输入套筒7在上，输出套筒1在下，输入套筒7的底部嵌套于输出套筒1的内腔内部。即，输入套筒7的旋转力矩能够传递至输出套筒1，从而确保被动臂的正常运动。当然，根据实际需要，输出套筒1与输入套筒7的设置方式还可以为其他，本文此处将不再赘述。

更进一步地，输出套筒1的内腔设置行星减速器3，行星减速器3与刹车器轴8相连，而刹车器轴8设置于输入套筒7的内部。并且输出套筒1的内腔设置轴承顶套4和圆锥滚子轴承5，轴承顶套4与圆锥滚子轴承5异面设置，如附图2所示。当然，根据实际需要，上述行星减速器3、刹车器轴8、轴承顶套4和圆锥滚子轴承5的设置方式并不限于附图2所示。

刹车器轴8连接有永磁断电刹车器9，永磁断电刹车器9位于输入套筒7的内部；由于永磁断电刹车器9自身特性及关节零部件加工安装精度的影响，永磁断电刹车器9制动后，在行星减速器3的内部以及行星减速器3与刹车器轴8之间还会存在间隙，这些间隙导致了关节输入端与关节输出端之间的回隙无法实现无回隙的锁定。而采用上述预压紧装置6，能够较好的避免该回隙，确保被动臂的正常使用。

在输出套筒1的底部设置下端盖2，在输入套筒7的顶部设置上端盖10；当永磁断电刹车器9制动后，下端盖2与行星减速器3之间同样还会存在间隙，利用上述预压紧装置6，也能够避免该间隙，进一步保证被动臂无回隙的锁定。

本文优选将输出套筒1与下端盖2通过第一螺钉固定为一体，下端盖2与行星减速器3的输出端利用键连接在一起，输出套筒1、下端盖2以及行星减速器3的输出端形成关节输出端；行星减速器3的外壳通过第二螺钉与输入套筒7固定，输入套筒7与上端盖10通过第三螺钉固定，并且永磁断电刹车器9的线圈利用第四螺钉固定于上端盖10；行星减速器3的外壳、输入套筒7、永磁断电刹车器9与上端盖10形成关节输入端。在输出套筒1与输入套筒7之间通过两个圆锥滚子轴承5进行转动；这样一来，固定在关节输入端处的预压紧装置6通过压紧弹簧66的弹力将压紧块64压在输入套筒7的外表面，从而提供预紧力，实现输出套筒1与输入套筒7的之间无回隙。

为了能够知晓刹车器轴8与上端盖10之间的相对转角，还可以设置编码器12；即，刹车器轴8伸出于上端盖10，并且编码器12与刹车器轴8相连；在上端盖10还设置有深沟球轴承11，刹车器轴8套设于深沟球轴承11；这样一来，刹车器轴8与上端盖10之间通过深沟球轴承11进行传动。编码器12安装在上端盖10上面，可以记录刹车器轴8与上端盖10之间相对转角，从而可以得到关节转动的角度。

本文优选将行星减速器3的输入端与刹车器轴8通过键连接在一起，并且永磁断电刹车器9的刹车片与刹车器轴8之间通过紧定螺丝固定，刹车器轴8与上端盖10之间通过深沟球轴承11进行转动。

本发明所提供的一种微创手术机器人，该微创手术机器人具有无回隙被动臂，无回隙被动臂为上述具体实施例所描述的无回隙被动臂，微创手术机器人的其他部分可以参照现有技术，本文不再展开。

以上对本发明所提供的无回隙被动臂及其微创手术机器人进行了详细介绍。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 (10)

1.一种用于微创手术机器人的无回隙被动臂，包括相互连接的输出套筒(1)与输入套筒(7)，其特征在于，还包括与所述输出套筒(1)和输入套筒(7)相连用以实现两者之间无回隙的预压紧装置(6)。

2.根据权利要求1所述的无回隙被动臂，其特征在于，所述预压紧装置(6)包括：

压紧套筒(62)，所述压紧套筒(62)固定于所述输出套筒(1)；

压紧旋钮(61)，所述压紧旋钮(61)与所述输出套筒(1)螺纹连接；所述压紧旋钮(61)突出于所述输出套筒(1)设置，并且所述压紧旋钮(61)的末端伸入至所述压紧套筒(62)的内孔；

压紧套轴(63)，所述压紧套轴(63)位于所述压紧套筒(62)的内孔并能够在所述压紧套筒(62)内轴向移动；

压紧块(64)，所述压紧块(64)与所述压紧套轴(63)和所述输入套筒(7)固定连接；

弹簧定位轴(65)，所述弹簧定位轴(65)的一端与所述压紧套轴(63)固定，另一端与所述压紧旋钮(61)的末端在轴向位置上重叠；

压紧弹簧(66)，所述压紧弹簧(66)的一端与所述弹簧定位轴(65)相抵，另一端与所述压紧旋钮(61)的末端相抵。

3.根据权利要求2所述的无回隙被动臂，其特征在于，所述弹簧定位轴(65)与所述压紧套轴(63)通过外螺纹以及螺纹孔固定。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的无回隙被动臂，其特征在于，所述输出套筒(1)与所述输入套筒(7)同轴设置，并且所述输出套筒(1)设置于所述输入套筒(7)的下方，所述输入套筒(7)的底部嵌套于所述输出套筒(1)的内腔内部。

5.根据权利要求4所述的无回隙被动臂，其特征在于，所述输出套筒(1)的内腔设置行星减速器(3)，所述行星减速器(3)与位于所述输入套筒(7)内部的刹车器轴(8)相连。

6.根据权利要求5所述的无回隙被动臂，其特征在于，所述输出套筒(1)的内腔设置轴承顶套(4)以及圆锥滚子轴承(5)，所述轴承顶套(4)与所述圆锥滚子轴承(5)异面设置。

7.根据权利要求6所述的无回隙被动臂，其特征在于，所述输入套筒(7)内部设置有与所述刹车器轴(8)相连的永磁断电刹车器(9)。

8.根据权利要求7所述的无回隙被动臂，其特征在于，所述输出套筒(1)的底部以及所述输入套筒(7)的顶部分别设置有下端盖(2)和上端盖(10)。

9.根据权利要求8所述的无回隙被动臂，其特征在于，所述刹车器轴(8)伸出于所述上端盖(10)并与编码器(12)相连，所述上端盖(10)还设置有与所述刹车器轴(8)套设的深沟球轴承(11)。

10.一种微创手术机器人，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的无回隙被动臂。