CN107374732A - 用于机械臂的制动系统及手术机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种用于机械臂的制动系统及手术机器人，制动系统安装于立柱上，所述立柱的四个垂直面上分别滑动设置有机械臂和重量补偿装置，所述机械臂由升降系统驱动进行升降，其中，所述制动系统为电磁失电制动器并用于在意外断电时对升降系统进行制动。本发明能够在发生意外断电安全转移病人，不会造成安全隐患，此外可轻松调节机械臂进行垂直升降；有利于设备的轻量化设计。

Description

用于机械臂的制动系统及手术机器人
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种用于机械臂的制动系统及手术机器人。
背景技术
手术机器人作为医疗领域的一个新型发展发现，受到了越来越多的重视，因而，对其的研究也显得越发的重要。而作为医疗手机器人的基础结构，机械臂在经历了一定程度的发展之后出现了各式各样的形态和结构。
通常，机械臂需要具备空间运动能力，因为其主要用于对手术机器人前端器械的手术位置进行确定。其中，机械臂多采用被动式调整，即对机械臂人为的施加力，使其运动到所需的位置，而非采用电机或其他驱动手段来实现运动。这是因为在手术过程中，机械臂会处于锁死状态，而通过电机等进行锁死易发生故障。最后，机械臂还通常配置有重力补偿机构，使其在被动调整的过程中更为简单快速。
针对上述的机械臂的结构或功能要求，目前的机械臂的升降系统还存在以下问题：
1、如果发生意外断电，机械臂容易向下滑移或者仍然处于工作位置，对病人的安全性造成隐患，由于无法移开机械臂，因此无法转移病人。
2、手动调节机械臂进行垂直升降时需要很大的操作力，对于工作人员来说是一大负担；
3、由于机械臂的重量很大，因此对应机械臂的重力补偿装置的重量也很大，不利于设备的轻量化设计；
4、用于拉动机械臂的钢丝绳一旦发生断裂，则极易造成安全隐患；
因此，本发明人设计出一种能够克服上述技术缺陷的用于机械臂的制动系统及手术机器人。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于机械臂的制动系统及手术机器人，即使发生意外断电也不会对病人造成任何安全隐患，安全性能好。
为达上述目的，本发明提供一种用于机械臂的制动系统，其安装于立柱上，所述立柱的四个垂直面上分别滑动设置有机械臂和重量补偿装置，所述机械臂由升降系统驱动进行升降，其中，所述制动系统为电磁失电制动器并用于在意外断电时对升降系统进行制动。
所述的用于机械臂的制动系统，其中，所述升降系统包括：
定滑轮，每一个定滑轮安装于所述立柱每一个垂直面的顶部，所述电磁失电制动器与定滑轮同轴设置，并且在意外断电时对定滑轮进行制动；
动滑轮，每两个动滑轮安装于位于同一垂直面的定滑轮的下方，并且所述动滑轮与所述机械臂联动；
绳头座，每两个绳头座安装于位于同一垂直面的定滑轮的两侧；
钢丝绳，两根钢丝绳的其中一端经由定滑轮分别绕设在两个动滑轮上并最终与绳头座连接，两根钢丝绳的另一端则均与重量补偿装置连接。
所述的用于机械臂的制动系统，其中，所述绳头座始终对钢丝绳收紧。
所述的用于机械臂的制动系统，其中，所述定滑轮的轮缘上具有平行的两条线槽用于容纳钢丝绳。
所述的用于机械臂的制动系统，其中，所述动滑轮上设置有转轴，用于安装机械臂的机械臂安装座与所述转轴连接。
所述的用于机械臂的制动系统，其中，所述机械臂安装座与所述转轴通过转动轴承连接。
所述的用于机械臂的制动系统，其中，所述重量补偿装置的重量等于机械臂的重量的一半。
所述的用于机械臂的制动系统，其中，所述立柱的每一个垂直面上均设置有垂直的外轨道和内轨道，其中所述外轨道用做机械臂安装座的导轨，所述内轨道用作重量补偿装置的导轨。
所述的用于机械臂的制动系统，其中，所述动滑轮的中心轴线与所述定滑轮的中心轴线异面垂直。
本发明还提供一种手术机器人，其包括根上述的用于机械臂的制动系统。
本发明的有益效果是：
1、如果发生意外断电，定滑轮由电磁失电制动器进行制动，有效地防止了机械臂进一步下移，此时仅需要手动操作即可实现机械臂的上移，并安全转移病人。
2、不需要很大的操作力，即可轻松调节机械臂进行垂直升降，减轻了工作人员的负担；
3、由于采用了双动滑轮的设计，因此可以剪切重量补偿装置的重量，十分有利于设备的轻量化设计；
4、即使用于拉动机械臂的其中一根钢丝绳发生磨损或断裂，另一根钢丝绳仍然可以坚持受力，不会造成安全隐患；
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1是用于安装机械臂的立柱的主视图；
图2是图1的局部放大图；
图3是用于安装机械臂的立柱的立体图；
图4是图3的局部放大图；
图5是沿立柱纵向截面的示意图。
附图标记说明：1-立柱；11-外轨道；12-内轨道；2-升降系统；21-定滑轮；22-动滑轮；221-转轴；23-钢丝绳；24-绳头座；25-电磁失电制动器；3-底座；4-机械臂安装座；41-安装位置；5-重量补偿装置。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
本文中所提及的“垂直”是指相对于水平面垂直。
如图1和图3所示，其分别为用于安装机械臂(图中未示出)的立柱1的主视图和立体图，所述升降系统安装于所述立柱上。其中，关于图1，为了能够显示出主要的结构，发明人省略了立柱其它三面的升降系统。
特别如图1所示，所述立柱1大致为长方体结构，并且所述立柱1的上部安装有用于使机械臂升降的升降系统2，下部安装有用于使立柱1稳定直立的底座3。
以立柱1的其中一面为例，所述立柱1的每一个垂直面上均设置有垂直的外轨道11和内轨道12，其中所述外轨道11用做机械臂安装座4的导轨，所述内轨道12用作重量补偿装置5的导轨。所述机械臂安装座4上具有用于安装机械臂(图中未示出)的安装位置41。
再具体结合如图2和图4，所述升降系统2包括一个定滑轮21、两个动滑轮22、钢丝绳23以及绳头座24。其中，所述定滑轮21安装于所述立柱其中一面的顶部，并且定滑轮21的中心轴线沿水平方向延伸并且与所在立柱的该面平行。两个动滑轮22则对称地安装于定滑轮21的下方，并且动滑轮22的中心轴线与定滑轮21的中心轴线异面垂直。所述绳头座24则固定安装于定滑轮21的两侧。所述定滑轮21的轮缘上具有平行的两条线槽，每条线槽内均布置有一根钢丝绳23，两根钢丝绳23的其中一端分别绕设在两个动滑轮上并最终与绳头座24连接，两根钢丝绳23的另一端则均与重量补偿装置5连接(特别如图5所示)。设置两条钢丝绳23的目的是为了提高升降系统的安全性，如果其中一根钢丝绳出现磨损甚至断裂，另一根钢丝绳还可以正常工作，避免出现危险。
其中，所述绳头座24始终起到对钢丝绳23收紧的作用，该功能可以通过设置弹簧来实现。
所述两个动滑轮22上均设置有转轴221，用于安装机械臂的机械臂安装座4与动滑轮22的转轴221通过转动轴承进行连接，因此无论动滑轮进行顺时针转动还是逆时针转动，机械臂安装座4都可以沿着外轨道11进行升降，从而带动机械臂进行升降。
一般而言，为了达到配重平衡，需要使重量补偿装置与机械臂的重量相等。然而由于本实施例中使用了一个定滑轮21和两个动滑轮22，因此每个动滑轮22相当于分走了机械臂一半的重量，那么只需要使重量补偿装置5的重量大约为机械臂的一半即可，这无疑实现了轻量化设计的目的。此外，由于重量补偿装置5的重量减少了一半左右，那么工作人员能够更加轻便地手动调节机械臂的高度。
虽然上述仅描述了立柱1其中一面的升降系统，然而立柱1的其他三面也具有相同的升降系统，在此不予赘述。
此外，所述升降系统2还可以包括电磁失电制动器25，所述电磁失电制动器25与定滑轮21同轴设置，当发生意外断电时，电磁失电制动器25对定滑轮21进行制动，避免机械臂继续下移。此时，仅通过手动方式向上移动机械臂，即可使钢丝绳23向重量补偿装置5的方向递送，重量补偿装置5上移，使得机械臂能够顺利地向上移动。一旦手术中出现意外断电，则可通过该方式移开机械臂并转移病人。
本发明还提供了一种手术机器人，其包含上述的用于机械臂的制动系统。
本发明的工作原理是：
在正常工作状态下，仅需要工作人员用机械臂一半重量的力来手动使机械臂沿着外轨道11进行升降运动，随之而来的是重量补偿装置5沿着内轨道12进行升降移动。两根钢丝绳能够承载较大的力，如果其中一根钢丝绳出现磨损或断裂，那么可以依靠另一根钢丝绳继续保证安全的操作。如果出现意外断电，定滑轮21由电磁失电制动器25进行制动，有效地防止了机械臂进一步下移，此时仅需要手动操作即可实现机械臂的上移，并安全转移病人。
综上所述，本发明的有益效果是：
1、如果发生意外断电，定滑轮由电磁失电制动器进行制动，有效地防止了机械臂进一步下移，此时仅需要手动操作即可实现机械臂的上移，并安全转移病人。
2、不需要很大的操作力，即可轻松调节机械臂进行垂直升降，减轻了工作人员的负担；
3、由于采用了双动滑轮的设计，因此可以剪切重量补偿装置的重量，十分有利于设备的轻量化设计；
4、即使用于拉动机械臂的其中一根钢丝绳发生磨损或断裂，另一根钢丝绳仍然可以坚持受力，不会造成安全隐患；
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种用于机械臂的制动系统，其安装于立柱上，所述立柱的四个垂直面上分别滑动设置有机械臂和重量补偿装置，所述机械臂由升降系统驱动进行升降，其特征在于，所述制动系统为电磁失电制动器并用于在意外断电时对升降系统进行制动。
2.根据权利要求1所述的用于机械臂的制动系统，其特征在于，所述升降系统包括：
定滑轮，每一个定滑轮安装于所述立柱每一个垂直面的顶部，所述电磁失电制动器与定滑轮同轴设置，并且在意外断电时对定滑轮进行制动；
动滑轮，每两个动滑轮安装于位于同一垂直面的定滑轮的下方，并且所述动滑轮与所述机械臂联动；
绳头座，每两个绳头座安装于位于同一垂直面的定滑轮的两侧；
钢丝绳，两根钢丝绳的其中一端经由定滑轮分别绕设在两个动滑轮上并最终与绳头座连接，两根钢丝绳的另一端则均与重量补偿装置连接。
3.根据权利要求2所述的用于机械臂的制动系统，其特征在于，所述绳头座始终对钢丝绳收紧。
4.根据权利要求2所述的用于机械臂的制动系统，其特征在于，所述定滑轮的轮缘上具有平行的两条线槽用于容纳钢丝绳。
5.根据权利要求2所述的用于机械臂的制动系统，其特征在于，所述动滑轮上设置有转轴，用于安装机械臂的机械臂安装座与所述转轴连接。
6.根据权利要求5所述的用于机械臂的制动系统，其特征在于，所述机械臂安装座与所述转轴通过转动轴承连接。
7.根据权利要求1所述的用于机械臂的制动系统，其特征在于，所述重量补偿装置的重量等于机械臂的重量的一半。
8.根据权利要求1所述的用于机械臂的制动系统，其特征在于，所述立柱的每一个垂直面上均设置有垂直的外轨道和内轨道，其中所述外轨道用做机械臂安装座的导轨，所述内轨道用作重量补偿装置的导轨。
9.根据权利要求1所述的用于机械臂的制动系统，其特征在于，所述动滑轮的中心轴线与所述定滑轮的中心轴线异面垂直。
10.一种手术机器人，其包括根据权利要求1至9中任一项所述的用于机械臂的制动系统。
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