CN107684458A - 一种具有高负载能力的医疗机器人手臂机构 - Google Patents

Abstract

具有高负载能力的医疗机器人手臂机构，杆一一端连接在机架上另一端与杆二一端连接，杆二另一端与杆三一端连接，杆三另一端与杆四一端连接，杆四另一端连接在机架上，杆五一端连接在机架上另一端与杆六一端连接，杆六另一端与杆七一端连接，杆七另一端连接在机架上，杆八一端连接在机架上另一端连接在第一滑套上，第一滑套套装在杆六上，杆九一端连接在机架上另一端与杆十的一端连接，杆十的另一端与杆十一一端连接，杆十一另一端连接在第二滑套上，第二滑套套装在动臂上，动臂一端连接在杆五上，动臂另一端与斗杆一端连接，斗杆另一端固定连接在主动轴承的内圈上，主动轴承的内圈内侧固定有球体，球体嵌装在圆柱螺旋线凹槽中。

Description

一种具有高负载能力的医疗机器人手臂机构

技术领域

本发明涉及机械领域，具体是一种具有高负载能力的医疗机器人手臂机构。

背景技术

在现在的手术室，一般会有两到三名外科医生，一名麻醉师和几名护士，即使是最简单的手术也需要这么多人。大多数外科手术需要将近十来个人在手术室。手术机器人全部都是自动化的，这会最大限度地减少操作人员。展望一下未来，外科手术可能只需要一名外科医生、一名麻醉师以及一到两名护士。在这个宽敞的手术室中，医生坐在手术室内或手术室外的计算机控制台前，使用手术机器人来完成以前需要很多人才能完成的手术。机器人还使医生在长达几个小时的手术过程中节省了体力。外科医生在如此长的手术过程中会很疲惫，结果可能手会颤动，即使最稳定的人手也比不上手术机器人的手臂。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种具有高负载能力的医疗机器人手臂机构。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

具有高负载能力的医疗机器人手臂机构，包括杆一、杆二、杆三、杆四、杆五、杆六、杆七、杆八、杆九、杆十、杆十一、第一滑套、第二滑套、第一圆柱销、第二圆柱销、第三圆柱销、第四圆柱销、第一推拉杆、第一限位套管、环轨板、从动轴承、第二传动杆、转轴、第二传动杆、第一夹持臂、第二夹持臂、第一传动杆、斗杆、第二限位套管、第二推拉杆、动臂、第一滑块、主动轴承的内圈、主动轴承的滚珠、主动轴承的外圈、球体、圆柱螺旋线凹槽、弹簧、第二滑块和推动环；

杆一一端通过转动副一连接在机架上，杆一另一端通过轴向移动副与杆二一端连接形成伸缩杆，杆二另一端通过转动副二与杆三一端连接，杆三另一端通过转动副三与杆四一端连接，杆四另一端通过转动副四连接在机架上，

杆五一端通过转动副五连接在机架上，杆五另一端通过转动副六与杆六一端连接，杆六另一端通过转动副七与杆七一端连接，杆七另一端通过转动副八连接在机架上，杆七上设有轴向滑槽，第三圆柱销一端固定在第一推拉杆一端上，第三圆柱销另一端嵌装在杆七的轴向滑槽中，第一推拉杆另一端固定在环轨板上，第一限位套管套装在第一推拉杆上，同时第一限位套管固定在动臂上，

杆八一端通过转动副九连接在机架上，杆八另一端通过转动副十连接在第一滑套上，第一滑套套装在杆六上，

杆九一端通过转动副十一连接在机架上，杆九另一端通过轴向移动副与杆十的一端连接，杆十的另一端通过转动副十二与杆十一一端连接，杆十一另一端通过转动副十三连接在第二滑套上，第二滑套套装在动臂上，第二推拉杆一端通过转动副十四连接在第二滑套上，第二推拉杆另一端固定连接在推动环上，第二限位套管套装在第二推拉杆上，第二限位套管固定在动臂上，

转轴外壁面上设有圆柱螺旋线凹槽，转轴一端与从动轴承内圈固定安装，从动轴承外圈固定在动臂上，转轴另一端、第一夹臂根部以及第二夹臂根部通过复合转动副二十一连接在一起；

动臂一端通过转动副二十连接在杆五上，动臂另一端通过轴向移动副与斗杆一端连接形成伸缩杆，斗杆另一端固定连接在主动轴承的内圈上，主动轴承的内圈内侧固定有球体，球体嵌装在圆柱螺旋线凹槽中；

推动环套装在主动轴承外圈上，主动轴承外圈上设有轴向滑槽，第二滑块嵌装在主动轴承外圈的轴向滑槽中，第二滑块一侧为推动环，第二滑块另一侧为弹簧，弹簧一端固定在第二滑块上，弹簧另一侧固定在主动轴承外圈上，第一传动杆一端通过转动副二十四连接在第二滑块上，第一传动杆另一端通过转动副二十五连接在第二夹臂上，

第二传动杆一端连接在第一滑块上，第一滑块嵌装在环轨板的轨槽中；第二传动杆另一端通过转动副二十二连接在第一夹臂上；

杆八上设有轴向滑槽，第一圆柱销一端固定在杆十上，第一圆柱销另一端嵌装在杆八的轴向滑槽中，

动臂上设有轴向滑槽，第二圆柱销一端固定在杆二上，第二圆柱销另一端嵌装在动臂上的轴向滑槽中，

杆四上设有轴向滑槽，第四圆柱销一端固定在斗杆上，第四圆柱销另一端嵌装在杆四的轴向滑槽中。

进一步的，还包括内限位环和外限位环，内限位环固定在从动轴承外圈上，外限位环固定在动臂上，内限位环和外限位环之间的环形空隙为环形限位轨道，第二传动杆穿过环形限位轨道。

进一步的，动臂、斗杆和转轴的轴线平行或共线。

进一步的，环轨板的轨槽截面为T字形，轨槽内腔宽度大于轨槽出口宽度，第一滑块安装在轨槽内腔中。

进一步的，转动副九由伺服电机一驱动，和/或转动副十一由伺服电机二驱动，和/或转动副五由伺服电机三驱动，和/或转动副一由伺服电机四驱动。

进一步的，第一圆柱销、第二圆柱销、第三圆柱销和第四圆柱销的柱面与槽壁形成高副。

进一步的，第一圆柱销与杆十垂直、第二圆柱销与杆二垂直、第三圆柱销与第一推拉杆垂直、第四圆柱销与斗杆垂直。

与现有技术相比较，本发明具备的有益效果：

机构刚度大，工作空间大，尽可能将驱动电机安装在机座位置，降低了杆件的承载负荷，降低了整机的转动惯量，质量轻，累计误差小，具有良好的动力学性能。

附图说明

图1为本发明所述的可控机构搬运机器人的整体结构示意图。

图2为本发明所述的可控机构搬运机器人的动臂、斗杆、转轴、执行器及其附属零件的装配示意图。

图3为本发明所述的可控机构搬运机器人的主动轴承及其附属零件的装配示意图。

图4为本发明所述的可控机构搬运机器人的主动轴承外圈、主动轴承外圈上滑槽、第二滑块之间的装配示意图。

图5为本发明所述的可控机构搬运机器人的转轴、轴承、动臂、第二推拉杆、内限位环和外限位环的装配示意图。

图6为本发明所述的可控机构搬运机器人的环轨板与第一滑块、拉杆、第一推拉杆、动臂、第二推拉杆之间的装配示意图。

图7为本发明所述可控机构搬运机器人的杆八、杆九、杆十和第一圆柱销的装配示意图。

图8为本发明所述的可控机构搬运机器人的转轴、轴承、动臂、内限位环和外限位环的装配示意图。图中，40为将内限位环固定在轴承外圈上的支撑杆。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明的技术方案作进一步阐述。

实施例1

具有高负载能力的医疗机器人手臂机构，包括杆一1、杆二2、杆三3、杆四4、杆五5、杆六6、杆七7、杆八8、杆九9、杆十10、杆十一11、第一滑套41、第二滑套42、第一圆柱销51、第二圆柱销52、第三圆柱销53、第四圆柱销54、第一推拉杆85a、第一限位套管84a、环轨板89、从动轴承93、第二传动杆72、转轴90、第二传动杆72、第一夹持臂98a、第二夹持臂98b、第一传动杆71、斗杆92、第二限位套管84b、第二推拉杆85b、动臂91、第一滑块96a、主动轴承的内圈73、主动轴承的滚珠75、主动轴承的外圈74、球体96、圆柱螺旋线凹槽97、弹簧81、第二滑块96b和推动环80；

杆一1一端通过转动副一101连接在机架99上，杆一1另一端通过轴向移动副与杆二2一端连接形成伸缩杆，杆二2另一端通过转动副二102与杆三3一端连接，杆三3另一端通过转动副三103与杆四4一端连接，杆四4另一端通过转动副四104连接在机架99上，

杆五5一端通过转动副五105连接在机架99上，杆五5另一端通过转动副六106与杆六6一端连接，杆六6另一端通过转动副七107与杆七7一端连接，杆七7另一端通过转动副八108连接在机架99上，杆七7上设有轴向滑槽，第三圆柱销53一端固定在第一推拉杆85a一端上，第三圆柱销53另一端嵌装在杆七7的轴向滑槽中，第一推拉杆85a另一端固定在环轨板89上，第一限位套管84a套装在第一推拉杆85a上，同时第一限位套管84a固定在动臂91上，

杆八8一端通过转动副九109连接在机架99上，杆八8另一端通过转动副十110连接在第一滑套41上，第一滑套41套装在杆六6上，

杆九9一端通过转动副十一111连接在机架99上，杆九9另一端通过轴向移动副与杆十10的一端连接，杆十10的另一端通过转动副十二112与杆十一11一端连接，杆十一11另一端通过转动副十三113连接在第二滑套42上，第二滑套42套装在动臂91上，第二推拉杆85b一端通过转动副十四114连接在第二滑套42上，第二推拉杆85b另一端固定连接在推动环80上，第二限位套管84b套装在第二推拉杆85b上，第二限位套管84b固定在动臂91上，

转轴90外壁面上设有圆柱螺旋线凹槽97，转轴90一端与从动轴承93内圈固定安装，从动轴承93外圈固定在动臂91上，转轴90另一端、第一夹臂98a根部以及第二夹臂98b根部通过复合转动副二十一121连接在一起；

动臂91一端通过转动副二十120连接在杆五5上，动臂91另一端通过轴向移动副与斗杆92一端连接形成伸缩杆，斗杆92另一端固定连接在主动轴承的内圈73上，主动轴承的内圈73内侧固定有球体96，球体96嵌装在圆柱螺旋线凹槽97中；

推动环80套装在主动轴承外圈74上，主动轴承外圈74上设有轴向滑槽，第二滑块96b嵌装在主动轴承外圈的轴向滑槽中，第二滑块96b一侧为推动环80，第二滑块96b另一侧为弹簧81，弹簧81一端固定在第二滑块96b上，弹簧81另一侧固定在主动轴承外圈74上，第一传动杆71一端通过转动副二十四124连接在第二滑块96b上，第一传动杆71另一端通过转动副二十五125连接在第二夹臂98b上，

第二传动杆72一端连接在第一滑块96a上，第一滑块96a嵌装在环轨板89的轨槽中；第二传动杆72另一端通过转动副二十二122连接在第一夹臂98a上；

杆八8上设有轴向滑槽，第一圆柱销51一端固定在杆十10上，第一圆柱销51另一端嵌装在杆八8的轴向滑槽中，

动臂91上设有轴向滑槽，第二圆柱销52一端固定在杆二2上，第二圆柱销52另一端嵌装在动臂91上的轴向滑槽中，

杆四4上设有轴向滑槽，第四圆柱销54一端固定在斗杆92上，第四圆柱销54另一端嵌装在杆四4的轴向滑槽中。

进一步的，还包括内限位环94a和外限位环94b，内限位环94a固定在从动轴承93外圈上，外限位环94b固定在动臂91上，内限位环94a和外限位环94b之间的环形空隙为环形限位轨道，第二传动杆72穿过环形限位轨道。

进一步的，动臂91、斗杆92和转轴90的轴线平行或共线。

进一步的，环轨板89的轨槽截面为T字形，轨槽内腔宽度大于轨槽出口宽度，第一滑块96a安装在轨槽内腔中。

进一步的，转动副九109由伺服电机一驱动，和/或转动副十一111由伺服电机二驱动，和/或转动副五105由伺服电机三驱动，和/或转动副一101由伺服电机四驱动。

进一步的，第一圆柱销51、第二圆柱销52、第三圆柱销53和第四圆柱销54的柱面与槽壁形成高副。

进一步的，第一圆柱销51与杆十10垂直、第二圆柱销52与杆二2垂直、第三圆柱销53与第一推拉杆85a垂直、第四圆柱销54与斗杆92垂直。机架通过转动副安装在小车上。

Claims (8)

1.具有高负载能力的医疗机器人手臂机构，其特征在于，包括杆一、杆二、杆三、杆四、杆五、杆六、杆七、杆八、杆九、杆十、杆十一、第一滑套、第二滑套、第一圆柱销、第二圆柱销、第三圆柱销、第四圆柱销、第一推拉杆、第一限位套管、环轨板、从动轴承、第二传动杆、转轴、第二传动杆、第一夹持臂、第二夹持臂、第一传动杆、斗杆、第二限位套管、第二推拉杆、动臂、第一滑块、主动轴承的内圈、主动轴承的滚珠、主动轴承的外圈、球体、圆柱螺旋线凹槽、弹簧、第二滑块和推动环；

杆一一端通过转动副一连接在机架上，杆一另一端通过轴向移动副与杆二一端连接形成伸缩杆，杆二另一端通过转动副二与杆三一端连接，杆三另一端通过转动副三与杆四一端连接，杆四另一端通过转动副四连接在机架上，

杆五一端通过转动副五连接在机架上，杆五另一端通过转动副六与杆六一端连接，杆六另一端通过转动副七与杆七一端连接，杆七另一端通过转动副八连接在机架上，杆七上设有轴向滑槽，第三圆柱销一端固定在第一推拉杆一端上，第三圆柱销另一端嵌装在杆七的轴向滑槽中，第一推拉杆另一端固定在环轨板上，第一限位套管套装在第一推拉杆上，同时第一限位套管固定在动臂上，

杆八一端通过转动副九连接在机架上，杆八另一端通过转动副十连接在第一滑套上，第一滑套套装在杆六上，

杆九一端通过转动副十一连接在机架上，杆九另一端通过轴向移动副与杆十的一端连接，杆十的另一端通过转动副十二与杆十一一端连接，杆十一另一端通过转动副十三连接在第二滑套上，第二滑套套装在动臂上，第二推拉杆一端通过转动副十四连接在第二滑套上，第二推拉杆另一端固定连接在推动环上，第二限位套管套装在第二推拉杆上，第二限位套管固定在动臂上，

转轴外壁面上设有圆柱螺旋线凹槽，转轴一端与从动轴承内圈固定安装，从动轴承外圈固定在动臂上，转轴另一端、第一夹臂根部以及第二夹臂根部通过复合转动副二十一连接在一起；

动臂一端通过转动副二十连接在杆五上，动臂另一端通过轴向移动副与斗杆一端连接形成伸缩杆，斗杆另一端固定连接在主动轴承的内圈上，主动轴承的内圈内侧固定有球体，球体嵌装在圆柱螺旋线凹槽中；

推动环套装在主动轴承外圈上，主动轴承外圈上设有轴向滑槽，第二滑块嵌装在主动轴承外圈的轴向滑槽中，第二滑块一侧为推动环，第二滑块另一侧为弹簧，弹簧一端固定在第二滑块上，弹簧另一侧固定在主动轴承外圈上，第一传动杆一端通过转动副二十四连接在第二滑块上，第一传动杆另一端通过转动副二十五连接在第二夹臂上，

第二传动杆一端连接在第一滑块上，第一滑块嵌装在环轨板的轨槽中；第二传动杆另一端通过转动副二十二连接在第一夹臂上；

杆八上设有轴向滑槽，第一圆柱销一端固定在杆十上，第一圆柱销另一端嵌装在杆八的轴向滑槽中，

动臂上设有轴向滑槽，第二圆柱销一端固定在杆二上，第二圆柱销另一端嵌装在动臂上的轴向滑槽中，

杆四上设有轴向滑槽，第四圆柱销一端固定在斗杆上，第四圆柱销另一端嵌装在杆四的轴向滑槽中。

2.如权利要求1所述的具有高负载能力的医疗机器人手臂机构，其特征在于，还包括内限位环和外限位环，内限位环固定在从动轴承外圈上，外限位环固定在动臂上，内限位环和外限位环之间的环形空隙为环形限位轨道，第二传动杆穿过环形限位轨道。

3.如权利要求1所述的具有高负载能力的医疗机器人手臂机构，其特征在于，动臂、斗杆和转轴的轴线平行或共线。

4.如权利要求1所述的具有高负载能力的医疗机器人手臂机构，其特征在于，环轨板的轨槽截面为T字形，轨槽内腔宽度大于轨槽出口宽度，第一滑块安装在轨槽内腔中。

5.如权利要求1所述的具有高负载能力的医疗机器人手臂机构，其特征在于，转动副九由伺服电机一驱动，和/或转动副十一由伺服电机二驱动，和/或转动副五由伺服电机三驱动，和/或转动副一由伺服电机四驱动。

6.如权利要求1所述的具有高负载能力的医疗机器人手臂机构，其特征在于，第一圆柱销、第二圆柱销、第三圆柱销和第四圆柱销的柱面与槽壁形成高副。

7.如权利要求1所述的具有高负载能力的医疗机器人手臂机构，其特征在于，第一圆柱销与杆十垂直、第二圆柱销与杆二垂直、第三圆柱销与第一推拉杆垂直、第四圆柱销与斗杆垂直。

8.如权利要求1所述的具有高负载能力的医疗机器人手臂机构，其特征在于，机架通过转动副安装在小车上。