CN109771038A - 一种移动式机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动式机械手，包括横梁(1)，横梁(1)与纵梁相连，纵梁设置在台车上，横梁(1)上设置有悬挂机构。本发明可以解决现有技术中的机械手不能保证机械手末端稳定性的技术问题，同时，可以使整个装置满足高负载、高刚度、高精度的实际要求。

Description

一种移动式机械手

技术领域

本发明涉及一种医用机械手，特别是涉及一种移动式机械手。

背景技术

现有的医疗手术中，如一些微创手术，需要医生的操作精度高，效率高，而在手术中，外科医生一般需要周围的辅助医生等帮忙拿手术刀具，而当周围辅助的人过多时，又会使得手术周围过于密集，因此，微创手术机器人便应运而生。

微创手术机器人可以减轻医生在手术过程中的体力劳动，同时达到精准手术的目的。然而微创手术机器人要达到上述目的，需要一根立柱同时支撑多个机械手。在采用一根立柱支撑多个机械手时，需要机械手升降总体布局结构有足够的刚度、强度以及运动精度，才能保证多个机械手在手术过程中的稳定性。现有技术中的机械手升降总体布局结构的刚度、强度及运动精度不够，因此不能保证机械手在手术过程中的稳定性。

因此本领域技术人员致力于开发移动式机械手，以解决现有技术中的机械手不能保证机械手末端稳定性的技术问题。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种移动式机械手。

为实现上述目的，本发明提供了一种移动式机械手，包括横梁，横梁与纵梁相连，纵梁设置在台车上，横梁上设置有悬挂机构。

为了使手术机器人机械臂横梁连接部件之间连接更加可靠、定位更加精准，保证连接的可靠性，同时方便拆卸、储存、运输，横梁包括第一支撑板，第一支撑板上垂直设置有第一定位板，第一定位板与第一连接板垂直相连，且与第三连接板相连。

为了使横梁上的翻转力矩来自前、后、左、右四个方向时，横梁的变形量较小，甚至没有明显变形，以满足工作人员的实际控制需求，节省安装空槽的空间，可以更加方便的走线或者是安装电气元件，第一连接板与腹板相连，腹板与第二连接板相连，腹板上设置有下翼板；腹板包括间隔设置的第一腹板和第二腹板；第一腹板、第二腹板分别垂直于第一连接板。

为了使本发明所涉的移动式机械手的结构紧凑，较大程度的节省空间，且增加立柱抗弯强度，实现立柱材料外置，负载内置，提高系统的刚度和运动精度，纵梁包括升降回转连接机构，升降回转连接机构包括立柱，立柱为工字型，立柱开设有滑槽，滑槽内设有连接块，连接块的一端与升降机构相连，另一端与第一驱动机构相连。

为了增大机械手支撑立柱的抗弯强度，实现基座材料外置，负载内置，克服“头重脚轻”的问题，提高回转运动精度，立柱包括a支撑板，a支撑板设置在第二支撑板与第三支撑板之间且均与第二支撑板、第三支撑板相连；滑槽设置在a支撑板上。

为了增加立柱抗弯强度，实现立柱材料外置，负载内置，提高系统的刚度和运动精度，升降机构包括直线导轨，直线导轨设置在a支撑板上，a支撑板上设置有滑槽；直线导轨中配合有滑块，滑块与拖板固定连接，拖板与升降体固定连接；拖板与连接块固定连接。

为了提升系统可靠性，减轻第一减速器受其他外力的影响，提升柱的抗弯强度和运动精度，立柱包括回转立柱安装法兰，回转立柱安装法兰与第一交叉滚子轴承相连，第一交叉滚子轴承设置在底座模板支架上。

为了使传动机构能够负载更大的径向力矩，使机械手终端的体积、重量较小，显著减轻机械手终端的负担，增加手术机器人的稳定性，悬挂机构包括机械手终端的传动机构，机械手终端的传动机构与键连接结构相连；机械手终端的传动机构包括过线轴，过线轴同心套设有第二交叉滚子轴承，过线轴内设于减速器支架，过线轴与减速器支架联合形成容纳腔，第二交叉滚子轴承安装在容纳腔内，且与横梁螺栓连接；键连接机构包括过线轴和钢套，过线轴外壁上开设有第一键槽；钢套内壁上对应第一键槽设有第二键槽；第一键槽和第二键槽的宽度均比过线轴的公称直径对应的键槽宽度小；过线轴和钢套通过键连接。

为了使纵梁更好的固定在台车上，从而使机械手更加的稳定，输入法兰设置在第三交叉滚子轴承上，第三交叉滚子轴承与底座模块支架相连，所述底座模块支架与台车底座相连。

为了保证止停机构与地面的完全接触，提升止停机构的止停效果和止停稳定性，提升手术台车底座停止的稳定性，保证对手术台车底座止停的均匀性，进一步提升手术台车在止停过程中的稳定性和可靠性，台车上设有止停机构，止停机构包括支撑脚，支撑脚与电缸的活塞杆连接；电缸与电机连接；电机的动力输出端与变速箱一端连接；变速箱另一端与同步箱内的动力输入端连接；同步箱内的动力输出端与电缸连接。

为了实现滚轮的全向移动，滚轮在路面不平整的情况下，仍然能够平稳的运动，实现手术台车底座的全向移动，实现四个滚轮能够与地面接触，使得手术台车底座在移动过程中灵活平稳，台车上设有驱动机构，驱动机构包括滚轮，还包括高度调节组件，高度调节组件固定设置在滚轮的动力输入部；高度调节组件包括第一固定框和连接板；第一固定框由竖直板和固定板构成；连接板侧面滑动连接在竖直板的外侧面；连接板的顶面通过弹簧与固定板连接；竖直板架设在滚轮的动力输入部外；连接板套设于滚轮的动力输入部外。

本发明的有益效果是：

1)本发明所涉的移动式机械手，采用包括横梁，横梁与升降回转连接机构相连,升降回转连接机构与手术台车底座相连；横梁还与悬挂机构相连的设计，可以解决现有技术中的机械手不能保证机械手末端稳定性的技术问题，同时，可以使整个机构达到高负载、高刚度、高精度的实际要求。

2)本发明所涉的移动式机械手，采用横梁包括第一连接板，第一连接板与腹板相连，腹板与第二连接板相连，腹板上设置有下翼板的设计，可使横梁上的翻转力矩来自前、后、左、右四个方向时，横梁的变形量较小，防止横梁不稳定，而给实际的工作需要带来障碍。

3)本发明所涉的移动式机械手，采用升降回转连接机构包括立柱、升降机构和第一驱动机构；立柱为工字型，立柱开设有滑槽；滑槽内设置有连接块且连接块的两端伸出滑槽；连接块的一端与升降机构连接，另一端与所述第一驱动机构连接的设计，可以增加立柱抗弯强度，实现立柱材料外置，负载内置，提高系统的刚度和运动精度。

附图说明

图1是本发明一具体实施方式的结构示意图；

图2是本发明所涉横梁的结构示意图；

图3是图2中B处的局部放大图；

图4是本发明所涉第一连接板的结构示意图；

图5是本发明所涉横梁的结构示意图；

图6是本发明所涉横梁的结构示意图；

图7是本发明所涉升降回转连接机构的结构示意图；

图8是本发明所涉升降回转连接机构的结构示意图；

图9是本发明所涉传动机构的结构示意图；

图10是本发明所涉传动机构的结构示意图；

图11是图10中A处的局部放大图；

图12是图10中B处的局部放大图；

图13是本发明所涉键连接机构的结构示意图；

图14是本发明所涉键连接机构的结构示意图；

图15是本发明所涉止停机构的结构示意图；

图16是本发明所涉止停机构的结构示意图；

图17是本发明所涉止停机构的结构示意图；

图18是本发明所涉台车的结构示意图；

图19是本发明所涉驱动机构的结构示意图；

图20是本发明所涉驱动机构的结构示意图；

图21是本发明所涉驱动机构的结构示意图；

图22是本发明所涉驱动机构的结构示意图；

图23是本发明所涉纵梁与台车的连接结构图；

图24是本发明所涉机械手的整体机构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，需注意的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方式构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连通”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图所示，为了解决上述技术问题，本发明提供了一种移动式机械手，包括横梁1，横梁1与纵梁相连，纵梁设置在台车上，横梁1上设置有悬挂机构。

横梁包括第一支撑板112，第一支撑板112上垂直设置有第一定位板19，第一定位板19与第一连接板11垂直相连，且与第三连接板111相连。

第一连接板11与第二定位板110相连，第一连接板11垂直设置在第一支撑板112上。第二定位板112与第三连接板111垂直相连。第一定位板19与第一下翼板14垂直相连，第一下翼板14设置在第一支撑板112上。

第一定位板19与第三连接板111螺栓连接；第一连接板11与第二定位板110螺栓连接。

第一定位板19上设有五个螺栓，包括第一螺栓191，第一螺栓191与第二螺栓192、第三螺栓193水平设置在第一直线上，第一直线靠近第一定位板19的竖直边缘，且与第一定位板19的竖直边缘平行，每相邻两个螺栓的间隔距离相等；第四螺栓194，第四螺栓194与第五螺栓195、第六螺栓196水平设置在第二直线上，且设于第一定位板19的中部，第二直线与第一定位板19的竖直边缘平行，第四螺栓194与第五螺栓195之间的间隔距离大于第五螺栓195与第六螺栓196之间的间隔距离；第四螺栓194与第六螺栓196之间的间隔距离大于第一螺栓191与第三螺栓193之间的间隔距离。

第一螺栓191位于第五螺栓195与第六螺栓196连线的上方，且第一螺栓191与第六螺栓196之间的间隔距离与第一螺栓191与第五螺栓195之间的间隔距离相等；第二螺栓192位于第一螺栓191与第三螺栓193连线的中间，第二螺栓192位于第五螺栓195与第四螺栓194连线的上方，第二螺栓192与第五螺栓195之间的间隔距离与第二螺栓192与第三螺栓195之间的间隔距离相等。

第三螺栓193位于第五螺栓195与第四螺栓194连线的上方，第三螺栓193与第二螺栓192之间的间隔距离与第四螺栓194与第三螺栓193之间的间隔距离相等；第五螺栓195位于第六螺栓196与第四螺栓194连线之间。

与螺栓相连的螺孔设置在第三连接板111上。

第一连接板11上设有三个螺栓，包括第七螺栓113，第七螺栓113与第八螺栓114之间的间隔距离与第八螺栓114与第九螺栓115之间的间隔距离相等，第七螺栓113、第八螺栓114、第九螺栓115设置在第三直线上，位于第一连接板11中部，第三直线与第一连接板11的竖直边缘平行。

第八螺栓18设置在第七螺栓113与第九螺栓115连线的中间；与螺栓相连的螺孔设置在第二定位板110上。第一连接板11与腹板相连，腹板与第二连接板16相连，腹板上设置有下翼板。

第一连接板11分别与第一腹板12、第二腹板13螺栓连接；第一下翼板14与第一腹板12螺栓连接；第二下翼板15与第二腹板13螺栓连接；第二连接板16与第一腹板12、第二腹板13螺栓连接。

升降回转连接结构2包括立柱24、升降机构和第一驱动机构；立柱24为工字型，立柱24开设有滑槽2101；滑槽2101内设置有连接块216且连接块216的两端伸出滑槽2101；连接块216的一端与升降机构连接，另一端与第一驱动机构连接。

立柱24包括a支撑板21、第二支撑板22和第三支撑板23；第二支撑板22和第三支撑板23之间通过a支撑板21连接；滑槽2101设置于a支撑板21上。

升降机构包括直线导轨217和升降体218，直线导轨217设置于a支撑板21上；直线导轨217中配合有滑块227，滑块227与拖板220固定连接，拖板220与升降体218固定连接；拖板20与连接块216固定连接。

第一驱动机构包括与滑槽2101平行设置的丝杆221；丝杆221两端通过安装座225与a支撑板21固定连接；丝杆221与连接块216配合。

第一驱动机构还包括第二电机224、第二减速器226和制动器222，第二电机224、第二减速器226和制动器222依次连接；丝杆221与制动器222连接。第二支撑板22上端面的前端至a支撑板21的前表面的第一距离与第二支撑板22的上端面的后端至a支撑板21的后表面的第二距离之比等于升降机构和所述的重量之比。升降机构和第一驱动机构机构的重量之比为

立柱24包括回转立柱安装法兰26和输入法兰25，回转立柱安装法兰26设置于立柱24的下部，输入法兰25设置于立柱24的下端；回转立柱安装法兰26距离输入法兰25的长度与立柱24总长度之比为将回转立柱安装法兰设置在这个范围内，不仅可以给机械组件在回转立柱安装法兰上下的安装留出合适的空间，还可以提升立柱的抗弯能力，在某些实施例中，回转立柱安装法兰26距离输入法兰25的长度与立柱24总长度之比为

回转立柱安装法兰26距离输入法兰25的长度与立柱24总长度之比为在某些实施例中，回转立柱安装法兰26距离输入法兰25的长度与立柱24总长度之比为

滑槽2101设置在回转立柱安装法兰26上方。第二电机224和第二减速器226设置在回转立柱安装法兰26和输入法兰25之间，制动器222位于回转立柱安装法兰26上。

回转立柱安装法兰26设置于底座模块支架29上，回转立柱安装法兰26与底座模块支架29之间设置有第一交叉滚子轴承210；其中，回转立柱安装法兰26与第一交叉滚子轴承210通过螺栓连接。本发明在回转立柱安装法兰26与底座模块支架29之间配以第一交叉滚子轴承210，第一交叉滚子轴承210可以选择足够载荷参数足够大的型号，立柱的重力、侧向翻转力矩全部由第一交叉滚子轴承210来承担，提升了系统可靠性。

升降回转连接结构的底部与第一减速器(图未示)连接，第一电机(图未示)与第一减速器(图未示)连接，第一电机用于驱动回转结构8的转动，第一减速器用于驱动第一电机。

在本实施例中，回转结构8在底座模块支架29以下的部分结构(不包含底座模块支架29)设置在台车内且底座模块支架29的下表面卡接在台车的上表面，并将底座模块支架29和台车进行固定连接，用底座模块支架29与台车进行固定以将回转结构8固定安装在台车上，通过台车方便对机械手进行位置的转移。

进一步的，输入法兰25设置在第三交叉滚子轴承7上，第三交叉滚子轴承7与底座模块支架29相连，底座模块支架29与台车底座相连。输入法兰25与第三交叉滚子轴承7螺栓连接，第三交叉滚子轴承7与底座模块支架29螺栓连接，底座模块支架29与台车底座螺栓连接。

机械手终端的传动结构3包括过线轴35，过线轴35同心套设有第二交叉滚子轴承36。过线轴35内设于减速器支架34。过线轴35与减速器支架34联合形成容纳腔314，第二交叉滚子轴承36安装在容纳腔314内，且与横梁33螺栓连接。

过线轴35内设有过线孔312，过线轴35上开设有过线口313。在过线轴35上开设有键槽；过线轴35外同心套设有钢套37；过线轴35与钢套37键连接；钢套37与旋转平台311螺栓连接。

过线轴35同心设置有轴间挡圈39，轴间挡圈39与卡圈310同心设置。过线轴35与谐波减速器32相连；谐波减速器32与同步带轮31相连设置。

键连接结构包括过线轴35和钢套37，过线轴35外壁上开设有第一键槽3a；钢套37内壁上对应第一键槽3a设有第二键槽3b；第一键槽3a和第二键槽3b的宽度均比过线轴35的公称直径对应的键槽宽度小；过线轴35和钢套37通过键38连接。

第一键槽3a为半开键槽，第二键槽3b为全开键槽，钢套37内对应第二键槽3b设有轴间挡圈39。轴间挡圈39上开有让位缺口。轴间挡圈39与键38之间设置有卡圈310。第二交叉滚子轴承36末端通过键连接结构与机械手支撑架连接。

止停机构5包括支撑脚536，支撑脚536与电缸534的活塞杆连接；电缸534与电机531连接。电机531的动力输出端与变速箱532一端连接；变速箱532另一端与同步箱533内的动力输入端连接；同步箱533内的动力输出端与电缸534连接。电缸534外套设有固定框535。

支撑脚536底面设有减震垫537。减震垫537为橡胶减震垫。电缸534为直线电缸。底座51设于机架52上；机架52底部设有多个止停机构5；用于手术台车底座的止停机构5通过固定框535与机架52连接。

固定框535包括底板5351；底板5351两边分别设置有竖直支板5352；竖直支板5352的端部设有带耳5353；固定框535通过带耳5353与机架52连接。机架52底部上设有四个用于手术台车底座的止停机构5。四个用于手术台车底座的止停机构5分别设置在机架52底部四个边的中间位置。

驱动机构6包括滚轮625，还包括高度调节组件，高度调节组件固定设置在滚轮625的动力输入部。高度调节组件包括第一固定框628和连接板624；第一固定框628由竖直板6281和固定板6282构成；连接板624侧面滑动连接在竖直板6281的外侧面；连接板624的顶面通过弹簧626与固定板6282连接；竖直板6281架设在滚轮625的动力输入部外；连接板624套设于滚轮625的动力输入部外。

竖直板6281的外侧面上设有滑轨623；滑轨623上设有滑块；滑块的侧面与连接板624固定连接；滑块的设有限位块629；限位块629固定设置在竖直板6281的侧面；固定板6282上设有安装槽6283；弹簧626通过调整螺钉627固定在安装槽6283内；调整螺钉627端部设有轴端挡圈6271。

滚轮625与第一变速箱622的动力输出端连接；第一变速箱622的动力输入端与第一电机621连接；第一固定框628的竖直板6281架设于第一变速箱622的外壳；连接板624贯穿设于第一变速箱622外壳。滚轮625为麦克纳姆轮。

本发明所涉的移动式机械手，纵梁固定在台车上，台车上安装的驱动机构6，驱动台车移动。台车上还安装有止停机构5，止停机构5包括支撑脚536，支撑脚536与电缸534的活塞杆连接；电缸534与电机531连接。

使用过程中，当移动手术台车时，启动电机531，并通过同步箱驱动电缸534，使支撑脚536相对于地面收回；当需要停止手术台车时，同样启动电机531，并通过同步箱驱动电缸534，使支撑脚536相对于地面伸出，通过电机531电流大小，判定支撑面与地面之间是否完全接触，当电流够大时，支撑面与地面完全接触，关闭电机，保证机械手的稳定。

进一步的，使用过程中，第二电机224驱动升降体218上的连接块216上下移动，带动升降体218上下移动，第二减速器226对升降体218进行制动，以控制升降体218的上下移动。

进一步的，使用过程中，升降体218与横梁1连接，升降体的上下移动带动横梁的上下移动。

进一步的，使用过程中，横梁1与机械手终端的传动机构3相连，驱动电机驱动过线轴35上转动，过线轴35与机械手支撑架通过设置在机械手终端的传动机构3上的键槽键连接，以实现把动力通过过线轴35传送给机械手支承架。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种移动式机械手，包括横梁(1)，其特征是：所述横梁(1)与纵梁相连，所述纵梁设置在台车上，所述横梁(1)上设置有悬挂机构。

2.如权利要求1所述的移动式机械手，其特征是：所述横梁包括第一支撑板(112)，所述第一支撑板(112)上垂直设置有第一定位板(19)，所述第一定位板(19)与第一连接板(11)垂直相连，且与第三连接板(111)相连。

3.如权利要求2所述的移动式机械手，其特征是：所述第一连接板(11)与腹板相连，所述腹板与第二连接板(16)相连，所述腹板上设置有下翼板；

所述腹板包括间隔设置的第一腹板(12)和第二腹板(13)；

所述第一腹板(12)、所述第二腹板(13)分别垂直于所述第一连接板(11)。

4.如权利要求1所述的移动式机械手，其特征是：所述纵梁包括升降回转连接机构(2)，所述升降回转连接机构(2)包括立柱(24)，所述立柱(24)为工字型，所述立柱(24)开设有滑槽(2101)，所述滑槽(2101)内设有连接块(216)，所述连接块(216)的一端与升降机构相连，另一端与第一驱动机构相连。

5.如权利要求4所述的移动式机械手，其特征是：所述立柱(24)包括a支撑板(21)，所述a支撑板(21)设置在第二支撑板(22)与第三支撑板(23)之间且均与所述第二支撑板(22)、所述第三支撑板(23)相连；所述滑槽(2101)设置在所述a支撑板(21)上。

6.如权利要求4所述的移动式机械手，其特征是：所述升降机构包括直线导轨(217)，所述直线导轨(217)设置在a支撑板(21)上，所述a支撑板(21)上设置有所述滑槽(2101)；

所述直线导轨(217)中配合有滑块(227)，所述滑块(227)与拖板(220)固定连接，所述拖板(220)与升降体(218)固定连接；

所述拖板(220)与所述连接块(216)固定连接。

7.如权利要求4所述的移动式机械手，其特征是：所述立柱(24)包括回转立柱安装法兰(26)，所述回转立柱安装法兰(26)与第一交叉滚子轴承(210)相连，所述第一交叉滚子轴承(210)设置在底座模板支架(29)上。

8.如权利要求1所述的移动式机械手，其特征是：所述悬挂机构包括机械手终端的传动机构(3)，所述机械手终端的传动机构(3)与键连接结构(4)相连；

所述机械手终端的传动机构(3)包括过线轴(35)，所述过线轴(35)同心套设有第二交叉滚子轴承(36)，所述过线轴(35)内设于减速器支架(34)，所述过线轴(35)与所述减速器支架(34)联合形成容纳腔(314)，所述第二交叉滚子轴承(36)安装在所述容纳腔(314)内，且与所述横梁(33)螺栓连接；

所述键连接机构(4)包括过线轴(35)和钢套(37)，所述过线轴(35)外壁上开设有第一键槽(3a)；所述钢套(37)内壁上对应所述第一键槽(3a)设有第二键槽(3b)；所述第一键槽(3a)和第二键槽(3b)的宽度均比所述过线轴(35)的公称直径对应的键槽宽度小；所述过线轴(35)和钢套(37)通过键(38)连接。

9.如权利要求1所述的移动式机械手，其特征是：输入法兰(25)设置在第三交叉滚子轴承(7)上，所述第三交叉滚子轴承(7)与底座模块支架(29)相连，所述底座模块支架(29)与台车底座相连。

10.如权利要求1所述的移动式机械手，其特征是：所述台车上设有止停机构(5)，所述止停机构(5)包括支撑脚(536)，所述支撑脚(536)与电缸(534)的活塞杆连接；所述电缸(534)与电机(531)连接；

所述电机(531)的动力输出端与变速箱(532)一端连接；所述变速箱(532)另一端与同步箱(533)内的动力输入端连接；所述同步箱(533)内的动力输出端与电缸(534)连接；

所述台车上设有驱动机构(6)，所述驱动机构(6)包括滚轮(625)，还包括高度调节组件，所述高度调节组件固定设置在所述滚轮(625)的动力输入部；

所述高度调节组件包括第一固定框(628)和连接板(624)；所述第一固定框(628)由竖直板(6281)和固定板(6282)构成；所述连接板(624)侧面滑动连接在所述竖直板(6281)的外侧面；所述连接板(624)的顶面通过弹簧(626)与所述固定板(6282)连接；

所述竖直板(6281)架设在所述滚轮(625)的动力输入部外；所述连接板(624)套设于所述滚轮(625)的动力输入部外。