CN111700684A - 一种旋转臂机构及集成化机器人手术平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转臂结构，包括：支撑柱、摄像头旋转臂及显示器旋转臂，摄像头旋转臂和显示器旋转臂均一端转动连接于支撑柱；本发明还涉及一集成化手术平台；其包括:推车、机械臂组件、摄像头组件、显示器组件及上述旋转臂机构，机械臂组件、旋转臂机构固定在推车上，摄像头组件与摄像头旋转臂固定，显示器组件与显示器旋转臂固定，机械臂组件、摄像头组件及显示器组件的供电线路设置在推车内。旋转臂机构上可以设置多个设备，实现每个设备支撑柱转动，集成化手术平台将机械臂、显示器、光学摄像头集成在一辆推车上，使结构更加紧凑，占用空间更小；将显示器和光学摄像头集成在一起后机械臂的位姿限制小、人员受伤的风险降低。

Description

一种旋转臂机构及集成化机器人手术平台

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，特别是涉及一种旋转臂机构及集成化机器人手术平台。

背景技术

机器人手术平台的主要部件包括：机械臂、显示器、光学导航摄像头等。如CN109276316A中所示，其包括1个机械臂、1个显示器和1个光学摄像头。其包括两辆推车，一辆推车上集成了机械臂与显示器，另一辆推车上集成了光学导航摄像头，其机械臂与显示器安装在一个双旋转臂上，其主要存在以下问题：①整个系统包括两辆推车，两辆推车之间通过线缆连接，占用大量空间；②在双旋转臂结构中，显示器在机械臂的上方，导致机械臂的运动范围受限，上方空间无法到达，机械臂的位置和姿态受限；③机械臂和显示器集成在一起时，医生若需要操作显示器，就会站在显示器附近，机械臂一旦转动，有可能会造成医护人员受伤；④只有部分型号的机械臂能设置在旋转臂上，而且需要进行相应的改装，成本较高且适用性差。

发明内容

本发明的目的是针对克服现有技术的缺陷，提供一种旋转臂机构及包含该旋转臂机构的集成化机器人手术平台。

本发明采用的技术方案为：一种旋转臂机构，包括：支撑柱、摄像头旋转臂及显示器旋转臂，所述摄像头旋转臂和显示器旋转臂均一端转动连接于所述支撑柱。

一种集成化的机器人手术平台，包括：推车、机械臂组件、摄像头组件、显示器组件及上述的旋转臂机构，所述机械臂组件、所述旋转臂机构固定在所述推车上，所述摄像头组件与所述摄像头旋转臂固定，所述显示器组件与所述显示器旋转臂固定，所述机械臂组件、所述摄像头组件及所述显示器组件的供电线路设置在所述推车内。

本发明所述的一种旋转臂机构及集成化机器人手术平台，具有以下优势：

①旋转臂机构上可以设置多个设备，并实现每个设备支撑柱转动，由此可以有效节省空间；

②显示器、光学摄像头设置在旋转臂机构上，充分利用推车上的纵向空间，推车上则有空间容纳机械臂和装有显示器、光学摄像头的旋转臂机构，使整个手术平台结构更加紧凑，占用空间更小；

③机械臂、显示器、光学摄像头集成在推车上，避免了线缆延伸至车体之外与其他设备连接，从而降低了医护人员被延伸至车体外的线缆绊倒的风险，也降低了数据、信号丢失的风险；

④较现有技术中机械臂和显示器集成在双旋转臂结构上而言，本申请将显示器和光学摄像头设置在旋转臂机构上，机械臂与双旋转臂结构设置在推车上，机械臂的位姿限制小，医护人员受伤的风险降低；

⑤较现有技术中机械臂和显示器集成在双旋转臂结构上而言，本申请不需要对机械臂进行改装，并且理论上可安装任一型号的机械臂，适用性强且没有改装成本。

附图说明

图1所示为本发明提供的一种集成化的机器人手术平台的结构图；

图2所示为图1中的旋转臂机构的结构图；

图3所示为图1中的旋转臂机构的爆炸图；

图4所示为图2中第一限位组件的截面图；

图5所示为图2中第二限位组件的截面图。

具体实施方式

下面结合附图介绍本发明提供的集成化机器人手术平台：

请参阅图1-图5，为本发明提供的一种集成化的机器人手术平台，其包括：推车1、机械臂组件2、旋转臂机构3、摄像头组件4及显示器组件5，机械臂组件2、旋转臂机构3固定在推车1上，摄像头组件4、显示器组件5与旋转臂机构3固定。

各组件之间通过螺钉连接，最后集成在所述推车1上，使得整个系统更加简洁紧凑。机械臂组件2、摄像头组件4及显示器组件5的供电线路设置在推车1内。降低了医护人员被连接线缆绊倒的风险和数据、信号丢失的风险。而且推车1的底盘大，重心靠下，抗倾覆性能有所提升。

于本实施例中，机械臂组件2设置在推车1上表面的一端部，旋转臂机构3设置在推车1上表面的另一端部，这样设置的目的是将机械臂组件2与旋转臂机构3尽可能得分隔开，避免医生操作显示器时被机械臂组件2刮到，造成医护人员受伤。

旋转臂机构3包括支撑柱31、摄像头旋转臂32及显示器旋转臂33，摄像头旋转臂32和显示器旋转臂33均一端转动连接于支撑柱。摄像头组件4与摄像头旋转臂32远离支撑柱的一端连接，显示器组件5与显示器旋转臂33远离支撑柱的一端连接。摄像头组件4及显示器组件5能够沿支撑柱的轴向进行转动，满足手术时的使用需求。

所述旋转臂机构3还包括一用于限制摄像头旋转臂31转动角度的第一限位组件34及一用于限制显示器旋转臂33转动角度的第二限位组件35，摄像头旋转臂32在第一限位组件34限制下的转动范围与显示器旋转臂33在第二限位组件35限制下的转动范围在水平面的投影没有交集，这样设置的目的是，避免摄像头旋转臂32及显示器旋转臂33在竖直方向上重合，出现摄像头组件4与显示器组件5相互干涉的情况；或摄像头旋转臂32在第一限位组件34限制下的转动范围与显示器旋转臂33在第二限位组件35限制下的转动范围均位于支撑柱31的一侧，这样设置的目的是，避免摄像头旋转臂32及显示器旋转臂33在水平方向上与机械臂组件2相互形成干涉，影响正常使用。

在第一限位组件34及第二限位组件35的限制下，与摄像头旋转臂32连接的摄像头组件4和与显示器旋转臂33连接的显示器组件5在沿轴向转动过程中不会产生干涉，且摄像头组件4、显示器组件5也不会和机械臂组件2产生干涉。

支撑柱31包括摄像头固定轴311、摄像头静立柱312、显示器固定轴313、显示器静立柱314，显示器静立柱314一端与推车1固定，另一端与显示器固定轴313一端固定，显示器固定轴313另一端与摄像头静立柱312一端固定，摄像头静立柱312另一端与摄像头固定轴311固定。

第一限位组件34套设在摄像头固定轴311上并相对摄像头固定轴311可转动，摄像头旋转臂32一端与第一限位组件34固定；第二限位组件35套设在显示器固定轴313上并相对显示器固定轴313可转动，显示器旋转臂33一端与第二限位组件35固定。

第一限位组件34包括摄像头轴承端盖341、摄像头轴承套342、第一角接触球轴承343及第一限位杆，第一角接触球轴承343套设在摄像头固定轴311上，第一角接触球轴承343的内圈与摄像头固定轴311固定，摄像头轴承套342套设在第一角接触球轴承343上，第一角接触球轴承343的外圈与摄像头轴承套342固定，摄像头轴承端盖341设置在摄像头轴承套342的端部，将第一角接触球轴承343封闭在摄像头轴承端盖341、摄像头轴承套342与摄像头固定轴311之间的空间内。摄像头固定轴311靠近摄像头轴承套342的面上开设有一摄像头限位槽3111，摄像头限位槽3111在摄像头固定轴311表面的长度小于摄像头固定轴311的横截面周长，摄像头轴承套342对应摄像头限位槽3111位置处开设一摄像头限位通孔3421，第一限位杆穿设于摄像头限位通孔3421，第一限位杆一端伸入摄像头限位槽3111内，摄像头旋转臂32一端与摄像头轴承套342固定。

使用时，当摄像头旋转臂32转动到一定角度时，第一限位件与摄像头限位槽3131的内壁抵接，阻止摄像头旋转臂32旋转，从而起到限位的作用。

于本实施例中，旋转臂机构3还包括第一阻尼调节件36，第一阻尼调节件36包括摄像头干式衬套361及摄像头阻尼调节杆，摄像头干式衬套361套设在摄像头固定轴311上且位于摄像头固定轴311与摄像头轴承套342之间，摄像头轴承套342对应摄像头干式衬套361的位置处开设一摄像头阻尼调节通孔3422，摄像头阻尼调节杆穿设于摄像头阻尼调节通孔3422，摄像头阻尼调节杆一端与摄像头干式衬套361抵接，摄像头阻尼调节杆可相对摄像头阻尼调节通孔3422运动。使用时，调节摄像头阻尼调节杆与摄像头干式衬套361的抵接力度，从而调节阻尼的大小。

可以理解的是，通过在摄像头固定轴311靠近摄像头轴承套342的面上开设有一摄像头限位槽3111和第一限位杆的配合实现限位只是上述实现方式中一种较佳的实施例，在其他实施例中，也可以通过在摄像头轴承套342靠近摄像头固定轴311的面上开设摄像头限位槽3111，摄像头固定轴311与摄像头限位槽3111对应处设有与摄像头限位槽3111配合的第一限位块，实现对摄像头旋转臂32转动角度的限位；这些都是本领域技术人员根据上述实施例不需要付出创造性劳动就能够实现的技术方案，在此不做赘述。

第二限位组件35包括显示器轴承端盖351、显示器轴承套352、第二角接触球轴承353及第二限位杆，第二角接触球轴承353套设在显示器固定轴311上，第二角接触球轴承353的内圈与显示器固定轴313固定，显示器轴承套352套设在第二角接触球轴承353上，第二角接触球轴承353的外圈与显示器轴承套352固定，显示器轴承端盖351设置在显示器轴承套352的端部，将第二角接触球轴承353封闭在显示器轴承端盖351、显示器轴承套352与显示器固定轴313之间的空间内。显示器固定轴313靠近显示器轴承套352的面上开设有一显示器限位槽3131，显示器限位槽3131在显示器固定轴313表面的长度小于显示器固定轴313的横截面周长，显示器轴承套352对应显示器限位槽3131位置处开设一显示器限位通孔3521，第二限位杆穿设于显示器限位通孔3521，第二限位杆一端伸入显示器限位槽3131内，显示器旋转臂33一端与显示器轴承套352固定。

使用时，当显示器旋转臂33转动到一定角度时，第二限位件与显示器限位槽3131的内壁抵接，阻止显示器旋转臂33旋转，从而起到限位的作用。

于本实施例中，旋转臂机构3还包括第二阻尼调节件37，第二阻尼调节件37包括显示器干式衬套377及显示器阻尼调节杆，显示器干式衬套371套设在显示器固定轴313上且位于显示器固定轴313与显示器轴承套352之间，显示器轴承套352对应显示器干式衬套371的位置处开设一显示器阻尼调节通孔3522，显示器阻尼调节杆穿设于显示器阻尼调节通孔3522，显示器阻尼调节杆一端与显示器干式衬套371抵接，显示器阻尼调节杆可相对显示器阻尼调节通孔3522运动。使用时，调节显示器阻尼调节杆与显示器干式衬套371的抵接力度，从而调节阻尼的大小。

可以理解的是，通过在显示器固定轴313靠近显示器轴承套352的面上开设有一显示器限位槽3131和第二限位杆的配合实现限位只是上述实现方式中一种较佳的实施例，在其他实施例中，也可以通过在显示器轴承套352靠近显示器固定轴313的面上开设显示器限位槽3131，显示器固定轴311与显示器限位槽3131对应处设有与显示器限位槽3131配合的第二限位块，实现对显示器旋转臂33转动角度的限位；这些都是本领域技术人员根据上述实施例不需要付出创造性劳动就能够实现的技术方案，在此不做赘述。

于本实施例中，第一限位组件34与第二限位组件35实质上结构相同，本方案可以通过增加与第一限位组件34或第二限位组件35来实现更多设备的旋转需求。

例如，在第一限位组件34上方增加静立柱，并在静立柱上方增加一个固定轴，在固定轴上套设一与第一限位组件34相同的限位组件，限位组件上转动连接有与摄像头旋转臂32结构相同的旋转臂，旋转臂上固定需与摄像头组件4同轴转动的设备。依次类推，可以通过增加静立柱、固定轴及限位组件，实现多个设备同轴转动，满足使用需求。

本发明具有以下优势：

①旋转臂机构上可以设置多个设备，并实现每个设备支撑柱转动，由此可以有效节省空间；

②显示器、光学摄像头设置在旋转臂机构上，充分利用推车上的纵向空间，推车上则有空间容纳机械臂和装有显示器、光学摄像头的旋转臂机构，使整个手术平台结构更加紧凑，占用空间更小；

③机械臂、显示器、光学摄像头集成在推车上，避免了线缆延伸至车体之外与其他设备连接，从而降低了医护人员被延伸至车体外的线缆绊倒的风险，也降低了数据、信号丢失的风险；

④较现有技术中机械臂和显示器集成在双旋转臂结构上而言，本申请将显示器和光学摄像头设置在旋转臂机构上，机械臂与双旋转臂结构设置在推车上，机械臂的位姿限制小，医护人员受伤的风险降低；

⑤较现有技术中机械臂和显示器集成在双旋转臂结构上而言，本申请不需要对机械臂进行改装，并且理论上可安装任一型号的机械臂，适用性强且没有改装成本。

本发明所述的一种多旋转臂结构，每层旋转臂之间相对独立、互不干扰，后期如需要添加部件可在不改变原本结构的情况下，通过添加一层旋转臂，整体使用和维修更加方便。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种旋转臂机构，其特征在于，包括：支撑柱、摄像头旋转臂及显示器旋转臂，所述摄像头旋转臂和所述显示器旋转臂均一端转动连接于所述支撑柱。

2.如权利要求1所述的旋转臂机构，其特征在于，所述旋转臂机构还包括一用于限制所述摄像头旋转臂转动角度的第一限位组件及一用于限制所述显示器旋转臂转动角度的第二限位组件，所述摄像头旋转臂在第一限位组件限制下的转动范围与所述显示器旋转臂在第二限位组件限制下的转动范围在水平面的投影没有交集，或所述摄像头旋转臂在所述第一限位组件限制下的转动范围与所述显示器旋转臂在所述第二限位组件限制下的转动范围均位于所述支撑柱的一侧。

3.如权利要求2所述的旋转臂机构，其特征在于，所述支撑柱包括依次同轴连接的摄像头固定轴、摄像头静立柱、显示器固定轴、显示器静立柱，所述第一限位组件与所述摄像头固定轴转动连接，所述摄像头旋转臂与所述第一限位组件固定，所述第二限位组件与所述显示器固定轴转动连接，所述显示器旋转臂与所述第二限位组件固定。

4.如权利要求3所述的旋转臂机构，其特征在于，所述第一限位组件包括摄像头轴承套及第一限位杆，摄像头轴承套同轴活动套设于摄像头固定轴且其一端与所述摄像头旋转臂固定连接，所述第一限位杆活动连接于所述摄像头轴承套及所述摄像头固定轴，用于限制所述摄像头轴承套相对所述摄像头固定轴的转动角度。

5.如权利要求4所述的旋转臂机构，其特征在于，所述摄像头固定轴外壁同轴开设有一呈弧形的摄像头限位槽，所述第一限位杆一端与所述摄像头轴承套连接、另一端伸入所述摄像头限位槽内。

6.如权利要求4所述的旋转臂机构，其特征在于，旋转臂机构还包括第一阻尼调节件，所述第一阻尼调节件包括摄像头干式衬套及摄像头阻尼调节杆，所述摄像头干式衬套的内壁及外壁分别与所述摄像头旋转轴、所述摄像头轴承套接触，所述摄像头阻尼调节杆一端与所述摄像头轴承套活动连接、另一端与所述摄像头干式衬套抵接。

7.如权利要求3所述的旋转臂机构，其特征在于，所述第二限位组件包括显示器轴承套及第二限位杆，显示器轴承套同轴活动套设于显示器固定轴且其一端与所述显示器旋转臂固定连接，所述第二限位杆活动连接于所述显示器轴承套及所述显示器固定轴，用于限制所述显示器轴承套相对所述显示器固定轴的转动角度。

8.如权利要求7所述的旋转臂机构，其特征在于，所述显示器轴承套内壁同轴开设有一呈弧形的显示器限位槽，所述第二限位杆一端与所述显示器固定轴连接、另一端伸入所述显示器限位槽内。

9.如权利要求7所述的旋转臂机构，其特征在于，旋转臂机构还包括第二阻尼调节件，所述第二阻尼调节件包括显示器干式衬套及显示器阻尼调节杆，所述显示器干式衬套的内壁及外壁分别与所述显示器旋转轴、所述显示器轴承套接触，所述显示器阻尼调节杆一端与所述显示器轴承套活动连接、另一端与所述显示器干式衬套抵接。

10.一种集成化机器人手术平台，其特征在于，包括：推车、机械臂组件、摄像头组件、显示器组件及如权利要求1-9任一项所述的旋转臂机构，所述机械臂组件、所述旋转臂机构固定在所述推车上，所述摄像头组件与所述摄像头旋转臂固定，所述显示器组件与所述显示器旋转臂固定，所述机械臂组件、所述摄像头组件及所述显示器组件的供电线路设置在所述推车内。

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