CN112245009B - 用于手术机器人的承载设备 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种用于手术机器人的承载设备，包括底座、升降机构、机械臂、支撑构件和绳索，的前侧设置有向前延伸的支脚；升降机构配置成能够相对于底座做升降运动；机械臂的一端与升降机构相连接，机械臂的另一端用于安装手术机器人，工作状态下的机械臂位于底座靠近支脚的一侧；支撑构件的底端与底座固定连接或一体制成，并且支撑构件位于升降机构远离机械臂的一侧；配重装置，配重装置设置在支撑构件远离支脚的一侧；绳索绕过支撑构件的顶端之后一端与配重装置相连接另一端与升降机构相连接。本公开具有上述结构的承载设备能够降低操作人员的体力消耗。

Description

用于手术机器人的承载设备

技术领域

本公开属于医疗设备领域，具体提供了一种手术机器人的承载设备。

背景技术

随着科技的不断发展，越来越多的医务工作人员开始选用手术机器人来执行或协助做手术，但是目前的手术机器人设备规格单一，无法调节机器人的高度，人机关系较差，为了解决这个问题，很多厂家会设置一个调节高度的装置，但是一般可调整设备调整不便接，需要将搭载的机械设备取下，降低重量调整完高度后再搭载器械，使用过程中无法随意调整，有些设备因其重量较大需要多人配合操作，费时费力，且电机驱动升降设备，体积大，电机噪声大、价格昂贵、结构复杂、易坏、维护费用高。

发明内容

为了解决现有技术中的上述问题，本公开提供了一种用于手术机器人的承载设备，该承载设备包括：

底座，该底座的前侧设置有向前延伸的支脚；

升降机构，该升降机构配置成能够相对于前述底座做升降运动；

机械臂，该机械臂的一端与前述升降机构相连接，该机械臂的另一端用于安装前述手术机器人，工作状态下的前述机械臂位于前述底座靠近前述支脚的一侧；

支撑构件，该支撑构件的底端与前述底座固定连接或一体制成，并且前述支撑构件位于前述升降机构远离前述机械臂的一侧；配重装置，该配重装置设置在前述支撑构件远离前述支脚的一侧；

绳索，该绳索绕过前述支撑构件的顶端之后一端与前述配重装置相连接另一端与前述升降机构相连接。

可选地，前述底座上设置有两个前述支脚，并且两个前述支脚呈外八字型，在前述机械臂朝着前述底座的前方伸直的状态下，前述承载设备的重心在水平面上的投影位于两个所述支脚之间。

可选地，前述承载设备还包括锁紧装置，前述锁紧装置用于锁紧前述升降机构，以便限制前述升降机构在竖直方向上的移动。

可选地，前述所述锁紧装置包括电磁制动器，前述电磁制动器通电时将前述升降机构解锁，前述升降机构能够沿竖直方向自由移动，前述电磁制动器断电时将前述升降机构锁紧，前述升降机构无法移动；前述承载设备还包括控制器和速度检测装置，前述速度检测装置用于检测前述升降机构上升或下降的速度，前述控制器与前述速度检测装置通信连接，前述控制器与前述电磁制动器控制连接；前述控制器在接收到使前述电磁制动器断电的指令，并且在前述速度检测装置检测到前述升降机构上升或下降的速度达到了第一速度阈值时，先使前述电磁制动器接收的电流逐渐变小，在前述速度检测装置检测到前述升降机构上升或下降的速度降低到了第二速度阈值时再使前述电磁制动器完全断电。

可选地，前述锁紧装置还包括：齿条，前述齿条设置在前述升降机构上，并且前述齿条的长度方向与竖直方向平行；制动器固定架，前述制动器固定架的底端与前述底座固定连接，前述电磁制动器固定到前述制动器固定架上；齿轮，其与前述电磁制动器的转轴同轴固定连接，前述齿轮与前述齿条啮合。

可选地，前述升降机构是空心的管状结构，前述锁紧装置设置在前述升降机构的内部。

可选地，前述配重装置包括多个重型配重块和多个轻型配重块。

可选地，前述配重装置还包括第一储液箱；前述承载设备还包括固定到前述升降机构上的第二储液箱和通过水管将述第一储液箱和前述第二储液箱连通到一起的输送泵。

可选地，前述承载设备还包括位移检测装置，前述位移检测装置用于检测前述升降机构的位移；前述输送泵配置成，在前述升降机构能够自由升降的状态下，如果通过前述位移检测装置检测到前述升降机构上升，则使前述输送泵将前述所述第一储液箱内的液体输送给前述第二储液箱；如果通过前述位移检测装置检测到前述升降机构下降，则使前述输送泵将前述第二储液箱内的液体输送给前述第一储液箱。

可选地，前述配重装置还包括沿竖直方向设置的滑轨，前述配重装置与前述滑轨滑动连接到一起；并且/或者，前述支撑构件的顶端设置有滑轮，前述绳索嵌入到前述滑轮的环形凹槽中。

本领域技术人员能够理解的是，本公开前述的承载设备至少具有如下有益效果：

1、通过使绳索在绕过支撑构件的顶端之后一端与配重装置相连接，另一端与升降机构相连接，使得配重装置的重量能够平衡升降机构、机械臂和安装到机械臂上的手术机器人的重量，使得操作人员可以轻易地调整升降机构的高度，单人即可完成操作，省时省力。

本领域技术人员能够理解的是，由于配重装置可根据搭载设备的重量来进行相应的调整，因此不受搭载设备重量的约束，提高了升降机构的适用性，同时无需安装额外的控制器件、电机等电器，降低了设备的成本。此外，在工作状态下，机械臂和手术机器人是位于靠近支脚一侧的，使得机器人的重心往支脚一侧移动，可能会引起承载设备的侧翻，通过将支撑构件和配重构件设置在位于远离支脚的一侧，提高了设备的稳定性，降低事故发生率。

2、通过在承载设备上设置控制器和速度检测装置，使得控制能够通过速速检测装置获取升降机构的升降速度，若检测到的速度大于或等于第一速度阈值，则控制器会控制电磁制动器接收的电流逐渐减小以使升降机构速度逐渐减小，在达到第二速度阈值时才会完全断电使得电磁制动器将升降机构锁紧，避免了升降机构在升降过程中由于速度过快造成锁紧装置损坏。

3、通过在承载设备上设置位移检测装置，能够检测升降机构在无外力干涉下是处于上升还是下降的状态，如检测到升降机构是处于一种上升的状态，则说明配重装置的重量是大于升降机构及其搭载重物的重量的，此时输送泵会将配重装置上储液箱内的液体输送到升降机构的储液箱内，直到升降机构不在发生位移状态，实现自动调节两侧的重量以达到平衡。当检测到升降机构处于下降状态时也可实现自动调平，本领域技术人员是能够理解的，在此不再累赘。

附图说明

下面参照附图来描述本公开的部分实施例，附图中：

图1是本公开一种实施例中承载设备的整体示意图；

图2是本公开一种实施例中承载设备的整体剖视图；

图3是本公开一种实施例中承载设备的局部剖视图；

图4是本公开一种实施例中承载设备的局部示意图；

图5是本公开一种实施例中承载设备图4的左视图；

图6是本公开一种实施例中承载设备图5的B-B剖视图；

图7是本公开一种实施例中承载设备的第一工作状态；

图8是本公开一种实施例中承载设备的第二工作状态；

图9是本公开一种实施例中承载设备的第三工作状态。

附图标记列表：

1、升降机构；2、机械臂；3、底座；31、支脚；4、配重装置；41、轻型配重块；42、重型配重块；5、锁紧装置；51、电磁制动器；52、齿轮；53、齿条；54、制动器固定架；6、绳索；7、支撑构件；71、滑轮；8、控制器；9、速度检测装置。

具体实施方式

本领域技术人员应当理解的是，下文所描述的实施例仅仅是本公开的一部分实施例，而不是本公开的全部实施例，该一部分实施例旨在用于解释本公开的技术原理，并非用于限制本公开的保护范围。基于本公开提供的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所获得的其它所有实施例，仍应落入到本公开的保护范围之内。

需要说明的是，在本公开的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“顶部”“底部”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，还需要说明的是，在本公开的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。

如图1和图4所示的承载设备的整体结构，承载设备包括升降机构1、机械臂2、底座3、配重装置4、锁紧装置5、绳索6和支撑构件7。其中，底座3的前侧设置有向前延伸的支脚31；升降机构1能够相对底座3做升降运动；机械臂2的一端与升降机构1相连接，机械臂2的另一端用于安装手术机器人，工作状态下的机械臂2位于底座靠近支脚31的一侧；支撑构件7的底端与底座3固定连接或一体制成，并且支撑构件7位于升降机构1远离机械臂2的一侧；配重装置4，配重装置4设置在支撑构件7远离支脚31的一侧；绳索6绕过支撑构件7的顶端之后一端与配重装置4相连接另一端与升降机构1相连接。锁紧装置5用于将升降机构1锁紧到底座3上。

在承载设备工作时，工作人员为了适应手术的需要，会将承载设备进行高度的调整，通过绳索6绕过支撑构件1的顶端之后一端与配重装置4相连接另一端与升降机构1相连接，并使配重装置4的重量接近或等于升降机构1及其搭载重物的重量，通过提前调整配重装置4的重量使得其与升降机构1及其搭载重物的重量达到平衡，在调整高度时，由于配重装置4和升降机构1重量平衡，两侧力得以抵消，操作人员可以轻易的手动调整升降机构1的高度，单人即可完成操作，省时省力且噪音小。

设备在工作状态时机械臂2和手术机器人是位于靠近支脚31一侧的，导致设备整体的重心往支脚31一侧移动，可能会引起设备的侧翻，通过在底座3上设置有两个所述支脚31，并且两个支脚31呈外八字型，在机械臂2朝着底座3的前方伸直的状态下，承载设备的重心在水平面上的投影位于两个支脚31之间，同时将支撑构件7和配重构件4设置在位于远离支脚31的一侧，提高了设备的稳定性，降低事故发生率，两个支脚31呈外八字型而不是一整个支脚，在工作人员放置物品或工作台时可以放置在两个支脚31之间，提高了空间利用率，同时还能节约制造材料，降低成本。

在本公开的第一实施例中：

如图2所示，本实施例的升降机构1是空心的管状结构，承载设备还包括锁紧装置5，锁紧装置5设置在升降装置的空心内部，在工作人员完成对承载设备的高度调整后需要通过锁紧装置5对承载设备进行定位，防止升降机构1在使用的过程中发生移动。锁紧装置5用于锁紧升降机构1，以便限制升降机构1在竖直方向上的移动。

如图3所示，锁紧装置5包括电磁制动器51、齿轮52、齿条53、制动器固定架54。其中，制动器固定架54的底端与底座通过螺纹连接或者焊接的方式固定连接，电磁制动器51固定到制动器固定架54上，齿条53设置在升降机构1上，齿条53可以是和升降机构1一体成型也可以是单独的一个齿条53且与升降机构1固定连接，电磁制动器51的转轴与齿轮52同轴固定连接且齿轮52与齿条53啮合。工作人员对承载设备进行高度调整时，先将电磁制动器51通电，电磁制动器51处于通电状态下转轴可以自由转动，因此与之固定连接的齿轮52也可自由转动，进而升降机构1能够沿竖直方向自由移动，工作人员完成对承载设备高度调整之后，只需将电磁制动器51断电，电磁制动器51在断电状态下是不能自由转动的，因此与之固定连接的齿轮52也不能自由转动，齿轮52与齿条53啮合，限制齿条53在竖直方向上移动，此时，电磁制动器51完成了对升降装置1的锁紧，升降装置1在该高度下无法发生移动，便于工作人员在该高度下工作。

示例性地，如图7至图9所示，承载设备处于第一工作状态时，电磁制动器51处于断电状态，如工作人员想要将承载设备转换到第二或第三工作状态时，需要将电磁制动器51通电，此时升降装置1解锁，能够沿竖直方向自由移动，当工作人员将承载设备调节到第二或第三工作状态下，将电磁制动器51断电，此时升降装置51锁紧无法在竖直方向上发生移动。

进一步地，如图8所示，承载设备还包括控制器8和速度检测装置9，速度检测装置9用于检测升降机构1上升或下降的速度，控制器8与速度检测装置9通信连接，控制器8与电磁制动器51控制连接；控制器8在接收到使电磁制动器51断电的指令，并且在速度检测装置9检测到升降机构1上升或下降的速度达到了第一速度阈值时，先使电磁制动器51接收的电流逐渐变小，在速度检测装置9检测到升降机构1上升或下降的速度降低到了第二速度阈值时再使电磁制动器51完全断电。

其中，第一速度阈值大于第二速度阈值，并且第一速度阈值和第二速度阈值可以是任意可行的数值，例如第一速度阈值是10cm/s、15cm/s、25cm/s等，第二速度阈值是2cm/s、5cm/s、8cm/s等。

示例性地，如图7至图9所示，若工作人员将承载设备从第一工作状态移动到第二或第三工作状态，承载设备在达到了第二或第三工作状态时，工作人员会将电磁制动器51断电以使升降机构1在该状态下锁紧，但是工作人员可能会在移动升降机构1时用力过大使得升降机构1移动的速度过大，如若在速度较高的情况下直接将升降机构1锁紧可能会损伤电磁制动器51并且会加剧齿轮52和齿条53的磨损，还会产生较大的噪音，影响使用者的使用体验。

举例说明，第一速度阈值为20cm/s，第二速度阈值为5cm/s，若升降装置1将要达到第二或第三工作状态时的上升速度大于或等于20cm/s，控制器8此时接收到使电磁制动器51断电的指令，速度监测装置9会先检测升降机构1此时移动的速度，此时升降装置1的速度是大于或等于20cm/s的，控制器8会使电磁制动器51接受的电流逐渐减小，电流逐渐减小会使得电磁制动器51自身的阻力逐渐增大，进而使电磁制动器51转轴的转速逐渐降低，从而带动升降机构1的移动速度逐渐降低，当速度监测装置9检测到升降机构1上升的速度降低到了5cm/s时，电磁制动器51完全断电实现升降机构1的锁紧，避免了升降机构1在升降过程中由于速度过快造成锁紧装置5损坏，同时降低了设备的噪音，提高了用户的体验。需要说明的是，上述举例的第一速度阈值和第二速度阈值并不一定为上述所说的速度，生产厂家可根据实际情况设定上述速度阈值，所领域技术人员是能够理解的，在此不在累赘。

进一步，如图4所示，本实施例的配重装置4设置为包括多个重型配重块42和多个轻型配重块41，承载设备会安装不同型号的手术机器人，不同型号的手术机器人重量可能不相等，为了适配不同重量的手术机器人，配重装置4也应该相应的增加或者减少重量，工作人员在更换与手术机器人重量适配的配重装置4时，配重装置4由多个重型配重块42和多个轻型配重块41组成，只需取下或装上其中一部分配重块即可，无需将整个配重装置4整个拿下取换，也无需生产多种与手术机器人重量适配的配重装置4，降低了生产成本。

继续参阅图4，支撑构件7的顶端可设置有滑轮71，绳索6嵌入到滑轮71的环形凹槽中，便于绳索的移动，减小绳索6与支撑构件7在移动过程中的磨损。

在本公开的第二实施例中：

虽然图中并未示出，但是本实施例与前述第一实施例不同的是，配重装置4还包括第一储液箱；承载设备还包括固定到升降机构1上的第二储液箱和通过水管将第一储液箱和第二储液箱连通到一起的输送泵。承载设备还包括位移检测装置，位移检测装置用于检测升降机构1的位移；输送泵配置成在升降机构1能够自由升降的状态下，如果通过位移检测装置检测到升降机构1上升，则使输送泵将第一储液箱内的液体输送给第二储液箱；如果通过位移检测装置检测到升降机构1下降，则使输送泵将第二储液箱内的液体输送给第一储液箱。

具体地，配重装置4在调整完后可能与升降机构1及其承载结构总重量存在一定偏差，此时在无外力的干涉下，升降结构1会向重量比较大的一侧移动，通过在承载设备上设置位移检测装置，能够检测升降机构1在无外力干涉下是处于上升还是下降的状态，如检测到升降机构是处于上升的状态，则说明配重装置4的重量是大于升降机构1及其搭载重物的重量的，此时输送泵会将配重装置上储液箱内的液体输送到升降机构的储液箱内，当配重装置4与升降机构1及其搭载重物的重量相等时，升降机构1不在发生位移，实现自动调节两侧的重量以达到平衡。当检测到升降机构1处于下降状态时也可实现自动调平，本领域技术人员是能够理解的，在此不再累赘。

上述两种实施例除上述特征外，配重装置4还包括沿竖直方向设置的滑轨，配重装置4与滑轨滑动连接到一起，限定配重装置4的位移方向，防止在调整承载设备时配重装置发生横向移动，影响用户体验。

至此，已经结合前文的多个实施例描述了本公开的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本公开的保护范围并不仅限于这些具体实施例。在不偏离本公开技术原理的前提下，本领域技术人员可以对上述各个实施例中的技术方案进行拆分和组合，也可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，凡在本公开的技术构思和/或技术原理之内所做的任何更改、等同替换、改进等都将落入本公开的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于手术机器人的承载设备，其特征在于，所述承载设备包括：

底座，所述底座的前侧设置有向前延伸的支脚；

升降机构，所述升降机构配置成能够相对于所述底座做升降运动；

机械臂，所述机械臂的一端与所述升降机构相连接，所述机械臂的另一端用于安装所述手术机器人，工作状态下的所述机械臂位于所述底座靠近所述支脚的一侧；

支撑构件，所述支撑构件的底端与所述底座固定连接或一体制成，并且所述支撑构件位于所述升降机构远离所述机械臂的一侧；

配重装置，所述配重装置设置在所述支撑构件远离所述支脚的一侧；

绳索，所述绳索绕过所述支撑构件的顶端之后一端与所述配重装置相连接另一端与所述升降机构相连接；

所述承载设备还包括锁紧装置，所述锁紧装置用于锁紧所述升降机构，以便限制所述升降机构在竖直方向上的移动；

所述锁紧装置包括电磁制动器，所述电磁制动器通电时将所述升降机构解锁，所述升降机构能够沿竖直方向自由移动，所述电磁制动器断电时将所述升降机构锁紧，所述升降机构无法移动；

所述承载设备还包括控制器和速度检测装置，所述速度检测装置用于检测所述升降机构上升或下降的速度，所述控制器与所述速度检测装置通信连接，所述控制器与所述电磁制动器控制连接；

所述控制器在接收到使所述电磁制动器断电的指令，并且在所述速度检测装置检测到所述升降机构上升或下降的速度达到了第一速度阈值时，先使所述电磁制动器接收的电流逐渐变小，在所述速度检测装置检测到所述升降机构上升或下降的速度降低到了第二速度阈值时再使所述电磁制动器完全断电。

2.根据权利要求1所述的承载设备，其特征在于，所述底座上设置有两个所述支脚，并且两个所述支脚呈外八字型，

在所述机械臂朝着所述底座的前方伸直的状态下，所述承载设备的重心在水平面上的投影位于两个所述支脚之间。

3.根据权利要求1所述的承载设备，其特征在于，所述锁紧装置还包括：

齿条，所述齿条设置在所述升降机构上，并且所述齿条的长度方向与竖直方向平行；

制动器固定架，所述制动器固定架的底端与所述底座固定连接，所述电磁制动器固定到所述制动器固定架上；

齿轮，其与所述电磁制动器的转轴同轴固定连接，所述齿轮与所述齿条啮合。

4.根据权利要求3所述的承载设备，其特征在于，所述升降机构是空心的管状结构，所述锁紧装置设置在所述升降机构的内部。

5.根据权利要求1所述的承载设备，其特征在于，所述配重装置包括多个重型配重块和多个轻型配重块。

6.根据权利要求5所述的承载设备，其特征在于，所述配重装置还包括第一储液箱；

所述承载设备还包括固定到所述升降机构上的第二储液箱和通过水管将所述第一储液箱和所述第二储液箱连通到一起的输送泵。

7.根据权利要求6所述的承载设备，其特征在于，所述承载设备还包括位移检测装置，所述位移检测装置用于检测所述升降机构的位移；

所述输送泵配置成，在所述升降机构能够自由升降的状态下，如果通过所述位移检测装置检测到所述升降机构上升，则使所述输送泵将所述第一储液箱内的液体输送给所述第二储液箱；如果通过所述位移检测装置检测到所述升降机构下降，则使所述输送泵将所述第二储液箱内的液体输送给所述第一储液箱。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的承载设备，其特征在于，所述配重装置还包括沿竖直方向设置的滑轨，所述配重装置与所述滑轨滑动连接到一起；并且/或者，

所述支撑构件的顶端设置有滑轮，所述绳索嵌入到所述滑轮的环形凹槽中。

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