CN205885526U - 一种灵活的手术臂关节 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种灵活的手术臂关节，它由八个机械关节组成，关节一(1)上面是上、下移动的关节二(2)，它通过锥形齿轮副的转动带动螺旋丝杠实现直线运动；所述关节二(2)上端连接关节三(3)，关节三(3)右边连接关节四(4)；所述关节四(4)右边连接关节五(5)，关节五(5)相当于手臂的肘关节，它由带平行四边行的转动机构带动；所述关节五(5)的上端连接关节六(6)，关节六(6)相当于腕部关节实现两个垂直角度的转动；所述关节六(6)串联关节七(7)，关节七(7)为直线移动关节用来控制手术臂前端工具杆的伸缩；所述关节七(7)串联关节八(8)。本实用新型的手术臂关节采用了不同自由度活动关节的混联结构，兼顾了手术臂的刚度和稳定性。

Description

一种灵活的手术臂关节

技术领域

本实用新型涉及医疗器械相关技术领域，具体是一种灵活的手术臂关节。

背景技术

腹腔微创手术中使用手术机器人已进入临床使用阶段，随着腹镜、胸镜等现代医疗器械技术的发展，用手术臂带替人手是外科微创手术发展的必然趋势。

手术臂中的夹持臂用来夹持手术器械，在双平行四边形结构中，目前存在的普遍问题是：总体体积大，灵活性不够；关节之间空隙小，尤其是电机传动的关节处，设备线容易缠绕；关节串联后重心不稳，刚度不易保证，运动建模较为复杂。所以一种小巧轻便、高度灵活度而且相对稳定的手术臂更具有使用价值，也是未来医用机器人设备发展的方向。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种灵活的手术臂关节，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种灵活的手术臂关节由八个机械关节组成，可以完成八个自由度的工作，包括关节一1，所述关节一1是一个车体平台，下面安装有万向轮，用来完成水平方向的横移，关节一1上面是关节二2，通过手轮转动锥形齿轮副带动带动螺旋丝杠完成手术臂关节二2整体的上、下移动；所述关节二2上端连接关节三3，关节三3右边连接关节四4，关节三3和关节四4为两个轴线相互平行的转动关节，可实现手术臂在水平面内的大范围转动；所述关节四4右边连接关节五5，关节五5相当于手臂的肘关节，它由带平行四边行的转动机构带动，用来限定末端工具只发生位置的改变而姿态不变；所述关节五5的上端连接 关节六6，关节六6相当于腕部关节实现两个垂直角度的转动；所述关节六6串联关节七7，关节七7为直线移动关节用来控制手术臂前端工具杆的伸缩；所述关节七7串联关节八8，关节八8为转动关节，实现手术工具的自转。

所述关节八8包含上、下一组用钢丝传动的电机轮805，上面的电机轮右边与减速器804相连，减速器804右边用联轴器803与关节八8的输出轴801连接；下面的电机轮右边连接伺服电机807，伺服电机807右边连接制动器808。

作为本实用新型进一步的方案：所述输出轴801上装有一个辅编码器802。

作为本实用新型再进一步的方案：所述制动器808右边安装有一个主编码器809。

作为本实用新型再进一步的方案：所述电机轮805的左边设有重力平衡弹簧806。

作为本实用新型再进一步的方案：所述输出轴801为中空结构。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型的手术臂机械关节采用了不同关节混联的结构，并且优化了第八关节的结构，使手术臂兼顾手术臂的刚度和稳定性，具有体积小，结构紧凑，工作空间大的特点，便于拆卸，操作简单，走线方便。

附图说明

图1为手术臂关节结构的示意图。

图2为手术臂第八关节示意图。

图中：1-关节一、2-关节二、3-关节三、4-关节四、5-关节五、6-关节六、7-关节七、8-关节八、801-输出轴、802-辅编码器、803-联轴器、804-减速器、805-电机轮、806-重力平衡弹簧、807-伺服电机、808-制动器、809-主编码器。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参阅图1和图2，本实用新型实施例中，一种灵活的手术臂关节由八个机械关节组成，可以完成八个自由度的工作，包括关节一1，所述关节一1是一个车体平台，下面安装有万向轮，用来完成水平方向的横移，关节一1上面是关节二2，通过手轮转动锥形齿轮副并带动螺旋丝杠完成手术臂关节二2整体的上、下移动；所述关节二2上端连接关节三3，关节三3右边连接关节四4，关节三3和关节四4为两个轴线相互平行的转动关节，实现手术臂在水平面内的大范围转动；所述关节四4右边连接关节五5，关节五5相当于手臂的肘关节由带平行四边行的转动机构带动，用来限定末端工具只发生位置的改变而姿态不变；所述关节五5的上端连接关节六6，关节六6相当于腕部关节实现两个垂直角度的转动；所述关节六6串联关节七7，关节七7为直线移动关节用来控制手术臂前端工具杆的伸缩；所述关节七7串联关节八8，关节八8为转动关节，实现手术工具的自转。

所述关节八8包含上、下一组用钢丝传动的电机轮805，上面的电机轮右边与减速器804连接，减速器804用联轴器803与关节八8的输出轴801连接，输出轴801上装有辅编码器802。

下面的电机轮805左边设有重力平衡弹簧806，右边连接伺服电机807，伺服电机807右边连接制动器808，制动器808右边安装有一个主编码器809，和辅编码器一起工作用来记录转速和反馈位移数据。

所述伺服电机807偏置于所属关节八8下方来保证有足够的空间供控制系统走线，动力由同步电机轮805传递至输出轴801，输出轴801设计成空心结构以方便走线，其上安装辅编码器记录关节位置和移动速度，实现电机闭环控制，伺服电机807末端还要装有失电制动器808，断电时可以自动锁紧。关节八8设计成与水平面成20°角倾斜，以增大整个机构与患者身体间的距离，防止手术操作过程中与患者身体发生干涉。

所述重力平衡弹簧806是一组提供重力补偿控制弹簧装置，当转矩不足以调整平衡时，缓解重力矩的压力，使手术臂在任意位置保持静止。

工作时机械臂采用三轴交汇一点的RCM中心结构，关节一、关节二、关节三、关节四、关节五起定位作用；关节六、关节七、关节八起定向作用，调整运动姿态，保证末端工具仅以某个固定点为中心产生大范围的活动姿态。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (5)

1.一种灵活的手术臂关节，它由八个机械关节组成，可以完成八个自由度的工作，其特征在于：所述关节一(1)是一个车体平台，下面安装有万向轮，用来完成水平方向的横移，关节一(1)上面是关节二(2)，它通过手轮转动锥形齿轮副带动螺旋丝杠完成手术臂整体的上、下移动；所述关节二(2)上端连接关节三(3)，关节三(3)右边连接关节四(4)，关节三(3)和关节四(4)为两个轴线相互平行的转动关节，实现手术臂在水平面内的大范围转动；所述关节四(4)右边连接关节五(5)，关节五(5)相当于手臂的肘关节，由带平行四边行的转动机构带动，用来限定末端工具只发生位置的改变而姿态不变；所述关节五(5)的上端连接关节六(6)，关节六(6)相当于腕部关节实现两个垂直角度的转动；所述关节六(6)串联关节七(7)，关节七(7)为直线移动关节用来控制手术臂前端工具杆的伸缩；所述关节七(7)串联关节八(8)，关节八(8)为转动关节，实现手术工具的自转；所述关节八(8)包含上、下一组用钢丝传动的电机轮(805)，上面的电机轮右边连接减速器(804)，减速器(804)右边用联轴器(803)与输出轴(801)相连；下面的电机轮(805)右边连接伺服电机(807)，伺服电机(807)右边连接制动器(808)。

2.根据权利要求1所述的一种灵活的手术臂关节，其特征在于：所述输出轴801上装有一个辅编码器(802)。

3.根据权利要求1所述的一种灵活的手术臂关节，其特征在于：所述制动器(808)右边安装有一个主编码器(809)。

4.根据权利要求1所述的一种灵活的手术臂关节，其特征在于：所述电机轮(805)的左边设有重力平衡弹簧(806)。

5.根据权利要求1所述的一种灵活的手术臂关节，其特征在于：所述输出轴(801)为中空结构。