CN219126685U - 多关节机械臂及手术机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机器人技术领域，提供一种多关节机械臂及手术机器人。多关节机械臂包括第一关节、第二关节和第三关节，第一关节包括第一臂体、第一电机和第一传动机构，第二关节包括第二臂体、第二电机和第二传动机构，第三关节包括第三臂体、第三电机和第三传动机构，第三臂体与第二传动机构的输出端连接，第三电机的电机轴与第三传动机构的输入端连接，第三传动机构的输出端位于第三臂体。其中，三个关节的电机均安装在第一关节的第一臂体上，减轻了第一传动机构及第二传动机构的负载，避免消耗第一传动机构及第二传动机构的转矩，有利于提高第三传动机构的输出端的负载能力。

Description

多关节机械臂及手术机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人技术领域，尤其是涉及一种多关节机械臂及手术机器人。

背景技术

手术机器人包括多关节机械臂，多关节机械臂利用减速设备将驱动马达的高速且低转矩的输出转换成低速且高转矩的输出，由此驱动每一个关节。

现有的多关节机械臂，前一个关节与后一个关节连接，前一个关节驱动后一个关节整体转动，换言之，第一个关节驱动第二个关节整体转动，第二个关节驱动第三个关节整体转动，以此类推，前面的关节需要支撑后面几个关节，导致前面的关节负载大，消耗了前面的关节的转矩，降低了末端的负载能力。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种多关节机械臂及手术机器人，旨在解决现有的多关节机械臂的末端负载能力有待提高的技术问题。

第一方面，本申请提供了一种多关节机械臂，所述多关节机械臂包括：

第一关节，所述第一关节包括第一臂体、第一电机和第一传动机构，所述第一电机安装于所述第一臂体，所述第一电机的电机轴与所述第一传动机构的输入端连接；

第二关节，所述第二关节包括第二臂体、第二电机和第二传动机构，所述第二臂体与所述第一传动机构的输出端连接，所述第二电机安装于所述第一臂体，所述第二电机的电机轴与所述第二传动机构的输入端连接；

第三关节，所述第三关节包括第三臂体、第三电机和第三传动机构，所述第三臂体与所述第二传动机构的输出端连接，所述第三电机安装于所述第一臂体，所述第三电机的电机轴与所述第三传动机构的输入端连接，所述第三传动机构的输出端位于所述第三臂体。

在其中一个实施例中，所述多关节机械臂还包括第四关节，所述第四关节包括第四臂体和第四电机，所述第四臂体位于所述第二臂体和所述第三臂体之间，所述第四臂体的一端与所述第二传动机构的输入端连接，所述第四电机安装于所述第四臂体的另一端，所述第四电机的电机轴与所述第三臂体连接，所述第四电机用于驱动所述第三臂体绕所述第四电机的电机轴旋转。

在其中一个实施例中，所述第三传动机构包括第一皮带、第二皮带、第三皮带、第一传动轴和第二传动轴，所述第一传动轴的两端分别可转动地穿设于所述第一臂体和所述第二臂体，所述第二传动轴的两端分别可转动地穿设于所述第二臂体和所述第四臂体，所述第一皮带位于所述第一臂体的内腔，所述第一皮带通过第一带轮套接所述第三电机的电机轴，所述第一带轮为所述第三传动机构的输入端，所述第一皮带通过第二带轮套接所述第一传动轴，所述第二皮带位于所述第二臂体的内腔，所述第二皮带通过第三带轮套接所述第一传动轴，所述第二皮带通过第四带轮套接所述第二传动轴，所述第三皮带穿设于所述第四臂体和所述第三臂体的内腔，所述第三皮带通过第五带轮套接所述第二传动轴，所述第三皮带还套接有第六带轮，所述第六带轮可转动地安装于所述第三臂体的内腔，所述第六带轮为所述第三传动机构的输出端。

在其中一个实施例中，所述第三臂体和所述第四臂体中的其中一个设有旋转限位槽，所述第三臂体和所述第四臂体中的另一个设有限位凸块，所述限位凸块可转动地位于所述旋转限位槽内。

在其中一个实施例中，所述限位凸块在所述旋转限位槽内的最大转动角度为15°～35°。

在其中一个实施例中，所述多关节机械臂还包括第五关节，所述第五关节包括第五臂体、第五电机和第五传动机构，所述第五电机安装于所述第五臂体，所述第五电机的电机轴与所述第五传动机构的输入端连接，所述第五传动机构的输出端套接所述第一臂体的中部，以带动所述第一臂体转动。

在其中一个实施例中，所述第一电机、所述第二电机和所述第三电机位于所述第五传动机构的输出端的一侧，所述第二臂体位于所述第五传动机构的输出端的另一侧。

在其中一个实施例中，所述第二臂体的一端与所述第一传动机构的输出端连接，所述第二臂体的另一端安装有所述第二传动机构的输出端。

在其中一个实施例中，所述多关节机械臂还包括第六关节，所述第六关节包括第六臂体、第六电机和第六传动机构，所述第六电机安装于所述第六臂体，所述第六电机的电机轴与所述第六传动机构的输入端连接，所述第六传动机构的输出端与所述第五臂体连接，以驱动所述第五臂体旋转。

在其中一个实施例中，所述多关节机械臂还包括第七关节，所述第七关节包括第七臂体、第七电机和第七传动机构，所述第七电机安装于所述第七臂体，所述第七传动机构的输入端与所述第七电机的电机轴连接，所述第七传动机构的输出端与所述第六臂体连接，以带动所述第六臂体旋转。

在其中一个实施例中，所述第六臂体的旋转轴线与所述第五臂体的旋转轴线相垂直。

在其中一个实施例中，所述第五臂体的旋转轴线与所述第一臂体的旋转轴线相垂直。

在其中一个实施例中，所述第七传动机构的输出端带动所述第六臂体绕第一轴线旋转，所述第一轴线经过所述第五臂体的中部，所述第六电机位于所述第一轴线的一侧，所述第一臂体位于所述第一轴线的另一侧。

在其中一个实施例中，所述第一臂体、所述第二臂体和所述第三臂体中的至少一个为壳体结构。

在其中一个实施例中，所述第一传动机构、所述第二传动机构和所述第三传动机构中的至少一个为皮带传动机构，所述皮带传动机构还包括用于调节所述皮带传动机构的松紧度的凸轮。

在其中一个实施例中，所述第一传动机构、所述第二传动机构和所述第三传动机构中的至少一个为减速传动机构。

在其中一个实施例中，所述第一传动机构的输出端、所述第二传动机构的输出端和所述第三传动机构的输出端的旋转轴线相互平行。

第二方面，本申请提供了一种手术机器人，所述手术机器人包括末端执行器和上述任意一项所述的多关节机械臂，所述末端执行器与所述第三传动机构的输出端连接。

本实用新型提供的多关节机械臂及手术机器人的有益效果是：第一关节的第一传动机构驱动第二关节的第二臂体转动，第二关节的第二传动机构驱动第三关节的第三臂体转动，三个关节的电机均安装在第一关节的第一臂体上，减轻了第一传动机构及第二传动机构的负载，避免消耗第一传动机构及第二传动机构的转矩，有利于提高第三传动机构的输出端的负载能力，解决了现有的多关节机械臂的末端负载能力有待提高的技术问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的多关节机械臂的立体示意图；

图2为实施例提供的多关节机械臂的主视图；

图3为实施例提供的多关节机械臂去掉部分臂体后的结构示意图；

图4为实施例提供的多关节机械臂的内部结构示意图；

图5为第一关节、第二关节、第三关节、第四关节和第五关节的内部结构示意图；

图6为图5的仰视图；

图7为图6中的局部放大图；

图8为实施例中的第七关节的结构示意图。

其中，图中各附图标记：

100、第一关节；110、第一臂体；111、第一内腔；112、出线孔；120、第一电机；130、第一传动机构；131、第一关节轴线；

200、第二关节；210、第二臂体；211、第二内腔；220、第二电机；230、第二传动机构；231、第二关节轴线；

300、第三关节；310、第三臂体；311、第三内腔；312、限位凸块；320、第三电机；330、第三传动机构；331、第三关节轴线；332、第一皮带；333、第二皮带；334、第三皮带；335、第一传动轴；336、第二传动轴；337、第二带轮；338、第三带轮；339、第四带轮；3310、第五带轮；3311、第六带轮；

400、第四关节；410、第四臂体；411、第四内腔；412、旋转限位槽；420、第四电机；421、第四关节轴线；

500、第五关节；510、第五臂体；511、第五内腔；520、第五电机；530、第五传动机构；531、第五关节轴线；

600、第六关节；610、第六臂体；611、第六内腔；620、第六电机；630、第六传动机构；631、第六关节轴线；

700、第七关节；710、第七臂体；711、第七内腔；720、第七电机；730、第七传动机构；731、第七关节轴线；

810、凸轮。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在整个说明书中参考“一个实施例”或“实施例”意味着结合实施例描述的特定特征，结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，“在一个实施例中”或“在一些实施例中”的短语出现在整个说明书的各个地方，并非所有的指代都是相同的实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以以任何合适的方式组合特定的特征，结构或特性。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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实用新型和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

现对本实用新型实施例中的多关节机械臂及手术机器人进行说明。

本申请提供了一种手术机器人，该手术机器人包括末端执行器和多关节机械臂。

结合图1至图4，多关节机械臂包括第一关节100、第二关节200和第三关节300。

第一关节100包括第一臂体110、第一电机120和第一传动机构130。第一电机120安装于第一臂体110，第一电机120的电机轴与第一传动机构130的输入端连接。第二关节200包括第二臂体210、第二电机220和第二传动机构230，第二臂体210与第一传动机构130的输出端连接，第二电机220安装于第一臂体110，第二电机220的电机轴与第二传动机构230的输入端连接。第三关节300包括第三臂体310、第三电机320和第三传动机构330，第三臂体310与第二传动机构230的输出端连接，第三电机320安装于第一臂体110，第三电机320的电机轴与第三传动机构330的输入端连接，第三传动机构330的输出端位于第三臂体310。

其中，第一关节100的第一传动机构130驱动第二关节200的第二臂体210转动，第二关节200的第二传动机构230驱动第三关节300的第三臂体310转动，三个关节的电机均安装在第一关节100的第一臂体110上，即第一电机120、第二电机220和第三电机320安装于第一臂体110，减轻了第一传动机构130及第二传动机构230的负载，避免消耗第一传动机构130及第二传动机构230的转矩，有利于提高第三传动机构330的输出端的负载能力。

本实施例中，多关节机械臂可以用于工业机器人，也可以用于手术机器人。具体地，第三传动机构330的输出端可用于安装手术机器人的末端执行器。末端执行器可选为手术刀具。手术机器人中的机械臂要求具有良好的人机协作性，目前的工业机械臂虽然在定位精度上具有很高精度，但是在外科领域有其局限性，其在拖动性能、运动范围、安全性上很难满足医用场景，同时，虽然部分高级的机械臂具有很好的人机协作性，但是由于硬件上采用了多个关节力矩传感器，成本较高，增加了系统复杂度，在复杂的外力环境场景下很难保持医用需求刚度。为此，本申请提供的多关节机械臂在不增加系统复杂度的情况下，努力达到医用需求的拖动性能、运动范围和安全性。

在一些实施例中，第一臂体110可选为壳体结构，例如为第一壳体，第一壳体具有第一内腔111，用于保护内部的结构件，满足医用需求的安全性。第一电机120、第二电机220和第三电机320均位于第一内腔111内。进一步地，第一臂体110还具有出线孔112(见图5)，以供电源线经该出线孔112进入第一内腔111中，并向第一电机120、第二电机220和第三电机320提供电能。第一传动机构130位于第一内腔111中，避免受到外界环境的干扰。第一关节100还可以包括第一编码器，第一编码器用于检测第一电机120的电机轴的旋转角度。

在一些实施例中，第一传动机构130的输出端具有第一关节轴线131，第一传动机构130的输出端驱动第二臂体210绕第一关节轴线131旋转。第一传动机构130可选为皮带传动机构，因此，第一传动机构130具有柔性，起到缓冲作用，耐冲击能力更强，相比刚性传动机构，例如连杆传动机构或齿轮传动机构，皮带传动机构能够承载振动，避免因振动造成负载过大、电流过大而损坏第一电机120，满足医用需求的安全性。结合图4，皮带传动机构还包括用于调节皮带传动机构的松紧度的凸轮810，凸轮810能够调整皮带传动机构的刚度，即第一关节100的刚度和阻尼可调整。当多关节机械臂处于静止状态时，凸轮810使皮带传动机构处于绷紧状态，从而多关节机械臂具有更高的刚度，受到外力时可以更好地保持当前位置，此外，刚度高的第一传动机构130有利于提高第二臂体210的定位精度。当凸轮810使皮带传动机构处于松弛状态时，多关节机械臂处于柔性拖动状态，多关节机械臂可以由操作人员轻松转动各个关节，满足医用需求的刚度要求和拖动性能。具体地，凸轮810可以通过转动抵压皮带实现张紧皮带传动机构的皮带，或者，凸轮810位置可调地安装于第一臂体110，以改变皮带传动机构的皮带的张紧程度。

在一些实施例中，第一传动机构130可选为减速传动机构，从而通过减小转速而增大其输出端的力矩，提高第一关节100的力矩。可选地，第一传动机构130为皮带减速机构。

类似地，第二臂体210可选为壳体结构，例如为第二壳体，第二壳体具有第二内腔211，用于保护内部的结构件。第二关节200还可以包括第二编码器，第二编码器用于检测第二电机220的电机轴的旋转角度。第二传动机构230部分位于第一内腔111内，部分位于第二内腔211内，避免受到外界环境的干扰。第二传动机构230的输出端具有第二关节轴线231，第二传动机构230的输出端驱动第三臂体310绕第二关节轴线231旋转。第二传动机构230可选为皮带传动机构，皮带传动结构通过皮带、带轮和传动轴的组合，使得第二传动机构230穿设在第一内腔111和第二内腔211中。此皮带传动机构还包括用于调节皮带传动机构的松紧度的凸轮810。第二传动机构230可选为减速传动机构。具体地，第二传动机构230为皮带减速机构。

类似地，第三臂体310可选为壳体结构，例如为第三壳体，第三壳体具有第三内腔311，用于保护内部的结构件。第三关节300还可以包括第三编码器，第三编码器用于检测第三电机320的电机轴的旋转角度。第三传动机构330的输出端具有第三关节轴线331，第三传动机构330的输出端驱动末端执行器绕第三关节轴线331旋转。第三传动机构330可选为皮带传动机构，此皮带传动机构还包括用于调节皮带传动机构的松紧度的凸轮810。第三传动机构330可选为减速传动机构。具体地，第三传动机构330为皮带减速机构。

在其中一个具体实施例中，结合图4，第三传动机构330包括第一皮带332、第二皮带333、第三皮带、第一传动轴335和第二传动轴336，第一传动轴335的两端分别可转动地穿设于第一臂体110和第二臂体210，第二传动轴336的两端分别可转动地穿设于第二臂体210和第四臂体410，第一皮带332位于第一臂体110的内腔，第一皮带332通过第一带轮套接第三电机320的电机轴，第一带轮为第三传动机构330的输入端，第一皮带332通过第二带轮337套接第一传动轴335，第二皮带333位于第二臂体210的内腔，第二皮带333通过第三带轮338套接第一传动轴335，第二皮带333通过第四带轮339套接第二传动轴336，第三皮带穿设于第四臂体410和第三臂体310的内腔，第三皮带通过第五带轮3310套接第二传动轴336，第三皮带还套接有第六带轮3311，第六带轮3311可转动地安装于第三臂体310的内腔，第六带轮3311为第三传动机构330的输出端。如此，第三传动机构330通过皮带、传动轴和带轮的组合，实现将位于第一臂体110的第三电机320的力矩传递至位于第三臂体310的第六带轮3311。

在其中一个实施例中，结合图2，第一传动机构130的输出端、第二传动机构230的输出端和第三传动机构330的输出端的旋转轴线相互平行。换言之，第一关节轴线131、第二关节轴线231和第三关节轴线331相互垂直。如此，多关节机械臂具有多个自由度，能够很好地实现末端执行器的摆位调整，实现冗余结构，末端执行器能够绕不同的关节轴线旋转，实现不同精度的调整。

在一些实施例中，结合图4和图5，多关节机械臂还包括第四关节400，第四关节400包括第四臂体410和第四电机420，第四臂体410位于第二臂体210和第三臂体310之间，第四臂体410的一端与第二传动机构230的输入端连接，第四电机420安装于第四臂体410的另一端，第四电机420的电机轴与第三臂体310连接，第四电机420用于驱动第三臂体310绕第四电机420的电机轴旋转。第四关节400能够增加多关节机械臂的自由度，提升多关节机械臂的运动范围和灵活性。

具体地，第四电机420的电机轴具有第四关节轴线421，第三臂体310绕第四关节轴线421旋转。第四关节轴线421与第三关节轴线331垂直。

具体地，第一臂体110、第二臂体210、第三臂体310和第四臂体410呈条状，第三电机320、第二电机220和第一电机120沿第一臂体110的第一端至第一臂体110的第二端依次间隔分布。第一臂体110的第二端与第二臂体210的一端可绕第一关节轴线131转动连接。第二臂体210的另一端与第四臂体410的一端可绕第二关节轴线231转动连接。第三臂体310的一端与第四臂体410的另一端可绕第四关节轴线421转动连接。

可选地，第四臂体410为壳体结构，例如，第四臂体410为第四壳体，第四臂体410具有第四内腔411。

在其中一个实施例中，结合图6和图7，第四臂体410设有旋转限位槽412，第三臂体310设有限位凸块312，限位凸块312可转动地位于旋转限位槽412内，旋转限位槽412限制了第三臂体310的转动角度范围，以控制第三臂体310的转动范围。在图示的实施例中，第四臂体410靠近第三臂体310的端部设有旋转限位槽412，第三臂体310靠近第四臂体410的端部设有限位凸块312。

此外，当第四臂体410为壳体结构、第三传动机构330为皮带传动机构时，由于第三传动机构330的输出端安装于第三臂体310，第三传动机构330穿设于第三内腔311和第四内腔411中，所以通过控制第三臂体310的转动角度，避免因第三臂体310及第三传动机构330的转角过大而影响第三传动机构330的正常运行。

具体地，限位凸块312在旋转限位槽412内的最大转动角度为15°～35°。换言之，限位凸块312的一侧抵靠旋转限位槽412的一侧面时，限位凸块312与旋转限位槽412的另一侧面关于第四关节轴线421形成的圆心角为15°～35°。

可选地，限位凸块312在旋转限位槽412内的最大转动角度为15°、20°、25°、30°或35°。

可以理解，在其他实施例中，第三臂体310设有旋转限位槽412，第四臂体410设有限位凸块312。

在其中一个实施例中，结合图1至图4，多关节机械臂还包括第五关节500，第五关节500包括第五臂体510、第五电机520和第五传动机构530，第五电机520安装于第五臂体510，第五电机520的电机轴与第五传动机构530的输入端连接，第五传动机构530的输出端套接第一臂体110的中部，以带动第一臂体110转动。第五关节500的设置增加了多关节机械臂的自由度，提高了多关节机械臂的运动范围及运动精度。

类似地，第五臂体510可选为壳体结构，即第五臂体510为第五壳体，第五臂体510具有第五内腔511，第五电机520及第五传动机构530基本位于第五内腔511中。第五传动机构530可选为皮带传动机构，且该皮带传动机构可通过凸轮810调整其刚度。第五传动机构530可选为减速传动机构。第五传动机构530的输出轴具有第五关节轴线531，第一臂体110绕第五关节轴线531旋转。可选地，第五臂体510的旋转轴线与第一臂体110的旋转轴线相垂直，即第五关节轴线531垂直于第一关节轴线131。

具体地，第一电机120、第二电机220和第三电机320位于第五传动机构530的输出端的一侧，第二臂体210位于第五传动机构530的输出端的另一侧。换言之，第五传动机构530的输出端套接第一臂体110的中部，将第一臂体110分为两部分，其中一部分安装有第一电机120、第二电机220和第三电机320，另一部分安装有第二臂体210，因此，第一电机120、第二电机220和第三电机320的重力力矩能够平衡掉第二臂体210在第二传动机构230的输出端上产生的力矩，提升了第五关节500的负载能力。

具体地，第二臂体210的一端与第一传动机构130的输出端连接，第二臂体210的另一端安装有第二传动机构230的输出端，即第三臂体310靠近第二臂体210的另一端。第一电机120、第二电机220和第三电机320能够平衡掉第二臂体210及第三臂体310，减少重量在第三传动机构330的输出端上产生的关节扭矩。

在其中一个实施例中，结合图1至图4，多关节机械臂还包括第六关节600，第六关节600包括第六臂体610、第六电机620和第六传动机构630，第六电机620安装于第六臂体610，第六电机620的电机轴与第六传动机构630的输入端连接，第六传动机构630的输出端与第五臂体510连接，以驱动第五臂体510旋转。第六关节600的设置增加了多关节机械臂的自由度，提高了多关节机械臂的运动范围及运动精度。

类似地，第六臂体610可选为壳体结构，即第六臂体610为第六壳体，第六臂体610具有第六内腔611，第六电机620及第六传动机构630基本位于第六内腔611中。第六传动机构630可选为皮带传动机构，且该皮带传动机构可通过凸轮810调整其刚度。第六传动机构630可选为减速传动机构。第六传动机构630的输出轴具有第六关节轴线631，第五臂体510绕第六关节轴线631旋转设置。可选地，第六臂体610的旋转轴线与第五臂体510的旋转轴线相垂直，即第六关节轴线631垂直于第五关节轴线531。

具体地，多关节机械臂还包括第七关节700，第七关节700包括第七臂体710、第七电机720和第七传动机构730，第七电机720安装于第七臂体710，第七传动机构730的输入端与第七电机720的电机轴连接，第七传动机构730的输出端与第六臂体610连接，以带动第六臂体610旋转。第七关节700的设置增加了多关节机械臂的自由度，提高了多关节机械臂的运动范围及运动精度。

类似地，第七臂体710可选为壳体结构，即第七臂体710为第七壳体，第七臂体710具有第七内腔711，第七电机720及第七传动机构730基本位于第七内腔711中。第七传动机构730可选为皮带传动机构，且该皮带传动机构可通过凸轮810调整其刚度。第七传动机构730可选为减速传动机构。第七传动机构730的输出轴具有第七关节轴线731，第六臂体610绕第七关节轴线731旋转设置。可选地，第七关节轴线731垂直于第六关节轴线631。

具体地，第七传动机构730的输出端带动第六臂体610绕第一轴线旋转，第一轴线经过第五臂体510的中部，第六电机620位于第一轴线的一侧，第一臂体110位于第一轴线的另一侧。如此，第六关节600关于第七关节轴线731偏心设置，能够平衡掉后续关节重量(例如第五关节500、第一关节100、第二关节200等)在第一关节100产生的扭矩。

本实施例中，该多关节机械臂具有自由拖动功能，控制系统根据机械臂各个关节的动力学模型，可以计算出各个关节平衡重力所需要的扭矩T(G0)；根据该机械臂当前的速度可以计算出机械臂指定时间T后的机械臂位置，该位置的重力作用在关节扭矩上为T(G1)。假设机械臂的关节转速为w，机械臂处于自由拖动功能时关节致动器施加在各个关节上的扭矩为T(G0)+k1*(T(G1)-T(G))+k2*w，其中k1为介于0到1之间的参数，k2为人为设置的阻尼系数。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多关节机械臂，其特征在于，所述多关节机械臂包括：

第一关节，所述第一关节包括第一臂体、第一电机和第一传动机构，所述第一电机安装于所述第一臂体，所述第一电机的电机轴与所述第一传动机构的输入端连接；

第二关节，所述第二关节包括第二臂体、第二电机和第二传动机构，所述第二臂体与所述第一传动机构的输出端连接，所述第二电机安装于所述第一臂体，所述第二电机的电机轴与所述第二传动机构的输入端连接；

第三关节，所述第三关节包括第三臂体、第三电机和第三传动机构，所述第三臂体与所述第二传动机构的输出端连接，所述第三电机安装于所述第一臂体，所述第三电机的电机轴与所述第三传动机构的输入端连接，所述第三传动机构的输出端位于所述第三臂体。

2.根据权利要求1所述的多关节机械臂，其特征在于：所述多关节机械臂还包括第四关节，所述第四关节包括第四臂体和第四电机，所述第四臂体位于所述第二臂体和所述第三臂体之间，所述第四臂体的一端与所述第二传动机构的输入端连接，所述第四电机安装于所述第四臂体的另一端，所述第四电机的电机轴与所述第三臂体连接，所述第四电机用于驱动所述第三臂体绕所述第四电机的电机轴旋转。

3.根据权利要求2所述的多关节机械臂，其特征在于：所述第三传动机构包括第一皮带、第二皮带、第三皮带、第一传动轴和第二传动轴，所述第一传动轴的两端分别可转动地穿设于所述第一臂体和所述第二臂体，所述第二传动轴的两端分别可转动地穿设于所述第二臂体和所述第四臂体，所述第一皮带位于所述第一臂体的内腔，所述第一皮带通过第一带轮套接所述第三电机的电机轴，所述第一带轮为所述第三传动机构的输入端，所述第一皮带通过第二带轮套接所述第一传动轴，所述第二皮带位于所述第二臂体的内腔，所述第二皮带通过第三带轮套接所述第一传动轴，所述第二皮带通过第四带轮套接所述第二传动轴，所述第三皮带穿设于所述第四臂体和所述第三臂体的内腔，所述第三皮带通过第五带轮套接所述第二传动轴，所述第三皮带还套接有第六带轮，所述第六带轮可转动地安装于所述第三臂体的内腔，所述第六带轮为所述第三传动机构的输出端。

4.根据权利要求2所述的多关节机械臂，其特征在于：所述第三臂体和所述第四臂体中的其中一个设有旋转限位槽，所述第三臂体和所述第四臂体中的另一个设有限位凸块，所述限位凸块可转动地位于所述旋转限位槽内；

所述限位凸块在所述旋转限位槽内的最大转动角度为15°～35°。

5.根据权利要求1所述的多关节机械臂，其特征在于：所述多关节机械臂还包括第五关节，所述第五关节包括第五臂体、第五电机和第五传动机构，所述第五电机安装于所述第五臂体，所述第五电机的电机轴与所述第五传动机构的输入端连接，所述第五传动机构的输出端套接所述第一臂体的中部，以带动所述第一臂体转动。

6.根据权利要求5所述的多关节机械臂，其特征在于：所述第一电机、所述第二电机和所述第三电机位于所述第五传动机构的输出端的一侧，所述第二臂体位于所述第五传动机构的输出端的另一侧；

所述第二臂体的一端与所述第一传动机构的输出端连接，所述第二臂体的另一端安装有所述第二传动机构的输出端。

7.根据权利要求5所述的多关节机械臂，其特征在于：所述多关节机械臂还包括第六关节，所述第六关节包括第六臂体、第六电机和第六传动机构，所述第六电机安装于所述第六臂体，所述第六电机的电机轴与所述第六传动机构的输入端连接，所述第六传动机构的输出端与所述第五臂体连接，以驱动所述第五臂体旋转。

8.根据权利要求7所述的多关节机械臂，其特征在于：所述多关节机械臂还包括第七关节，所述第七关节包括第七臂体、第七电机和第七传动机构，所述第七电机安装于所述第七臂体，所述第七传动机构的输入端与所述第七电机的电机轴连接，所述第七传动机构的输出端与所述第六臂体连接，以带动所述第六臂体旋转；

所述第六臂体的旋转轴线与所述第五臂体的旋转轴线相垂直；

所述第五臂体的旋转轴线与所述第一臂体的旋转轴线相垂直；

所述第七传动机构的输出端带动所述第六臂体绕第一轴线旋转，所述第一轴线经过所述第五臂体的中部，所述第六电机位于所述第一轴线的一侧，所述第一臂体位于所述第一轴线的另一侧。

9.根据权利要求1所述的多关节机械臂，其特征在于：所述多关节机械臂还具有以下特征中的至少一种：

所述第一臂体、所述第二臂体和所述第三臂体中的至少一个为壳体结构；

所述第一传动机构、所述第二传动机构和所述第三传动机构中的至少一个为皮带传动机构，所述皮带传动机构还包括用于调节所述皮带传动机构的松紧度的凸轮；

所述第一传动机构、所述第二传动机构和所述第三传动机构中的至少一个为减速传动机构；

所述第一传动机构的输出端、所述第二传动机构的输出端和所述第三传动机构的输出端的旋转轴线相互平行。

10.一种手术机器人，其特征在于：所述手术机器人包括末端执行器和权利要求1至9任意一项所述的多关节机械臂，所述末端执行器与所述第三传动机构的输出端连接。

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