CN111374770A - 医疗机器人之俯仰机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗机器人机械臂的技术领域，尤其是涉及一种医疗机器人之俯仰机械臂，包括相对平行的从动臂和固定臂、以及驱动臂，驱动臂的首、末两端分别与动、固定臂的末端和首端铰接设置，固定臂内靠近其末端的位置设有主驱动组件；主驱动组件驱动驱动臂末端与固定臂首端之间的第一活动机构，使驱动臂沿其末端的铰接位转动；第一活动机构驱动从动臂末端与驱动臂首端之间的第二活动机构，使从动臂沿其末端的铰接位转动以达到动、固定臂之间始终保持平行；第二活动机构驱动从动臂首端的副驱动组件同步工作。本发明的效果为：具有较高的平稳度，同时能够有效的保障医疗外科手术的安全性。

Description

医疗机器人之俯仰机械臂

技术领域

本发明涉及医疗机器人机械臂的技术领域，尤其是涉及一种医疗机器人之俯仰机械臂。

背景技术

在手术机器人辅助下的外科手术的常见场景中，医生在远离病人的位置操作机器人的主手端，按照主从操作的控制模式，以此来控制病人端机器人的外科器械在手术部位的运动。主手端的形式包括但不限于串联同构机械臂、串联异构机械臂、并联机械臂、外骨骼手套等，通过这些装置可以控制外科器械在手术部位的位置和朝向。

目前国内外，对医疗外科手术时使用的机器人机械臂则有着更高的要求，在仪器端部对病人的身体某一部位进行精准定位后，需要对机械臂的之间的相对位置进行调整时，则需要保证作用于病人身体某一部位的仪器的端部不发生偏移，而只需要机械臂发生相应的位移。因此对于医疗领域内的机械臂如何实现机械臂在发生位移的过程中，不会使作用于病人身体某一部位的仪器的端部发生偏移，同时还能保证机械臂在位移时，保持较高的平稳度，使医疗外科手术的安全性进一步提升是一个有待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种机械臂在调整位置发生位移时，具有较高的平稳度，同时能够有效的保障医疗外科手术的安全性的医疗机器人之俯仰机械臂。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种医疗机器人之俯仰机械臂，包括相对平行的从动臂和固定臂、以及驱动臂，驱动臂的首、末两端分别与从动臂、固定臂的末端和首端铰接设置，固定臂内靠近其末端的位置设有主驱动组件；主驱动组件驱动驱动臂末端与固定臂首端之间的第一活动机构，使驱动臂沿其末端的铰接位转动；第一活动机构驱动从动臂末端与驱动臂首端之间的第二活动机构，使从动臂沿其末端的铰接位转动以达到从动臂、固定臂之间始终保持平行；第二活动机构驱动从动臂首端的副驱动组件同步工作。

通过采用上述技术方案，通过固定臂内的主驱动组件带动第一活动机构转动，第一活动机构驱动第二活动机构转动，在这个转动的过程中从动臂、固定臂始终保持平行，而驱动臂则所起的作用是动、固定臂的首末两端虚拟连线后形成的平行四边形的对角线，基于此原理使得机械臂在调整位置发生位移时，从动臂的首端位移的轨迹为固定圆心的弧线，同时，副驱动件同步转动，可以带动仪器具有相应的转动，以配合弧形轨迹来达到保证作用于病人身体某一部位的仪器的端部不发生偏移，在这种运行过程中，具有较高的平稳度，同时能够有效的保障医疗外科手术的安全性。

本发明进一步设置为：所述第一活动机构的结构为：固定臂的首端且朝向驱动臂的一侧设有第一铰接孔，驱动臂的末端与第一铰接孔相对的一侧设有与第一铰接孔相匹配的第一铰接套，固定臂内位于第一铰接孔处设有与第一铰接套之间固定安装的主带轮，主带轮由主驱动组件驱动其转动。

通过采用上述技术方案，利用主驱动组件通过主带轮带动驱动臂转动，有效利用每个调节臂自身的结构，不需要过大繁杂的传动体系，该种设计能够在一定程度上减少产品的空间占用。

本发明进一步设置为：所述主驱动组件为设置于固定臂内且靠近末端的由动力装置驱动的皮带轮，皮带轮与主带轮通过同步带传递动力。

通过采用上述技术方案，通过动力装置直接驱动皮带轮以带传动的方式进行传递动力，能够有效的降低仪器工作时的噪音，同时平稳度也有显著的提升。

本发明进一步设置为：所述第一活动机构还包括设于固定臂内与固定臂之间固定连接第一法兰盘，第一法兰盘的中部设有穿过第一铰接套伸至驱动臂内的第一连接轴，驱动臂内的第一连接轴上固定安装有驱动第二活动机构的传动轮。

通过采用上述技术方案，形成了平行四边形结构的第一个对角的转动点，利用驱动臂相对于从动臂转动，使得传动轮形成与驱动臂相对转动的动作，同时，该种设计方案，能够有效的利用产品的空间，同时精准度也有显著的提升。

本发明进一步设置为：所述第二活动机构的结构为：驱动臂的首端且朝向从动臂的一侧设有第二铰接孔，从动臂的末端与第二铰接孔相对的一侧设有与第二铰接孔相匹配的第二铰接套，驱动臂内位于第二铰接孔处设有与第二铰接套之间固定安装的第一副带轮，第一副带轮由传动轮驱动其转动。

通过采用上述技术方案，在驱动臂相对于从动臂转动同时，使得传动轮与第一副带轮之间形成转动关系，进而使得从动臂同步转动，以达到从动臂、固定臂始终保持平行的状态，利用传动轮通过第一附带轮带动从动臂转动，有效利用每个调节臂自身的结构，不需要过大繁杂的传动体系，该种设计不但结构相对简单，而且能够在一定程度上减少产品的空间占用。

本发明进一步设置为：所述驱动臂内设有与从动臂之间固定连接第二法兰盘，第二法兰盘的中部设有穿过第二铰接套伸至从动臂内的第二连接轴，从动臂内的第二连接轴上固定安装有第二副带轮。

通过采用上述技术方案，形成了平行四边形结构的第二个对角的转动点，同时，该种设计方案，能够有效的利用产品的空间，同时精准度也有显著的提升。

本发明进一步设置为：所述副驱动组件为设于从动臂首端的转动轴，转动轴上转动设有与第二副带轮之间通过同步带传递动力的输出轮。

通过采用上述技术方案，利用转动轴与第二副带轮之间带传动，有效的提升了设备在使用时，由副驱动组件驱动作用于病人身体某一部位的仪器时，副驱动组件能够与第一、二活动机构的运转保持同步，而且能够保证沿同圆心的弧形轨迹的位移，使仪器端部不发生偏移，具有较高的平稳度，同时能够有效的保障医疗外科手术的安全性。

综上所述，本发明具有如下有益技术效果：利用活动机构配合能够形成平行四边形结构的从动臂、固定臂、以及驱动臂，实现同步工作，并同时设置副驱动组件同步工作，使得机械臂在调整位置发生位移时，从动臂的首端位移的轨迹为固定圆心的弧线，保证作用于病人身体某一部位的仪器的端部不发生偏移，具有较高的平稳度，同时能够有效的保障医疗外科手术的安全性。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2为图1中A-A面的剖视结构示意图。

图3为图1中B-B面的剖视结构示意图。

图中，1、从动臂；2、固定臂；3、驱动臂；4、皮带轮；5、第一铰接套；6、主带轮；7、第一法兰盘；8、第一连接轴；9、传动轮；10、第二铰接套；11、第一副带轮；12、第二法兰盘；13、第二连接轴；14、第二副带轮；15、转动轴。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1，本发明公开了一种医疗机器人之俯仰机械臂，包括相对平行的从动臂1和固定臂2、以及驱动臂3，驱动臂3的首、末两端分别与从动臂1、固定臂2的末端和首端铰接设置，对于本实施例中的机械臂，则需要保证良好的平稳度和使用安全性。因此，在工作的过程中，从动臂1、固定臂2要始终保持平行，需要实现平行四边形式的同步运作，则需要驱动臂3起到平行四边形的对角线的功能。

其中，固定臂2内靠近其末端的位置设有主驱动组件；主驱动组件为设置于固定臂2内且靠近末端的由动力装置驱动的皮带轮4。动力装置一般可以设置为电机，也可以是由电机驱动减速器的结构，当然与可以是其他能带动皮带轮4转动的装置。

参照图2，驱动臂3末端与固定臂2首端之间设置有第一活动机构，皮带轮4驱动第一活动机构使驱动臂3沿其末端的铰接位转动；第一活动机构的结构为：固定臂2的首端且朝向驱动臂3的一侧设有第一铰接孔，驱动臂3的末端与第一铰接孔相对的一侧设有与第一铰接孔相匹配的第一铰接套5，固定臂2内位于第一铰接孔处设有与第一铰接套5之间固定安装的主带轮6，皮带轮4与主带轮6通过同步带传递动力；另外，固定臂2内与固定臂2之间固定连接有第一法兰盘7，第一法兰盘7的中部设有穿过第一铰接套5伸至驱动臂3内的第一连接轴8，驱动臂3内的第一连接轴8上固定安装有驱动第二活动机构的传动轮9。

参照图3，从动臂1末端与驱动臂3首端之间设置有第二活动机构，传动轮9驱动第二活动机构使从动臂1沿其末端的铰接位转动以达到动、固定臂之间始终保持平行；第二活动机构的结构为：驱动臂3的首端且朝向从动臂1的一侧设有第二铰接孔，从动臂1的末端与第二铰接孔相对的一侧设有与第二铰接孔相匹配的第二铰接套10，驱动臂3内位于第二铰接孔处设有与第二铰接套10之间固定安装的第一副带轮11，第一副带轮11由传动轮9驱动其转动；驱动臂3内设有与从动臂1之间固定连接第二法兰盘12，第二法兰盘12的中部设有穿过第二铰接套10伸至从动臂1内的第二连接轴13，从动臂1内的第二连接轴13上固定安装有第二副带轮14。

上述中的第二副带轮14驱动从动臂1首端的副驱动组件同步工作，副驱动组件为设于从动臂1首端的转动轴15，转动轴15上转动设有与第二副带轮14之间通过同步带传递动力的输出轮。

本实施例在具体实施时，皮带轮4通过动力装置驱动主带轮6转动，主带轮6转动带动驱动臂3相对于固定臂2绕第一铰接套5的轴线进行转动，转动的过程中，由于第一法兰盘7与固定臂2固定连接，第一法兰盘7、第一连接轴8、传动轮9三者之间是相对固定的关系，那么在驱动臂3发生转动时，传动轮9与驱动臂3之间则形成一个相对转动的关系，传动轮9与第一副带轮11是通过带传动传递动力，而第一副带轮11可以相对于驱动臂3是可以转动，那么在驱动臂3转动的过程中，驱动臂3与固定臂2之间的夹角随之增大或者减小，于此同时，传动轮9与第一副带轮11两者之间的同步带分别与两者的贴紧的一面也随之发生变化，即同步带与传动轮9和第一副带轮11两者之间的接触面发生转移的时候，而此处的传动轮9是固定的，发生转移的这种力会驱动第一副带轮11发生相应的转动，进而达到从动臂1实现同步转动，始终与固定臂2达到平行的工作需求。

那么，对于第二法兰盘12和第二副带轮14的工作原理，则和第一法兰盘7与传动轮9的工作原理相同，而且从动臂1和驱动臂3均发生转动的过程中，副驱动组件的输出轮也在同步转动，在转动过程中，从动臂1的首端的运行轨迹为弧形，那么为了使得弧形轨迹的精准度更高，设备的可操作性更好，可以利用同步转动输出轮来实现该效果。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (7)

1.一种医疗机器人之俯仰机械臂，包括相对平行的从动臂(1)和固定臂(2)、以及驱动臂(3)，驱动臂(3)的首、末两端分别与从动臂(1)、固定臂(2)的末端和首端铰接设置，其特征在于：固定臂(2)内靠近其末端的位置设有主驱动组件；主驱动组件驱动驱动臂(3)末端与固定臂(2)首端之间的第一活动机构，使驱动臂(3)沿其末端的铰接位转动；第一活动机构驱动从动臂(1)末端与驱动臂(3)首端之间的第二活动机构，使从动臂(1)沿其末端的铰接位转动以达到从动臂(1)、固定臂(2)之间始终保持平行；第二活动机构驱动从动臂(1)首端的副驱动组件同步工作。

2.根据权利要求1所述的医疗机器人之俯仰机械臂，其特征在于：所述第一活动机构的结构为：固定臂(2)的首端且朝向驱动臂(3)的一侧设有第一铰接孔，驱动臂(3)的末端与第一铰接孔相对的一侧设有与第一铰接孔相匹配的第一铰接套(5)，固定臂(2)内位于第一铰接孔处设有与第一铰接套(5)之间固定安装的主带轮(6)，主带轮(6)由主驱动组件驱动其转动。

3.根据权利要求2所述的医疗机器人之俯仰机械臂，其特征在于：所述主驱动组件为设置于固定臂(2)内且靠近末端的由动力装置驱动的皮带轮(4)，皮带轮(4)与主带轮(6)通过同步带传递动力。

4.根据权利要求2所述的医疗机器人之俯仰机械臂，其特征在于：所述第一活动机构还包括设于固定臂(2)内与固定臂(2)之间固定连接第一法兰盘(7)，第一法兰盘(7)的中部设有穿过第一铰接套(5)伸至驱动臂(3)内的第一连接轴(8)，驱动臂(3)内的第一连接轴(8)上固定安装有驱动第二活动机构的传动轮(9)。

5.根据权利要求4所述的医疗机器人之俯仰机械臂，其特征在于：所述第二活动机构的结构为：驱动臂(3)的首端且朝向从动臂(1)的一侧设有第二铰接孔，从动臂(1)的末端与第二铰接孔相对的一侧设有与第二铰接孔相匹配的第二铰接套(10)，驱动臂(3)内位于第二铰接孔处设有与第二铰接套(10)之间固定安装的第一副带轮(11)，第一副带轮(11)由传动轮(9)驱动其转动。

6.根据权利要求5所述的医疗机器人之俯仰机械臂，其特征在于：所述驱动臂(3)内设有与从动臂(1)之间固定连接第二法兰盘(12)，第二法兰盘(12)的中部设有穿过第二铰接套(10)伸至从动臂(1)内的第二连接轴(13)，从动臂(1)内的第二连接轴(13)上固定安装有第二副带轮(14)。

7.根据权利要求6所述的医疗机器人之俯仰机械臂，其特征在于：所述副驱动组件为设于从动臂(1)首端的转动轴(15)，转动轴(15)上转动设有与第二副带轮(14)之间通过同步带传递动力的输出轮。

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