機械臂的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種機械臂。
【背景技術(shù)】
[0002]微創(chuàng)傷手術(shù)(minimally invasive)是指通過腹腔鏡、胸腔鏡等內(nèi)窺鏡在人體腔體內(nèi)部施行手術(shù)的一種手術(shù)方式。微創(chuàng)傷手術(shù)與常規(guī)手術(shù)相比具有傷口小、顯露充分、損傷輕、術(shù)后反應(yīng)小、恢復(fù)快、疤痕小等優(yōu)點。隨著微創(chuàng)傷外科手術(shù)和智能外科手術(shù)的發(fā)展，以機器人為代表的智能手術(shù)裝備在外科臨床中獲得了越來越多的應(yīng)用。應(yīng)用機器人的微創(chuàng)傷手術(shù)相比傳統(tǒng)的微創(chuàng)傷手術(shù)更是具有精準可靠，醫(yī)生負擔(dān)輕，更加靈巧性的優(yōu)點。
[0003]機器人通過其機械臂實現(xiàn)手術(shù)操作的，手術(shù)機械臂由調(diào)整機構(gòu)及與所述調(diào)整機構(gòu)連接的工具臂組成，調(diào)整機構(gòu)用來調(diào)整工具臂相對病人的位置，工具臂執(zhí)行對病人的手術(shù)操作，以便于操作者進行相關(guān)手術(shù)操作。
[0004]中國專利公開號CN102973317A公開了一種微創(chuàng)傷手術(shù)機器人機械臂布置結(jié)構(gòu)，通過三個水平旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個上下運動的移動副來調(diào)整工具臂的空間位置。但該微創(chuàng)傷手術(shù)機器人機械臂具有兩段調(diào)整臂，使得水平方向的機械臂的長度過長，結(jié)構(gòu)剛性和穩(wěn)定性不容易得到保障，并且結(jié)構(gòu)不緊湊。
[0005]美國專利號US2007156122A1公開了一種三自由度調(diào)整機構(gòu)，該機構(gòu)有兩個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和一個連接臂，連接臂中設(shè)有壓力彈簧，通過壓力彈簧牽拉一根經(jīng)過滑輪的鋼絲來平衡所連接的機械臂的重力。但該調(diào)整機構(gòu)的缺點在于:僅能實現(xiàn)前端工具臂三自由度空間位置的調(diào)節(jié)，不能調(diào)節(jié)工具臂的指向，并且其平衡裝置中彈簧處于受壓狀態(tài)，系統(tǒng)穩(wěn)定性差，影響整個調(diào)整機構(gòu)的操作性能與安全性；此外，受壓彈簧需要額外的限位裝置防止彈簧側(cè)向移動，增加了結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度和摩擦力，增強了手術(shù)調(diào)整阻力。
[0006]為了克服現(xiàn)存的微創(chuàng)傷手術(shù)機器人機械臂所存在的上述缺陷，設(shè)計出具有良好使用性能的微創(chuàng)傷手術(shù)機器人機械臂，本領(lǐng)域技術(shù)人員一直在進行相關(guān)研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種機械臂，以克服現(xiàn)存的微創(chuàng)傷手術(shù)機器人機械臂所存在的缺陷與不足。
[0008]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種機械臂，所述機械臂包括:
[0009]順次連接的滑動部件、第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、擺動部件及第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)；其中，所述擺動部件包括連桿和拉桿，所述連桿的兩端分別與所述第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和所述第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)相連，所述拉桿的兩端分別與所述第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和所述第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)相連，形成四個連接點，所述四個連接點順次相連的連線形成平行四邊形。
[0010]可選的，在所述的機械臂中，所述第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與所述第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸向平行。
[0011]可選的，在所述的機械臂中，所述連桿、所述拉桿與所述第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的連接點的連線與第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸向平行。
[0012]可選的，在所述的機械臂中，所述第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線垂直于水平面。
[0013]可選的，在所述的機械臂中，所述滑動部件包括導(dǎo)軌、與所述導(dǎo)軌配合使用的滑塊及連接塊，所述連接塊的一端與所述滑塊連接，另一端與所述第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接。
[0014]可選的，在所述的機械臂中，所述滑動部件還包括設(shè)置于所述導(dǎo)軌與所述滑塊之間的制動機構(gòu)，用于鎖定所述滑塊在所述導(dǎo)軌上的位置。
[0015]可選的，在所述的機械臂中，所述第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)包括外殼、設(shè)置于所述外殼中的轉(zhuǎn)軸、及設(shè)置于所述外殼與所述轉(zhuǎn)軸之間的制動器，所述制動器用于控制所述外殼相對于所述轉(zhuǎn)軸的運動或停止。
[0016]可選的，在所述的機械臂中，所述第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)還包括第一角度編碼器，所述第一角度編碼器設(shè)置于所述外殼與所述轉(zhuǎn)軸之間，以測量所述外殼相對所述轉(zhuǎn)軸自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過的角度。
[0017]可選的，在所述的機械臂中，所述第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)包括外殼、設(shè)置于所述外殼中的轉(zhuǎn)軸、及設(shè)置于所述外殼與所述轉(zhuǎn)軸之間的制動器，所述制動器用于控制所述外殼相對于所述轉(zhuǎn)軸的運動或停止。
[0018]可選的，在所述的機械臂中，所述第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)還包括第二角度編碼器，所述第二角度編碼器設(shè)置于所述外殼與所述轉(zhuǎn)軸之間，以測量所述外殼相對所述轉(zhuǎn)軸自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)過的角度。
[0019]可選的，在所述的機械臂中，所述制動器包括定子及轉(zhuǎn)子，所述定子固定于所述外殼上，所述轉(zhuǎn)子固定于所述轉(zhuǎn)軸上，所述制動器得電時，所述定子與所述轉(zhuǎn)子分開，以使所述外殼相對所述轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)；所述制動器失電時，所述定子與所述轉(zhuǎn)子抱合，以阻止所述外殼相對所述轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)。
[0020]可選的，所述的機械臂，所述制動器由電機、減速裝置及其鎖緊裝置代替。
[0021]可選的，在所述的機械臂中，所述轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有弧形槽，用于限制所述外殼相對于轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動極限角度。
[0022]可選的，在所述的機械臂中，還包括設(shè)置于所述擺動部件上的重力平衡部件。
[0023]可選的，在所述的機械臂中，所述重力平衡部件包括拉力彈簧和/或配重塊和/或電機，所述拉力彈簧一端與第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接，一端與擺動部件連接；所述配重塊設(shè)置于配置于擺動部件遠離所述第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的一端。
[0024]可選的，在所述的機械臂中，所述拉桿位于連桿遠離第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的一側(cè)，所述連桿靠近第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)一端設(shè)置有限位槽，所述拉桿通過所述限位槽與所述第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)連接。
[0025]在本發(fā)明所提供的機械臂中，滑動部件、第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、擺動部件及第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)順次連接；所述擺動部件包括連桿和拉桿，所述連桿的兩端分別與所述第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和所述第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)相連，所述拉桿的兩端分別與所述第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和所述第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上相連，形成四個連接點，所述四個連接點依次連接的連線形成平行四邊形；其中，滑動部件用于調(diào)整機械臂整體的前后位置；第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)以自轉(zhuǎn)的形式調(diào)整擺動部件及第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)整體的左右位置；擺動部件以旋轉(zhuǎn)的形式調(diào)節(jié)第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的上下位置，同時約束上下旋轉(zhuǎn)帶來的姿態(tài)改變；第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)以自轉(zhuǎn)的形式回調(diào)第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)運動帶來的位姿改變，精細地調(diào)節(jié)與其相連的結(jié)構(gòu)的位置?；谏鲜鼋Y(jié)構(gòu)設(shè)計可知，本申請的機械臂具有四自由度調(diào)整結(jié)構(gòu)，能夠靈活的調(diào)整安裝于第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)上的工具臂的手術(shù)指向。與此同時，由于水平移動關(guān)節(jié)滑塊部件及平行四邊形機構(gòu)均存在于相關(guān)的零部件內(nèi)部，使得機械臂整體結(jié)構(gòu)較為緊湊，在不影響機械臂整體剛度的情況下，能夠較好的保持工具臂的姿態(tài)穩(wěn)定性，進一步提高了機械臂的靈活性。同時，通過拉力彈簧在拉伸時所產(chǎn)生的拉力力矩平衡機械臂的重力力矩，實現(xiàn)機械臂的重力的配平，提高了機械臂整體的穩(wěn)定狀態(tài)及安全性能。
【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明一實施例中機械臂的結(jié)構(gòu)主視圖；
[0027]圖2是圖1沿A-A方向的剖視圖；
[0028]圖3是本發(fā)明一實施例中滑動部件的剖視圖；
[0029]圖4是本發(fā)明一實施例中機械臂的重力平衡部件僅包括拉力彈簧時的主視圖；
[0030]圖4a是圖4中a部分的剖視放大圖；
[0031]圖5是本發(fā)明一實施例中機械臂的重力平衡部件僅包括配重塊時的主視圖；
[0032]圖6是本發(fā)明一實施例中機械臂的重力平衡部件包括拉力彈簧和配重塊時的主視圖。
[0033]圖中，滑動部件1 ;導(dǎo)軌10 ;滑塊11 ;連接塊12 ;第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)2 ;第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3 ;外殼20，30 ;轉(zhuǎn)軸21，31 ;制動器22，32 ;擺動部件4 ;連桿40 ;限位槽400 ;拉桿41 ;銷軸402，412，403，423 ;拉力彈簧5 ;