机械臂及其手术机器人制造技术

本发明专利技术提供了一种机械臂及其手术机器人；机械臂包括第一、二水平运动机构和竖直移动关节；竖直移动关节上有连接板，连接板连接第一外部机构，以驱动第一外部机构移动；第一水平运动机构包括至少一个旋转关节，并分别连接第二水平运动机构和第二外部机构；第二水平运动机构包括至少一个旋转关节，并连接竖直移动关节与连接板相对的一侧；旋转关节的轴线相互平行，且与连接板的移动方向平行。本发明专利技术通过一个竖直移动关节实现一个空间方向上的运动，结构简单、质量小，且无需进行位移补偿，操作方便，而且，通过两个串联的水平运动机构，代替现有的水平移动关节实现另一个空间方向上的运动，该另一个空间方向上运动的可靠性高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及医疗器械
，特别涉及一种用于手术机器人的机械臂。
技术介绍
作为医疗手术机器人的基础结构，医疗机械臂在经历了一定程度的发展之后出现了各式各样的形态和结构。总体上，智能化、一体化和多功能化是未来医疗机械臂的发展方向。伴随着电机控制、视觉成像等技术的应用，医疗机械臂的出现极大促进了现代医疗水平的发展。然而，功能多样化的同时也伴随着各种故障发生概率的增加，此会造成手术过程中危险情况的发生。因此，医疗机械臂多采用被动式调整结构，其类似于传统机械臂，但又要更适合于医疗手术机器人使用。一般，医疗机械臂需要具备空间运动能力，因为其主要用于对手术机器人前端器械的手术位置的确定。其次，医疗机械臂多采用被动式调整，即对机械臂人为的施加力，使其运动到所需的位置，而非采用电机或其他驱动手段来实现运动。这是因为在手术过程中，医疗机械臂会处于锁死状态，而通过电机等进行锁死易发生故障。最后，医疗机械臂还配置有重力补偿机构使其在被动调整的过程中更为简单快速。针对上述的医疗机械臂的结构或功能要求，目前的医疗机械臂还存在着以下问题：(1)运动关节错综复杂。中国专利CN102579133A公开了一种机械臂，其采用多个旋转关节的折叠运动代替竖直运动。但是，多个旋转关节的折叠运动在竖直方向上产生移动的同时，必然会伴随着水平方向的位移，因此还需调整水平移动以补偿水平位移，从而实现仅竖直方向的移动，由此使医疗机械臂的操作复杂化。(2)质量过大。现有的医疗机械臂采用力矩平衡原理，并利用配重块对前端悬挂物进行重力补偿。这种补偿方式虽然效果显著，但是配重块的质量大，导致医疗机械臂的质量也大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种机械臂及其手术机器人，以解决现有技术中医疗机械臂的运动关节复杂、操作不便、以及因配重不合理而导致的质量过大等问题中的一个或者多个。为实现上述目的以及其它相关目的，本专利技术提供了一种机械臂，包括第一水平运动机构、第二水平运动机构和竖直移动关节；所述竖直移动关节上设置有一连接板，所述连接板连接一第一外部机构，以驱动所述第一外部机构移动；所述第一水平运动机构包括至少一个旋转关节，所述第一水平运动机构的两端分别连接所述第二水平运动机构以及一第二外部机构；所述第二水平运动机构包括至少一个旋转关节，所述第二水平运动机构的另一端连接所述竖直移动关节与所述连接板相对的一侧；其中，所述旋转关节的轴线相互平行，且与所述连接板的移动方向平行。优选地，所述第一水平运动机构包括N个旋转关节，N为大于等于1的自然数；当N为等于1的自然数，所述第一水平运动机构之旋转关节分别连接所述第二外部机构以及所述第二水平运动机构；当N为大于1的自然数，所述N个旋转关节之间通过连接臂连接；其中，所述第一水平运动机构之第一个旋转关节连接所述第二外部机构，第N个旋转关节连接所述第二水平运动机构。优选地，所述第一水平运动机构之第一个旋转关节通过一连接臂连接所述第二外部机构，和/或第N个旋转关节通过一连接臂连接所述第二水平运动机构。优选地，所所述第二水平运动机构包括M个旋转关节，M为大于等于1的自然数；当M为等于1的自然数，所述第二水平运动机构之旋转关节的一端连接所述竖直移动关节与所述连接板相对的一侧，所述旋转关节的另一端连接所述第一水平运动机构；当M为大于1的自然数，所述M个旋转关节之间通过连接臂连接；其中，所述第二水平运动机构之第一个旋转关节连接所述第一水平运动机构，第M个旋转关节连接所述竖直移动关节与所述连接板相对的一侧。优选地，所述第二水平运动机构之第一个旋转关节通过一连接臂连接所述第一水平运动机构，和/或第M个旋转关节通过一连接臂连接所述竖直移动关节与所述连接板相对的一侧。或者，本专利技术提供了一种机械臂，包括第一水平运动机构、第二水平运动机构和竖直移动关节；所述竖直移动关节上设置有一连接板，所述连接板连接所述第一水平运动机构的一端，以驱动所述第一水平运动机构移动；所述第一水平运动机构包括至少一个旋转关节，所述第一水平运动机构的另一端转动连接一第一外部机构；所述第二水平运动机构包括至少一个旋转关节，所述第二水平运动机构的一端连接所述竖直移动关节于所述连接板相对的一侧，所述第二水平运动机构的另一端连接一第二外部机构；其中，所述旋转关节的轴线相互平行，且与所述连接板的移动方向平行。优选地，所述第一水平运动机构中包括N’个旋转关节，N’为大于或等于1的自然数；当N’为等于1的自然数，所述第一水平运动机构之旋转关节分别连接所述第一外部机构以及所述连接板；当N’为大于1的自然数，所述N’个旋转关节之间通过连接臂连接，而且，所述第一水平运动机构之第一个旋转关节连接所述连接板，第N’个旋转关节连接所述第一外部机构。优选地，所述第一水平运动机构之第一个旋转关节通过一连接臂连接所述连接板，和/或第N’个旋转关节通过一连接臂连接所述第一外部机构。优选地，所述第二水平运动机构通过一连接臂固定连接所述竖直移动关节与所述连接板相对的一侧，和/或所述第二水平运动机构通过一连接臂连接所述第二外部机构。优选地，除所述连接板外，所述竖直移动关节还包括底座以及固设于所述底座上的竖直导轨，所述竖直导轨固设于所述底座之正面上；所述底座之背面连接所述第二水平运动机构，所述连接板滑动设置于所述竖直导轨上。优选地，所述机械臂还包括设置于所述竖直移动关节上的制动机构，以控制所述连接板的运动；所述制动机构包括制动器、第一牵引体以及第二牵引体；所述制动器固定于所述竖直移动关节上；所述第一牵引体围绕并部分固连所述制动器，且延伸后与所述连接板的上端固连；所述第二牵引体以与第一牵引体相反的方向围绕并部分固连所述制动器，且延伸后与所述连接板的下端固连。优选地，所述机械臂还包括设置于所述竖直移动关节上的重力平衡机构，以配平所述第一外部构件；所述重力平衡机构包括一恒力输出装置，所述恒力输出装置通过一牵引体与所述连接板的上端固连，以输出一恒定力。优选地，所述恒力输出装置包括弹簧结构以及凸轮结构，所述凸轮结构包括同轴安装的转轮以及凸轮；所述牵引体包括第三牵引体以及第四牵引体；所述弹簧结构的一端固定于所述竖直移动关节上，所述弹簧结构的另一端固连所述第三牵引体的一端，所述第三牵引体的另一端固连所述凸轮的外围；所述第四牵引体围绕并部分固连所述转轮，且延伸后与所述连接板的上端固连。优选地，所述重力平衡机构还包括多个转向轮；所述第三牵引体与所述弹簧结构固连后，经过所述转向轮转向后与所述凸轮的外围固连，且所述第四牵引体围绕所述转轮后，延伸经过所述转向轮转向后与所述连接板的上端固连。接着，为实现上述目的以及其它相关目的，本专利技术提供了一种手术机器人，包括如上任意一项所述的机械臂。综上所述，本专利技术的机械臂均通过一个竖直移动关节实现一个空间方向上的移动，这样无需采用多个旋转关节的叠加实现该空间方向的运动，故而结构简单、质量小，且无需进行位移补偿，操作方便；而且，所述机械臂通过两个串联的水平运动机构，且该两个水平运动机构均至少包括一个旋转关节，以代替现有的水平移动关节实现另一个空间方向上的运动，由此该另一个空间方向上运动的可靠性高。附图说明图1是本专利技术实施例一的机械臂的结构示意图；图2是图1所示的机械臂之各个关节的运动方向示意本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械臂，其特征在于，包括第一水平运动机构、第二水平运动机构和竖直移动关节；所述竖直移动关节上设置有一连接板，所述连接板连接一第一外部机构，以驱动所述第一外部机构移动；所述第一水平运动机构包括至少一个旋转关节，所述第一水平运动机构的两端分别连接所述第二水平运动机构以及一第二外部机构；所述第二水平运动机构包括至少一个旋转关节，所述第二水平运动机构的另一端连接所述竖直移动关节于所述连接板相对的一侧；其中，所述旋转关节的轴线相互平行，且与所述连接板的移动方向平行。

【技术特征摘要】
1.一种机械臂，其特征在于，包括第一水平运动机构、第二水平运动机构和竖直移动关节；所述竖直移动关节上设置有一连接板，所述连接板连接一第一外部机构，以驱动所述第一外部机构移动；所述第一水平运动机构包括至少一个旋转关节，所述第一水平运动机构的两端分别连接所述第二水平运动机构以及一第二外部机构；所述第二水平运动机构包括至少一个旋转关节，所述第二水平运动机构的另一端连接所述竖直移动关节于所述连接板相对的一侧；其中，所述旋转关节的轴线相互平行，且与所述连接板的移动方向平行。2.如权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述第一水平运动机构包括N个旋转关节，N为大于等于1的自然数；当N为等于1的自然数，所述第一水平运动机构之旋转关节分别连接所述第二外部机构以及所述第二水平运动机构；当N为大于1的自然数，所述N个旋转关节之间通过连接臂连接，而且，所述第一水平运动机构之第一个旋转关节连接所述第二外部机构，第N个旋转关节连接所述第二水平运动机构。3.如权利要求2所述的机械臂，其特征在于，所述第一水平运动机构之第一个旋转关节通过一连接臂连接所述第二外部机构，和/或第N个旋转关节通过一连接臂连接所述第二水平运动机构。4.如权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述第二水平运动机构包括M个旋转关节，M为大于等于1的自然数；当M为等于1的自然数，所述第二水平运动机构之旋转关节的一端连接所述竖直移动关节于所述连接板相对的一侧，所述旋转关节的另一端连接所述第一水平运动机构；当M为大于1的自然数，所述M个旋转关节之间通过连接臂连接，而且所述第二水平运动机构之第一个旋转关节连接所述第一水平运动机构，第M个旋转关节连接所述竖直移动关节与所述连接板相对的一侧。5.如权利要求4所述的机械臂，其特征在于，所述第二水平运动机构之第一个旋转关节通过一连接臂连接所述第一水平运动机构，和/或第M个旋转关节通过一连接臂连接所述竖直移动关节与所述连接板相对的一侧。6.一种机械臂，其特征在于，包括第一水平运动机构、第二水平运动机构和竖直移动关节；所述竖直移动关节上设置有一连接板，所述连接板连接所述第一水平运动机构的一端，以驱动所述第一水平运动机构移动；所述第一水平运动机构包括至少一个旋转关节，所述第一水平运动机构的另一端转动连接一第一外部机构；所述第二水平运动机构包括至少一个旋转关节，所述第二水平运动机构的一端连接所述竖直移动关节于所述连接板相对的一侧，所述第二水平运动机构的另一端连接一第二外部机构；其中，所述旋转关节的轴线相互平行，且与所述连接板的移动方向平行。7.如权利要求6所述的机械臂，其特征在于，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：何超，李涛，王常春，袁帅，
申请(专利权)人：微创上海医疗机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31