机械臂关节结构及控制方法、系统技术方案

本发明专利技术涉及一种机械臂关节结构及控制方法、系统，其中机械臂关节结构包括无线信号传输模块及无限位旋转结构，用于操作关节与驱动关节之间的无线信号传输；无限位旋转结构将所述操作关节与所述驱动关节连接，用于带动所述操作关节环绕所述无限位旋转结构的旋转轴无限位旋转，并带动所述操作关节相对于所述驱动关节的无限位旋转。本申请避免引入信号传输线缆，使得操作关节能够经由无限位旋转结构环绕无限位旋转结构的旋转轴无限位旋转，实现所述操作关节相对于所述驱动关节的无限位旋转，降低了关节控制算法复杂度的同时，提高了机器人系统工作的稳定性与可靠性。系统工作的稳定性与可靠性。系统工作的稳定性与可靠性。

【技术实现步骤摘要】
机械臂关节结构及控制方法、系统


[0001]本专利技术涉及机器人
，特别是涉及一种机械臂关节结构及控制方法、系统。

技术介绍

[0002]机器人因其学习曲线短且学习时间短、能够承受射线辐射、动作执行延迟时间短及准确性高等诸多优点，被广泛应用于工业、医学、农业、服务业、建筑业及军事等领域中。
[0003]手术机器人的设计理念是采用微创伤方式，精准地实施复杂的医疗手术。用户通过操纵主端的机械关节运动，以控制从端的手术器械在原来医生的手伸不进的区域完成预设手术动作。
[0004]然而，在传统的机器人系统中，用户操作关节与其前一关节之间需要线缆传输信号，导致该操作关节与该前一关节相对旋转运动时，关节的旋转运动是有限的，旋转结构中需要设置相应的机械限位结构，导致关节控制算法复杂，且关节之间信号线缆受运动影响可能磨损断裂，影响机器人系统工作的稳定性与可靠性。

技术实现思路

[0005]基于此，有必要针对传统的机械臂关节之间需要线缆传输信号导致旋转结构旋转受限的技术问题，提供一种机械臂关节结构及控制方法、系统，使用机械结构完成关节之间的传动，避免引入信号传输线缆，实现无限位旋转，降低了关节控制算法复杂度的同时，提高了机器人系统工作的稳定性与可靠性。
[0006]为了实现上述目的及其他目的，本申请的一方面提供了一种机械臂关节结构，包括无线信号传输模块及无限位旋转结构，用于操作关节与驱动关节之间的无线信号传输；
[0007]无限位旋转结构将所述操作关节与所述驱动关节连接，用于带动所述操作关节环绕所述无限位旋转结构的旋转轴无限位旋转，并带动所述操作关节相对于所述驱动关节的无限位旋转。
[0008]于上述实施例中的机械臂关节结构中，利用无线信号传输模块传输操作关节与驱动关节之间的信号，实现操作关节与驱动关节之间的无线信号传输，避免引入信号传输线缆，使得操作关节能够经由无限位旋转结构环绕无限位旋转结构的旋转轴无限位旋转，实现所述操作关节相对于所述驱动关节的无限位旋转，降低了关节控制算法复杂度的同时，提高了机器人系统工作的稳定性与可靠性。
[0009]在一些实施例中，所述无线信号传输模块包括相对设置的第一无线信号收发模块及第二无线信号收发模块；所述第一无线信号收发模块用于将所述操作关节与所述驱动关节之间传输的初始数字信号转化为无线信号；所述第二无线信号收发模块用于根据接收的所述无线信号生成对应的目标数字信号，所述目标数字信号关联于所述初始数字信号。第一无线信号收发模块与第二无线信号收发模块相互配合，实现操作关节与驱动关节之间的无线信号传输，避免引入信号传输线缆，使得操作关节能够经由无限位旋转结构环绕无限位旋转结构的旋转轴无限位旋转。
[0010]在一些实施例中，所述第一无线信号收发模块包括第一无线信号收发器及第一解码电路，所述第二无线信号收发模块包括第二无线信号收发器及第二解码电路；所述第一无线信号收发器、所述第一解码电路设置于所述无限位旋转结构远离所述驱动关节的表面；所述第二无线信号收发器、所述第二解码电路设置于所述无限位旋转结构远离所述操作关节的表面。本实施例实现操作关节与驱动关节之间的双向无线信号传输，避免引入信号传输线缆，使得操作关节能够经由无限位旋转结构环绕无限位旋转结构的旋转轴无限位旋转。
[0011]在一些实施例中，所述第一无线信号收发器包括第一发射器及第一接收器；所述第二无线信号收发器包括第二发射器及第二接收器；所述第一发射器在所述旋转轴的一垂直平面的正投影位于所述第二接收器在所述垂直平面的正投影以内；所述第二发射器在所述垂直平面的正投影位于所述第一接收器在所述垂直平面的正投影以内。本实施例能够提高第一无线信号收发器及第二无线信号收发器的无线信号传输的效率。
[0012]在一些实施例中，所述旋转轴包括延伸方向与所述旋转轴的延伸方向一致的圆柱腔；所述第一发射器及所述第一接收器均设置于所述圆柱腔的内表面；所述第二发射器及所述第二接收器均设置于所述圆柱腔的内表面，使得第一发射器及第二接收器之间传输的信号、第二发射器及第一接收器之间传输的信号在圆柱腔内传输，减少传输过程中的信号损失，提高第一无线信号收发器及第二无线信号收发器的无线信号传输的效率。从而能够减小第一发射器与第二接收器之间的距离，并减小第二发射器与第一接收器之间的距离，以减小机械臂关节结构的体积。
[0013]在一些实施例中，所述无线信号传输模块传输的无线信号包括红外线、可见光及电磁波中至少一种。
[0014]在一些实施例中，所述的机械臂关节结构还包括无线供电模块，无线供电模块设置于所述操作关节与所述驱动关节之间，用于所述操作关节与所述驱动关节之间的无线电能传输，避免引入电能传输线缆，使得操作关节能够经由无限位旋转结构环绕无限位旋转结构的旋转轴无限位旋转。
[0015]在一些实施例中，所述无线供电模块包括原边供电线圈、原边逆变电路、副边供电线圈及副边逆变电路；其中，所述原边供电线圈及所述原边逆变电路设置于所述无限位旋转结构远离所述操作关节的表面，所述副边供电线圈及所述副边逆变电路设置于所述无限位旋转结构远离所述驱动关节的表面，便于原边供电线圈与副边供电线圈之间进行无线电能传输。
[0016]在一些实施例中，所述原边供电线圈与所述第二无线信号收发模块设置于第一基板；所述副边供电线圈与所述第一无线信号收发模块设置于第二基板；所述第一基板、所述第二基板均垂直于所述旋转轴，使得机械臂关节结构更加紧凑，减小了机械臂关节结构的体积。
[0017]在一些实施例中，所述原边供电线圈在所述旋转轴的一垂直平面的正投影，与所述副边供电线圈在所述垂直平面的正投影重叠，提高原边供电线圈与副边供电线圈之间无线电能传输的效率，并减小无线供电模块的体积。
[0018]在一些实施例中，所述原边逆变电路设置于所述第一基板或所述驱动关节；及/或所述副边逆变电路设置于所述第二基板或所述操作关节，使得机械臂关节结构更加紧凑，
减小了机械臂关节结构的体积。
[0019]在一些实施例中，所述驱动关节包括驱动器，驱动器与运动控制器及所述第二无线信号收发模块均电连接，用于将接收的所述目标数字信号传输至所述运动控制器，使得所述运动控制器根据所述目标数字信号获取所述操作关节的开合角度；所述驱动器还用于根据接收的旋转控制信号驱动电机旋转预设角度，以带动末端手术器械执行对应的预设动作。
[0020]在一些实施例中，所述无线信号传输模块设置于操作关节与驱动关节之间，以减小无线信号传输模块的体积。
[0021]本申请的第二方面提供了一种机器人系统，包括主端及从端，主端供操作者操控，并且包括如任一本申请实施例中所述的机械臂关节结构，从端包括机械臂并且经所述主端控制；操作过程中，通过操控主端的所述操作关节的开合角度及/或旋转角度，控制从端的机械臂执行对应的预设动作。利用无线信号传输模块传输操作关节与驱动关节之间的信号，实现操作关节与驱动关节之间的无线信号传输，避免引入信号传输线缆，使得操作关节能够经由无本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机械臂关节结构，其特征在于，包括：无线信号传输模块，用于操作关节与驱动关节之间的无线信号传输；无限位旋转结构，将所述操作关节与所述驱动关节连接，用于带动所述操作关节环绕所述无限位旋转结构的旋转轴无限位旋转，使得所述操作关节相对于所述驱动关节无限位旋转。2.根据权利要求1所述的机械臂关节结构，其特征在于，所述无线信号传输模块包括相对设置的第一无线信号收发模块及第二无线信号收发模块；所述第一无线信号收发模块用于将所述操作关节与所述驱动关节之间传输的初始数字信号转化为无线信号；所述第二无线信号收发模块用于根据接收的所述无线信号生成对应的目标数字信号，所述目标数字信号关联于所述初始数字信号。3.根据权利要求2所述的机械臂关节结构，其特征在于，所述第一无线信号收发模块包括第一无线信号收发器及第一解码电路，所述第二无线信号收发模块包括第二无线信号收发器及第二解码电路；所述第一无线信号收发器、所述第一解码电路设置于所述无限位旋转结构远离所述驱动关节的表面；所述第二无线信号收发器、所述第二解码电路设置于所述无限位旋转结构远离所述操作关节的表面。4.根据权利要求3所述的机械臂关节结构，其特征在于，所述第一无线信号收发器包括第一发射器及第一接收器；所述第二无线信号收发器包括第二发射器及第二接收器；所述第一发射器在所述旋转轴的一垂直平面的正投影位于所述第二接收器在所述垂直平面的正投影以内；所述第二发射器在所述垂直平面的正投影位于所述第一接收器在所述垂直平面的正投影以内。5.根据权利要求4所述的机械臂关节结构，其特征在于，所述旋转轴包括延伸方向与所述旋转轴的延伸方向一致的圆柱腔；所述第一发射器及所述第一接收器均设置于所述圆柱腔的内表面；所述第二发射器及所述第二接收器均设置于所述圆柱腔的内表面。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的机械臂关节结构，其特征在于，所述无线信号传输模块传输的无线信号包括红外线、可见光及电磁波中至少一种。7.根据权利要求3
‑
5任一项所述的机械臂关节结构，其特征在于，还包括：无线供电模块，设置于所述操作关节与所述驱动关节之间，用于所述操作关节与所述驱动关节之间的无线电能传输。8.根据权利要求7所述的机械臂关节结构，其特征在于，所述无线供电模块包括原边供电线圈、原边逆变电路、副边供...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐金标，赵明月，
申请(专利权)人：上海微创医疗机器人集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：