【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及医疗设备的，尤其是涉及一种被动臂、从手操作臂、患者操作台及其移动控制方法。
技术介绍
1、微创手术是指通过内窥镜等现代医疗设备和器械进行的手术。在微创手术中，医生通过在患者体表开设的若干微小切口将细长的手术器械探入患者体内，并借助内窥镜提供的术野图像来实施手术操作。相比传统手术方式，微创手术可以有效减少手术创伤，降低手术安全风险，缩短术后恢复时间。
2、主从式微创手术系统主要包括主操作手端和从操作手端两部分，其中，从操作手端包含从手操作臂、微创器械和内窥镜，通过主从映射关系，从手操作臂用以支撑并驱动手术器械完成各项手术任务。
3、现有技术中，一些主从式微创手术系统采用三臂或四臂手术系统，手术系统的结构重量较大，因此，在从手操作臂的设计中需要尽量抵消掉负载的重力，使得医生能够轻松地拖动机械臂运动，提升医生操作体验。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种被动臂、从手操作臂、患者操作台及其移动控制方法，可以抵消掉负载的重力，轻松拖动从手操作臂运动，整体结构简单、紧凑。
2、为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、本专利技术提供一种被动臂，包括：相连接的连杆和移动关节，所述连杆用于与支撑臂连接，所述移动关节包括固定座、关节臂、平衡机构和动力机构；
4、所述固定座具有侧面开口的容纳空间；
5、所述关节臂由所述侧面开口通过关节滑座滑动连接于所述固定座；
6、所述平衡机构包括恒力组件
7、所述动力机构安装于所述固定座并与所述关节滑座传动连接，用于驱动所述关节滑座沿竖向运动，以补偿所述关节臂上负载的剩余重力。
8、进一步的，所述恒力组件包括卷筒和恒力弹簧，所述卷筒枢接于所述关节滑座，所述恒力弹簧的一端耦连至所述卷筒，另一端由所述上卷帘组件的内侧向上延伸并固定连接于所述容纳空间的顶部。
9、进一步的，所述关节滑座上设有恒力支架；
10、所述恒力组件设置为多组，多组所述恒力组件对应的多个所述卷筒沿竖向间隔枢接于所述恒力支架，且对应的多个恒力弹簧向上延伸的部分层叠布置并固定连接于同一位置。
11、本实施例提供一种被动臂，包括：相连接的连杆和移动关节，所述连杆用于与支撑臂连接，所述移动关节包括固定座、关节臂、平衡机构和动力机构；
12、所述固定座具有侧面开口的容纳空间；
13、所述关节臂由所述侧面开口通过关节滑座滑动连接于所述固定座；
14、所述平衡机构包括上卷帘组件和下卷帘组件；所述上卷帘组件和所述下卷帘组件分别安装在所述侧面开口的上、下端与所述关节滑座之间，并在与所述关节滑座联动的同时能够共同遮盖所述侧面开口；所述上卷帘组件的收缩力大于所述下卷帘组件的收缩力，用于平衡所述关节臂上负载的至少部分重力；
15、所述动力机构安装于所述固定座并与所述关节滑座传动连接，用于驱动所述关节滑座沿竖向运动，以补偿所述关节臂上负载的剩余重力。
16、进一步的，所述上卷帘组件和所述下卷帘组件均包括收放轮和耦连至所述收放轮的卷帘；
17、所述容纳空间的上下两面相向向内延伸形成轮支架，所述上卷帘组件与所述下卷帘组件两者对应的收放轮枢接于对应的所述轮支架；
18、所述上卷帘组件与所述下卷帘组件两者对应的卷帘分别通过连接支架固定连接于所述关节滑座。
19、进一步的，所述连接支架包括用于夹紧卷帘自由端的固定夹紧部和连接所述固定夹紧部的l形板架，所述l形板架的水平段与所述关节滑座的上端沿或下端沿紧密连接。
20、进一步的，所述关节滑座包括侧面敞口的围板结构；
21、所述围板结构的内部设有隔板，用于将其内部分隔为位于所述容纳空间外的第一部分和至少部分位于所述容纳空间内的第二部分；
22、所述上卷帘组件与所述下卷帘组件两者对应的卷帘通过所述连接支架分别固定连接于所述第一部分的上下端沿。
23、进一步的，所述第二部分具有凹腔，所述凹腔的相对的两内侧壁设有滑槽；
24、所述容纳空间内设有竖向设置的两组滑轨，两组所述滑轨与对应的所述滑槽滑动配合。
25、进一步的，所述动力机构包括驱动件、丝杠和螺母；
26、所述驱动件与所述丝杠传动连接，所述螺母与所述丝杠螺纹连接，并能够沿所述丝杠的轴向移动；
27、所述凹腔内设有固定卡套，所述固定卡套凸出于所述隔板的一侧，并通过所述固定卡套的卡口固定套设于所述螺母的外周侧。
28、进一步的，所述关节滑座的相对的两外侧壁均设有竖向卡槽；
29、所述侧面开口的相对的两侧边沿插设于所述竖向卡槽，且两者能够相对滑动。
30、进一步的，所述第一部分的上端盖设有上盖；
31、所述上盖的顶面高出所述第二部分的上端沿，以遮挡所述上卷帘组件对应的卷帘与所述第二部分的上端沿之间的间隙。
32、本专利技术还提供一种从手操作臂，包括如上所述的被动臂。
33、本专利技术还提供一种患者操作台，包括如上所述的从手操作臂。
34、本专利技术还提供一种如上所述的患者操作台的移动控制方法，通过电机驱动所述关节臂沿竖直方向运动，所述主动臂的末端设置力传感器，所述移动控制方法包括：
35、获取从手操作臂基坐标系下沿竖直方向上的外力；
36、判断所述外力是否为有效外力；
37、如果是，基于阻抗控制模型，通过对位置计算公式中的δt进行优化，以计算所述电机的目标位置和目标速度；
38、根据所述目标位置和目标速度，控制所述电机执行运动指令。
39、进一步的，获取所述外力的步骤具体包括：
40、获取主动臂末端受到的作用力fs；
41、将主动臂末端受到的作用力fs变换为从手操作臂基坐标系下的作用力fo；
42、并计算所述作用力fo在所述基坐标系下沿竖直方向上的分力fz，以得到所述外力。
43、进一步的，所述位置计算公式为：
44、
45、其中，xi+1为i+1时刻的位置，xi为i时刻的位置，为i时刻的速度，m为阻抗质量，b为阻抗阻尼，f为外力，kd、kp为对同一δt进行优化后的不同参数值。
46、进一步的，在获取所述目标位置之后还包括构建位置约束的步骤：
47、根据所述关节臂的最高位置限制与最低位置限制，修正所述目标位置。
48、进一步的，还包括构建速度约束的步骤：
49、基于阻抗控制模型，计算所述电机的速度；
50、如果所述电机的速度超过电本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种被动臂，其特征在于，包括：相连接的连杆(100)和移动关节(200)，所述连杆(100)用于与支撑臂(20)连接，所述移动关节(200)包括固定座(210)、关节臂(220)、平衡机构和动力机构；
2.根据权利要求1所述的被动臂，其特征在于，所述恒力组件(230)包括卷筒(231)和恒力弹簧(232)；
3.根据权利要求2所述的被动臂，其特征在于，所述关节滑座(221)上设有恒力支架(233)；
4.一种被动臂，其特征在于，包括：相连接的连杆(100)和移动关节(200)，所述连杆(100)用于与支撑臂(20)连接，所述移动关节(200)包括固定座(210)、关节臂(220)、平衡机构和动力机构；
5.根据权利要求1或4所述的被动臂，其特征在于，所述上卷帘组件(240)和所述下卷帘组件(250)均包括收放轮和耦连至所述收放轮的卷帘；
6.根据权利要求5所述的被动臂，其特征在于，所述连接支架包括用于夹紧卷帘自由端的固定夹紧部和连接所述固定夹紧部的L形板架(400)；
7.根据权利要求1或4所述的被动臂，
8.根据权利要求7所述的被动臂，其特征在于，所述第二部分(2213)具有凹腔，所述凹腔的相对的两内侧壁设有滑槽(2214)；
9.根据权利要求8所述的被动臂，其特征在于，所述动力机构包括驱动件、丝杠(320)和螺母(330)；
10.根据权利要求8所述的被动臂，其特征在于，所述关节滑座(221)的相对的两外侧壁均设有竖向卡槽(2216)；
11.根据权利要求7所述的被动臂，其特征在于，所述第一部分(2212)的上端盖设有上盖(2217)；
12.一种从手操作臂，其特征在于，包括：主动臂和权利要求1-11任一项所述的被动臂。
13.一种患者操作台，其特征在于，包括：底座、支撑柱和权利要求12所述的从手操作臂；
14.一种如权利要求13所述的患者操作台的移动控制方法，通过电机(310)驱动所述关节臂(220)沿竖直方向运动，所述主动臂的末端设置力传感器，其特征在于，所述移动控制方法包括：
15.根据权利要求14所述的移动控制方法，其特征在于，获取所述外力的步骤具体包括：
16.根据权利要求14所述的移动控制方法，其特征在于，所述位置计算公式为：
17.根据权利要求14所述的移动控制方法，其特征在于，在获取所述目标位置之后还包括构建位置约束的步骤：
18.根据权利要求14所述的移动控制方法，其特征在于，还包括构建速度约束的步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种被动臂，其特征在于，包括：相连接的连杆(100)和移动关节(200)，所述连杆(100)用于与支撑臂(20)连接，所述移动关节(200)包括固定座(210)、关节臂(220)、平衡机构和动力机构；
2.根据权利要求1所述的被动臂，其特征在于，所述恒力组件(230)包括卷筒(231)和恒力弹簧(232)；
3.根据权利要求2所述的被动臂，其特征在于，所述关节滑座(221)上设有恒力支架(233)；
4.一种被动臂，其特征在于，包括：相连接的连杆(100)和移动关节(200)，所述连杆(100)用于与支撑臂(20)连接，所述移动关节(200)包括固定座(210)、关节臂(220)、平衡机构和动力机构；
5.根据权利要求1或4所述的被动臂，其特征在于，所述上卷帘组件(240)和所述下卷帘组件(250)均包括收放轮和耦连至所述收放轮的卷帘；
6.根据权利要求5所述的被动臂，其特征在于，所述连接支架包括用于夹紧卷帘自由端的固定夹紧部和连接所述固定夹紧部的l形板架(400)；
7.根据权利要求1或4所述的被动臂，其特征在于，所述关节滑座(221)包括侧面敞口的围板结构；
8.根据权利要求7所述的被动臂，其特征在于，所述第二部分(2213)具有凹腔，所述凹腔的相对的两内...
【专利技术属性】
技术研发人员：孔康，李建民，王炳强，王树新，董罡，刘雪莹，
申请(专利权)人：山东威高手术机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：
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