一种带有重力补偿装置的内窥镜手术机器人

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种带有重力补偿装置的内窥镜手术机器人。

背景技术

手术机器人作为一种医疗机械，广泛应用于微创手术中。手术机器人有助于减轻微创手术过程中医生与护士的劳动强度，避免医生操作时手部的抖动对微创手术的安全带来影响。如果没有重力补偿装置，手术机器人的控制精度和运动精度会在重力的影响下降低。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种带有重力补偿装置的内窥镜手术机器人。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。

一种带有重力补偿装置的内窥镜手术机器人，包括：电机基座（1），包括电机基座安装板（101），俯仰电机（102），翻滚电机（103），第一同步带轮（104），同步带轮轴（105），翻滚臂平衡轮导线板（106），翻滚臂平衡轮（107），同步带轮轴支撑板（108）；翻滚装置（2），包括第一翻滚臂轴承（201），俯仰臂平衡轮导线板（202），翻滚装置框架（203），第一俯仰臂轴轴承（204），第一俯仰臂轴（205），俯仰臂平衡轮（206），第一锥齿轮（207），第二锥齿轮（208），第二锥齿轮轴（209），第二同步带轮（210），联轴器（211），第二俯仰臂轴（212），第二翻滚臂轴承（213）；平行四边形机构（3），包括第一连杆（301），连杆轴承（302），第二连杆（303），第一销轴（304），第三连杆（305），第二销轴（306），第四连杆（307）；同步带（4）；直线移动装置（5），包括直线导轨框架（501），引导杆（502），直线导轨（503），内窥镜（504），滑块（505），丝杠电机（506）；机座（6），包括万向轮（601），第一安装板（602），第二安装板（603），机座框架（604），第三安装板（605）；第一牵引绳（7）；重力补偿装置（8），包括重力补偿装置丝杠电机（801），弹簧固定板（802），弹簧（803），弹簧活动板（804）；第二牵引绳（9）。

进一步的改进，所述电机基座（1）安装于所述机座（6）上，所述翻滚装置（2）安装于所述电机基座（1）上，所述平行四边形机构（3）安装于所述翻滚装置（2）上，所述第二同步带轮（210）与所述第一同步带轮（104）通过所述同步带（4）连接，所述直线移动装置（5）安装于所述平行四边形机构（3）上，一对所述弹簧活动板（804）与所述俯仰臂平衡轮（206）及所述翻滚臂平衡轮（107）间通过所述第一牵引绳（7）与所述第二牵引绳（9）连接，所述重力补偿装置（8）安装于所述第二安装板（603）上，所述第二俯仰臂轴（212）与所述第四连杆（307）固接，所述第一俯仰臂轴（205）与所述第三连杆（305）固接。

进一步的改进，所述电机基座安装板（101）固接于所述第三安装板（605）上，所述俯仰电机（102）与所述电机基座安装板（101）通过螺栓连接，所述翻滚电机（103）与所述电机基座安装板（101）通过螺栓连接，所述第一同步带轮（104）固接于所述同步带轮轴（105）上，所述同步带轮轴（105）与所述翻滚电机（103）输出轴端固接，所述同步带轮轴（105）与所述同步带轮轴支撑板（108）通过轴承连接，所述翻滚臂平衡轮导线板（106）安装于所述电机基座安装板（101）上，所述翻滚臂平衡轮（107）与所述同步带轮轴（105）固接，所述同步带轮轴支撑板（108）安装于所述电机基座安装板（101）上。

进一步的改进，所述第一翻滚臂轴承（201）安装于所述翻滚装置框架（203）上，所述俯仰臂平衡轮导线板（202）安装于所述翻滚装置框架（203）中，所述翻滚装置框架（203）与所述第一俯仰臂轴（205）、所述第二俯仰臂轴（212）通过所述第一俯仰臂轴轴承（204）连接，所述俯仰臂平衡轮（206）固接于所述第一俯仰臂轴（205）上，所述第一锥齿轮（207）固接于所述第二俯仰臂轴（212）上，所述第二锥齿轮（208）安装于所述第二锥齿轮轴（209）上，所述第二同步带轮（210）与所述翻滚装置框架（203）固接，所述俯仰电机（102）与所述第二锥齿轮轴（209）通过所述联轴器（211）连接。

进一步的改进，所述第一连杆（301）与所述第三连杆（305）通过所述第一销轴（304）铰接，所述第一连杆（301）与所述第四连杆（307）通过所述第二销轴（306）铰接。

进一步的改进，所述直线导轨框架（501）与所述第一连杆（301）、所述第二连杆（303）铰接，所述引导杆（502）固接于所述直线导轨（503）上，所述直线导轨（503）固接于所述直线导轨框架（501）上，所述内窥镜（504）与所述滑块（505）固接，所述滑块（505）可沿所述丝杠电机（506）的丝杠轴线方向滑动，所述丝杠电机（506）通过螺栓连接于所述直线导轨（503）上。

进一步的改进，所述万向轮（601）通过螺栓安装于所述第一安装板（602）上，所述第一安装板（602）、所述第二安装板（603）、所述第三安装板（605）均固接于所述机座框架（604）上。

进一步的改进，所述重力补偿装置丝杠电机（801）通过螺栓连接于所述第二安装板（603）上，所述弹簧固定板（802）安装于所述重力补偿装置丝杠电机（801）上，所述弹簧固定板（802）与所述弹簧活动板（804）通过所述弹簧（803）连接，所述弹簧活动板（804）可沿所述重力补偿装置丝杠电机（801）的丝杠轴线方向滑动。

进一步的改进，所述重力补偿装置（8）有两套，沿中轴线对称分布，所述万向轮（601）有四个，于所述第一安装板（602）上均布，所述弹簧（803）有四个，在所述弹簧固定板（802）与所述弹簧活动板（804）间均布，所述第一连杆（301）、所述第二连杆（303）、所述第三连杆（305）、所述第四连杆（307）通过所述连杆轴承（302）连接。

进一步的改进，所述第一牵引绳（7）、所述第二牵引绳（9）与所述俯仰臂平衡轮（206）、所述翻滚臂平衡轮（107）的连接位置为轮边缘。

本发明的有益效果。

本发明通过对关节进行重力补偿，解决了机械臂处在不同姿态时，因重力影响而降低机械臂运动精度的问题。

本发明通过将电机安装在机械臂外部，降低电机转动时所需要的电机力矩。

本发明通过重力补偿装置，避免当电机失效时，机械臂因重力而发生转动的问题，从而提高人机交互的安全性。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明电机基座结构示意图。

图3为本发明翻滚装置结构示意图。

图4为本发明平行四边形机构结构示意图。

图5为本发明直线移动装置结构示意图。

图6为本发明机座结构示意图。

图7为本发明重力补偿装置结构示意图。

其中，1-电机基座，101-电机基座安装板，102-俯仰电机，103-翻滚电机，104-第一同步带轮，105-同步带轮轴，106-翻滚臂平衡轮导线板，107-翻滚臂平衡轮，108-同步带轮轴支撑板，2-翻滚装置，201-第一翻滚臂轴承，202-俯仰臂平衡轮导线板，203-翻滚装置框架，204-第一俯仰臂轴轴承，205-第一俯仰臂轴，206-俯仰臂平衡轮，207-第一锥齿轮，208-第二锥齿轮，209-第二锥齿轮轴，210-第二同步带轮，211-联轴器，212-第二俯仰臂轴，213-第二翻滚臂轴承，3-平行四边形机构，301-第一连杆，302-连杆轴承，303-第二连杆，304-第一销轴，305-第三连杆，306-第二销轴，307-第四连杆，4-同步带， 5-直线移动装置，501-直线导轨框架，502-引导杆，503-直线导轨，504-内窥镜，505-滑块，506-丝杠电机，6-机座，601-万向轮，602-第一安装板，603-第二安装板，604-机座框架，605-第三安装板，7-第一牵引绳，8-重力补偿装置，801-重力补偿装置丝杠电机，802-弹簧固定板，803-弹簧，804-弹簧活动板，9-第二牵引绳。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1。

本发明是一种带有重力补偿装置的内窥镜手术机器人，包括：电机基座，包括电机基座安装板，俯仰电机，翻滚电机，第一同步带轮，同步带轮轴，翻滚臂平衡轮导线板，翻滚臂平衡轮，同步带轮轴支撑板；翻滚装置，包括第一翻滚臂轴承，俯仰臂平衡轮导线板，翻滚装置框架，第一俯仰臂轴轴承，第一俯仰臂轴，俯仰臂平衡轮，第一锥齿轮，第二锥齿轮，第二锥齿轮轴，第二同步带轮，联轴器，第二俯仰臂轴，第二翻滚臂轴承；平行四边形机构，包括第一连杆，连杆轴承，第二连杆，第一销轴，第三连杆，第二销轴，第四连杆；同步带；直线移动装置，包括直线导轨框架，引导杆，直线导轨，内窥镜，滑块，丝杠电机；机座，包括万向轮，第一安装板，第二安装板，机座框架，第三安装板；第一牵引绳；重力补偿装置，包括重力补偿装置丝杠电机，弹簧固定板，弹簧，弹簧活动板；第二牵引绳。

在本实施例中，所述电机基座安装于所述机座上，所述翻滚装置安装于所述电机基座上，所述平行四边形机构安装于所述翻滚装置上，所述第二同步带轮与所述第一同步带轮通过所述同步带连接，所述直线移动装置安装于所述平行四边形机构上，一对所述弹簧活动板与所述俯仰臂平衡轮及所述翻滚臂平衡轮间通过所述第一牵引绳与所述第二牵引绳连接，所述重力补偿装置安装于所述第二安装板上，所述第二俯仰臂轴与所述第四连杆固接，所述第一俯仰臂轴与所述第三连杆固接。

在本实施例中，所述电机基座安装板固接于所述第三安装板上，所述俯仰电机与所述电机基座安装板通过螺栓连接，所述翻滚电机与所述电机基座安装板通过螺栓连接，所述第一同步带轮固接于所述同步带轮轴上，所述同步带轮轴与所述翻滚电机输出轴端固接，所述同步带轮轴与所述同步带轮轴支撑板通过轴承连接，所述翻滚臂平衡轮导线板安装于所述电机基座安装板上，所述翻滚臂平衡轮与所述同步带轮轴固接，所述同步带轮轴支撑板安装于所述电机基座安装板上。

在本实施例中，所述第一翻滚臂轴承安装于所述翻滚装置框架上，所述俯仰臂平衡轮导线板安装于所述翻滚装置框架中，所述翻滚装置框架与所述第一俯仰臂轴、所述第二俯仰臂轴通过所述第一俯仰臂轴轴承连接，所述俯仰臂平衡轮固接于所述第一俯仰臂轴上，所述第一锥齿轮固接于所述第二俯仰臂轴上，所述第二锥齿轮安装于所述第二锥齿轮轴上，所述第二同步带轮与所述翻滚装置框架固接，所述俯仰电机与所述第二锥齿轮轴通过所述联轴器连接。

在本实施例中，所述第一连杆与所述第三连杆通过所述第一销轴铰接，所述第一连杆与所述第四连杆通过所述第二销轴铰接。

在本实施例中，所述直线导轨框架与所述第一连杆、所述第二连杆铰接，所述引导杆固接于所述直线导轨上，所述直线导轨固接于所述直线导轨框架上，所述内窥镜与所述滑块固接，所述滑块可沿所述丝杠电机的丝杠轴线方向滑动，所述丝杠电机通过螺栓连接于所述直线导轨上。

在本实施例中，所述万向轮通过螺栓安装于所述第一安装板上，所述第一安装板、所述第二安装板、所述第三安装板均固接于所述机座框架上。

在本实施例中，所述重力补偿装置丝杠电机通过螺栓连接于所述第二安装板上，所述弹簧固定板安装于所述重力补偿装置丝杠电机上，所述弹簧固定板与所述弹簧活动板通过所述弹簧连接，所述弹簧活动板可沿所述重力补偿装置丝杠电机的丝杠轴线方向滑动。

在本实施例中，所述重力补偿装置有两套，沿中轴线对称分布，所述万向轮有四个，于所述第一安装板上均布，所述弹簧有四个，在所述弹簧固定板与所述弹簧活动板间均布，所述第一连杆、所述第二连杆、所述第三连杆、所述第四连杆通过所述连杆轴承连接。

在本实施例中，所述第一牵引绳、所述第二牵引绳与所述俯仰臂平衡轮、所述翻滚臂平衡轮的连接位置为轮边缘。

使用时，所述翻滚电机转动，带动所述同步带轮轴转动，从而使得所述第一同步带轮及所述翻滚臂平衡轮同步转动，所述第一同步带轮经由所述同步带带动所述第二同步带轮发生转动，带动固接于所述第二同步带轮上的所述翻滚装置框架转动。

使用时，所述俯仰电机转动，通过所述联轴器带动所述第二锥齿轮轴转动，从而带动安装于所述第二锥齿轮轴上的所述第二锥齿轮发生转动，由于所述第一锥齿轮与所述第二锥齿轮啮合，从而所述第一锥齿轮转动，使得所述第二俯仰臂轴转动，使得所述第四连杆发生转动，带动所述第一连杆、所述第二连杆、所述第三连杆转动，使得所述直线移动装置转动。

使用时，所述重力补偿装置丝杠电机转动，使得所述弹簧固定板沿电机轴线方向移动，使得所述弹簧发生变形。

使用时，所述翻滚臂平衡轮及所述俯仰臂平衡轮转动，带动所述第一牵引绳、所述第二牵引绳移动，继而带动所述弹簧活动板在沿所述重力补偿装置丝杠电机的丝杠轴线方向滑动。

使用时，所述丝杠电机转动，带动所述滑块沿丝杠轴线方向移动，从而使得内窥镜发生移动。

本发明的重力补偿原理为：本发明通过控制重力补偿装置丝杠电机，使得所述弹簧固定板沿电机轴线方向移动，使得所述弹簧发生变形，同时，所述翻滚臂平衡轮及所述俯仰臂平衡轮转动，带动所述第一牵引绳、所述第二牵引绳移动，继而带动所述弹簧活动板在沿所述重力补偿装置丝杠电机的丝杠轴线方向滑动，通过计算机构的实时位姿变化，得到重力补偿装置需要的的补偿力矩，通过改变丝杠滑块的位置，控制弹簧的拉伸长度，实现机构的重力补偿。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本发明未尽事宜为公知技术。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。