手術(shù)機(jī)器人及其機(jī)械臂的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種手術(shù)機(jī)器人及機(jī)械臂；機(jī)械臂包括豎直移動關(guān)節(jié)、重力平衡機(jī)構(gòu)和第一傳動機(jī)構(gòu)，豎直移動關(guān)節(jié)具有連接器以驅(qū)動外部構(gòu)件沿豎直方向移動，重力平衡機(jī)構(gòu)通過第一傳動機(jī)構(gòu)與連接器連接，以配平連接器和外部構(gòu)件；重力平衡機(jī)構(gòu)包括配平結(jié)構(gòu)和第一柔性體，第一傳動機(jī)構(gòu)包括比例輪和第二柔性體，比例輪包括內(nèi)輪和外輪；第一柔性體分別與配平結(jié)構(gòu)和內(nèi)輪連接，第二柔性體之第一本體圍繞并部分固連外輪，第一本體的兩端分別與第二柔性體之第一、二延伸部連接，第一本體圍繞外輪的方向與第一柔性體連接內(nèi)輪的方向相反，第一、二延伸部的另一端分別與連接器的上、下部連接，第一、二延伸部被配置為當(dāng)連接器移動時，位移變化量相等。
【專利說明】
手術(shù)機(jī)器人及其機(jī)械臂
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及醫(yī)療器械技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于進(jìn)行微創(chuàng)傷手術(shù)的醫(yī)療機(jī)械臂以及手術(shù)機(jī)器人。
【背景技術(shù)】
[0002]手術(shù)機(jī)器人作為醫(yī)療領(lǐng)域的一個新型發(fā)展方向，受到了越來越多的重視，因而，對其的研究也顯得越發(fā)的重要。
[0003]—般，醫(yī)療手術(shù)機(jī)器人需要在滿足手術(shù)所需功能的前提下，盡可能的一體化、輕便化、智能化，這主要體現(xiàn)在手術(shù)機(jī)器人的各個關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)上。其中，機(jī)械臂作為手術(shù)機(jī)器人的一個重要結(jié)構(gòu)，對手術(shù)機(jī)器人的硬件性能、手術(shù)效果等起到了至關(guān)重要的作用。在手術(shù)過程中或手術(shù)前后，機(jī)械臂主要用于對手術(shù)的執(zhí)行端進(jìn)行位置調(diào)整，其操作的簡便性、以及功能的齊全性等，是現(xiàn)階段機(jī)械臂的設(shè)計的主要方向。
[0004]具體而言，現(xiàn)有的手術(shù)機(jī)器人是通過平面運(yùn)動來實現(xiàn)空間運(yùn)動，故平面運(yùn)動是機(jī)械臂運(yùn)動的基礎(chǔ)。機(jī)械臂，若具有良好的平面運(yùn)動，其不僅可以很好地完成空間運(yùn)動任務(wù)，同時還能簡化針對機(jī)械臂的控制算法。
[0005]但是，目前機(jī)醫(yī)療手術(shù)機(jī)器人上使用的機(jī)械臂還存在著諸多問題:
[0006]第一、現(xiàn)有的機(jī)械臂通常采用連桿或者齒輪作為傳動機(jī)構(gòu)，以實現(xiàn)平面運(yùn)動控制，此較大增加了機(jī)械臂的尺寸;而且，由連桿或齒輪構(gòu)成的傳動機(jī)構(gòu)，雖然可以提升傳動機(jī)構(gòu)的剛度，但是由于傳動鏈復(fù)雜，因而，容易出現(xiàn)安裝或者加工上的問題，從而影響機(jī)械臂的f生會K;
[0007]第二、現(xiàn)有的機(jī)械臂往往采用多個傳動機(jī)構(gòu)實現(xiàn)平面運(yùn)動控制，增加了機(jī)械臂的總體質(zhì)量，既不便于使用，而且與輕量化發(fā)展要求不符；
[0008]第三、由于機(jī)械臂僅需要在平面內(nèi)實現(xiàn)X軸、y軸和z軸方向的移動，因此，一般僅需通過對應(yīng)的移動關(guān)節(jié)實現(xiàn)平面內(nèi)的運(yùn)動即可;然而，現(xiàn)有的機(jī)械臂會通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)實現(xiàn)平面內(nèi)的運(yùn)動，造成了運(yùn)動關(guān)節(jié)的相互交錯，不僅運(yùn)動復(fù)雜、而且控制難度大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的在于提供一種手術(shù)機(jī)器及其機(jī)械臂，以解決現(xiàn)有的機(jī)械臂之傳動機(jī)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)量大，以及機(jī)械臂之關(guān)節(jié)運(yùn)動復(fù)雜、控制難度高等問題中的一個或者多個問題。
[0010]為實現(xiàn)上述目的以及其它相關(guān)目的，本發(fā)明提供了一種機(jī)械臂，包括具有一連接器的豎直移動關(guān)節(jié)，所述豎直移動關(guān)節(jié)用以驅(qū)動與所述連接器連接的外部構(gòu)件沿豎直方向移動，其中:所述機(jī)械臂還包括重力平衡機(jī)構(gòu)以及第一傳動機(jī)構(gòu)，所述重力平衡機(jī)構(gòu)通過第一傳動機(jī)構(gòu)與所述連接器連接，以配平所述連接器和外部構(gòu)件的重力；
[0011]其中，所述重力平衡機(jī)構(gòu)包括配平結(jié)構(gòu)以及第一柔性體，所述第一傳動機(jī)構(gòu)包括比例輪以及第二柔性體，所述比例輪包括同軸安裝且同步轉(zhuǎn)動的內(nèi)輪和外輪；
[0012]所述第一柔性體的一端與所述配平結(jié)構(gòu)連接，所述第一柔性體的另一端與所述比例輪的內(nèi)輪連接，所述第二柔性體包括第一本體、第一延伸部和第二延伸部，所述第一本體包括第一端和第二端，所述第一本體圍繞并部分固連所述外輪的外圍，所述第一本體的第一端圍繞所述外輪的方向與第一柔性體圍繞所述內(nèi)輪的方向相反，所述第一本體的第一端延伸與第一延伸部的一端連接，所述第一本體的第二端延伸與第二延伸部的一端連接，所述第一延伸部的另一端與所述連接器的上部連接，所述第二延伸部的另一端與所述連接器的下部連接，且所述第一延伸部和第二延伸部被配置為當(dāng)連接器移動時，所述第一延伸部和第二延伸部的位移變化量相等。
[0013]優(yōu)選地，所述配平結(jié)構(gòu)為一恒力彈簧，所述恒力彈簧用以對所述比例輪施加恒定的力矩。
[0014]優(yōu)選地，所述重力平衡機(jī)構(gòu)還包括一第一轉(zhuǎn)向輪，所述第一轉(zhuǎn)向輪設(shè)置于所述比例輪的一側(cè);與所述恒力彈簧連接后，所述第一柔性體延伸經(jīng)過所述第一轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向后與所述內(nèi)輪連接。
[0015]優(yōu)選地，所述第一柔性體位于所述恒力彈簧與第一轉(zhuǎn)向輪之間的部分沿水平方向延伸，所述第一柔性體位于第一轉(zhuǎn)向輪與所述內(nèi)輪之間的部分垂直于水平方向延伸。
[0016]優(yōu)選地，所述重力平衡機(jī)構(gòu)還包括水平放置的滑動槽以及滑動布置在滑動槽中的彈簧接頭;所述第一柔性體通過所述彈簧接頭與所述恒力彈簧連接;其中，所述滑動槽用以限定所述第一柔性體位于所述恒力彈簧與第一轉(zhuǎn)向輪之間的部分僅沿水平方向運(yùn)動。
[0017]優(yōu)選地，所述第一傳動機(jī)構(gòu)還包括第二轉(zhuǎn)向輪、第三轉(zhuǎn)向輪、第四轉(zhuǎn)向輪和第五轉(zhuǎn)向輪；
[0018]其中，所述第三轉(zhuǎn)向輪位于所述比例輪遠(yuǎn)端，所述第二轉(zhuǎn)向輪位于第三轉(zhuǎn)向輪的上側(cè)，所述第四轉(zhuǎn)向輪位于第二轉(zhuǎn)向輪的遠(yuǎn)端上側(cè)，所述第五轉(zhuǎn)向輪位于第三轉(zhuǎn)向輪的遠(yuǎn)端下側(cè)；
[0019]所述第一延伸部與第一本體的第一端連接，并延伸通過第二轉(zhuǎn)向輪和第四轉(zhuǎn)向輪，然后與所述連接器的上部連接，所述第二延伸部與第一本體的第二端連接，并延伸通過第三轉(zhuǎn)向輪和第五轉(zhuǎn)向輪，然后與所述連接器的下部連接，所述第一延伸部延伸通過第二轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向后的延伸方向與第二延伸部延伸通過第三轉(zhuǎn)向輪后的延伸方向相背離，所述第一延伸部延伸通過第四轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向后的延伸方向與第二延伸部延伸通過第五轉(zhuǎn)向輪后的延伸方向相向；
[0020]并且，位于第四轉(zhuǎn)向輪與連接器之間的第二柔性體與位于第五轉(zhuǎn)向輪與連接器部分的第二柔性體共線或相互平行，位于第四轉(zhuǎn)向輪與第二轉(zhuǎn)向輪之間的第二柔性體與位于第五轉(zhuǎn)向輪與第三轉(zhuǎn)向輪之間的第二柔性體共線或相互平行，位于第四轉(zhuǎn)向輪與連接器之間的第二柔性體與位于第四轉(zhuǎn)向輪與第二轉(zhuǎn)向輪之間的第二柔性體相互平行。
[0021]優(yōu)選地，所述第一傳動機(jī)構(gòu)還包括位于第二轉(zhuǎn)向輪近端的第一轉(zhuǎn)向輪組，所述第一轉(zhuǎn)向輪組包括第六轉(zhuǎn)向輪和第七轉(zhuǎn)向輪，所述第六轉(zhuǎn)向輪和第七轉(zhuǎn)向輪同軸布置且各自轉(zhuǎn)動；
[0022]所述第一延伸部與所述第一本體的第一端連接，并延伸通過第一轉(zhuǎn)向輪組中的一轉(zhuǎn)向輪后，再延伸通過第二轉(zhuǎn)向輪和第四轉(zhuǎn)向輪，然后與連接器的上部連接，所述第二延伸部與所述第一本體的第二端連接，并延伸通過第一轉(zhuǎn)向輪組中的另一轉(zhuǎn)向輪后，再延伸通過第三轉(zhuǎn)向輪和第五轉(zhuǎn)向輪，然后與連接器的下部連接。
[0023]優(yōu)選地，所述第一傳動機(jī)構(gòu)還包括第二轉(zhuǎn)向輪組和第三轉(zhuǎn)向輪組，所述第二轉(zhuǎn)向輪組包括第八轉(zhuǎn)向輪和第九轉(zhuǎn)向輪，所述第八轉(zhuǎn)向輪和第九轉(zhuǎn)向輪同軸布置且各自轉(zhuǎn)動，所述第三轉(zhuǎn)向輪組包括第十轉(zhuǎn)向輪和第十一轉(zhuǎn)向輪，所述第十轉(zhuǎn)向輪和第十一轉(zhuǎn)向輪同軸布置且各自轉(zhuǎn)動；
[0024]其中，所述第二轉(zhuǎn)向輪組和第三轉(zhuǎn)向輪組位于第二轉(zhuǎn)向輪的近端，且所述第二轉(zhuǎn)向輪組位于第三轉(zhuǎn)向輪組的上側(cè);所述第一延伸部連接第一本體的第一端后延伸通過第二轉(zhuǎn)向輪組和第三轉(zhuǎn)向輪組中的一轉(zhuǎn)向輪，再延伸通過第二轉(zhuǎn)向輪和第四轉(zhuǎn)向輪與連接器的上部連接，所述第二延伸部連接第一本體的第二端后延伸通過第二轉(zhuǎn)向輪組和第三轉(zhuǎn)向輪組中的另一轉(zhuǎn)向輪，再延伸通過第三轉(zhuǎn)向輪和第五轉(zhuǎn)向輪與連接器的下部連接。
[0025]優(yōu)選地，所述機(jī)械臂還包括一水平移動關(guān)節(jié)，所述水平移動關(guān)節(jié)通過一連接臂與豎直移動關(guān)節(jié)連接，用以驅(qū)動與所述連接器連接沿水平方向移動；
[0026]其中，所述連接臂具有一內(nèi)腔，所述重力平衡機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述內(nèi)腔中，并且，所述第一傳動機(jī)構(gòu)中的比例輪也設(shè)置于所述內(nèi)腔中。
[0027]優(yōu)選地，所述機(jī)械臂還包括一水平移動關(guān)節(jié)，所述水平移動關(guān)節(jié)通過一連接臂與豎直移動關(guān)節(jié)連接，用以驅(qū)動與所述連接器連接的所述外部構(gòu)沿水平方向移動；
[0028]其中，所述連接臂具有一內(nèi)腔，所述重力平衡機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述內(nèi)腔中，所述第一傳動機(jī)構(gòu)中的比例輪也設(shè)置于所述內(nèi)腔中，并且，所述第二轉(zhuǎn)向輪、第三轉(zhuǎn)向輪、第四轉(zhuǎn)向輪和第五轉(zhuǎn)向輪均設(shè)置于所述豎直移動關(guān)節(jié)上。
[0029]優(yōu)選地，所述機(jī)械臂還包括旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和連接件，所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)包括外筒和轉(zhuǎn)軸，所述外筒與連接臂連接，所述轉(zhuǎn)軸與連接件連接，所述連接件與豎直移動關(guān)節(jié)連接，所述第二轉(zhuǎn)向輪組置于外筒內(nèi)，所述第三轉(zhuǎn)向輪組置于連接件內(nèi)，且位于所述第二轉(zhuǎn)向輪組與第三轉(zhuǎn)向輪組之間的第二柔性體延伸方向與旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線共線。
[0030]優(yōu)選地，所述第一傳動機(jī)構(gòu)還包括第一制動輪，從所述外輪的外圍延伸出的第一本體之第一端圍繞所述第一制動輪，然后與第一延伸部連接，且所述第一端圍繞第一制動輪的方向與第一端圍繞所述外輪外圍的方向相反。
[0031]優(yōu)選地，所述機(jī)械臂還包括一水平移動關(guān)節(jié)，所述水平移動關(guān)節(jié)與豎直移動關(guān)節(jié)連接;除所述連接器外，所述豎直移動關(guān)節(jié)還包括底板以及固設(shè)于所述底板上的豎直導(dǎo)軌；所述底板之背面連接所述水平移動關(guān)節(jié)，所述豎直導(dǎo)軌固設(shè)于所述底板之正面上，所述連接器滑動設(shè)置于所述豎直導(dǎo)軌上。
[0032]優(yōu)選地，所述機(jī)械臂還包括與所述豎直移動關(guān)節(jié)連接的水平移動關(guān)節(jié)，所述水平移動關(guān)節(jié)用以沿水平方向，以驅(qū)動與所述連接器連接的所述外部構(gòu)件沿沿水平方向運(yùn)動。
[0033]優(yōu)選地，所述水平移動關(guān)節(jié)包括N個上下堆疊的水平移動模塊;第一個水平移動模塊用以連接一外部固定架，其余水平移動模塊用以沿水平方向運(yùn)動;第m個水平移動模塊滑動連接第m-Ι個水平移動模塊，第N個水平移動模塊連接所述豎直移動關(guān)節(jié)，其中，N為大于或等于2的自然數(shù)，!11為2至N中的所有自然數(shù)。
[0034]優(yōu)選地，每個水平移動模塊均包括一個底塊，而且，第m-Ι個水平移動模塊還包括固設(shè)于其底塊上的水平導(dǎo)軌以及滑動設(shè)置于所述水平導(dǎo)軌上的滑塊;第m-Ι個水平移動模塊之滑塊與第m個水平移動模塊之底塊連接。
[0035]優(yōu)選地，所述機(jī)械臂還包括一第二傳動機(jī)構(gòu)，所述第二傳動機(jī)構(gòu)包括第二制動輪和第三柔性體;所述第二制動輪設(shè)置于第N個水平移動模塊上；
[0036]所述第三柔性體包括第二本體、第三延伸部以及第四延伸部;所述第二本體包括第三端和第四端，所述第二本體圍繞并部分固連所述第二制動輪;所述第二本體的第三端與第三延伸部的一端連接，所述第二本體的第四端與第四延伸部的一端連接;所述第三延伸部的另一端與第一個水平移動模塊的一端連接，所述第四延伸部的另一端與第一個水平移動模塊的另一端連接，
[0037]所述第三延伸部和第四延伸部被配置為當(dāng)水平移動關(guān)節(jié)移動時，所述第三延伸部和第四延伸部的位移變化量相等。
[0038]優(yōu)選地，所述第二傳動機(jī)構(gòu)包括第一滑輪以及第二滑輪；
[0039]所述第三延伸部的另一端通過第二滑輪轉(zhuǎn)向后與第一個水平移動模塊的一端連接，且所述第三延伸部進(jìn)入第二滑輪的方向與離開第二滑輪的方向平行，所述第四延伸部的另一端通過第一滑輪轉(zhuǎn)向后與第一個水平移動模塊的另一端連接，所述第四延伸部進(jìn)入第一滑輪的方向與離開第一滑輪的方向平行，所述第三延伸部離開第二滑輪的方向與所述第四延伸部離開第一滑輪的方向平行或者共線。
[0040]優(yōu)選地，所述水平移動模塊的數(shù)量為兩個，并且，所述第二傳動機(jī)構(gòu)還包括兩個滑輪，分別是第三滑輪以及第四滑輪；
[0041 ]其中，所述第三滑輪、第四滑輪位于第二個水平移動模塊之第二底塊上并設(shè)置于第二制動輪的不同側(cè)，所述第一滑輪、第二滑輪位于第一個水平移動模塊之第一底塊上;所述第三延伸部與第二本體的第三端連接后延伸通過第四滑輪、第二滑輪與第一個水平移動模塊之第一底塊的一端連接;所述第四延伸部與第二本體的第四端連接后延伸通過第三滑輪、第一滑輪與第一個水平移動模塊之第一底塊的另一端連接;所述第三延伸部延伸通過第四滑輪后的延伸方向與第四延伸部延伸通過第三滑輪后的延伸方向相背離，所述第三延伸部延伸通過第二滑輪后的延伸方向與第四延伸部延伸通過第一滑輪后的延伸方向相向；
[0042]并且，位于所述第二滑輪與第四滑輪之間的第三柔性體延伸方向與位于第二滑輪與第一底塊之一端固定點(diǎn)之間的第三柔性體延伸方向平行，位于所述第一滑輪與第三滑輪之間的第三柔性體延伸方向與位于第一滑輪與第一底塊之另一端固定點(diǎn)之間的第三柔性體延伸方向平行，位于第二滑輪與第一底塊之一端固定點(diǎn)之間的第三柔性體延伸方向與位于第一滑輪與第一底塊之另一端固定點(diǎn)之間的第三柔性體延伸方向平行或共線。
[0043]優(yōu)選地，所述水平移動模塊的數(shù)量為三個，并且，所述第二傳動機(jī)構(gòu)還包括四個滑輪，分別是第三滑輪、第四滑輪、第五滑輪以及第六滑輪；
[0044]其中，所述第三滑輪、第四滑輪位于第三個水平移動模塊之第三底塊上并設(shè)置于第二制動輪的不同側(cè)，所述第五滑輪、第六滑輪位于第二個水平移動模塊之第二底塊上并位于第二底塊的上部，所述第一滑輪和第二滑輪設(shè)置于所述第二底塊上并位于第二底塊的下部;所述第三延伸部與第二本體的第三端連接后延伸通過第四滑輪、第六滑輪和第二滑輪與第一個水平移動模塊之第一底塊的一端連接;所述第四延伸部與第二本體的第四端連接后延伸通過第三滑輪、第五滑輪和第一滑輪與第一個水平移動模塊之第一底塊的另一端連接;所述第三延伸部延伸第四滑輪后的延伸方向與第四延伸部延伸通過第三滑輪后的延伸方向相背離，所述第三延伸部延伸通過第六滑輪后的延伸方向與第四延伸部延伸通過第五滑輪后的延伸方向相向，所述第三延伸部延伸通過第二滑輪后的延伸方向與第四延伸部延伸通過第一滑輪后的延伸方向相背離；
[0045]并且，位于所述第六滑輪與第二滑輪之間的第三柔性體延伸方向與位于第二滑輪與第一底塊之一端固定點(diǎn)之間的第三柔性體延伸方向平行，位于所述第五滑輪與第一滑輪之間的第三柔性體延伸方向與位于第一滑輪與第一底塊之另一端固定點(diǎn)之間的第三柔性體延伸方向平行，位于第二滑輪與第一底塊之一端固定點(diǎn)之間的第三柔性體延伸方向與位于第一滑輪與第一底塊之另一端固定點(diǎn)之間的第三柔性體延伸方向平行或共線。
[0046]優(yōu)選地，所述水平移動關(guān)節(jié)包括第一水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)和第二水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)；
[0047]所述第一水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)包括至少一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，所述第一水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)的兩端分別連接所述第二水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)以及一外部固定架;所述第二水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)包括至少一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，所述第二水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)的另一端與所述豎直移動關(guān)節(jié)連接，且所述第二水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)與連接器分布在所述豎直移動關(guān)節(jié)的兩側(cè)；
[0048]其中，所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線相互平行，且與所述連接器的移動方向平行。
[0049]優(yōu)選地，所述水平移動關(guān)節(jié)包括第一水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)和第二水平運(yùn)動機(jī)構(gòu);所述連接器固定連接所述第一水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)的一端，以驅(qū)動所述第一水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)移動；
[0050]所述第一水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)包括至少一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，所述第一水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)的另一端轉(zhuǎn)動連接所述外部構(gòu)件;所述第二水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)包括至少一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，所述第二水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)的兩端分別連接所述豎直移動關(guān)節(jié)以及一外部固定架，所述第二水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)與連接器分布在所述豎直移動關(guān)節(jié)的兩側(cè)；
[0051]其中，所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線相互平行，且與所述連接器的移動方向平行。
[0052]為實現(xiàn)上述目的以及其它相關(guān)目的，本發(fā)明還提供了一種手術(shù)機(jī)器人，其包括上述任意一項所述的機(jī)械臂。
[0053]綜上所述，本發(fā)明的機(jī)械臂具有一重力配平結(jié)構(gòu)以及一第一傳動機(jī)構(gòu)，且所述重力平衡機(jī)構(gòu)通過一柔性體與第一傳動機(jī)構(gòu)串聯(lián)，實現(xiàn)了對豎直移動關(guān)節(jié)上的外部構(gòu)件的重力配平，由于將重力平衡機(jī)構(gòu)與傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行了串聯(lián)，簡化了配平與傳動結(jié)構(gòu)，控制更為簡單;而且，本發(fā)明的第一傳動機(jī)構(gòu)基于柔性體對豎直移動關(guān)節(jié)上的連接器進(jìn)行運(yùn)動控制，相比于傳統(tǒng)的連桿傳動機(jī)構(gòu)，柔性傳動機(jī)構(gòu)具有質(zhì)量輕、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)，因而，本發(fā)明的機(jī)械臂重量輕、占用空間小、運(yùn)動控制結(jié)構(gòu)簡單，且可使連接器的運(yùn)動更為精準(zhǔn)可靠，進(jìn)而保證了機(jī)械臂豎直運(yùn)動的可靠性。
【附圖說明】
[0054]圖1是本發(fā)明實施例一的機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0055]圖2是本發(fā)明實施例一的豎直移動關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0056]圖3是本發(fā)明實施例一的第一柔性體、第二柔性體傳動串聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0057]圖4是本發(fā)明實施例一的機(jī)械臂的內(nèi)部視圖；
[0058]圖5是圖4所示的重力平衡機(jī)構(gòu)于連接臂中的局部放大圖；
[0059]圖6是本發(fā)明實施例一的水平移動關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0060]圖7是本發(fā)明實施例一的水平移動關(guān)節(jié)的第三柔性體傳動結(jié)構(gòu)示意圖；
[0061]圖8是本發(fā)明實施例一的另一水平移動關(guān)節(jié)的第三柔性體傳動結(jié)構(gòu)示意圖；
[0062]圖9是本發(fā)明實施例二的機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0063]圖10是本發(fā)明實施例二的第一柔性體、第二柔性體傳動串聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0064]圖中的附圖標(biāo)記說明如下:
[0065]1-水平移動關(guān)節(jié)；110-第一個水平移動模塊；111-第一底塊；112-第一水平導(dǎo)軌；113-第一滑塊；120-第二個水平移動模塊；121-第二底塊；122-第二水平導(dǎo)軌；123-第二滑塊；130-第三個水平移動模塊；131-第三底塊；140-第二制動輪；150-第三柔性體；161-第一滑輪；162-第二滑輪；163-第三滑輪；164-第四滑輪；165-第五滑輪；166-第六滑輪;R、L-箭頭;
[0066]2-連接臂；
[0067]3-豎直移動關(guān)節(jié);310-底板;320-豎直導(dǎo)軌；330-滑塊;340-連接器;350-比例輪；351a-外輪;351b-內(nèi)輪;360-第二柔性體;371-第二轉(zhuǎn)向輪;372-第三轉(zhuǎn)向輪;373-第四轉(zhuǎn)向輪;374-第五轉(zhuǎn)向輪;375-第一轉(zhuǎn)向輪組;380-第一制動輪；
[0068]4-重力平衡機(jī)構(gòu)；401-配平結(jié)構(gòu)；402-第一柔性體;403-彈簧接頭；404-滑動槽；405-第一轉(zhuǎn)向輪；
[0069]5-旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)；
[0070]6-連接件。
【具體實施方式】
[0071]為使本發(fā)明的目的、優(yōu)點(diǎn)和特征更加清楚，以下結(jié)合附圖1?10對本發(fā)明提出的手術(shù)機(jī)器人及其機(jī)械臂作進(jìn)一步詳細(xì)說明。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
[0072]如在本說明書和所附權(quán)利要求中所使用的，單數(shù)形式“一”、“一個”以及“該”包括復(fù)數(shù)對象，除非內(nèi)容另外明確指出外。如在本說明書和所附權(quán)利要求中所使用的，術(shù)語“或”通常是以包括“和/或”的含義而進(jìn)行使用的，除非內(nèi)容另外明確指出外。術(shù)語“遠(yuǎn)端”、“前端”、“右側(cè)”是指靠近豎直移動關(guān)節(jié)的一端;相應(yīng)的，術(shù)語“近端”、“后端”、“左側(cè)”是指遠(yuǎn)離豎直移動關(guān)節(jié)的一端。
[0073]〈實施例一〉
[0074]參閱圖1?5，圖1是本發(fā)明實施例一的機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明實施例一的豎直移動關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是本發(fā)明實施例一的第一柔性體、第二柔性體傳動串聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是本發(fā)明實施例一的機(jī)械臂的內(nèi)部視圖，圖5是圖4所示的重力平衡機(jī)構(gòu)于機(jī)械臂中的局部放大圖。
[0075]一種機(jī)械臂，包括具有連接器340的豎直移動關(guān)節(jié)3，所述豎直移動關(guān)節(jié)3用以驅(qū)動與連接器340連接的外部構(gòu)件沿豎直方向移動;并且，所述機(jī)械臂還包括第一傳動機(jī)構(gòu)和重力平衡機(jī)構(gòu)4，所述重力平衡機(jī)構(gòu)4通過第一傳動機(jī)構(gòu)與連接器340連接，以配平連接器340以及外部構(gòu)件的重力。
[0076]所述重力平衡機(jī)構(gòu)4包括配平結(jié)構(gòu)401以及第一柔性體402，所述第一柔性體402的一端連接配平結(jié)構(gòu)401，所述第一柔性體402的另一端連接第一傳動機(jī)構(gòu)之比例輪350的內(nèi)輪351b;所述比例輪350還包括與內(nèi)輪351b同軸安裝且可同步轉(zhuǎn)動的外輪351a。
[0077]接著，除上述比例輪350外，所述第一傳動機(jī)構(gòu)還包括第二柔性體360;所述第二柔性體360包括第一本體、第一延伸部以及第二延伸部，所述第一本體包括第一端和第二端，所述第一本體圍繞并部分固連外輪351a的外圍，所述第一本體的第一端延伸與第一延伸部的一端連接，所述第一本體的第二端延伸與第二延伸部的一端連接，所述第一本體的第一端圍繞外輪351a的方向與第一柔性體402連接內(nèi)輪351b的方向相反，且所述第一延伸部的另一端與連接器340的上部連接，所述第二延伸部的另一端與連接器340的下部連接，且所述第一延伸部和第二延伸部被配置為當(dāng)連接器340移動時，所述第一延伸部和第二延伸部在豎直方向的位移變化量相等。只有當(dāng)連接器340移動，所述第一延伸部和第二延伸部在豎直方向的位移變化量始終保持相等，才能保持第二柔性體的張力均勻，使得第一傳動機(jī)構(gòu)平穩(wěn)轉(zhuǎn)動。顯然，在本發(fā)明中所述“位移變化量”應(yīng)理解為柔性體或柔性體的一部分的移動距離，其為一正值。“第一本體的第一端圍繞外輪351a的方向”，為第一本體的第一端從第一本體與外輪固定的點(diǎn)出發(fā)圍繞外輪的方向，同樣“第一柔性體402連接內(nèi)輪351b的方向”為第一柔性體402從第一柔性體402與內(nèi)輪351b的連接點(diǎn)出發(fā)圍繞內(nèi)輪351b的方向。
[0078]本實施例中的重力平衡機(jī)構(gòu)采用彈簧輸出與外部構(gòu)件重力匹配的恒力，且通過基于柔性體的第一傳動機(jī)構(gòu)對豎直移動關(guān)節(jié)3上的連接器340的運(yùn)動進(jìn)行控制，相比于傳統(tǒng)的連桿傳動機(jī)構(gòu)，重力平衡機(jī)構(gòu)以及柔性傳動機(jī)構(gòu)具有質(zhì)量輕、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)，因而，本實施例的機(jī)械臂重量輕、占用空間小、運(yùn)動控制結(jié)構(gòu)簡單，且可使豎直移動關(guān)節(jié)3的運(yùn)動更為精準(zhǔn)可靠，進(jìn)而保證了機(jī)械臂豎直運(yùn)動的可靠性。
[0079]此外，所述第二柔性體360之第一本體圍繞外輪351a的長度與連接器的行程相匹配。所述第一柔性體403圍繞內(nèi)輪351b的長度，可以根據(jù)內(nèi)輪351b、外輪351a的直徑以及第一本體圍繞外輪351a的長度計算得到。而且，本領(lǐng)域技術(shù)人員知曉的是:由于所述第一柔性體402和第二柔性體360均經(jīng)過比例輪350，因而，所述配平結(jié)構(gòu)401的輸出力通過比例輪350傳遞至豎直移動關(guān)節(jié)3，由此實現(xiàn)了對豎直移動關(guān)節(jié)3上外部構(gòu)件的重力配平。另外，圖3中示出的比例輪350的內(nèi)輪351b在配平結(jié)構(gòu)401的作用下，可實現(xiàn)內(nèi)輪351b的逆時針轉(zhuǎn)動，反之，所述比例輪350的外輪351a在第二柔性體360的拉動下實現(xiàn)外輪351a的順時針轉(zhuǎn)動。
[0080]進(jìn)一步，所述比例輪350中內(nèi)、外輪的直徑的比例可根據(jù)連接器340上外部構(gòu)件的重量以及彈簧的彈性系數(shù)等參數(shù)設(shè)定。一般而言，所述內(nèi)輪351b的直徑大于其外輪351a的直徑，這樣配平結(jié)構(gòu)401只需要輸出較小的力即可配平連接器340以及外部構(gòu)件的重力。但是，實際上，所述比例輪350的比例，本發(fā)明不作具體限定，只要能夠滿足力矩平衡即可，例如滿足:配平重力*外輪的直徑等于彈簧力*內(nèi)輪的直徑。
[0081]較佳地，所述配平結(jié)構(gòu)401為一恒力彈簧，所述恒力彈簧用以對比例輪施加恒定的力矩。采用恒力彈簧作為重力平衡的主要結(jié)構(gòu)，重力平衡效果好，而且也無需經(jīng)過繁瑣的平衡計算，簡化了對內(nèi)輪351b的形狀，優(yōu)化了重力配平的過程；同時，采用第一柔性體402作為重力配平的傳動控制，在保證重力平衡效果的基礎(chǔ)下，較大節(jié)省了結(jié)構(gòu)空間。
[0082]進(jìn)一步，所述重力平衡機(jī)構(gòu)4還包括一彈簧接頭403，所述彈簧接頭403設(shè)置于恒力彈簧的輸出端，所述第一柔性體402連接彈簧接頭403的另一端。以下實施例以恒力彈簧作為例子，進(jìn)一步說明本發(fā)明的機(jī)械臂。
[0083]首先，繼續(xù)參閱圖1，所述機(jī)械臂還包括水平移動關(guān)節(jié)I，所述水平移動關(guān)節(jié)I通過連接臂2與豎直移動關(guān)節(jié)3連接，用以驅(qū)動與連接器340連接的所述外部構(gòu)件沿水平方向移動。
[0084]具體的，所述連接臂2的一端固定連接水平移動關(guān)節(jié)I，所述連接臂2的另一端連接豎直移動關(guān)節(jié)3;其中:所述水平移動關(guān)節(jié)I可連接一外部固定架，并用以沿水平方向移動。
[0085]本實施例中，優(yōu)選通過手動方式驅(qū)動水平移動關(guān)節(jié)I和豎直移動關(guān)節(jié)3運(yùn)動，也就是所述機(jī)械臂采用被動調(diào)整的方式，驅(qū)動水平移動關(guān)節(jié)I和豎直移動關(guān)節(jié)3運(yùn)動。所謂“被動調(diào)整”指的是對水平移動關(guān)節(jié)I和豎直移動關(guān)節(jié)3人為的施加力，使它們運(yùn)動，而非采用電機(jī)或其他驅(qū)動手段來實現(xiàn)相應(yīng)的運(yùn)動。這是因為，在手術(shù)過程中，所述機(jī)械臂需要處于“鎖死狀態(tài)”，而通過電機(jī)等進(jìn)行鎖死易發(fā)生故障，可靠性不高。
[0086]此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉，所述水平移動關(guān)節(jié)I的水平運(yùn)動可通過連接臂2傳遞至豎直移動關(guān)節(jié)3，這樣豎直移動關(guān)節(jié)3上的連接器340便具備水平方向以及豎直方向的運(yùn)動。本實施例的機(jī)械臂僅通過一個水平移動關(guān)節(jié)I和一個豎直移動關(guān)節(jié)3實現(xiàn)平面運(yùn)動，相比于現(xiàn)有通過多個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)來實現(xiàn)機(jī)械臂的平面運(yùn)動，減少了運(yùn)動關(guān)節(jié)的數(shù)量，簡化了機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)，而且兩個移動關(guān)節(jié)之間互不影響(即兩個移動關(guān)節(jié)可分開單獨(dú)運(yùn)動)，因而，運(yùn)動簡單，控制難度低。以下實施例以水平移動關(guān)節(jié)I沿水平方向運(yùn)動作為示意，更進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明的機(jī)械臂。
[0087]首先，繼續(xù)參閱圖2?5，所述重力平衡機(jī)構(gòu)4優(yōu)選設(shè)置于連接臂2的內(nèi)腔中，在可實現(xiàn)自身功能且不影響其他機(jī)構(gòu)的情況下，有效縮減了機(jī)械臂的外形尺寸。更優(yōu)選地，所述比例輪350也設(shè)置于連接臂2的內(nèi)腔中。
[0088]其次，圖2?5所揭示的實施例中，所述恒力彈簧的一端固設(shè)在連接臂2的腔壁上，另一端連接第一柔性體402的一端。
[0089]此外，所述重力平衡機(jī)構(gòu)4還包括水平放置于連接臂2中的滑動槽404，所述彈簧接頭403設(shè)置于滑動槽404中可自由滑動，所述滑動槽404用以約束彈簧接頭403，使彈簧接頭403僅沿水平方向運(yùn)動，以降低重力平衡過程中第一柔性體402受到的摩擦力，確保重力配平的效果。換而言之，在滑動槽404的約束下，所述第一柔性體402位于滑動槽404中的部分沿水平方向運(yùn)動。
[0090]另外，所述重力平衡機(jī)構(gòu)4還包括一第一轉(zhuǎn)向輪405，設(shè)置于比例輪350的一側(cè)(圖2?5中為比例輪350的上側(cè))；與恒力彈簧連接后，所述第一柔性體402延伸經(jīng)過第一轉(zhuǎn)向輪405的轉(zhuǎn)向后圍繞連接內(nèi)輪351b。特別地，所述第一柔性體402位于恒力彈簧以及第一轉(zhuǎn)向輪405之間的部分沿水平方向延伸，所述第一柔性體402位于第一轉(zhuǎn)向輪405與內(nèi)輪351b之間的部分垂直于水平方向延伸，如此可確保恒力彈簧的輸出力恒定，又可合理利用連接臂2的內(nèi)部空間，還可減小運(yùn)動傳遞的摩擦力。
[0091]進(jìn)一步，所述第一傳動機(jī)構(gòu)還包括第二轉(zhuǎn)向輪371、第三轉(zhuǎn)向輪372、第四轉(zhuǎn)向輪373以及第五轉(zhuǎn)向輪374，所述第三轉(zhuǎn)向輪372位于比例輪350的遠(yuǎn)端，所述第二轉(zhuǎn)向輪371位于第三轉(zhuǎn)向輪372的上側(cè)，所述第四轉(zhuǎn)向輪373位于第二轉(zhuǎn)向輪371的遠(yuǎn)端上側(cè)，所述第五轉(zhuǎn)向輪374位于第三轉(zhuǎn)向輪372的遠(yuǎn)端下側(cè);所述第一延伸部的一端與第一本體的第一端連接，并延伸通過第二轉(zhuǎn)向輪371和第四轉(zhuǎn)向輪373，然后所述第一延伸部的另一端與連接器340的上部連接，所述第二延伸部的一端與所述第一本體的第二端連接，并延伸通過第三轉(zhuǎn)向輪372和第五轉(zhuǎn)向輪374，然后所述第二延伸部的另一端與連接器340的下部連接，所述第一延伸部延伸通過第二轉(zhuǎn)向輪371轉(zhuǎn)向后的延伸方向與第二延伸部延伸通過第三轉(zhuǎn)向輪372后的延伸方向相背離，所述第一本體的第二延伸部延伸通過第四轉(zhuǎn)向輪373轉(zhuǎn)向后的延伸方向與第一本體的第二延伸部延伸通過第五轉(zhuǎn)向輪374后的延伸方向相向，而且，位于第四轉(zhuǎn)向輪373與連接器340之間的第二柔性體360與位于第五轉(zhuǎn)向輪374與連接器340之間的第二柔性體360共線或相互平行，位于第四轉(zhuǎn)向輪373與第二轉(zhuǎn)向輪371之間的第二柔性體360與位于第五轉(zhuǎn)向輪374與第三轉(zhuǎn)向輪372之間的第二柔性體360共線或相互平行，位于第四轉(zhuǎn)向輪373與連接器340之間的第二柔性體360與位于第四轉(zhuǎn)向輪373與第二轉(zhuǎn)向輪371之間的第二柔性體360相互平行。這樣的設(shè)置，可有效節(jié)省第二柔性體360的走線空間，保證絲傳動運(yùn)行順利，減小第一傳動機(jī)構(gòu)的體積。
[0092]更進(jìn)一步，所述第二轉(zhuǎn)向輪371、第三轉(zhuǎn)向輪372、第四轉(zhuǎn)向輪373和第五轉(zhuǎn)向輪374均設(shè)置于豎直移動關(guān)節(jié)3上。
[0093]優(yōu)選實施例中，所述第一傳動機(jī)構(gòu)還包括位于第二轉(zhuǎn)向輪371近端的第一轉(zhuǎn)向輪組375(包括兩個同軸布置且可各自轉(zhuǎn)動的第六轉(zhuǎn)向輪和第七轉(zhuǎn)向輪)；所述第二柔性體360之第一延伸部與所述第一本體的第一端連接后，延伸通過第一轉(zhuǎn)向輪組中的一轉(zhuǎn)向輪，再延伸通過第二轉(zhuǎn)向輪371和第四轉(zhuǎn)向輪373與連接器340的上部連接，所述第二柔性體360之第二延伸部與所述第一本體的第二端連接后，延伸通過第一轉(zhuǎn)向輪組中的另一個轉(zhuǎn)向輪，再延伸通過第三轉(zhuǎn)向輪372和第五轉(zhuǎn)向輪374與連接器340的下部連接。所述第一轉(zhuǎn)向輪組375優(yōu)選設(shè)置于連接臂2中。優(yōu)選，位于第一轉(zhuǎn)向輪組與第二轉(zhuǎn)向輪371之間的第二柔性體360大體上平行于水平方向，和/或位于第一轉(zhuǎn)向輪組與第三轉(zhuǎn)向輪372之間的第二柔性體360大體上平行于水平方向。本實施例采用一個或多個轉(zhuǎn)向輪實現(xiàn)柔性體的轉(zhuǎn)向，可以充分節(jié)省第一傳動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)空間。
[0094]再進(jìn)一步，所述第一傳動機(jī)構(gòu)還包括第一制動輪380(清楚顯示于圖2?5)，從外輪351a的外圍延伸出的第二柔性體360之第一本體的第一端圍繞第一制動輪380，然后與第一延伸部連接，且第一端圍繞第一制動輪380的方向與第一端圍繞外輪351a外圍的方向相反。優(yōu)選，所述第一制動輪380同樣設(shè)置于連接臂2中。同上，這里的“第一本體的第一端圍繞外輪351a外圍的的方向”，為第一本體的第一端從第一本體與外輪351a固定的點(diǎn)出發(fā)圍繞外輪351a的方向，同樣“第一端圍繞第一制動輪380的方向”為第一本體的第一端從第一端與外輪351a之間的切點(diǎn)出發(fā)圍繞第一制動輪380的方向。
[0095]上述實施例中，所述第一傳動機(jī)構(gòu)所包括的轉(zhuǎn)向輪的數(shù)量包括但并不局限于圖2?5中示出的數(shù)量，不應(yīng)以此作為對本發(fā)明的限定。此外，每個轉(zhuǎn)向輪既可以自轉(zhuǎn)也可固定，優(yōu)選可自轉(zhuǎn)，運(yùn)動摩擦力小。
[0096]結(jié)合圖3，所述第一傳動機(jī)構(gòu)的工作原理如下:
[0097]當(dāng)所述第一制動輪380不工作時(即第一制動輪380可以自由轉(zhuǎn)動):推動豎直移動關(guān)節(jié)3之滑塊330上下運(yùn)動，便可帶動連接器340上下運(yùn)動，且連接器340上下運(yùn)動時，所述第二柔性體360之第一延伸部和第二延伸部同向運(yùn)動，同向運(yùn)動過程中，帶動第一制動輪380轉(zhuǎn)動；同時，所述連接器340上下運(yùn)動過程中，所述重力平衡機(jī)構(gòu)4通過配平結(jié)構(gòu)401(例如恒力彈簧)、第一柔性體402以及比例輪350、第二柔性體360輸出恒力實現(xiàn)對連接器340上外部構(gòu)件的配平；
[0098]當(dāng)所述第一制動輪380工作時(即第一制動輪380被固定而無法轉(zhuǎn)動):所述第二柔性體360受到第一制動輪380的約束而無法運(yùn)動，致使末端的連接器340也無法進(jìn)一步運(yùn)動，從而制動連接器340。
[0099]一個實施例中(未圖示)，上述第一制動輪380包括第一轉(zhuǎn)軸和固連于所述第一轉(zhuǎn)軸上的滾輪，所述第一轉(zhuǎn)軸的兩端通過軸承約束于連接臂2上，并可轉(zhuǎn)動，同時所述滾輪可與所述第一轉(zhuǎn)軸一起轉(zhuǎn)動;所述滾輪上圍繞有第二柔性體360(更具體為第一本體)。所述第一制動輪380還包括第一定子和第一轉(zhuǎn)子;第一定子固定于連接臂2上，并圍繞所述第一轉(zhuǎn)軸布置;第一轉(zhuǎn)子固定于所述第一轉(zhuǎn)軸上，并與第一定子軸向匹配布置。第一制動輪380工作時，第一定子和第一轉(zhuǎn)子抱合，可使所述第一轉(zhuǎn)軸與連接臂2緊固，而不發(fā)生相對的轉(zhuǎn)動，從而制動連接器340;第一制動輪380不工作時，第一定子和第一轉(zhuǎn)子分離，所述滾輪可隨所述第一轉(zhuǎn)軸自由轉(zhuǎn)動，從而通過第二柔性體360傳遞運(yùn)動，實現(xiàn)連接器340的豎直運(yùn)動。
[0100]之后，繼續(xù)參閱圖2，除上述連接器340外，所述豎直移動關(guān)節(jié)3還包括底板310、固設(shè)于底板310上的豎直導(dǎo)軌320以及滑動設(shè)置于豎直導(dǎo)軌320上的滑塊330，所述連接器340固定在滑塊330上，所述滑塊330可在豎直導(dǎo)軌320上上下滑動。所述底板310之背面連接連接臂2，所述豎直導(dǎo)軌320沿豎直方向固設(shè)于底板310之正面上。
[0101]對本發(fā)明的豎直移動關(guān)節(jié)3、重力平衡機(jī)構(gòu)4以及第一傳動機(jī)構(gòu)作了詳細(xì)說明后，以下實施例將詳細(xì)描述本發(fā)明的水平移動關(guān)節(jié)I。
[0102]本實施例中，所述水平移動關(guān)節(jié)I包括N個上下堆疊的水平移動模塊;第一個水平移動模塊與所述外部固定架連接，其余水平移動模塊用以沿水平方向運(yùn)動，第m個水平移動模塊滑動連接第m-Ι個水平移動模塊，以使第m個水平移動模塊可在第m-Ι個水平移動模塊上滑動，第N個水平移動模塊連接連接臂2;其中，N為大于或等于2的自然數(shù)，m為2至N中的所有自然數(shù)。舉例來說，若N等于3，則m取值為2和3，此時，第三個水平移動模塊滑動連接第二個水平移動模塊，第二個水平移動模塊滑動連接第一個水平移動模塊，第三個水平移動模塊與連接臂2連接。
[0103]本實施例的機(jī)械臂采用多個水平移動模塊實現(xiàn)水平移動關(guān)節(jié)I在水平方向上的運(yùn)動，相比于一個水平移動模塊，多個水平移動模塊可以增大水平移動關(guān)節(jié)I的行程，使得水平移動關(guān)節(jié)I的運(yùn)動范圍更大，調(diào)整效率更高，同時也可縮小水平移動關(guān)節(jié)I沿水平方向的尺寸，進(jìn)而降低機(jī)械臂的占用空間。
[0104]進(jìn)一步，每個水平移動模塊均包括一個底塊。除第N個水平移動模塊外，其余各個水平移動模塊均還包括固設(shè)于其底塊上的水平導(dǎo)軌以及滑動設(shè)置于所述水平導(dǎo)軌上的滑塊，所述滑塊可在所述水平導(dǎo)軌上水平滑動。
[0105]更進(jìn)一步，第一個水平移動模塊之底塊與所述外部固定架連接，第m個水平移動模塊之底塊固設(shè)于第m-Ι個水平移動模塊之滑塊上，第N個水平移動模塊之底塊與連接臂2連接。具體而言，若N等于3，則m為2和3:那么，第三個水平移動模塊之底塊固設(shè)于第二個水平移動模塊之滑塊上，第二個水平移動模塊之底塊固設(shè)于第一個水平移動模塊之滑塊上，第一個水平移動模塊之底塊與所述外部固定架連接，且第三個水平移動模塊之底塊與連接臂2連接，正如圖2示出的水平移動關(guān)節(jié)，其具有三個水平移動模塊。
[0106]圖6是本發(fā)明實施例一的水平移動關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖。所述水平移動關(guān)節(jié)I包括三個水平移動模塊，分別是第一個水平移動模塊110、第二個水平移動模塊120和第三個水平移動模塊130。所述第一個水平移動模塊110固設(shè)于手術(shù)機(jī)器人的基座上，并包括第一底塊
111、固設(shè)于第一底塊111上的第一水平導(dǎo)軌112以及滑動設(shè)置于第一水平導(dǎo)軌112上的第一滑塊113;所述第二個水平移動模塊120包括固設(shè)于第一滑塊113上的第二底塊121、固設(shè)于第二底塊121上的第二水平導(dǎo)軌122以及滑動連接于第二水平導(dǎo)軌122上的第二滑塊123;所述第三個水平移動模塊130包括固設(shè)于第二滑塊123上的第三底塊131;所述連接臂2固定連接第三底塊131。
[0107]可以理解的是:通過推動第一滑塊113運(yùn)動，可以驅(qū)動第二底塊121在第一底塊111上做直線運(yùn)動，相應(yīng)地，通過推動第二滑塊123運(yùn)動，可驅(qū)動第三底塊131在第二底塊121上做直線運(yùn)動。在此，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉:所述第一底塊111固定于任意符合標(biāo)準(zhǔn)的平面上，其始終保持不動，而所述第二底塊121僅在第一滑塊113的帶動下運(yùn)動，而所述第三底塊131既可以在第一滑塊113的帶動下運(yùn)動，也可以在第二滑塊123的驅(qū)動下運(yùn)動，如此，兩個直線運(yùn)動相互串聯(lián)，相比于同等長度下的單級滑動副，二級滑動副的串聯(lián)結(jié)構(gòu)增大了水平移動的行程。
[0108]在另一些實施例中，所述水平移動模塊的數(shù)量還可以為兩個，可以為三個以上，例如四個或更多個，具體本發(fā)明并不限定。本實施例的機(jī)械臂通過水平導(dǎo)軌和滑塊相結(jié)合的方式實現(xiàn)水平移動關(guān)節(jié)I的水平運(yùn)動，結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)動可靠，實施方便。
[0109]進(jìn)一步，所述機(jī)械臂還包括一第二傳動機(jī)構(gòu)，用以對水平移動關(guān)節(jié)I的運(yùn)動進(jìn)行控制，具體如圖7所示，其是本發(fā)明實施例一的水平移動關(guān)節(jié)的第三柔性體傳動結(jié)構(gòu)示意圖。
[0110]其中，水平移動關(guān)節(jié)I包括三個水平移動模塊，所述第二傳動機(jī)構(gòu)包括第二制動輪140和第三柔性體150，所述第二制動輪140設(shè)置于第三個水平移動模塊之第三底塊131上；所述第三柔性體150包括第二本體、第三延伸部以及第四延伸部，所述第二本體包括第三端和第四端;所述第二本體圍繞并部分固連第一制動輪140，優(yōu)選圍繞的長度大于或等于所示水平移動關(guān)節(jié)I的行程，所述第三延伸部的一端與第二本體的第三端連接，所述第四延伸部的一端與第二本體的第四端連接，所述第三延伸部的另一端與第一個水平移動模塊之第一底塊111的左端連接，所述第四延伸部的另一端與第一底塊111的右端連接，第三延伸部、第四延伸部被布置為當(dāng)水平移動關(guān)節(jié)移動時，所述第三延伸部和第四延伸部的位移變化量相等?！拔灰谱兓俊蓖纤?，這里可以更具體理解為第三柔性體、或其部分，如第三延伸部、第四延伸部移動的距離。所述第二制動輪140用以通過第三柔性體150限制第N個水平移動模塊之底塊的水平運(yùn)動，從而限制機(jī)械臂的水平運(yùn)動。而，所述第三端部和第四端部的位移變化量相等，這樣可以使第三柔性體150每處的張力保持基本一致，有利于對水平移動關(guān)節(jié)移動的控制。
[0111]進(jìn)一步，所述第二傳動機(jī)構(gòu)還包括第一滑輪161以及第二滑輪162，所述第三延伸部的另一端通過第二滑輪162轉(zhuǎn)向后與第一個水平移動模塊之第一底塊111的左端連接，且所述第三延伸部進(jìn)入第二滑輪162的方向與離開第二滑輪162的方向平行，所述第四延伸部的另一端通過第一滑輪161轉(zhuǎn)向后與第一個水平移動模塊之第一底塊111的右端連接，所述第四延伸部進(jìn)入第一滑輪161的方向與離開第一滑輪161的方向平行，所述第三延伸部離開第二滑輪162的方向與所述第四延伸部離開該第一滑輪161的方向平行或者共線。
[0112]更進(jìn)一步，所述第二傳動機(jī)構(gòu)還包括第三滑輪163、第四滑輪164、第五滑輪165以及第六滑輪166，其中，第三滑輪163、第四滑輪164位于第三底塊上并設(shè)置于第二制動輪140的左側(cè)，第四滑輪164位于第三滑輪163左側(cè)，第五滑輪166、第六滑輪166設(shè)置于第二底塊121上并位于第二底塊121的上部，第六滑輪166位于第四滑輪164左側(cè)，第五滑輪165位于第三滑輪163右側(cè)，第一滑輪161和第二滑輪162設(shè)置于第二底塊121上并位于第二底塊121的底部，第一滑輪161位于第二滑輪162右側(cè)，且位于第五滑輪165左側(cè)，所述第二滑輪162位于第六滑輪166右側(cè)。
[0113]在圖7所示的實施例中，所述第三延伸部與第二本體的第三端連接后延伸通過第四滑輪164、第六滑輪166和第二滑輪162，然后與第一個水平移動模塊之第一底塊111的左端連接;所述第四延伸部與第二本體的第四端連接后延伸通過第三滑輪163、第五滑輪165和第一滑輪161，然后與第一底塊111的右端連接。所述第三延伸部延伸通過第四滑輪164后的延伸方向與第四延伸部延伸通過第三滑輪163后的延伸方向相背離，所述第三端部延伸通過第六滑輪166后的延伸方向與第四延伸部延伸通過第五滑輪165后的延伸方向相向，所述第三端部延伸通過第二滑輪161后的延伸方向與第四延伸部延伸通過第一滑輪161后的延伸方向相背離。毫無疑問，所述第三延伸部和第四延伸部被配置為當(dāng)水平移動關(guān)節(jié)I移動時:所述第三延伸部進(jìn)入第二滑輪162的方向與離開第二滑輪162的方向平行，；所述第四延伸部進(jìn)入第一滑輪161的方向與離開第一滑輪161的方向平行，，所述第三延伸部離開第二滑輪162的方向與所述第四延伸部離開第一滑輪161的方向平行或者共線。
[0114]更為具體地說，位于第六滑輪166與第二滑輪162之間的第三柔性體150延伸方向與位于第二滑輪162與第一底塊111左端固定點(diǎn)之間的第三柔性體150延伸方向平行，位于第一滑輪161與第五滑輪165之間的第三柔性體150延伸方向與位于第一滑輪161與第一底塊111右端固定點(diǎn)之間的第三柔性體150延伸方向平行，第六滑輪166與第一底塊111左端固定點(diǎn)之間的第三柔性體150延伸方向與第五滑輪165與第一底塊111右端固定點(diǎn)之間的第三柔性體150延伸方向平行。在此，本領(lǐng)域技術(shù)人員知悉的是:當(dāng)水平移動關(guān)節(jié)I移動時，所述第三柔性體150的第三延伸部和第四延伸部的位移變化量相等，可確保柔性體運(yùn)動的張力保持一致，提高傳遞的可靠性，以避免因柔性體的伸縮行程不等導(dǎo)致的運(yùn)動問題。此外，本發(fā)明之第二傳動機(jī)構(gòu)中滑輪的數(shù)量并不局限于圖7中示出的數(shù)量，不應(yīng)以此作為對本發(fā)明的限定。另外，滑輪既可以自轉(zhuǎn)也可固定，優(yōu)選可自轉(zhuǎn)，運(yùn)動摩擦力小。
[0115]結(jié)合圖7，所述第二傳動機(jī)構(gòu)的工作原理如下:
[0116]當(dāng)所述第二制動輪140不工作時(即第二制動輪140可自由轉(zhuǎn)動)，推動第一滑塊113向箭頭R方向運(yùn)動時，所述第三底塊131 (運(yùn)動的輸出部分)在第一滑塊113的帶動下同步向R方向運(yùn)動，此時，可實現(xiàn)水平移動關(guān)節(jié)I向R方向運(yùn)動的功能；當(dāng)然，推動第二滑塊123向箭頭R方向運(yùn)動時，所述第三底塊131也可在第二滑塊123的帶動下同步向R方向運(yùn)動，此時，相應(yīng)可實現(xiàn)水平移動關(guān)節(jié)I向R方向運(yùn)動的功能；
[0117]反之，推動第一滑塊113或第二滑塊123箭頭L方向運(yùn)動，可驅(qū)動第三底塊131向R方向運(yùn)動，即實現(xiàn)了水平移動關(guān)節(jié)I向L方向的運(yùn)動；
[0118]當(dāng)所述第二制動輪140工作時(即第二制動輪140固定而不轉(zhuǎn)動)，所述第三底塊131即保持不動，也就是相對于第一底塊111靜止，具體地說，一旦所述第三底塊131運(yùn)動至所需的位置時，通過開啟第二制動輪140，即可制動第三底塊131，使得第一底塊111和第三底塊131保持相對的靜止;然而，此時的第二底塊121仍可運(yùn)動，但由于最終的水平運(yùn)動由第三底塊131輸出，因而，所述第二底塊121的運(yùn)動不會影響機(jī)械臂的水平運(yùn)動輸出，故所述第二底塊121的運(yùn)動屬于無效運(yùn)動。
[0119]本實施例的機(jī)械臂基于柔性體對水平移動關(guān)節(jié)I的運(yùn)動進(jìn)行控制，相比于傳統(tǒng)的連桿傳動機(jī)構(gòu)，柔性傳動機(jī)構(gòu)具有質(zhì)量輕、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)，因而，本實施例的機(jī)械臂重量輕、占用空間小、運(yùn)動控制結(jié)構(gòu)簡單，且可使水平移動關(guān)節(jié)I的運(yùn)動更為精準(zhǔn)可靠，進(jìn)而保證了機(jī)械臂水平運(yùn)動的可靠性。
[0120]本實施例中(未圖示)，上述第二制動輪140的結(jié)構(gòu)原理以及工作方式與第一制動輪380的相似，在此不再詳細(xì)說明。
[0121]進(jìn)一步，對于圖7示出的第三柔性體傳動結(jié)構(gòu)，所述第三滑輪163位于第二制動輪140的下方之轉(zhuǎn)軸的左側(cè)，優(yōu)選鄰近第三底塊131的中間位置;所述第四滑輪164設(shè)置于第三底塊131沿運(yùn)動方向的左端;所述第五滑輪165設(shè)置于第二底塊121沿運(yùn)動方向的右端(當(dāng)?shù)诙苿虞?40位于第三底塊131的右端)時;所述第六滑輪166設(shè)置于第二底塊121沿運(yùn)動方向的左端;所述第一滑輪161位于第五滑輪165的下方，優(yōu)選鄰近第二底塊121的中間位置；所述第一滑輪161鄰近第二底塊121的中間位置;這樣的布置方式，不僅增大了水平移動關(guān)節(jié)I的運(yùn)動行程，而且節(jié)省了走線空間。
[0122]在另一實施例中，所述水平移動關(guān)節(jié)I僅包括兩個水平移動模塊，例如圖8所示。圖8是本發(fā)明實施例一的另一水平移動關(guān)節(jié)的第三柔性體傳動結(jié)構(gòu)示意圖。
[0123]與圖7不同的是，圖8示出的實施例中，所述第二傳動機(jī)構(gòu)只包括兩個滑輪，分別是第三滑輪163以及第四滑輪164;其中，所述第二制動輪140設(shè)置于第二個水平移動模塊之第二底塊121上；除了取消第五滑輪166，第六滑輪165之外，所述第一滑輪161、第二滑輪162、第三滑輪163以及第四滑輪164以及第二制動輪140的相對位置關(guān)系與圖7所示實施例類似。所述第三延伸部與第三柔性體150之第三端連接后延伸通過第四滑輪164和第二滑輪162，然后與第一個水平移動模塊之第一底塊111的右端連接；同時所述第四延伸部與第三柔性體150之第四端連接后延伸通過第三滑輪163和第一滑輪161，然后與第一個水平移動模塊之第一底塊111的左端連接。同樣，所述第三延伸部延伸通過第四滑輪164后的延伸方向與第四延伸部延伸通過第三滑輪163后的延伸方向相背離，所述第三延伸部延伸通過第二滑輪162后的延伸方向與第四端延伸通過第一滑輪161后的延伸方向相向；并且，位于所述第四滑輪164與第二滑輪162之間的第三柔性體150延伸方向與位于第二滑輪162與第一底塊111之一端固定點(diǎn)之間的第三柔性體150延伸方向平行，位于所述第一滑輪161與第三滑輪163之間的第三柔性體150延伸方向與位于第一滑輪161與第一底塊111之另一端固定點(diǎn)之間的第三柔性體150延伸方向平行，位于第二滑輪162與第一底塊之一端固定點(diǎn)之間的第三柔性體延伸方向與位于第一滑輪161與第一底塊之另一端固定點(diǎn)之間的第三柔性體延伸方向平行或共線。
[0124]進(jìn)一步，參考圖8，所述第三滑輪163設(shè)置于第二底塊121上，并位于第二制動輪140的左側(cè)下方，優(yōu)選鄰近第二底塊121的中間位置;所述第四滑輪164設(shè)置于第二底塊121上，并位于第三滑輪163的左側(cè)，優(yōu)選設(shè)置于第二底塊121沿運(yùn)動方向的左端;所述第一滑輪161設(shè)置于第一底塊111上，并在第二制動輪140的右側(cè)，優(yōu)選設(shè)置于第一底塊111的右端(第二制動輪140位于第二底塊121的右端)；所述第二滑輪162設(shè)置于第一底塊111上，優(yōu)選設(shè)置于第一底塊111沿運(yùn)動方向的左端。
[0125]〈實施例二〉
[0126]與實施例一所不同的是:本實施例增加了一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5，在實現(xiàn)平面運(yùn)動的同時，還可以實現(xiàn)空間運(yùn)動，具體如圖9所示，其是本發(fā)明實例二的機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0127]圖9示出的實施例中，所述機(jī)械臂還包括一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5，該旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5包括外筒以及第二轉(zhuǎn)軸。所述連接臂2的一端與水平移動關(guān)節(jié)I固定連接，所述連接臂2的另一端與旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5之外筒連接，而所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5之第二轉(zhuǎn)軸連接豎直移動關(guān)節(jié)3;所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5的軸線與連接器340的移動方向平行，用以驅(qū)動豎直移動關(guān)節(jié)3轉(zhuǎn)動。
[0128]具體地，所述第二轉(zhuǎn)軸設(shè)置于所述外筒內(nèi)，且所述第二轉(zhuǎn)軸與所述外筒轉(zhuǎn)動連接，即所述外筒可相對于第二轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動。
[0129]可選，所述第二轉(zhuǎn)軸與一連接件6(示出于圖10)連接，而所述連接件6連接豎直移動關(guān)節(jié)3，例如與豎直移動關(guān)節(jié)3之底板310連接，進(jìn)而，在所述第二轉(zhuǎn)軸的帶動下，所述底板310可相對于連接臂2轉(zhuǎn)動。
[0130]參考圖10，與實施例一不同的是:本實施例對第一傳動機(jī)構(gòu)中轉(zhuǎn)向輪的數(shù)量以及位置作了一些調(diào)整。
[0131]與圖3所示的實施例不同的是，本實施例的第一傳動機(jī)構(gòu)另增加了第二轉(zhuǎn)向輪組376和第三轉(zhuǎn)向輪組377。所述第二轉(zhuǎn)向輪組包括第八轉(zhuǎn)向輪和第九轉(zhuǎn)向輪，所述第八轉(zhuǎn)向輪和第九轉(zhuǎn)向輪同軸布置且可各自轉(zhuǎn)動，所述第三轉(zhuǎn)向輪組包括第十轉(zhuǎn)向輪和第十一轉(zhuǎn)向輪，所述第十轉(zhuǎn)向輪和第十一轉(zhuǎn)向輪同軸布置且可各自轉(zhuǎn)動。
[0132]其中，所述第二轉(zhuǎn)向輪組、第三轉(zhuǎn)向輪組位于第二轉(zhuǎn)向輪371近端，且所述第二轉(zhuǎn)向輪組位于第三轉(zhuǎn)向輪組的上側(cè)。所述第二柔性體360之第一延伸部連接第一本體的第一端后，延伸通過第一轉(zhuǎn)向輪組375、第二轉(zhuǎn)向輪組376和第三轉(zhuǎn)向輪組377中的一個轉(zhuǎn)向輪，再延伸通過第二轉(zhuǎn)向輪371，第四轉(zhuǎn)向輪373與連接器340的上部連接，所述第二延伸部連接第一本體的第二端后，延伸通過第一轉(zhuǎn)向輪組375、第二轉(zhuǎn)向輪組376、第三轉(zhuǎn)向輪組377中的另一個轉(zhuǎn)向輪，再延伸至第三轉(zhuǎn)向輪372，第五轉(zhuǎn)向輪374與連接器340的下部連接。同樣，本實施例中，位于第四轉(zhuǎn)向輪373與連接器340之間的第二柔性體360與位于第五轉(zhuǎn)向輪374與連接器340之間的第二柔性體360共線或相互平行，位于第四轉(zhuǎn)向輪373與第二轉(zhuǎn)向輪371之間的第二柔性體360與位于第五轉(zhuǎn)向輪374與第三轉(zhuǎn)向輪372之間的第二柔性體360共線或相互平行，位于第四轉(zhuǎn)向輪373與連接器340之間的第二柔性體360與位于第四轉(zhuǎn)向輪373與第二轉(zhuǎn)向輪371之間的第二柔性體360相互平行。
[0133]優(yōu)選，位于第一轉(zhuǎn)向輪組375與第二轉(zhuǎn)向輪組375之間的第二柔性體360大體上平行于水平方向。優(yōu)選，位于第三轉(zhuǎn)向輪組377與第二轉(zhuǎn)向輪371之間的第二柔性體360大體上平行于水平方向，和/或位于第三轉(zhuǎn)向輪組377與第三轉(zhuǎn)向輪372之間的第二柔性體360大體上平行于水平方向。
[0134]而且，圖3示出的第二轉(zhuǎn)向輪371、第三轉(zhuǎn)向輪372均設(shè)置于鄰近豎直移動關(guān)節(jié)3的上端，而圖10示出的第二轉(zhuǎn)向輪371、第三轉(zhuǎn)向輪372均設(shè)置于鄰近豎直移動關(guān)節(jié)3的下端。
[0135]本實施例中，所述第二滑輪組376置于旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5之外筒內(nèi)，所述第三滑輪組377置于連接件6內(nèi)。而且，位于第二轉(zhuǎn)向輪組376與第三轉(zhuǎn)向輪組377部分的第二柔性體360延伸方向與旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5的軸線共線。
[0136]至于重力平衡機(jī)構(gòu)4，其與第一傳動機(jī)構(gòu)的連接方式與實施例一類似，本實施例不再詳細(xì)敘述，具體可參閱實施例一。
[0137]除了通過水平移動模塊的形式實現(xiàn)水平方向的運(yùn)動外，所述水平移動關(guān)節(jié)I還可通過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)實現(xiàn)水平運(yùn)動(該方案未圖示)。具體地說，所述水平移動關(guān)節(jié)I包括第一水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)和第二水平運(yùn)動機(jī)構(gòu);其中，所述第一水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)包括至少一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，所述第一水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)的兩端分別連接所述第二水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)以及外部固定架;所述第二水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)包括至少一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，所述第二水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)的另一端與豎直移動關(guān)節(jié)3連接，所述第二水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)與連接器340分布在豎直移動關(guān)節(jié)3的兩側(cè)；而且，所有的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線相互平行，且與連接器340的移動方向平行。
[0138]或者，在本發(fā)明的另一個實施例中，所述連接器340固定連接所述第一水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)的一端，以驅(qū)動所述第一水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)移動，所述第一水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)的另一端轉(zhuǎn)動連接所述外部構(gòu)件;所述第二水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)的兩端分別連接豎直移動關(guān)節(jié)3以及外部固定架，所述第二水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)與連接器340分布在豎直移動關(guān)節(jié)3的兩側(cè)；同樣地，該方案中，所有的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線相互平行，且與連接器340的移動方向平行。
[0139]綜上，上述實施例對豎直移動關(guān)節(jié)、水平移動關(guān)節(jié)以及柔性傳動機(jī)構(gòu)的不同構(gòu)型進(jìn)行了詳細(xì)說明，當(dāng)然，本發(fā)明包括但不局限于上述實施中所列舉的構(gòu)型，任何在上述實施例提供的構(gòu)型基礎(chǔ)上進(jìn)行變換的內(nèi)容，均屬于本發(fā)明所保護(hù)的范圍。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)上述實施例的內(nèi)容舉一反三。例如，在圖7、圖8所示的實施例中，所述水平移動模塊的數(shù)量不同，所述滑輪的數(shù)量可多可少，而且所述第二傳動機(jī)構(gòu)之第三柔性體之第三延伸部、第四延伸部與第一個水平移動模塊的連接位置發(fā)生了變化，但只要保證當(dāng)?shù)谝凰竭\(yùn)動機(jī)構(gòu)移動時，所述第三柔性體之第三延伸部、第四延伸部位移變化量相等即可。此外，圖9、圖10所示的實施例中，在機(jī)械臂上增加了一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，相應(yīng)所述第一傳動機(jī)構(gòu)增加了一個或多個轉(zhuǎn)向輪，對應(yīng)所述第一傳動機(jī)構(gòu)之轉(zhuǎn)向輪的布置以及第二柔性體的延伸方向也發(fā)生了變化，但只要所述第二柔性體經(jīng)過旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)時延伸方向與旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)軸線共線即可。而且，本發(fā)明的柔性體可包括絲、繩、帶等柔性結(jié)構(gòu)。
[0140]綜上所述，本發(fā)明的機(jī)械臂僅通過一個水平移動關(guān)節(jié)I和一個豎直移動關(guān)節(jié)3實現(xiàn)平面運(yùn)動，運(yùn)動關(guān)節(jié)少，結(jié)構(gòu)關(guān)系簡單;而且兩個移動關(guān)節(jié)之間互不影響(即兩個移動關(guān)節(jié)分開單獨(dú)運(yùn)動)，因而，運(yùn)動簡單，控制難度也低。
[0141]進(jìn)一步，本發(fā)明的機(jī)械臂之水平移動關(guān)節(jié)通過多個上下堆疊且滑動連接的水平移動模塊實現(xiàn)水平方向的運(yùn)動，相比于僅通過一個水平移動模塊實現(xiàn)水平方向的運(yùn)動，多個水平移動模塊可以增大水平移動關(guān)節(jié)的行程，使得運(yùn)動范圍更大，調(diào)整效率更高，同時也縮小了水平移動關(guān)節(jié)沿水平方向的尺寸，機(jī)械臂的占用空間小。此外，應(yīng)認(rèn)識到本發(fā)明的機(jī)械臂之水平移動關(guān)節(jié)不局限于多個上下堆疊且滑動連接的水平移動模塊來實現(xiàn)，也可以通過多個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的組合等方式來實現(xiàn)，這些水平移動關(guān)節(jié)都在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0142]特別地，本發(fā)明的機(jī)械臂之水平移動關(guān)節(jié)和豎直移動關(guān)節(jié)分別通過第一傳動機(jī)構(gòu)和第二傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動控制，使得水平移動關(guān)節(jié)和豎直移動關(guān)節(jié)的運(yùn)動更為精準(zhǔn)可靠，進(jìn)而保證了機(jī)械臂的可靠性；而且，相比于傳統(tǒng)的連桿傳動機(jī)構(gòu)，柔性傳動機(jī)構(gòu)具有質(zhì)量輕、體積小、結(jié)構(gòu)簡單、調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)，因而，本發(fā)明的機(jī)械臂重量輕、占用空間小、運(yùn)動控制結(jié)構(gòu)簡單。
[0143]更特別地，本發(fā)明的機(jī)械臂之重力平衡機(jī)構(gòu)通過柔性體與第一傳動機(jī)構(gòu)串聯(lián)，實現(xiàn)了對豎直移動關(guān)節(jié)上的外部構(gòu)件的重力配平，由于將重力平衡機(jī)構(gòu)與傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行了串聯(lián)，簡化了配平與傳動結(jié)構(gòu)，控制更為簡單。同時，重力平衡機(jī)構(gòu)和至少部分傳動機(jī)構(gòu)置于連接臂的內(nèi)腔中，減少了機(jī)械臂的體積，提高了可靠性。
[0144]進(jìn)一步(未圖示)，本實施例提供了一種手術(shù)機(jī)器人，其包括上述實施例的機(jī)械臂。由于所述手術(shù)機(jī)器人采用了上述實施例的機(jī)械臂，所以，所述手術(shù)機(jī)器人由機(jī)械臂帶來的有益效果請參考上述實施例。本實施例的機(jī)械臂尤其適用于進(jìn)行微創(chuàng)傷手術(shù)的手術(shù)機(jī)器人，手術(shù)過程更為安全、可靠。
[0145]上述描述僅是對本發(fā)明較佳實施例的描述，并非對本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種機(jī)械臂，包括具有一連接器的豎直移動關(guān)節(jié)，所述豎直移動關(guān)節(jié)用以驅(qū)動與所述連接器連接的外部構(gòu)件沿豎直方向移動，其特征在于，所述機(jī)械臂還包括重力平衡機(jī)構(gòu)以及第一傳動機(jī)構(gòu)，所述重力平衡機(jī)構(gòu)通過第一傳動機(jī)構(gòu)與所述連接器連接，以配平所述連接器和外部構(gòu)件的重力； 其中，所述重力平衡機(jī)構(gòu)包括配平結(jié)構(gòu)以及第一柔性體，所述第一傳動機(jī)構(gòu)包括比例輪以及第二柔性體，所述比例輪包括同軸安裝且同步轉(zhuǎn)動的內(nèi)輪和外輪； 所述第一柔性體的一端與所述配平結(jié)構(gòu)連接，所述第一柔性體的另一端與所述比例輪的內(nèi)輪連接，所述第二柔性體包括第一本體、第一延伸部和第二延伸部，所述第一本體包括第一端和第二端，所述第一本體圍繞并部分固連所述外輪的外圍，所述第一本體的第一端圍繞所述外輪的方向與第一柔性體圍繞所述內(nèi)輪的方向相反，所述第一本體的第一端延伸與第一延伸部的一端連接，所述第一本體的第二端延伸與第二延伸部的一端連接，所述第一延伸部的另一端與所述連接器的上部連接，所述第二延伸部的另一端與所述連接器的下部連接，且所述第一延伸部和第二延伸部被配置為當(dāng)連接器移動時，所述第一延伸部和第二延伸部的位移變化量相等。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述配平結(jié)構(gòu)為一恒力彈簧，所述恒力彈簧用以對所述比例輪施加恒定的力矩。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述重力平衡機(jī)構(gòu)還包括一第一轉(zhuǎn)向輪，所述第一轉(zhuǎn)向輪設(shè)置于所述比例輪的一側(cè);與所述恒力彈簧連接后，所述第一柔性體延伸經(jīng)過所述第一轉(zhuǎn)向輪的轉(zhuǎn)向后與所述內(nèi)輪連接。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述第一柔性體位于所述恒力彈簧與第一轉(zhuǎn)向輪之間的部分沿水平方向延伸，所述第一柔性體位于第一轉(zhuǎn)向輪與所述內(nèi)輪之間的部分垂直于水平方向延伸。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述重力平衡機(jī)構(gòu)還包括水平放置的滑動槽以及滑動布置在滑動槽中的彈簧接頭;所述第一柔性體通過所述彈簧接頭與所述恒力彈簧連接;其中，所述滑動槽用以限定所述第一柔性體位于所述恒力彈簧與第一轉(zhuǎn)向輪之間的部分沿水平方向運(yùn)動。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述第一傳動機(jī)構(gòu)還包括第二轉(zhuǎn)向輪、第三轉(zhuǎn)向輪、第四轉(zhuǎn)向輪和第五轉(zhuǎn)向輪； 其中，所述第三轉(zhuǎn)向輪位于所述比例輪遠(yuǎn)端，所述第二轉(zhuǎn)向輪位于第三轉(zhuǎn)向輪的上側(cè)，所述第四轉(zhuǎn)向輪位于第二轉(zhuǎn)向輪的遠(yuǎn)端上側(cè)，所述第五轉(zhuǎn)向輪位于第三轉(zhuǎn)向輪的遠(yuǎn)端下側(cè)； 所述第一延伸部與第一本體的第一端連接，并延伸通過第二轉(zhuǎn)向輪和第四轉(zhuǎn)向輪，然后與所述連接器的上部連接，所述第二延伸部與第一本體的第二端連接，并延伸通過第三轉(zhuǎn)向輪和第五轉(zhuǎn)向輪，然后與所述連接器的下部連接，所述第一延伸部延伸通過第二轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向后的延伸方向與第二延伸部延伸通過第三轉(zhuǎn)向輪后的延伸方向相背離，所述第一延伸部延伸通過第四轉(zhuǎn)向輪轉(zhuǎn)向后的延伸方向與第二延伸部延伸通過第五轉(zhuǎn)向輪后的延伸方向相向； 并且，位于第四轉(zhuǎn)向輪與連接器之間的第二柔性體與位于第五轉(zhuǎn)向輪與連接器部分的第二柔性體共線或相互平行，位于第四轉(zhuǎn)向輪與第二轉(zhuǎn)向輪之間的第二柔性體與位于第五轉(zhuǎn)向輪與第三轉(zhuǎn)向輪之間的第二柔性體共線或相互平行，位于第四轉(zhuǎn)向輪與連接器之間的第二柔性體與位于第四轉(zhuǎn)向輪與第二轉(zhuǎn)向輪之間的第二柔性體相互平行。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述第一傳動機(jī)構(gòu)還包括位于第二轉(zhuǎn)向輪近端的第一轉(zhuǎn)向輪組，所述第一轉(zhuǎn)向輪組包括第六轉(zhuǎn)向輪和第七轉(zhuǎn)向輪，所述第六轉(zhuǎn)向輪和第七轉(zhuǎn)向輪同軸布置且各自轉(zhuǎn)動； 所述第一延伸部與所述第一本體的第一端連接，并延伸通過第一轉(zhuǎn)向輪組中的一轉(zhuǎn)向輪，再延伸通過第二轉(zhuǎn)向輪和第四轉(zhuǎn)向輪，然后與連接器的上部連接，所述第二延伸部與所述第一本體的第二端連接，并延伸通過第一轉(zhuǎn)向輪組中的另一轉(zhuǎn)向輪，再延伸通過第三轉(zhuǎn)向輪和第五轉(zhuǎn)向輪，然后與連接器的下部連接。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述第一傳動機(jī)構(gòu)還包括第二轉(zhuǎn)向輪組和第三轉(zhuǎn)向輪組，所述第二轉(zhuǎn)向輪組包括第八轉(zhuǎn)向輪和第九轉(zhuǎn)向輪，所述第八轉(zhuǎn)向輪和第九轉(zhuǎn)向輪同軸布置且各自轉(zhuǎn)動，所述第三轉(zhuǎn)向輪組包括第十轉(zhuǎn)向輪和第十一轉(zhuǎn)向輪，所述第十轉(zhuǎn)向輪和第十一轉(zhuǎn)向輪同軸布置且各自轉(zhuǎn)動； 其中，所述第二轉(zhuǎn)向輪組和第三轉(zhuǎn)向輪組位于第二轉(zhuǎn)向輪的近端，且所述第二轉(zhuǎn)向輪組位于第三轉(zhuǎn)向輪組的上側(cè);所述第一延伸部連接第一本體的第一端后延伸通過第二轉(zhuǎn)向輪組和第三轉(zhuǎn)向輪組中的一轉(zhuǎn)向輪，再延伸通過第二轉(zhuǎn)向輪和第四轉(zhuǎn)向輪與連接器的上部連接，所述第二延伸部連接第一本體的第二端后延伸通過第二轉(zhuǎn)向輪組和第三轉(zhuǎn)向輪組中的另一轉(zhuǎn)向輪，再延伸通過第三轉(zhuǎn)向輪和第五轉(zhuǎn)向輪與連接器的下部連接。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述機(jī)械臂還包括一水平移動關(guān)節(jié)，所述水平移動關(guān)節(jié)通過一連接臂與豎直移動關(guān)節(jié)連接，用以驅(qū)動與所述連接器連接的所述外部構(gòu)件沿水平方向移動； 其中，所述連接臂具有一內(nèi)腔，所述重力平衡機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述內(nèi)腔中，并且，所述第一傳動機(jī)構(gòu)中的比例輪也設(shè)置于所述內(nèi)腔中。10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述機(jī)械臂還包括一水平移動關(guān)節(jié)，所述水平移動關(guān)節(jié)通過一連接臂與豎直移動關(guān)節(jié)連接，用以驅(qū)動與所述連接器連接的所述外部構(gòu)件沿水平方向移動； 其中，所述連接臂具有一內(nèi)腔，所述重力平衡機(jī)構(gòu)設(shè)置于所述內(nèi)腔中，所述第一傳動機(jī)構(gòu)中的比例輪也設(shè)置于所述內(nèi)腔中，并且，所述第二轉(zhuǎn)向輪、第三轉(zhuǎn)向輪、第四轉(zhuǎn)向輪和第五轉(zhuǎn)向輪均設(shè)置于所述豎直移動關(guān)節(jié)上。11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述機(jī)械臂還包括旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和連接件，所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)包括外筒和轉(zhuǎn)軸，所述外筒與連接臂連接，所述轉(zhuǎn)軸與連接件連接，所述連接件與豎直移動關(guān)節(jié)連接，所述第二轉(zhuǎn)向輪組置于外筒內(nèi)，所述第三轉(zhuǎn)向輪組置于連接件內(nèi)，且位于所述第二轉(zhuǎn)向輪組與第三轉(zhuǎn)向輪組之間的第二柔性體延伸方向與旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線共線。12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述第一傳動機(jī)構(gòu)還包括第一制動輪，從所述外輪的外圍延伸出的第一本體之第一端圍繞所述第一制動輪，然后與第一延伸部連接，且所述第一端圍繞第一制動輪的方向與第一端圍繞所述外輪外圍的方向相反。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述機(jī)械臂還包括一水平移動關(guān)節(jié)，所述水平移動關(guān)節(jié)與豎直移動關(guān)節(jié)連接;除所述連接器外，所述豎直移動關(guān)節(jié)還包括底板以及固設(shè)于所述底板上的豎直導(dǎo)軌;所述底板之背面連接所述水平移動關(guān)節(jié)，所述豎直導(dǎo)軌固設(shè)于所述底板之正面上，所述連接器滑動設(shè)置于所述豎直導(dǎo)軌上。14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述機(jī)械臂還包括與所述豎直移動關(guān)節(jié)連接的水平移動關(guān)節(jié)，所述水平移動關(guān)節(jié)用以沿水平方向運(yùn)動，以驅(qū)動與所述連接器連接的所述外部構(gòu)件沿水平方向運(yùn)動。15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述水平移動關(guān)節(jié)包括N個上下堆疊的水平移動模塊;第一個水平移動模塊用以連接一外部固定架，其余水平移動模塊用以沿水平方向運(yùn)動;第m個水平移動模塊滑動連接第m-Ι個水平移動模塊，第N個水平移動模塊連接所述豎直移動關(guān)節(jié)，其中，N為大于或等于2的自然數(shù)，!11為2至N中的所有自然數(shù)。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的機(jī)械臂，其特征在于，每個水平移動模塊均包括一個底塊，而且，第m-Ι個水平移動模塊還包括固設(shè)于其底塊上的水平導(dǎo)軌以及滑動設(shè)置于所述水平導(dǎo)軌上的滑塊;第m-Ι個水平移動模塊之滑塊與第m個水平移動模塊之底塊連接。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述機(jī)械臂還包括一第二傳動機(jī)構(gòu)，所述第二傳動機(jī)構(gòu)包括第二制動輪和第三柔性體;所述第二制動輪設(shè)置于第N個水平移動豐旲塊上； 所述第三柔性體包括第二本體、第三延伸部以及第四延伸部;所述第二本體包括第三端和第四端，所述第二本體圍繞并部分固連所述第二制動輪;所述第二本體的第三端與第三延伸部的一端連接，所述第二本體的第四端與第四延伸部的一端連接;所述第三延伸部的另一端與第一個水平移動模塊的一端連接，所述第四延伸部的另一端與第一個水平移動豐吳塊的另一端連接； 所述第三延伸部和第四延伸部被布置為當(dāng)水平移動關(guān)節(jié)移動時，所述第三延伸部和第四延伸部的位移變化量相等。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述第二傳動機(jī)構(gòu)包括第一滑輪以及第二滑輪； 所述第三延伸部的另一端通過第二滑輪轉(zhuǎn)向后與第一個水平移動模塊的一端連接，且所述第三延伸部進(jìn)入第二滑輪的方向與離開第二滑輪的方向平行，所述第四延伸部的另一端通過第一滑輪轉(zhuǎn)向后與第一個水平移動模塊的另一端連接，所述第四延伸部進(jìn)入第一滑輪的方向與離開該第一滑輪的方向平行，所述第三延伸部離開第二滑輪的方向與所述第四延伸部離開第一滑輪的方向平行或者共線。19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述水平移動模塊的數(shù)量為兩個，并且，所述第二傳動機(jī)構(gòu)還包括兩個滑輪，分別是第三滑輪以及第四滑輪； 其中，所述第三滑輪、第四滑輪位于第二個水平移動模塊之第二底塊上并設(shè)置于第二制動輪的不同側(cè)，所述第一滑輪、第二滑輪位于第一個水平移動模塊之第一底塊上;所述第三延伸部與第二本體的第三端連接后延伸通過第四滑輪、第二滑輪與第一個水平移動模塊之第一底塊的一端連接;所述第四延伸部與第二本體的第四端連接后延伸通過第三滑輪、第一滑輪與第一個水平移動模塊之第一底塊的另一端連接;所述第三延伸部延伸通過第四滑輪后的延伸方向與第四延伸部延伸通過第三滑輪后的延伸方向相背離，所述第三延伸部延伸通過第二滑輪后的延伸方向與第四延伸部延伸通過第一滑輪后的延伸方向相向； 并且，位于所述第二滑輪與第四滑輪之間的第三柔性體延伸方向與位于第二滑輪與第一底塊之一端固定點(diǎn)之間的第三柔性體延伸方向平行，位于所述第一滑輪與第三滑輪之間的第三柔性體延伸方向與位于第一滑輪與第一底塊之另一端固定點(diǎn)之間的第三柔性體延伸方向平行，位于第二滑輪與第一底塊之一端固定點(diǎn)之間的第三柔性體延伸方向與位于第一滑輪與第一底塊之另一端固定點(diǎn)之間的第三柔性體延伸方向平行或共線。20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述水平移動模塊的數(shù)量為三個，并且，所述第二傳動機(jī)構(gòu)還包括四個滑輪，分別是第三滑輪、第四滑輪、第五滑輪以及第六滑輪； 其中，所述第三滑輪、第四滑輪位于第三個水平移動模塊之第三底塊上并設(shè)置于第二制動輪的不同側(cè)，所述第五滑輪、第六滑輪位于第二個水平移動模塊之第二底塊上并位于第二底塊的上部，所述第一滑輪和第二滑輪設(shè)置于所述第二底塊上并位于第二底塊的下部;所述第三延伸部與第二本體的第三端連接后延伸通過第四滑輪、第六滑輪和第二滑輪與第一個水平移動模塊之第一底塊的一端連接;所述第四延伸部與第二本體的第四端連接后延伸通過第三滑輪、第五滑輪和第一滑輪與第一個水平移動模塊之第一底塊的另一端連接;所述第三延伸部延伸通過第四滑輪后的延伸方向與第四延伸部延伸通過第三滑輪后的延伸方向相背離，所述第三延伸部延伸通過第六滑輪后的延伸方向與第四延伸部延伸通過第五滑輪后的延伸方向相向，所述第三延伸部延伸通過第二滑輪后的延伸方向與第四延伸部延伸通過第一滑輪后的延伸方向相背離； 并且，位于所述第六滑輪與第二滑輪之間的第三柔性體延伸方向與位于第二滑輪與第一底塊之一端固定點(diǎn)之間的第三柔性體延伸方向平行，位于所述第五滑輪與第一滑輪之間的第三柔性體延伸方向與位于第一滑輪與第一底塊之另一端固定點(diǎn)之間的第三柔性體延伸方向平行，位于第二滑輪與第一底塊之一端固定點(diǎn)之間的第三柔性體延伸方向與位于第一滑輪與第一底塊之另一端固定點(diǎn)之間的第三柔性體延伸方向平行或共線。21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述水平移動關(guān)節(jié)包括第一水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)和第二水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)； 所述第一水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)包括至少一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，所述第一水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)的兩端分別連接所述第二水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)以及一外部固定架;所述第二水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)包括至少一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，所述第二水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)的另一端與所述豎直移動關(guān)節(jié)連接，且所述第二水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)與連接器分布在所述豎直移動關(guān)節(jié)的兩側(cè)； 其中，所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線相互平行，且與所述連接器的移動方向平行。22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的機(jī)械臂，其特征在于，所述水平移動關(guān)節(jié)包括第一水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)和第二水平運(yùn)動機(jī)構(gòu);所述連接器固定連接所述第一水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)的一端，以驅(qū)動所述第一水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)移動； 所述第一水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)包括至少一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，所述第一水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)的另一端轉(zhuǎn)動連接所述外部構(gòu)件;所述第二水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)包括至少一個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，所述第二水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)的兩端分別連接所述豎直移動關(guān)節(jié)以及一外部固定架，所述第二水平運(yùn)動機(jī)構(gòu)與連接器分布在所述豎直移動關(guān)節(jié)的兩側(cè)； 其中，所述旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸線相互平行，且與所述連接器的移動方向平行。23.—種手術(shù)機(jī)器人，其特征在于，包括如權(quán)利要求1至22中任意一項所述的機(jī)械臂。
【文檔編號】A61B34/30GK106037934SQ201610498120
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月29日
【發(fā)明人】何超, 李濤, 王常春, 袁帥, 楊捷
【申請人】微創(chuàng)（上海）醫(yī)療機(jī)器人有限公司