一種微創機器人用持械機械臂的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種集成化手術器械驅動裝置，具體涉及一種微創機器人用持械機械臂，屬于醫療器械領域。
【背景技術】
[0002]目前微創手術是醫療技術研究熱點，是未來手術發展趨勢，這主要是由于微創醫療有諸多優點:諸如創傷小、住院時間短、恢復快、術后并發癥少。但是傳統內窺鏡手術有諸多弊端，例如操作精度低，視野范圍小，操作自由度小，醫生容易疲勞和顫抖；隨著科學技術發展，機器人醫療輔助技術能夠很好地解決這些問題。機器人輔助技術能夠提供3D視野，便于醫生操作，微型醫療器械大大增加手術操作靈活性，醫生能夠進行更精細的操作。同時加入人機工程學方面設計，能夠減少醫生的疲勞。
[0003]現有的機械臂集中式布局帶來的被動關節數量多，被動臂過長帶來的整體機械臂體積大，存在剛度低的問題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是為解決現有的機械臂集中式布局帶來的被動關節數量多，被動臂過長帶來的整體機械臂體積大，存在剛度低的問題。提供一種微創機器人用持械機械臂。
[0005]本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是:
[0006]一種微創機器人用持械機械臂包括豎直平移安全制動裝置、被動關節、第一關節、第二關節和集成化手術器械驅動裝置，被動關節的一端可轉動安裝在豎直平移安全制動裝置的上部，第一關節的一端可轉動連接在被動關節上，第二關節的一端與第一關節的另一端可轉動連接，集成化手術器械驅動裝置安裝在第二關節的另一端，
[0007]豎直平移安全制動裝置包括底座組件、導軌組件和外端接口連接件；所述底座組件包括箱體、配重塊和至少一個光軸組件，至少一個光軸組件設置在箱體上，所述光軸組件包括光軸本體和兩個光軸壓環，兩個光軸壓環分別固定連接在箱體的頂面和底面上，光軸從上到下依次穿過兩個光軸壓環并固定連接在箱體內，所述配重塊位于箱體內并設置在光軸上，導軌組件包括支承座、斜齒條、滑輪組和兩條滑軌，滑輪組設置在支承座的頂面，所述支承座的底面固定連接在箱體的上端面上，所述支承座的側壁上加工有豎直設置的凹槽，所述斜齒條和兩條滑軌均豎直設置在凹槽內，所述斜齒條位于兩條滑軌中間；所述外端接口連接件包括連接座體、齒輪箱組件、滑塊組件、兩條連接繩，所述連接座體的上端面加工有外端接口，所述連接座體的外壁上固定連接有滑塊組件，所述連接座體通過滑塊組件與兩條滑軌滑動配合，連接座體內設置有齒輪箱組件，齒輪箱組件與斜齒條配合設置，連接繩與滑輪組一一對應設置，每條連接繩的一端可拆卸連接在配重塊上，每條連接繩的另一端繞過其對應的滑輪組可拆卸連接在連接座體的上端面上，
[0008]第一關節包括第一驅動組件、支撐殼體、傳動組件和第一絕對編碼器；第一驅動組件包括第一電機、帶輪支撐架、驅動帶輪和驅動轉軸；第一驅動組件布置在支撐腔體的下方；第一電機安裝在帶輪支撐架上，驅動轉軸轉動安裝在帶輪支撐架上并與第一電機的輸出軸連接，驅動帶輪套裝在驅動轉軸上，帶輪支撐架與支撐腔體連接；傳動組件包括關節軸、第一諧波減速器、傳動帶輪和傳動帶；傳動組件布置在支撐腔體內；關節軸插裝在第一諧波減速器上并穿過傳動帶輪，傳動帶輪通過傳動帶與驅動帶輪傳動連接，第一絕對編碼器布置在支撐腔體內并安裝在關節軸上；第一諧波減速器的固定法蘭與支撐腔體連接；
[0009]第二關節包括組件支架和第二驅動組件；第二驅動組件包括第二電機、第二諧波減速器、第二絕對編碼器、輸送帶、第一輪轂、第二輪轂和關節傳動軸；第二驅動組件布置在組件支架上，第一諧波減速器的輸出法蘭與組件支架連接；第二電機的輸出軸連軸器K2-8-4與關節傳動軸連接，關節傳動軸安裝在第二諧波減速器的波發生器上，第二諧波減速器的柔輪與第一輪轂連接，第二諧波減速器的剛輪與組件支架連接，第一輪轂與第二輪轂并列設置且二者轉動安裝在組件支架上，輸送帶的一端與第一輪轂連接，輸送帶的另一端與第二輪轂連接，第二絕對編碼器與第一輪轂連接；
[0010]被動關節的一端可轉動安裝在外端接口連接件上，被動關節的另一端與第一關節的支撐殼體內轉動連接；
[0011]集成化手術器械驅動裝置包括動力源組件、解耦過渡組件、接口組件和多根纏繞絲，動力源組件、解耦過渡組件和接口組件由下至上依次可滑動交錯疊放并通過多根纏繞絲以解耦的纏繞方式連接，動力源組件包括驅動支撐板、驅動組件、引導輪組件和滑塊組件，驅動組件安裝在驅動支撐板的第一驅動支撐板端面上，引導輪組件分別安裝在驅動支撐板的第二驅動支撐板端面、第三驅動支撐板端面和第四驅動支撐板端面上，滑塊組件安裝在驅動支撐板的第五驅動支撐板端面上，解耦過渡組件包括過渡支撐板、過渡滑動導軌組合和過渡引導輪組合，過渡支撐板為矩形支撐板，過渡引導輪組合中的第一過渡引導輪、第二過渡引導輪和第三過渡引導輪分別安裝在過渡支撐板的第一過渡支撐板端面，第二過渡支撐板端面和第三過渡支撐板端面上，過渡滑動導軌組合分別安裝在過渡支撐板的第四過渡支撐板端面和第五過渡支撐板端面上，滑塊組件與過渡支撐板上的過渡滑動導軌組合可滑動連接，接口組件包括架體、從驅動螺旋線輪組件、接口引導輪組件和接口滑塊組件，從驅動螺旋線輪組件安裝在架體上，多個接口引導輪安裝在架體上并位于從驅動螺旋線輪組件的兩側，接口滑塊組件安裝在架體的底端并與過渡支撐板上端面上的過渡滑動導軌組件可滑動連接。
[0012]本發明相對于現有技術的有益效果如下:
[0013]1、本發明公開一種解耦的集成化手術器械驅動裝置，包括動力源組件、解耦過渡組件和接口組件。接口組件是用于放置器械接口，解耦過渡組件用于過渡作用，主要是為了實現上段相對中段速度和中段相對下段的速度相同，動力源組件用于放置電機用于驅動手術器械，該部分一共集成了接口組件中的5個電機和3個驅動器Α-8 ο通過集成化設計和平臺三段式設計使得平臺緊湊能夠比較容易實現解耦。與一段式；平臺相比，這樣能夠減少手術過程中占用的工作區域，降低碰撞機率。
[0014]2、本發明的驅動裝置共有5個自由度，其中一個是平移自由度，用于實現手術器械的直線運動，另外四個是旋轉自由度，用于驅動手術器械繞自身桿件旋轉運動、腕部運動、和兩個手術鉗旋轉運動。直接用電機驅動手術器械將增大平移關節的驅動力矩，進而會選擇較大電機，這樣會增加整個裝置的體積和質量，為了減小直線運動所需的驅動力矩，減少選用大電機所帶來的較大空間，采用鋼絲傳動方式，將驅動電機后置。由于驅動電機后置所帶來的耦合問題，通過采用特殊的結構和鋼絲繩布局設計來實現解耦。
[0015]3、本發明的四個自由度驅動電機后置，通過鋼絲繩將運動傳遞給手術器械接口裝置，驅動手術器械。該裝置結構緊湊，減少了整個驅動裝置的體積和質量體積和質量降低了50%,提高了該驅動裝置的安全性，安全性主要是通過兩根鋼絲驅動來實現。能夠實現無耦合的運動。
[0016]4、本發明采用螺旋線輪能夠保證鋼絲繩在纏繞時能夠保證相同直徑。
[0017]5、本發明的電位計是依據滑動變阻器的原理來實現對角度的絕對測量，主要用于對四個旋轉接口尋找零點，以便較為方便實現與手術器械對接和手術器械上四個自由度的限位。
[0018]6、本發明將彈簧C-2-2安裝在接口板驅動桿C-2-1下端，螺旋線輪C_2_9的中間位置設有直線導向矩形導軌凸起C-2-9-1，接口板驅動桿C-2-1的桿部開設兩個直線導向矩形導軌凹槽C-2-1-1，將彈簧放置在接口板驅動桿上時能夠實現接口板驅動桿的上下平動，將接口板安裝在接口板驅動桿上，這樣螺旋線輪通過接口板將運動傳遞給手術器械。將彈簧柱銷C-12放置在立柱內，將浮動盤放置在彈簧柱銷C-12上，浮動盤能夠在彈力的作用下上下移動。浮動盤的一個重要作用就是在手術器械上壓板作用力下，浮動盤下移，將接口板脫離手術器械，手術器械可以拔出，方便更換器械。
[0019]7、本發明將驅動電機組件A-2后置，這樣就能夠降低由于更多質量集中在離軸線較遠時所產生的較大的驅動力矩。由于電機垂直于器械平移面放置，這樣能夠使得整體機構比較緊湊。由于電機后置，器械平移運動時會產生耦合運動，為了去除耦合影響，設計了一種解耦機構，結構設計中采用鋼絲驅動，這樣能夠使得機構比較緊湊。同時平移運動通過鋼絲繩驅動，這樣提高反向驅動性，便于術前調整。
[0020]8、機械臂的主要有集中式和分布式的布局方式，集中式的布局方式往往考慮到方便到達空間中的任意位置需要至少6個自由度，但是為了規避機械臂之間的碰撞，故增加一個冗余自由度。這樣增加了臂的關節數和連桿數，降低了系統的剛度。而采用分布式方式能夠利用平面上的三個自由度，因此關節數和連桿數減少，提高了系統的剛度。
【附圖說明】
[0021]圖1是解親集成化手術器械驅動裝置不意圖；圖2是圖1在M處的放大圖；圖3是帶有纏繞絲的解耦集成化手術器械驅動裝置示意圖；圖4是手術器械接口擋板C-7-2驅動鋼絲繩纏繞主視圖；圖5是圖4的側視圖；圖6是手術器械接口擋板C-7-3驅動鋼絲繩纏繞主視圖；圖7是圖6的側視圖；圖8是手術器械接口擋板C-7-4驅動鋼絲繩纏繞主視圖；圖9是圖8的側視圖；圖10是平移運動驅動鋼絲走線主視不意圖；圖11是圖10的側視圖；圖12是接口組件的分解示意圖；圖13是從驅動螺旋線輪組件的結構示意圖；圖14是螺旋線輪C-2-9的結構示意圖用以說明驅動桿C-2-1在螺旋線輪C-2-9上實現上下運動；圖15是接口板驅動桿C-2-1的結構示意圖；圖16是接口引導輪C-3的結構示意圖；圖17是接口纏繞絲固定組件C-5的結構示意圖；圖18是解耦過渡組件B的結構示意圖；圖19是動力源組件A的結構示意圖；圖20是第五引導輪A-3-e的結構示意圖；圖21是第三引導輪A_3_c和第四引導輪A-3-d的結構示意圖；圖22是第三驅動引導輪A-3-a的結構示意圖；圖23是驅動組件A-2的結構示意圖；圖24是驅動螺旋線輪A-2-4的結構示意圖；圖25是手術器械接口擋板C-7-1驅動鋼絲繩纏繞主視圖；圖26是圖25的側視圖；圖27是手術器械接口擋板C-7-1和C-7-2驅動鋼絲繩解耦原理圖；圖28是手術器械接口擋板C-7-3和C-7-4驅動鋼絲繩解耦原理圖；圖29是鋼絲繩V和VII走線示意圖；圖30是鋼絲繩VI和VID走線示意圖；圖31是驅動支撐板A-1上不同端面的結構示意圖；圖32是第一驅動支撐板端面A-1-a的結構示意圖；圖33是驅動組件A-2-b的分解結構示意圖；圖34是驅動螺旋線輪Α-2-9的結構示意圖；圖35是手術器械接口擋板C-7的結構示意圖。圖36是豎直平移安全制動裝置的裝配圖，圖37是豎直平移安全制動裝置的底座組件I的裝配圖，圖38是豎直平移安全制動裝置的導軌組件2的裝配圖，圖39是豎直平移安全制動裝置的外端接口連接件3的裝配圖，圖40是豎直平移安全制動裝置的齒輪箱組件3-2的裝配圖，圖41是豎直平移安全制動裝置的滑輪組2