無回隙被動臂及其具有該被動臂的微創手術機器人的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于微創手術機器人的無回隙被動臂，包括相互連接的輸出套筒與輸入套筒，還包括與所述輸出套筒和輸入套筒相連用以實現兩者之間無回隙的預壓緊裝置。本發明還公開了一種包括上述無回隙被動臂的微創手術機器人。上述無回隙被動臂，利用與輸出套筒和輸入套筒相連的預壓緊裝置，能夠實現輸出套筒和輸入套筒之間相對位置的固定，確保兩者之間的相對位置不會發生變化，即，避免了回隙的出現。
【專利說明】
無回隙被動臂及其具有該被動臂的微創手術機器人
技術領域
[0001]本發明涉及機器人技術領域，特別涉及一種無回隙被動臂。本發明還涉及一種具有該被動臂的微創手術機器人。
【背景技術】
[0002]隨著我國經濟建設的快速發展，市場對于具有被動臂的微創手術機器人的需求日益增大。
[0003]在現代醫療中，手術是指醫生用醫療器械對病人身體進行的切除、縫合等治療。以刀、剪、針等器械在人體局部進行的操作，來維持患者的健康。而微創手術因具有創傷小、疼痛少、住院時間短、身體機能恢復快等優點，越來越受到患者的歡迎，給患者帶來福音。在醫療中被越來越多的采用，傳統的微創手術由醫生手持器械進行手術，手的顫動及醫生疲勞等因素易造成手術事故，因此能進行微創手術的微創手術機器人設備也隨之誕生，其具有創傷較小，而且可以精準定位、精準操作，減少手術誤差的優勢。
[0004]微創手術機器人中需要使用到被動臂，其在手術進行前要人工進行調整，使手術器械到達指定的工作位置后，對被動臂進行固定，以便進行手術。在關節的輸入端與輸出端之間因結構件的制造裝配等因素會存在微小的回隙。本發明即為此開發出一種預壓緊組件來實現消除這些回隙的裝置。本文中，回隙是指當剎車器制動后，關節輸入端與關節輸出端之間存在的微小的轉動間隙。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種無回隙被動臂，該無回隙被動臂可以解決輸入端與輸出端之間因結構件的制造裝配等因素存在微小回隙的問題。本發明的另一目的是提供一種包括上述無回隙被動臂的微創手術機器人。
[0006]為實現上述目的，本發明提供一種用于微創手術機器人的無回隙被動臂，包括相互連接的輸出套筒與輸入套筒，還包括與所述輸出套筒和輸入套筒相連用以實現兩者之間無回隙的預壓緊裝置。
[0007]相對于上述【背景技術】，本發明提供的無回隙被動臂，輸出套筒與輸入套筒相互連接;輸入套筒與輸出套筒可以設置為同軸，并在外力作用條件下，通過套筒內的離合器等部件，來實現輸入套筒與輸出套筒的相對轉動或相對靜止;在上述基礎之上，利用預壓緊裝置，實現當輸出套筒與輸入套筒停止轉動時，兩者之間沒有回隙；即，停止轉動后，輸出套筒與輸入套筒之間不存在的微小的轉動間隙，從而確保了被動臂的穩定性。也就是說，利用與輸出套筒和輸入套筒相連的預壓緊裝置，能夠實現輸出套筒和輸入套筒之間相對位置的固定，確保兩者之間的相對位置不會發生變化，即，避免了回隙的出現。
[0008]優選地，所述預壓緊裝置包括:
[0009]壓緊套筒，所述壓緊套筒固定于所述輸出套筒；
[0010]壓緊旋鈕，所述壓緊旋鈕與所述輸出套筒螺紋連接;所述壓緊旋鈕突出于所述輸出套筒設置，并且所述壓緊旋鈕的末端伸入至所述壓緊套筒的內孔；
[0011]壓緊套軸，所述壓緊套軸位于所述壓緊套筒的內孔并能夠在所述壓緊套筒內軸向移動；
[0012]壓緊塊，所述壓緊塊與所述壓緊套軸和所述輸入套筒固定連接；
[0013]彈簧定位軸，所述彈簧定位軸的一端與所述壓緊套軸固定，另一端與所述壓緊旋鈕的末端在軸向位置上重疊；
[0014]壓緊彈簧，所述壓緊彈簧的一端與所述彈簧定位軸相抵，另一端與所述壓緊旋鈕的末端相抵。
[0015]優選地，所述彈簧定位軸與所述壓緊套軸通過外螺紋以及螺紋孔固定。
[0016]優選地，所述輸出套筒與所述輸入套筒同軸設置，并且所述輸出套筒設置于所述輸入套筒的下方，所述輸入套筒的底部嵌套于所述輸出套筒的內腔內部。
[0017]優選地，所述輸出套筒的內腔設置行星減速器，所述行星減速器與位于所述輸入套筒內部的剎車器軸相連。
[0018]優選地，所述輸出套筒的內腔設置軸承頂套以及圓錐滾子軸承，所述軸承頂套與所述圓錐滾子軸承異面設置。
[0019]優選地，所述輸入套筒內部設置有與所述剎車器軸相連的永磁斷電剎車器。
[0020]優選地，所述輸出套筒的底部以及所述輸入套筒的頂部分別設置有下端蓋和上端至
ΠΠ O
[0021 ] 優選地，所述剎車器軸伸出于所述上端蓋并與編碼器相連，所述上端蓋還設置有與所述剎車器軸套設的深溝球軸承。
[0022]本發明還提供一種微創手術機器人，包括上述任一項所述的被動臂。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明實施例所提供的無回隙被動臂的結構示意圖；
[0024]圖2為圖1中被動關節位置的剖視圖；
[0025]圖3為圖1中A部位的局部放大圖。
[0026]其中:
[0027]1-輸出套筒、2-下端蓋、3-行星減速器、4-軸承頂套、5-圓錐滾子軸承、6-預壓緊裝置、7-輸入套筒、8-剎車器軸、9-永磁斷電剎車器、10-上端蓋、11-深溝球軸承、12-編碼器、61-壓緊旋鈕、62-壓緊套筒、63-壓緊套軸、64-壓緊塊、65-彈簧定位軸、66-壓緊彈簧。
【具體實施方式】
[0028]本發明的核心是提供一種無回隙被動臂，該無回隙被動臂可以確保關節輸出端與關節輸入端之間無回隙。本發明的另一核心是提供一種具有上述無回隙被動臂的微創手術機器人。
[0029]為了使本技術領域的技術人員更好地理解本發明方案，下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明作進一步的詳細說明。
[0030]請參考圖1、圖2和圖3，圖1為本發明實施例所提供的被動臂的結構示意圖；圖2為圖1中被動關節位置的剖視圖；圖3為圖1中A部位的局部放大圖。
[0031]本發明提供了一種用于微創手術機器人的被動臂，輸出套筒I與輸入套筒7相互連接;輸入套筒7與輸出套筒I可以設置為同軸，并在外力作用條件下，通過套筒內的離合器等部件，來實現輸入套筒7與輸出套筒I的相對轉動或相對靜止。
[0032]也就是說，在輸出套筒I固定的前提下，輸入套筒7可具備兩種工作狀態;其一:輸入套筒7相對于輸出套筒I旋轉;其二，輸入套筒7保持靜止狀態。
[0033]本發明還設置預壓緊裝置6，如附圖1所示。預壓緊裝置6與輸出套筒I和輸入套筒7相連，利用其摩擦力實現輸出套筒I與輸入套筒7之間相對位置的固定，這樣一來，當被動臂達到工作位置時，輸出套筒I與輸入套筒7停止運動，此時兩者之間的相對位置固定不變，從而實現無回隙鎖定功能，確保被動臂的位置準確，提高工作可靠性。
[0034]當然，預壓緊裝置6可以上述的摩擦的方式，將輸出套筒I和輸入套筒7的位置保持一致，還可以采用其他鎖止形式，實現輸出套筒I和輸入套筒7之間無回隙的技術效果。
[0035]本文優選對預壓緊裝置6提供【具體實施方式】，如附圖1至附圖3所示;預壓緊裝置6包括壓緊旋鈕61、壓緊套筒62、壓緊套軸63、壓緊塊64、彈簧定位軸65和壓緊彈簧66;壓緊套筒62固定于輸出套筒I，輸出套筒I的運動能夠實時帶動壓緊套筒62的運動。
[0036]壓緊旋鈕61與壓緊套筒62螺紋連接;S卩，在輸出套筒I以及壓緊套筒62的位置不發生變化的前提下，壓緊旋鈕61能夠旋進或者旋出；除此之外，如附圖3所示，壓緊旋鈕61突出于壓緊套筒62，并且壓緊旋鈕61的末端伸入至壓緊套筒62的內孔。
[0037]壓緊套筒62的內孔還設置壓緊套軸63，壓緊套軸63能夠在壓緊套筒62的內孔軸向移動;位于最左側的壓緊塊64與壓緊套軸62固定連接，壓緊塊64與輸入套筒7固定連接;彈簧定位軸65的一端與壓緊套軸63固定，彈簧定位軸65的另一端與壓緊旋鈕61的末端在軸向位置上重疊;壓緊彈簧66的一端與彈簧定位軸65相抵，壓緊彈簧66的另一端與壓緊旋鈕61的末端相抵。
[0038]采用如上設置方式，被動臂達到工作位置時，輸出套筒I與輸入套筒7停止運動，可以旋緊壓緊旋鈕61，從而使得壓緊彈簧66壓緊，壓緊彈簧66將彈力傳遞至彈簧定位軸65，由于彈簧定位軸65與壓緊套軸63固定，也就是說，壓緊彈簧66被壓緊的彈力作用在壓緊套軸63上，從而使得壓緊塊64向輸入套筒7提供壓緊力；S卩，預壓緊裝置6的壓緊套筒62與輸出套筒I固定，預壓緊裝置6的壓緊塊64與輸入套筒7固定，而通過與壓緊套筒62螺紋連接的壓緊旋鈕61能夠實時調節壓緊彈簧66的彈簧壓縮力，從而調節壓緊彈簧66對輸入套筒7的壓力；簡單來說，通過壓緊彈簧66對輸入套筒7的壓力，對輸入套筒7的外表面提供預壓力，該預壓力使得輸出套筒I與輸入套筒7之間存在摩擦力，確保輸出套筒I與輸入套筒7之間的回隙不能表現出來，實現關節無回隙的制動。
[0039]利用上述設置方式，在能夠確保輸出套筒I與輸入套筒7無回隙的前提下，還能夠調節輸出套筒I與輸入套筒7之間的松緊程度，從而提高了被動臂的穩定性。上述方式，由于其結構簡單，能夠有效節省成本。
[0040]針對上述彈簧定位軸65與壓緊套軸63之間的連接方式，本文優選采用螺紋方式連接；即，彈簧定位軸65的左端設置外螺紋，而壓緊套軸63設置內螺紋孔，彈簧定位軸65的外螺紋與壓緊套軸63的內螺紋孔相互配合，從而確保彈簧定位軸65與壓緊套軸63的連接可靠;此外，由于確保彈簧定位軸65與壓緊套軸63采用螺紋配合，能夠輕易調節兩者之間的軸向位置，進一步提高了預壓緊裝置6的適用性。
[0041]無論上述預壓緊裝置6采用何種設置方式，針對輸出套筒I以及輸入套筒7的設置方式，本文優選如下設置形式。
[0042]如附圖2所示，輸出套筒I與輸入套筒7同軸設置，并且輸入套筒7在上，輸出套筒I在下，輸入套筒7的底部嵌套于輸出套筒I的內腔內部。即，輸入套筒7的旋轉力矩能夠傳遞至輸出套筒1，從而確保被動臂的正常運動。當然，根據實際需要，輸出套筒I與輸入套筒7的設置方式還可以為其他，本文此處將不再贅述。
[0043]更進一步地，輸出套筒I的內腔設置行星減速器3，行星減速器3與剎車器軸8相連，而剎車器軸8設置于輸入套筒7的內部。并且輸出套筒I的內腔設置軸承頂套4和圓錐滾子軸承5，軸承頂套4與圓錐滾子軸承5異面設置，如附圖2所示。當然，根據實際需要，上述行星減速器3、剎車器軸8、軸承頂套4和圓錐滾子軸承5的設置方式并不限于附圖2所示。
[0044]剎車器軸8連接有永磁斷電剎車器9，永磁斷電剎車器9位于輸入套筒7的內部；由于永磁斷電剎車器9自身特性及關節零部件加工安裝精度的影響，永磁斷電剎車器9制動后，在行星減速器3的內部以及行星減速器3與剎車器軸8之間還會存在間隙，這些間隙導致了關節輸入端與關節輸出端之間的回隙無法實現無回隙的鎖定。而采用上述預壓緊裝置6，能夠較好的避免該回隙，確保被動臂的正常使用。
[0045]在輸出套筒I的底部設置下端蓋2，在輸入套筒7的頂部設置上端蓋10;當永磁斷電剎車器9制動后，下端蓋2與行星減速器3之間同樣還會存在間隙，利用上述預壓緊裝置6，也能夠避免該間隙，進一步保證被動臂無回隙的鎖定。
[0046]本文優選將輸出套筒I與下端蓋2通過第一螺釘固定為一體，下端蓋2與行星減速器3的輸出端利用鍵連接在一起，輸出套筒1、下端蓋2以及行星減速器3的輸出端形成關節輸出端;行星減速器3的外殼通過第二螺釘與輸入套筒7固定，輸入套筒7與上端蓋10通過第三螺釘固定，并且永磁斷電剎車器9的線圈利用第四螺釘固定于上端蓋10;行星減速器3的外殼、輸入套筒7、永磁斷電剎車器9與上端蓋10形成關節輸入端。在輸出套筒I與輸入套筒7之間通過兩個圓錐滾子軸承5進行轉動;這樣一來，固定在關節輸入端處的預壓緊裝置6通過壓緊彈簧66的彈力將壓緊塊64壓在輸入套筒7的外表面，從而提供預緊力，實現輸出套筒I與輸入套筒7的之間無回隙。
[0047]為了能夠知曉剎車器軸8與上端蓋10之間的相對轉角，還可以設置編碼器12; SP，剎車器軸8伸出于上端蓋10，并且編碼器12與剎車器軸8相連;在上端蓋10還設置有深溝球軸承11，剎車器軸8套設于深溝球軸承11;這樣一來，剎車器軸8與上端蓋10之間通過深溝球軸承11進行傳動。編碼器12安裝在上端蓋10上面，可以記錄剎車器軸8與上端蓋10之間相對轉角，從而可以得到關節轉動的角度。
[0048]本文優選將行星減速器3的輸入端與剎車器軸8通過鍵連接在一起，并且永磁斷電剎車器9的剎車片與剎車器軸8之間通過緊定螺絲固定，剎車器軸8與上端蓋10之間通過深溝球軸承11進行轉動。
[0049]本發明所提供的一種微創手術機器人，該微創手術機器人具有無回隙被動臂，無回隙被動臂為上述具體實施例所描述的無回隙被動臂，微創手術機器人的其他部分可以參照現有技術，本文不再展開。
[0050]以上對本發明所提供的無回隙被動臂及其微創手術機器人進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護范圍內。
【主權項】
1.一種用于微創手術機器人的無回隙被動臂，包括相互連接的輸出套筒(I)與輸入套筒(7)，其特征在于，還包括與所述輸出套筒(I)和輸入套筒(7)相連用以實現兩者之間無回隙的預壓緊裝置(6)。2.根據權利要求1所述的無回隙被動臂，其特征在于，所述預壓緊裝置(6)包括: 壓緊套筒(62)，所述壓緊套筒(62)固定于所述輸出套筒(I); 壓緊旋鈕(61)，所述壓緊旋鈕(61)與所述輸出套筒(I)螺紋連接;所述壓緊旋鈕(61)突出于所述輸出套筒(I)設置，并且所述壓緊旋鈕(61)的末端伸入至所述壓緊套筒(62)的內孔； 壓緊套軸(63)，所述壓緊套軸(63)位于所述壓緊套筒(62)的內孔并能夠在所述壓緊套筒(62)內軸向移動； 壓緊塊(64)，所述壓緊塊(64)與所述壓緊套軸(63)和所述輸入套筒(7)固定連接； 彈簧定位軸(65)，所述彈簧定位軸(65)的一端與所述壓緊套軸(63)固定，另一端與所述壓緊旋鈕(61)的末端在軸向位置上重疊； 壓緊彈簧(66)，所述壓緊彈簧(66)的一端與所述彈簧定位軸(65)相抵，另一端與所述壓緊旋鈕(61)的末端相抵。3.根據權利要求2所述的無回隙被動臂，其特征在于，所述彈簧定位軸(65)與所述壓緊套軸(63)通過外螺紋以及螺紋孔固定。4.根據權利要求1至3任意一項所述的無回隙被動臂，其特征在于，所述輸出套筒(I)與所述輸入套筒(7)同軸設置，并且所述輸出套筒(I)設置于所述輸入套筒(7)的下方，所述輸入套筒(7)的底部嵌套于所述輸出套筒(I)的內腔內部。5.根據權利要求4所述的無回隙被動臂，其特征在于，所述輸出套筒(I)的內腔設置行星減速器(3)，所述行星減速器(3)與位于所述輸入套筒(7)內部的剎車器軸(8)相連。6.根據權利要求5所述的無回隙被動臂，其特征在于，所述輸出套筒(I)的內腔設置軸承頂套(4)以及圓錐滾子軸承(5)，所述軸承頂套(4)與所述圓錐滾子軸承(5)異面設置。7.根據權利要求6所述的無回隙被動臂，其特征在于，所述輸入套筒(7)內部設置有與所述剎車器軸(8)相連的永磁斷電剎車器(9)。8.根據權利要求7所述的無回隙被動臂，其特征在于，所述輸出套筒(I)的底部以及所述輸入套筒(7)的頂部分別設置有下端蓋(2)和上端蓋(10)。9.根據權利要求8所述的無回隙被動臂，其特征在于，所述剎車器軸(8)伸出于所述上端蓋(10)并與編碼器(12)相連，所述上端蓋(10)還設置有與所述剎車器軸(8)套設的深溝球軸承(11)。10.—種微創手術機器人，其特征在于，包括如權利要求1至9任一項所述的無回隙被動臂。
【文檔編號】A61B34/30GK105902314SQ201610369727
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月30日
【發明人】王金玉, 王黎
【申請人】重慶金山科技（集團）有限公司