用于微创手术机器人的小臂结构的制作方法

本技术属于医疗器械，尤其是涉及一种用于微创手术机器人的小臂结构。

背景技术：

1、微创手术是指利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械及相关设备在人体腔体内部施行手术的一种手术方式。相比传统手术方式微创手术具有创伤小、疼痛轻、恢复快等优势。然而，微创手术中微创器械由于受到切口大小的限制，手术操作难度大为增加，且医生在长时间手术过程中的疲劳、颤抖等动作会被放大，这成为制约微创手术技术发展的关键因素。随着机器人技术的发展，一种可以克服缺点、继承优点的微创手术机器人技术应运而生。

2、使用微创手术机器人对患者进行手术前，通常医生会手扶器械臂将器械臂轻松的拖动到患者身体插入穿刺器的部位，进而将器械臂与穿刺器连接，这就要求微创机器人的小臂具有竖直向下的自由度，并且结构不能使拖动的操作者感受到阻力和拖动感不均匀的感受。目前实现该功能的关键技术就是借助伺服电机的力矩模式来实现，这样对机械结构的要求也很严格，丝杆传递对伺服电机敏感性较小，并且对装配要求极高，否则会使拖拽感不均匀，调试难度很大。

3、现有技术中所揭示的如中国专利cn201810384833.0，专利名称为：微创手术机器人悬挂定位定姿机械臂；以及中国专利cn201880035658.2，专利名称为：用于直观运动的主/工具配准和控制的系统和方法。上述现有技术要么是将微创手术机器人的小臂设计成一体的直线结构，并通过枢轴与大臂连接，要么多数直线运动采用丝杆、齿轮齿条、直线电机来实现旋转臂的移动，其中，采用齿轮齿条噪声较大，不适合手术室中应用；直线电机没有刹车功能，即无法在运行中间停止，也不适用于手术过程；微创手术器械臂应用过程中要应用到伺服电机的电流环控制，以实现轻松地、基本感受不到阻力地手动拖动小臂运动，是以丝杆阻力较大，对伺服电机的调试难度很大，所以也不适合。

4、所以，设计一种可实现无噪声，可在竖直方向及时刹车，可手动拖拽且无拖拽感不均匀是目前本领域技术人员所要解决的重要技术问题。

技术实现思路

1、本实用新型的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种用于微创手术机器人的小臂结构。

2、本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

3、一种用于微创手术机器人的小臂结构，与所述微创手术机器人的大臂枢轴连接；所述小臂结构包括主动臂，从动臂和旋转臂；所述主动臂的输入端与所述大臂第一枢轴点枢轴连接，且所述主动臂的输出端与所述从动臂输入端的第二枢轴点枢轴连接；所述从动臂的输出端与所述旋转臂输入端的第三枢轴点枢轴连接；所述旋转臂的输出端上设置有外接设备；所述主动臂绕所述第一枢轴点旋转后带动所述从动臂旋转，使所述第二枢轴点至所述第一枢轴点与所述第三枢轴点之间的连线的垂线长度产生变化，进而驱动所述旋转臂产生轴向移动。

4、优选的，所述主动臂包括主动臂壳体，固定于所述主动臂壳体外侧的固定法兰和壳体连接轴；所述主动臂壳体的内腔中至少设置有旋转机构，所述旋转机构包括第一关节模组，第一主动端同步带轮，主动臂同步带和第一从动端同步带轮；所述第一关节模组的近端贯穿并与所述固定法兰固定连接，且所述第一关节模组的旋转端贯穿第一主动端同步带轮并与所述主动臂壳体连接；所述第一关节模组驱动所述主动臂绕所述第一枢轴点旋转，及驱动所述第一主动端同步带轮自转；所述第一主动端同步带轮通过所述主动臂同步带与所述第一从动端同步带轮连接，并驱动所述第一从动端同步带轮与其同步旋转。

5、优选的，所述主动臂壳体的内侧设置有从动臂连接法兰；所述从动臂连接法兰与所述第一从动端同步带轮同轴并固定连接；所述壳体连接轴依次贯穿所述主动臂壳体、所述第一从动端同步带轮及所述从动臂连接法兰，并与所述从动臂的输入端连接，所述从动臂由所述第一从动端同步带轮驱动旋转。

6、优选的，所述从动臂包括从动臂壳体；所述从动臂壳体的内腔中至少设置有第二主动端同步带轮，从动臂同步带以及第二从动端同步带轮；所述第二主动端同步带轮紧固于所述壳体连接轴的贯穿端，并由所述壳体连接轴驱动所述第二主动端同步带轮旋转；所述第二主动端同步带轮通过所述从动臂同步带驱动所述第二从动端同步带轮旋转；所述第二从动端同步带轮与所述旋转臂的旋转臂固定座之间通过从动臂端盖连接，并驱动所述旋转臂竖直往复运动。

7、优选的，所述旋转臂至少包括所述旋转臂固定座，第二关节模组，旋转座，以及与所述旋转座固定连接的弯臂；所述第二关节模组的固定端与所述旋转臂固定座固定连接，所述第二关节模组的旋转端与所述旋转座固定连接；所述第二关节模组驱动所述旋转座旋转，进而驱动所述弯臂旋转。

8、优选的，所述第一主动端同步带轮与所述第一从动端同步带轮的齿数比为2:1，所述第二主动端同步带轮与所述第二从动端同步带轮的齿数比为1:2。

9、优选的，所述第一主动端同步带轮与所述第一从动端同步带轮之间设置有第一同步带张紧装置，且所述主动臂同步带绕设于所述第一同步带张紧装置上；所述第二主动端同步带轮与所述第二从动端同步带轮之间设置有第二同步带张紧装置，且所述从动臂同步带绕设于所述第二同步带张紧装置上。

10、优选的，所述主动臂输入端的第一枢轴点至其输出端的第二枢轴点的距离l1与所述从动臂输入端的第二枢轴点至其输出端的第三枢轴点的距离l2始终相等。

11、优选的，所述固定法兰和壳体连接轴之间通过氮气弹簧连接；所述氮气弹簧的固定端与所述固定法兰固定连接，所述氮气弹簧的活塞端固定于所述壳体连接轴上。

12、优选的，所述第二关节模组的固定端设置于所述旋转臂固定座内，且所述第二关节模组的轴线方向与所述从动臂端盖的轴线方向垂直设置。

13、本实用新型技术方案的优点主要体现在：

14、将现有技术中一体式的小臂结构设计成主动臂、从动臂和旋转臂，且两两之间通过枢轴连接，采用一个动力源控制从动臂相对主动臂旋转、旋转臂相对从动臂升降，全程通过枢轴旋转完成动力传输，以实现无噪声、可完成竖直方向及时刹车，可在一定空间内手动拖拽且无拖拽感不均匀的不良影响；

15、启动第一关节模组后可依次驱动从动臂摆动，进而带动旋转臂在竖直方向上完成升降往复运动，即通过一个动力源控制相邻两个枢轴点之间相对旋转运动，进而完成旋转臂在竖直方向上的上下运动，结构简单，节约制造成本；

16、主动臂外侧配备有氮气弹簧，通过氮气弹簧可补偿一定重力负载，可选择尺寸和扭矩更小的关节模组，使得结构更加紧凑，节省小臂占用空间的同时还可以降低成本。

技术特征：

1.用于微创手术机器人的小臂结构，与所述微创手术机器人的大臂枢轴连接；其特征在于：包括主动臂（1），从动臂（2）和旋转臂（3）；所述主动臂（1）的输入端与大臂第一枢轴点（11）枢轴连接，且所述主动臂（1）的输出端与所述从动臂（2）输入端的第二枢轴点（12）枢轴连接；所述从动臂（2）的输出端与所述旋转臂（3）输入端的第三枢轴点（23）枢轴连接；所述旋转臂（3）的输出端上设置有外接设备；所述主动臂（1）绕所述第一枢轴点（11）旋转后带动所述从动臂（2）旋转，使所述第二枢轴点（12）至所述第一枢轴点（11）与所述第三枢轴点（23）之间的连线的垂线长度产生变化，进而驱动所述旋转臂（3）产生轴向移动。

2.根据权利要求1所述的用于微创手术机器人的小臂结构，其特征在于：所述主动臂（1）包括主动臂壳体（105），固定于所述主动臂壳体（105）外侧的固定法兰（101）和壳体连接轴（106）；所述主动臂壳体（105）的内腔中至少设置有旋转机构，所述旋转机构包括第一关节模组（102），第一主动端同步带轮（103），主动臂同步带（104）和第一从动端同步带轮（108）；所述第一关节模组（102）的近端贯穿并与所述固定法兰（101）固定连接，且所述第一关节模组（102）的旋转端贯穿第一主动端同步带轮（103）并与所述主动臂壳体（105）连接；所述第一关节模组（102）驱动所述主动臂（1）绕所述第一枢轴点（11）旋转，及驱动所述第一主动端同步带轮（103）自转；所述第一主动端同步带轮（103）通过所述主动臂同步带（104）与所述第一从动端同步带轮（108）连接，并驱动所述第一从动端同步带轮（108）与其同步旋转。

3.根据权利要求2所述的用于微创手术机器人的小臂结构，其特征在于：所述主动臂壳体（105）的内侧设置有从动臂连接法兰（113）；所述从动臂连接法兰（113）与所述第一从动端同步带轮（108）同轴并固定连接；所述壳体连接轴（106）依次贯穿所述主动臂壳体（105）、所述第一从动端同步带轮（108）及所述从动臂连接法兰（113），并与所述从动臂（2）的输入端连接，所述从动臂（2）由所述第一从动端同步带轮（108）驱动旋转。

4.根据权利要求2所述的用于微创手术机器人的小臂结构，其特征在于：所述从动臂（2）包括从动臂壳体（201）；所述从动臂壳体（201）的内腔中至少设置有第二主动端同步带轮（202），从动臂同步带（203）以及第二从动端同步带轮（205）；所述第二主动端同步带轮（202）紧固于所述壳体连接轴（106）的贯穿端，并由所述壳体连接轴（106）驱动所述第二主动端同步带轮（202）旋转；所述第二主动端同步带轮（202）通过所述从动臂同步带（203）驱动所述第二从动端同步带轮（205）旋转；所述第二从动端同步带轮（205）与所述旋转臂（3）的旋转臂固定座（301）之间通过从动臂端盖（207）连接，并驱动所述旋转臂（3）竖直往复运动。

5.根据权利要求4所述的用于微创手术机器人的小臂结构，其特征在于：所述旋转臂（3）至少包括所述旋转臂固定座（301），第二关节模组（302），旋转座（306），以及与所述旋转座（306）固定连接的弯臂（307）；所述第二关节模组（302）的固定端与所述旋转臂固定座（301）固定连接，所述第二关节模组（302）的旋转端与所述旋转座（306）固定连接；所述第二关节模组（302）驱动所述旋转座（306）旋转，进而驱动所述弯臂（307）旋转。

6.根据权利要求5所述的用于微创手术机器人的小臂结构，其特征在于：所述第一主动端同步带轮（103）与所述第一从动端同步带轮（108）的齿数比为2:1，所述第二主动端同步带轮（202）与所述第二从动端同步带轮（205）的齿数比为1:2。

7.根据权利要求6所述的用于微创手术机器人的小臂结构，其特征在于：所述第一主动端同步带轮（103）与所述第一从动端同步带轮（108）之间设置有第一同步带张紧装置（114），且所述主动臂同步带（104）绕设于所述第一同步带张紧装置（114）上；所述第二主动端同步带轮（202）与所述第二从动端同步带轮（205）之间设置有第二同步带张紧装置（208），且所述从动臂同步带（203）绕设于所述第二同步带张紧装置（208）上。

8.根据权利要求7所述的用于微创手术机器人的小臂结构，其特征在于：所述主动臂（1）输入端的第一枢轴点（11）至其输出端的第二枢轴点（12）的距离l1与所述从动臂（2）输入端的第二枢轴点（12）至其输出端的第三枢轴点（23）的距离l2始终相等。

9.根据权利要求8所述的用于微创手术机器人的小臂结构，其特征在于：所述固定法兰（101）和壳体连接轴（106）之间通过氮气弹簧（4）连接；所述氮气弹簧（4）的固定端与所述固定法兰（101）固定连接，所述氮气弹簧（4）的活塞端固定于所述壳体连接轴（106）上。

10.根据权利要求9所述的用于微创手术机器人的小臂结构，其特征在于：所述第二关节模组（302）的固定端设置于所述旋转臂固定座（301）内，且所述第二关节模组（302）的轴线方向与所述从动臂端盖（207）的轴线方向垂直设置。

技术总结
本技术揭示了一种用于微创手术机器人的小臂结构，与微创手术机器人的大臂枢轴连接；该小臂结构包括主动臂，从动臂和旋转臂；主动臂的输入端与大臂第一枢轴点枢轴连接，主动臂的输出端与从动臂输入端的第二枢轴点枢轴连接；从动臂的输出端与旋转臂输入端的第三枢轴点枢轴连接；旋转臂的输出端上设置有外接设备；主动臂绕第一枢轴点旋转后带动从动臂旋转，使第二枢轴点至第一枢轴点与第三枢轴点之间的连线的垂线长度产生变化，进而驱动旋转臂产生轴向移动。本技术的有益效果体现在：将一体式的小臂结构设计成主动臂、从动臂和旋转臂，两两之间通过枢轴连接，通过枢轴旋转完成动力传输，实现无噪声、可及时刹车且无拖拽不均的感受。

技术研发人员：孙源池,钟鹏飞,骆威
受保护的技术使用者：以诺康医疗科技（苏州）有限公司
技术研发日：20230425
技术公布日：2024/1/15