本发明涉及医疗器械，具体而言，涉及一种设有换刀装置的手术机器人。
背景技术：
传统手术，手术医生手持手术刀具、夹具、其他手术工具对病患进行手术操作。
技术实现要素：
本发明所解决的技术问题：传统手术中，手术医生手持手术刀具、夹具、其他手术工具对病患进行手术操作，劳动强度大，工作效率低，病患易受感染。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种设有换刀装置的手术机器人，包括底座体、枢接在底座体上的腰转部件、枢接在腰转部件上的大臂、安装在大臂上的操作手、固定在大臂上的小臂、枢接在小臂前端的摆动臂、驱动摆动臂摆动的第一驱动单元、安装在摆动臂前端的换刀装置、驱动换刀装置旋转的第二驱动单元；所述摆动臂摆动时的中心线垂直于换刀装置的旋转中心线，腰转部件绕底座体转动，大臂绕腰转部件转动。
所述换刀装置包括刀具装夹盘、驱动刀具装夹盘旋转的驱动机构；所述驱动机构包括旋转组件、锁扣组件、驱动组件；所述旋转组件包括旋转座、固定套设在旋转座外围的第五齿轮和第六齿轮；所述锁扣组件包括固定设置在旋转座旁侧的竖直杆、套设在竖直杆上的扭簧、枢接在竖直杆顶部的水平杆；所述扭簧的顶端固定在水平杆上，扭簧的底端固定在竖直杆上，在扭簧的扭力下，所述水平杆的左端抵在第五齿轮上；所述驱动组件包括由驱动装置驱动而旋转的圆环，圆环旋转的中心线偏离旋转座旋转的中心线，圆环的内侧壁上设有齿段和径向凸部，齿段和径向凸部上下设置，齿段可与第六齿轮啮合，径向凸部可接触水平杆的右端并使水平杆摆动，当径向凸部使水平杆摆动时，第六齿轮与齿段开始啮合；所述刀具装夹盘固定连接旋转座；所述旋转座的旋转中心线垂直于换刀装置的旋转中心线。
按上述技术方案，本发明所述一种设有换刀装置的手术机器人的工作原理如下：
第一，手术医生手握操作手，旋转大臂或腰转部件，使摆动臂上的换刀装置处于待手术处。
第二，换刀装置中，驱动机构中的驱动装置驱动圆环旋转，当径向凸部接触到水平杆的右端时，水平杆围绕竖直杆水平摆动一定的角度，水平杆的左端与第五齿轮脱离接触，如此，旋转座不受锁扣组件的锁扣而处于自由状态；与此同时，圆环内侧壁上的齿段，即圆环内侧壁上的一段齿，与第六齿轮开始啮合，并驱动第六齿轮及与其固定连接的旋转座旋转，旋转座带动刀具装夹盘旋转；当旋转座旋转一定的角度，如九十度时，齿段与第六齿轮脱离接触，同时，水平杆的右端亦与径向凸部脱离接触，水平杆在扭簧的作用下复位，水平杆的左端重新抵在第五齿轮上，具体而言，水平杆的左端卡在第五齿轮的齿之间以限制旋转座转动；至此，刀具装夹盘随着旋转座的转动而旋转一定的角度，装夹在刀具装夹盘的手术工具随之旋转一定的角度，手术医生需用的手术工具处于工作位置。
第三，在摆动臂的摆动、整个换刀装置的旋转、大臂和腰转部件的旋转作用下，手术医生对病患进行手术操作。
通过上述技术方案，刀具装夹盘上安装有若干手术用的工具，如刀具、夹具，手术医生需使用相应的手术工具时，换刀装置可自动地更换手术工具，使其处于工作位置，且，为了提高手术的准确性，避免误差的产生，换刀装置每次换刀时，刀具装夹盘旋转的角度是一定的，即刀具装夹盘上的手术工具每次旋转的角度是一定的。
作为本发明对换刀装置的一种说明，所述换刀装置包括安装在摆动臂上的连接臂、设置在连接臂上的壳体，所述驱动机构安装在壳体内，所述刀具装夹盘与旋转座固定连接。按上述说明，第二驱动单元驱动连接臂旋转，连接臂带动整个换刀装置旋转。
作为本发明对换刀装置的一种说明，旋转组件中，所述旋转座枢接在壳体内的基盘上，所述基盘固定设置在壳体内，旋转座上设有一对定位杆，所述刀具装夹盘固定在一对定位杆上；所述锁扣组件中的竖直杆固定在基盘上，第五齿轮和第六齿轮位于基盘的两侧；所述基盘通过支撑柱固定在壳体内，所述支撑柱位于圆环内且位于旋转座的旁侧。
作为本发明对换刀装置的一种说明，驱动组件中，所述圆环枢接在壳体内，所述驱动装置包括固定套设在圆环外侧壁上的齿环、与齿环啮合的第七齿轮、与第七齿轮联接且安装在壳体内的第三电机。按上述说明，第三电机驱动第七齿轮旋转，第七齿轮通过驱动齿环而驱动圆环旋转。
作为本发明对摆动臂的一种说明，所述小臂的前端开设一凹形豁口，所述摆动臂枢接在凹形豁口内。所述第一驱动单元包括安装在小臂上的第一电机、联接第一电机与摆动臂的第一传动单元；所述第一传动单元包括枢接在小臂上且同轴设置的第二齿轮和第三齿轮、枢接在小臂上且同轴设置的第四齿轮和第一同步带轮、枢接在小臂上的第三轴、固定安装在第三轴上的第二同步带轮；所述第一电机的输出轴上安装有第一齿轮，第一齿轮与第二齿轮啮合，第三齿轮与第四齿轮啮合，第一同步带轮通过同步带与第二同步带轮联接，第三轴与摆动臂固定连接。所述第二驱动单元包括安装在摆动臂上的第二电机、第二传动单元；所述第二传动单元包括与第二电机输出轴联接的减速器、与减速器输出端连接的旋转盘，换刀装置安装在旋转盘上。
作为本发明对底座体的一种说明，所述底座体上设有左右对称的第一水平导轨和第二水平导轨，第一水平导轨上滑动配合有第一水平滑块，第二水平导轨上滑动配合有第二水平滑块，所述腰转部件水平横向设置，腰转部件的左右两端呈圆柱状，腰转部件的左端枢接在第一水平滑块内，腰转部件的右端枢接在第二水平滑块内；所述大臂竖直设置，大臂的底端枢接在腰转部件的中部，所述操作手安装在大臂的顶端，所述小臂固定在大臂的中部，所述摆动臂安装在小臂的顶部。按上述说明，腰转部件可沿第一水平导轨和第二水平导轨移动，以增加机械爪手的运动空间。
作为本发明对底座体的一种说明，所述底座体上设有刹车结构，刹车结构包括固定在底座体上的一对支板、枢接在一对支板上的刹车杆、一端与刹车杆固定连接的刹车旋转组件、一端与刹车旋转组件另一端铰接的刹车连接组件、与刹车连接组件另一端铰接的杠杆组件，杠杆组件的中部铰接在支板上，所述刹车杆的横截面呈正六边形；所述第二水平滑块上设有制动板，制动板与第二水平滑块通过弹簧连接，制动板位于腰转部件右端面的旁侧，所述刹车杆紧贴制动板。按上述说明，手术医生按压杠杆组件的一端，杠杆组件围绕其与支板铰接处翘动，杠杆组件通过刹车连接组件带动刹车旋转组件旋转，刹车旋转组件驱动刹车杆旋转，刹车杆的棱线朝左而抵在制动板上，进而，制动板的左侧抵在腰转部件右端面上，对腰转部件进行制动；当工作人员按压杠杆组件的另一端而使杠杆组件复位时，杠杆组件通过刹车连接组件带动刹车旋转组件反向旋转，刹车旋转组件驱动刹车杆反向旋转，刹车杆的棱线离开制动板而不再驱使制动板向左移动而制动腰转部件。
上述刹车结构中，所述刹车旋转组件包括与刹车杆固定连接的刹车旋转座、与刹车旋转座固定连接的刹车旋转杆；所述刹车连接组件包括与刹车旋转杆铰接的第二刹车连接杆、与第二刹车连接杆固定连接的第一刹车连接杆；所述杠杆组件包括与第一刹车连接杆铰接的刹车支座、与刹车支座固定连接的刹车衬板，所述刹车支座铰接在支板上。
所述底座体上设有第二刹车结构，第二刹车结构包括固定在底座体上的一对第二支板、枢接在一对第二支板上的第二刹车杆、一端与第二刹车杆固定连接的第二刹车旋转组件、一端与第二刹车旋转组件另一端铰接的第二刹车连接组件、与第二刹车连接组件另一端铰接的第二杠杆组件，第二杠杆组件的中部铰接在第二支板上，所述第二刹车杆的横截面呈正六边形；所述第一水平滑块上设有第二制动板，第二制动板与第一水平滑块通过第二弹簧连接，第二制动板位于腰转部件左端面的旁侧，所述第二刹车杆紧贴第二制动板；所述底座体上设有立杆，立杆的顶部设有第三滑销，第三滑销上配合有杠杆，杠杆的中部开设与第三滑销滑动配合的条形滑槽，杠杆的左端与刹车结构中的杠杆组件铰接，杠杆的右端与第二刹车结构中的第二杠杆组件铰接。按上述说明，刹车结构和第二刹车结构左右对称设置，两者的结构和功能相同，操作中，手术医生按动杠杆组件，即可通过杠杆驱动第二杠杆组件联动，同理，手术医生按动第二杠杆组件，即可通过杠杆驱动杠杆组件联动。联动的刹车结构和第二刹车结构同时对腰转部件的右端和左端进行制动。
作为本发明对腰转部件和大臂之间关系的一种说明，所述腰转部件上设有大臂刹车结构，所述大臂刹车结构包括固定设置在腰转部件上的环形体、安装在环形体上的一对制动片、滑动设置在环形体上的解锁滑块；所述大臂上固定有制动盘，一对制动片左右对称设置在制动盘的外围，一对制动片的一端铰接而另一端弹性连接；所述解锁滑块弹性连接在环形体上，解锁滑块上设有可平移入一对制动片弹性连接一端以张开一对制动片的楔形块。按上述说明，在操作中，手术医生一手中的四指握住操作手，剩余一指可按压楔形块，推动解锁滑块向环形体的中心平移，楔形块平移入一对制动片弹性连接的一端以张开一对制动片，如此，大臂由初始的被一对制动片摩擦制动的状态转变为可自由旋转的状态。
关于上述大臂刹车结构，所述环形体通过支撑块固定在腰转部件上；所述支撑块上设有铰接销；所述一对制动片包括位于左侧的第一制动片和位于右侧的第二制动片，第一制动片的左端与第二制动片的左端铰接在铰接销上，第一制动片的右端与第二制动片的右端通过第一伸缩弹簧弹性连接；第一制动片的右端设有第一顶柱，第二制动片的右端设有第二顶柱，第一顶柱和第二顶柱相向设置，第一顶柱和第二顶柱位于第一伸缩弹簧内；所述第一制动片和第二制动片均呈半圆形，第一制动片和第二制动片包围制动盘。按上述说明，第一伸缩弹簧具有使第一制动片和第二制动片合拢的趋势，而第一顶柱和第二顶柱的设置则具有阻挡该种趋势的作用。
关于上述大臂刹车结构，所述解锁滑块上设有一对定位销，一对定位销与楔形块前后设置在解锁滑块上；所述一对定位销包括左右对称设置的第一定位销和第二定位销，所述第一制动片的右端设有第一定位孔，第二制动片的右端设有第二定位孔，在第一伸缩弹簧的弹力下，当第一顶柱与第二顶柱相抵时，平移的解锁滑块上的第一定位销和第二定位销可相应地插入第一定位孔和第二定位孔内。按上述说明，当手术医生推动解锁滑块向环形体的中心平移时，第一定位销和第二定位销脱离第一定位孔和第二定位孔，同时，楔形块伸入第一制动片右端和第二制动片右端之间，并将其张开；在手术医生释放解锁滑块后，解锁滑块复位，楔形块离开第一制动片右端和第二制动片右端，同时，第一定位销和第二定位销相应地插入第一定位孔和第二定位孔，以锁定一对制动片。
关于上述大臂刹车结构，所述环形体上设有竖立块，竖立块上设有第二伸缩弹簧，第二伸缩弹簧的一端连接竖立块，第二伸缩弹簧的另一端连接解锁滑块。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
图1为本发明一种设有换刀装置的手术机器人的结构示意图；
图2为图1中小臂24、摆动臂80、换刀装置30的组合结构示意图；
图3为图2中换刀装置30隐去刀具装夹盘300后的结构示意图；
图4为图3中驱动机构60的结构示意图；
图5为图4中旋转组件61和锁扣组件62的组合结构示意图；
图6为图4中驱动组件63的结构示意图。
图7为图1中刹车结构70、第二刹车结构700的组合结构示意图；
图8为图7中刹车结构70的结构示意图；
图9为图1中大臂刹车结构90的结构示意图；
图10为图9中解锁滑块923的结构示意图。
图中符号说明：
10、底座体；11、第一水平导轨；12、第二水平导轨；13、第一水平滑块；130、第二制动板；14、第二水平滑块；140、制动板；
21、腰转部件；22、大臂；23、操作手；24、小臂；
30、换刀装置；300、刀具装夹盘；
51、连接臂；52、壳体；520、基盘；521、支撑柱；
60、驱动机构；61、旋转组件；611、旋转座；612、第五齿轮；613、第六齿轮；614、定位杆；62、锁扣组件；621、竖直杆；622、水平杆；63、驱动组件；631、圆环；632、齿段；633、径向凸部；634、齿环；635、第七齿轮；
70、刹车结构；701、支板；71、刹车杆；72、刹车旋转组件；721、刹车旋转座；722、刹车旋转杆；73、刹车连接组件；731、第一刹车连接杆；732、第二刹车连接杆；74、杠杆组件；741、刹车支座；742、刹车衬板；700、第二刹车结构；75、立杆；76、第三滑销；77、杠杆；
80、摆动臂；81、第一齿轮；82、第二齿轮；84、第四齿轮；85、第一同步带轮；86、第三轴；87、第二同步带轮；88、同步带；89、旋转盘；
90、大臂刹车结构；912、制动盘；921、环形体；922、制动片；9221、第一伸缩弹簧；9222、定位孔；923、解锁滑块；924、楔形块；925、支撑块；927、定位销；928、竖立块；9281、第二伸缩弹簧。
具体实施方式
如图1，一种设有换刀装置的手术机器人，包括底座体10、枢接在底座体上的腰转部件21、枢接在腰转部件上的大臂22、安装在大臂上的操作手23、固定在大臂上的小臂24、枢接在小臂前端的摆动臂80、驱动摆动臂摆动的第一驱动单元、安装在摆动臂前端的换刀装置30、驱动换刀装置旋转的第二驱动单元；所述摆动臂摆动时的中心线垂直于换刀装置的旋转中心线，腰转部件绕底座体转动，大臂绕腰转部件转动。
结合图2至图6，所述换刀装置包括刀具装夹盘300、驱动刀具装夹盘旋转的驱动机构60；所述驱动机构包括旋转组件61、锁扣组件62、驱动组件63；所述旋转组件包括旋转座611、固定套设在旋转座外围的第五齿轮612和第六齿轮613；所述锁扣组件包括固定设置在旋转座旁侧的竖直杆621、套设在竖直杆上的扭簧、枢接在竖直杆顶部的水平杆622；所述扭簧的顶端固定在水平杆上，扭簧的底端固定在竖直杆上，在扭簧的扭力下，所述水平杆的左端抵在第五齿轮上；所述驱动组件包括由驱动装置驱动而旋转的圆环631，圆环旋转的中心线偏离旋转座旋转的中心线，圆环的内侧壁上设有齿段632和径向凸部633，齿段和径向凸部上下设置，齿段可与第六齿轮啮合，径向凸部可接触水平杆的右端并使水平杆摆动，当径向凸部使水平杆摆动时，第六齿轮与齿段开始啮合；所述刀具装夹盘固定连接旋转座。
所述换刀装置30包括安装在摆动臂80上的连接臂51、设置在连接臂上的壳体52，所述驱动机构60安装在壳体内，所述刀具装夹盘300与旋转座611固定连接。
换刀装置30的旋转组件61中，所述旋转座枢接在壳体52内的基盘520上，所述基盘固定设置在壳体内，旋转座上设有一对定位杆614，所述刀具装夹盘300固定在一对定位杆上；所述锁扣组件62中的竖直杆621固定在基盘上，第五齿轮612和第六齿轮613位于基盘的两侧。所述基盘520通过支撑柱521固定在壳体52内，所述支撑柱位于圆环631内且位于旋转座611的旁侧。
换刀装置30的驱动组件63中，所述圆环631枢接在壳体52内，所述驱动装置包括固定套设在圆环外侧壁上的齿环634、与齿环啮合的第七齿轮635、与第七齿轮联接且安装在壳体内的第三电机。
如图2，所述小臂24的前端开设一凹形豁口，所述摆动臂80枢接在凹形豁口内。所述第一驱动单元包括安装在小臂24上的第一电机、联接第一电机与摆动臂的第一传动单元；所述第一传动单元包括枢接在小臂上且同轴设置的第二齿轮82和第三齿轮、枢接在小臂上且同轴设置的第四齿轮84和第一同步带轮85、枢接在小臂上的第三轴86、固定安装在第三轴上的第二同步带轮87；所述第一电机的输出轴上安装有第一齿轮81，第一齿轮与第二齿轮啮合，第三齿轮与第四齿轮啮合，第一同步带轮通过同步带88与第二同步带轮联接，第三轴与摆动臂固定连接。所述第二驱动单元包括安装在摆动臂上的第二电机、第二传动单元；所述第二传动单元包括与第二电机输出轴联接的减速器、与减速器输出端连接的旋转盘89，换刀装置30安装在旋转盘上。
结合图7、图8，所述底座体10上设有左右对称的第一水平导轨11和第二水平导轨12，第一水平导轨上滑动配合有第一水平滑块13，第二水平导轨上滑动配合有第二水平滑块14，所述腰转部件21水平横向设置，腰转部件的左右两端呈圆柱状，腰转部件的左端枢接在第一水平滑块内，腰转部件的右端枢接在第二水平滑块内；所述大臂22竖直设置，大臂的底端枢接在腰转部件的中部，所述操作手23安装在大臂的顶端，所述小臂24固定在大臂的中部，所述摆动臂80安装在小臂的顶部。
上述底座体10上设有刹车结构70，刹车结构包括固定在底座体上的一对支板701、枢接在一对支板上的刹车杆71、一端与刹车杆固定连接的刹车旋转组件72、一端与刹车旋转组件另一端铰接的刹车连接组件73、与刹车连接组件另一端铰接的杠杆组件74，杠杆组件的中部铰接在支板上，所述刹车杆的横截面呈正六边形；所述第二水平滑块14上设有制动板140，制动板与第二水平滑块通过弹簧连接，制动板位于腰转部件21右端面的旁侧，所述刹车杆紧贴制动板。所述刹车旋转组件72包括与刹车杆71固定连接的刹车旋转座721、与刹车旋转座固定连接的刹车旋转杆722；所述刹车连接组件73包括与刹车旋转杆铰接的第二刹车连接杆732、与第二刹车连接杆固定连接的第一刹车连接杆731；所述杠杆组件74包括与第一刹车连接杆铰接的刹车支座741、与刹车支座固定连接的刹车衬板742，所述刹车支座铰接在支板701上。
上述底座体10上设有第二刹车结构700，第二刹车结构包括固定在底座体10上的一对第二支板、枢接在一对第二支板上的第二刹车杆、一端与第二刹车杆固定连接的第二刹车旋转组件、一端与第二刹车旋转组件另一端铰接的第二刹车连接组件、与第二刹车连接组件另一端铰接的第二杠杆组件，第二杠杆组件的中部铰接在第二支板上，所述第二刹车杆的横截面呈正六边形；所述第一水平滑块13上设有第二制动板130，第二制动板与第一水平滑块通过第二弹簧连接，第二制动板位于腰转部件21左端面的旁侧，所述第二刹车杆紧贴第二制动板。所述底座体上设有立杆75，立杆的顶部设有第三滑销76，第三滑销上配合有杠杆77，杠杆的中部开设与第三滑销滑动配合的条形滑槽，杠杆的左端与刹车结构70中的杠杆组件74铰接，杠杆的右端与第二刹车结构700中的第二杠杆组件铰接。
结合图1、图9、图10，所述腰转部件21上设有大臂刹车结构90，所述大臂刹车结构包括固定设置在腰转部件上的环形体921、安装在环形体上的一对制动片922、滑动设置在环形体上的解锁滑块923；所述大臂上固定有制动盘，一对制动片左右对称设置在制动盘的外围，一对制动片的一端铰接而另一端弹性连接；所述解锁滑块弹性连接在环形体上，解锁滑块上设有可平移入一对制动片弹性连接一端以张开一对制动片的楔形块924。
大臂刹车结构90中，所述环形体通过支撑块925固定在腰转部件上；支撑块上设有铰接销；所述一对制动片包括位于左侧的第一制动片和位于右侧的第二制动片，第一制动片的左端与第二制动片的左端铰接在铰接销上，第一制动片的右端与第二制动片的右端通过第一伸缩弹簧9221弹性连接；第一制动片的右端设有第一顶柱，第二制动片的右端设有第二顶柱，第一顶柱和第二顶柱相向设置，第一顶柱和第二顶柱位于第一伸缩弹簧内；所述第一制动片和第二制动片均呈半圆形，第一制动片和第二制动片包围制动盘912。
大臂刹车结构90中，所述解锁滑块上设有一对定位销927，一对定位销与楔形块前后设置在解锁滑块上；所述一对定位销包括左右对称设置的第一定位销和第二定位销，所述第一制动片的右端设有第一定位孔9222，第二制动片的右端设有第二定位孔，在第一伸缩弹簧的弹力下，当第一顶柱与第二顶柱相抵时，平移的解锁滑块上的第一定位销和第二定位销可相应地插入第一定位孔和第二定位孔内。
大臂刹车结构90中，所述环形体上设有竖立块928，竖立块上设有第二伸缩弹簧9281，第二伸缩弹簧的一端连接竖立块，第二伸缩弹簧的另一端连接解锁滑块。
实际操作中，本发明所述一种设有换刀装置的手术机器人的工作流程如下：
第一，手术医生手握操作手23，旋转大臂22或腰转部件21，或者使腰转部件21沿第一水平导轨11和第二水平导轨12平移，使摆动臂80上的换刀装置30接近待手术处。
第二，在第一驱动单元的驱动下，摆动臂80的摆动可带动其上的换刀装置30摆动，在第二驱动单元的驱动下，换刀装置30可旋转。
第三，换刀装置30中，驱动机构60中的驱动装置驱动圆环旋转，当径向凸部633接触到水平杆622的右端时，水平杆围绕竖直杆621水平摆动一定的角度，水平杆的左端与第五齿轮612脱离接触，如此，旋转座611不受锁扣组件62的锁扣而处于自由状态；与此同时，圆环631内侧壁上的齿段632，即圆环内侧壁上的一段齿，与第六齿轮613开始啮合，并驱动第六齿轮612及与其固定连接的旋转座611旋转，旋转座带动刀具装夹盘300旋转；当旋转座611旋转预定角度时，齿段632与第六齿轮613脱离接触，同时，水平杆622的右端亦与径向凸部633脱离接触，水平杆在扭簧的作用下复位，水平杆的左端重新抵在第五齿轮612上，具体而言，水平杆的左端卡在第五齿轮的齿之间以限制旋转座611转动；至此，刀具装夹盘随着旋转座611的转动而水平旋转预定角度。装夹在刀具装夹盘300的手术工具随之旋转一定的角度，手术医生需用的手术工具处于工作位置。
第四，在摆动臂80的摆动、整个换刀装置30的旋转、大臂22和腰转部件21的旋转作用下，手术医生对病患进行手术操作。
以上内容仅为本发明的较佳实施方式，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。