机械臂系统的制作方法

本发明涉及机械手技术领域，特别是指一种机械臂系统。

背景技术：

目前，外科手术中已普遍使用外科手术机器人系统，其通常包括主机、设置在主机上的机械臂、跟踪装置、手术床等结构，病人在手术床上进行手术，跟踪系统可以在手术过程中确定一个或多个目标体的姿态（位置和定向），以检测目标体的运动，比如机械臂的运动、患者解剖体等。

由于机械臂是安装于主机上，机械臂在手术时相对主机会产生运动，跟踪装置会检测到机械臂的运动，为了保证手术过程中坐标的统一性，需要跟踪装置获知主机的定位，这样跟踪装置便可以获知机械臂的运动信息，从而便于在手术过程中对机械臂进行运动控制。

若直接在机械臂上安装跟踪器，机械臂在进行手术过程中，跟踪器很容易被遮挡，使得跟踪装置无法追踪机械臂的运动，同时安装难度也较大。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种方便追踪机械臂的运动，安装简便的机械臂系统。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一种机械臂系统，包括主机、机械臂和主机参考架连接结构，其中，机械臂和主机参考架连接结构设置于主机；主机参考架连接结构包括用于连接主机的连接把手和与连接把手相连的主机参考架，其中：

所述主机参考架的外侧设有跟踪器，内侧设有连接轴；

所述连接把手上设有与所述连接轴相配合的连接套筒；

所述连接轴和连接套筒上设有弹性卡接结构，所述弹性卡接结构包括套设在所述连接轴上的弹性件，所述连接轴和连接套筒卡接之后所述弹性件挤压所述连接套筒的端面。

进一步的，所述弹性卡接结构还包括垂直设置在所述连接轴上的第一定位销和设置在所述连接套筒上与所述第一定位销相配合的第一l形定位槽，所述第一l形定位槽包括沿所述连接套筒轴向延伸的第一进口槽和与所述第一进口槽相垂直的第一滑动槽。

进一步的，所述第一滑动槽的末端设有v形槽，所述v形槽垂直于所述第一滑动槽且向所述连接套筒的末端延伸。

进一步的，所述弹性卡接结构还包括垂直设置在所述连接轴上的第二定位销和设置在所述连接套筒上与所述第二定位销相配合的第二l形定位槽，其中：

所述第一定位销和第二定位销位于同一条轴线上，且所述第二定位销相对于所述第一定位销更靠近所述连接轴的末端；

所述第二l形定位槽包括沿所述连接套筒轴向延伸且与所述第一进口槽相连的第二进口槽、以及与所述第二进口槽相垂直的第二滑动槽。

进一步的，所述连接轴上在所述第一定位销和弹性件之间设有滑套。

进一步的，所述连接轴穿设在所述主机参考架上，所述连接轴靠近所述主机参考架的一端端部设有端帽，所述连接轴上在所述主机参考架和弹性件之间设有挡圈；

和/或，所述连接把手的一端设有安装孔，所述连接套筒插设在所述安装孔内，所述连接把手的另一端设有用于连接主机的螺纹孔。

进一步的，所述跟踪器为反射球或发光二极管。

进一步的，所述连接套筒的内表面设有沿轴线方向向末端逐渐变厚的第一斜面，所述连接轴上设有第二斜面，所述连接轴的外径和所述第二斜面的厚度之和小于所述连接套筒的内径，当所述第一定位销位于所述v形槽内时，所述第一斜面和第二斜面相配合，使得所述连接轴径向锁紧在所述连接套筒内。

进一步的，所述主机参考架连接结构还包括用于盖设在主机上的无菌罩，所述无菌罩上设有连接轴透孔；其中，所述主机和所述连接套筒设于所述无菌罩内部，所述主机参考架设于所述无菌罩外部。

进一步的，机械臂系统还包括跟踪装置，该跟踪装置用于通过跟踪器获取主机参考架的位姿信息。

本发明具有以下有益效果：

本发明的机械臂系统，包括主机、机械臂和主机参考架连接结构，其中，机械臂和主机参考架连接结构设置于主机，主机参考架连接结构包括用于连接主机的连接把手和与连接把手相连的主机参考架，主机参考架的外侧设有跟踪器，相比于现有技术跟踪器设置在机械臂上的方式，本发明中跟踪器位于主机参考架上，不容易被遮挡，这样便可以获知主机的定位，然后再获知机械臂相对于主机的运动，即可追踪机械臂的运动；主机参考架的内侧的连接轴和连接把手上的连接套筒上均设有弹性卡接结构，由于采用弹性卡接结构，故安装简便，可以实现主机参考架的快速安装和准确定位。

附图说明

图1为本发明机械臂系统中主机参考架连接结构的整体结构示意图；

图2为本发明机械臂系统中主机参考架连接结构的局部放大图；

图3为本发明机械臂系统中主机参考架连接结构中连接轴与主机参考架的配合关系示意图，其中（a）为剖视图，（b）为立体图；

图4为本发明机械臂系统中主机参考架连接结构中连接把手与连接套筒的配合关系示意图，其中（a）为剖视图，（b）为立体图；

图5为本发明机械臂系统中主机参考架连接结构中连接套筒的结构示意图，其中（a）为正视图，（b）为左视图，（c）为立体图；

图6为本发明机械臂系统中主机参考架连接结构改进实施例中连接轴与连接套筒的配合关系示意图，其中（a）为剖视图，（b）为左视图；

图7为本发明机械臂系统中主机参考架连接结构的装配过程示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种机械臂系统，如图1-7所示，包括主机（未示出），机械臂和主机参考架连接结构，其中，机械臂和主机参考架连接结构设置于主机，主机参考架连接结构包括用于连接主机的连接把手1和与连接把手1相连的主机参考架2，其中：

主机参考架2的外侧设有跟踪器3，内侧设有连接轴4；

连接把手1上设有与连接轴4相配合的连接套筒5；

连接轴4和连接套筒5上设有弹性卡接结构，弹性卡接结构包括套设在连接轴4上的弹性件41（具体可以为图中所示的弹簧），连接轴4和连接套筒5卡接之后弹性件41挤压连接套筒5的端面。

使用时，先将连接把手1连接固定在主机上，然后将主机参考架2上的连接轴4对准连接把手1上的连接套筒5并使两者插接连接，进而使连接轴4和连接套筒5上的弹性卡接结构相卡接，完成装配。

本发明的机械臂系统，包括主机，主机上设置有机械臂和主机参考架连接结构，主机参考架连接结构包括用于连接主机的连接把手和与连接把手相连的主机参考架，主机参考架的外侧设有跟踪器，相比于现有技术跟踪器设置在机械臂上的方式，本发明中跟踪器位于主机参考架上，不容易被遮挡，这样便容易获知主机的定位，然后再获知机械臂相对于主机的运动，即可追踪机械臂的运动；主机参考架的内侧的连接轴和连接把手上的连接套筒上均设有弹性卡接结构，由于采用弹性卡接结构，故安装简便，可以实现主机参考架的快速安装和准确定位。

弹性卡接结构可以采用本领域技术人员容易想到的各种结构形式，本发明优选采用以下结构形式：

如图2-5所示，弹性卡接结构还包括垂直设置在连接轴4上的第一定位销42和设置在连接套筒5上与第一定位销42相配合的第一l形定位槽51，第一l形定位槽51包括沿连接套筒5轴向延伸的第一进口槽511和与第一进口槽511相垂直的第一滑动槽512。优选的，第一滑动槽512的末端设有v形槽54，v形槽54垂直于第一滑动槽512且向连接套筒5的末端延伸，一方面防止第一定位销42回退；另一方面与弹性件41相配合，防止连接轴4和连接套筒5产生周向运动，更准确定位主机参考架2。

为了提高连接轴4和连接套筒5卡接的稳定性，优选的，弹性卡接结构还包括垂直设置在连接轴4上的第二定位销43和设置在连接套筒5上与第二定位销43相配合的第二l形定位槽52，其中：

第一定位销42和第二定位销43位于同一条轴线上（也即两者相平行），且第二定位销43相对于第一定位销42更靠近连接轴4的末端；

第二l形定位槽52包括沿连接套筒5轴向延伸且与第一进口槽511相连的第二进口槽521、以及与第二进口槽521相垂直的第二滑动槽522。

此时连接轴4与连接套筒5的装配过程可以参考如下：

首先将主机参考架2上的连接轴4对准连接把手1上的连接套筒5并进行插接（如图7中（a）），连接轴4上的第一定位销42和第二定位销43分别沿第一进口槽511和第二进口槽521插入连接套筒5一定距离后（如图7中（b）），旋转连接轴4，使第一定位销42和第二定位销43分别沿第一滑动槽512和第二滑动槽522滑动一定距离后，松开连接轴4，在弹性件41的弹力作用下，连接轴4轴向后退使第一定位销42落入第一滑动槽512末端的v形槽54内（如图7中（c）），完成装配。

如图3所示，连接轴4上在第一定位销42和弹性件41之间可以设有滑套44，以保护弹性件41且使用更方便。滑套44在连接轴4上能够左右滑动，第一定位销42能够阻挡滑套44，防止滑套44脱落。

为将连接轴4与主机参考架2固定，连接轴4可以穿设在主机参考架2上，连接轴4靠近主机参考架2的一端端部可以设有端帽45，连接轴4上在主机参考架2和弹性件41之间设有挡圈46，具体的，挡圈46可以与连接轴4过盈配合。

此时连接轴4与主机参考架2的装配过程可以如下：

先将连接轴4穿入主机参考架2，再将挡圈46穿在连接轴4上并利用器械使挡圈46和端帽45夹紧主机参考架2，然后将弹性件41和滑套44穿入连接轴4，再使用器械将第一固定销42和第二固定销43打入连接轴4，完成装配。

连接把手1与连接套筒5的安装可以采用以下方式：

如图4所示，连接把手1的一端设有安装孔11，连接套筒5插设在安装孔11内，具体的，连接套筒5可以通过第三固定销12固定在安装孔11内；连接把手1的另一端设有用于连接主机的螺纹孔13，便于与主机连接。

跟踪器3为本领域常规结构，例如可以为反射球或发光二极管等。跟踪器3的个数可以为多个，图中所示实施例中跟踪器3的数量为4个且位于主机参考架2的四个角部。

在图6所示的改进实施例中，为防止连接轴4和连接套筒5产生径向晃动，连接套筒5的内表面可以设有沿轴线方向向末端逐渐变厚的第一斜面53，连接轴4上设有第二斜面47，连接轴4的外径和第二斜面47的厚度之和小于连接套筒5的内径，当第一定位销42位于v形槽54内时，第一斜面53和第二斜面47相配合，使得连接轴4径向锁紧在连接套筒5内。具体的，当连接轴4插入连接套筒5时（如图6中（b）），第一斜面53和第二斜面47位置相错，不影响连接轴4与连接套筒5的正常插接配合；在连接轴4和连接套筒5插接配合的最后阶段，也即当连接轴4上的第一定位销42开始进入v形槽54时，第一斜面53和第二斜面47开始接触配合，使连接轴4逐步径向锁紧在连接套筒5内；当第一定位销42落入v形槽54底部时，第一斜面53和第二斜面47相配合使得连接轴4完全径向锁紧在连接套筒5内。在图中所示实施例中，沿轴线方向设置了两组第一斜面53和第二斜面47，以进一步提高稳定性。

如图1所示，主机参考架连接结构还可以包括用于盖设在主机（未示出）上的无菌罩6，无菌罩6上设有连接轴透孔（未示出）；其中，主机和连接套筒5设于无菌罩6内部，主机参考架2设于无菌罩6外部。使用时，连接轴4先穿过该连接轴透孔再与连接套筒5插接配合，这样，无菌罩6能够将连接把手1和主机等有菌部件包覆在罩内，无菌罩6外只保留无菌的主机参考架2，从而能够快速的将有菌和无菌有效的进行分隔。优选的，滑套44和连接套筒5相对的端面上可以设有密封垫，以增加与无菌罩6之间的密封效果，更好的分隔有菌和无菌环境。

在一些实施例中，机械臂系统还包括跟踪装置，该跟踪装置可以包括摄像头、显示器等，摄像头可以采集跟踪器的位姿信息，发送至主机，主机根据跟踪器的位姿信息、机械臂相对于主机的定位，从而获取机械臂的运动信息，对机械臂进行跟踪。

本发明的机械臂系统，包括主机、机械臂和主机参考架连接结构，其中，机械臂和主机参考架连接结构设置于主机，主机参考架连接结构包括用于连接主机的连接把手和与连接把手相连的主机参考架，主机参考架的外侧设有跟踪器，相比于现有技术跟踪器设置在机械臂上的方式，本发明中跟踪器位于主机参考架上，不容易被遮挡，这样便可以获知主机的定位，然后再获知机械臂相对于主机的运动，即可追踪机械臂的运动；主机参考架的内侧的连接轴和连接把手上的连接套筒上均设有弹性卡接结构，由于采用弹性卡接结构，故安装简便，可以实现主机参考架的快速安装和准确定位。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。