一种微创机器人用持械机械臂的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种集成化手术器械驱动装置，具体涉及一种微创机器人用持械机械臂，属于医疗器械领域。
【背景技术】
[0002]目前微创手术是医疗技术研究热点，是未来手术发展趋势，这主要是由于微创医疗有诸多优点:诸如创伤小、住院时间短、恢复快、术后并发症少。但是传统内窥镜手术有诸多弊端，例如操作精度低，视野范围小，操作自由度小，医生容易疲劳和颤抖；随着科学技术发展，机器人医疗辅助技术能够很好地解决这些问题。机器人辅助技术能够提供3D视野，便于医生操作，微型医疗器械大大增加手术操作灵活性，医生能够进行更精细的操作。同时加入人机工程学方面设计，能够减少医生的疲劳。
[0003]现有的机械臂集中式布局带来的被动关节数量多，被动臂过长带来的整体机械臂体积大，存在刚度低的问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为解决现有的机械臂集中式布局带来的被动关节数量多，被动臂过长带来的整体机械臂体积大，存在刚度低的问题。提供一种微创机器人用持械机械臂。
[0005]本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是:
[0006]一种微创机器人用持械机械臂包括竖直平移安全制动装置、被动关节、第一关节、第二关节和集成化手术器械驱动装置，被动关节的一端可转动安装在竖直平移安全制动装置的上部，第一关节的一端可转动连接在被动关节上，第二关节的一端与第一关节的另一端可转动连接，集成化手术器械驱动装置安装在第二关节的另一端，
[0007]竖直平移安全制动装置包括底座组件、导轨组件和外端接口连接件；所述底座组件包括箱体、配重块和至少一个光轴组件，至少一个光轴组件设置在箱体上，所述光轴组件包括光轴本体和两个光轴压环，两个光轴压环分别固定连接在箱体的顶面和底面上，光轴从上到下依次穿过两个光轴压环并固定连接在箱体内，所述配重块位于箱体内并设置在光轴上，导轨组件包括支承座、斜齿条、滑轮组和两条滑轨，滑轮组设置在支承座的顶面，所述支承座的底面固定连接在箱体的上端面上，所述支承座的侧壁上加工有竖直设置的凹槽，所述斜齿条和两条滑轨均竖直设置在凹槽内，所述斜齿条位于两条滑轨中间；所述外端接口连接件包括连接座体、齿轮箱组件、滑块组件、两条连接绳，所述连接座体的上端面加工有外端接口，所述连接座体的外壁上固定连接有滑块组件，所述连接座体通过滑块组件与两条滑轨滑动配合，连接座体内设置有齿轮箱组件，齿轮箱组件与斜齿条配合设置，连接绳与滑轮组一一对应设置，每条连接绳的一端可拆卸连接在配重块上，每条连接绳的另一端绕过其对应的滑轮组可拆卸连接在连接座体的上端面上，
[0008]第一关节包括第一驱动组件、支撑壳体、传动组件和第一绝对编码器；第一驱动组件包括第一电机、带轮支撑架、驱动带轮和驱动转轴；第一驱动组件布置在支撑腔体的下方；第一电机安装在带轮支撑架上，驱动转轴转动安装在带轮支撑架上并与第一电机的输出轴连接，驱动带轮套装在驱动转轴上，带轮支撑架与支撑腔体连接；传动组件包括关节轴、第一谐波减速器、传动带轮和传动带；传动组件布置在支撑腔体内；关节轴插装在第一谐波减速器上并穿过传动带轮，传动带轮通过传动带与驱动带轮传动连接，第一绝对编码器布置在支撑腔体内并安装在关节轴上；第一谐波减速器的固定法兰与支撑腔体连接；
[0009]第二关节包括组件支架和第二驱动组件；第二驱动组件包括第二电机、第二谐波减速器、第二绝对编码器、输送带、第一轮毂、第二轮毂和关节传动轴；第二驱动组件布置在组件支架上，第一谐波减速器的输出法兰与组件支架连接；第二电机的输出轴连轴器K2-8-4与关节传动轴连接，关节传动轴安装在第二谐波减速器的波发生器上，第二谐波减速器的柔轮与第一轮毂连接，第二谐波减速器的刚轮与组件支架连接，第一轮毂与第二轮毂并列设置且二者转动安装在组件支架上，输送带的一端与第一轮毂连接，输送带的另一端与第二轮毂连接，第二绝对编码器与第一轮毂连接；
[0010]被动关节的一端可转动安装在外端接口连接件上，被动关节的另一端与第一关节的支撑壳体内转动连接；
[0011]集成化手术器械驱动装置包括动力源组件、解耦过渡组件、接口组件和多根缠绕丝，动力源组件、解耦过渡组件和接口组件由下至上依次可滑动交错叠放并通过多根缠绕丝以解耦的缠绕方式连接，动力源组件包括驱动支撑板、驱动组件、引导轮组件和滑块组件，驱动组件安装在驱动支撑板的第一驱动支撑板端面上，引导轮组件分别安装在驱动支撑板的第二驱动支撑板端面、第三驱动支撑板端面和第四驱动支撑板端面上，滑块组件安装在驱动支撑板的第五驱动支撑板端面上，解耦过渡组件包括过渡支撑板、过渡滑动导轨组合和过渡引导轮组合，过渡支撑板为矩形支撑板，过渡引导轮组合中的第一过渡引导轮、第二过渡引导轮和第三过渡引导轮分别安装在过渡支撑板的第一过渡支撑板端面，第二过渡支撑板端面和第三过渡支撑板端面上，过渡滑动导轨组合分别安装在过渡支撑板的第四过渡支撑板端面和第五过渡支撑板端面上，滑块组件与过渡支撑板上的过渡滑动导轨组合可滑动连接，接口组件包括架体、从驱动螺旋线轮组件、接口引导轮组件和接口滑块组件，从驱动螺旋线轮组件安装在架体上，多个接口引导轮安装在架体上并位于从驱动螺旋线轮组件的两侧，接口滑块组件安装在架体的底端并与过渡支撑板上端面上的过渡滑动导轨组件可滑动连接。
[0012]本发明相对于现有技术的有益效果如下:
[0013]1、本发明公开一种解耦的集成化手术器械驱动装置，包括动力源组件、解耦过渡组件和接口组件。接口组件是用于放置器械接口，解耦过渡组件用于过渡作用，主要是为了实现上段相对中段速度和中段相对下段的速度相同，动力源组件用于放置电机用于驱动手术器械，该部分一共集成了接口组件中的5个电机和3个驱动器Α-8 ο通过集成化设计和平台三段式设计使得平台紧凑能够比较容易实现解耦。与一段式；平台相比，这样能够减少手术过程中占用的工作区域，降低碰撞机率。
[0014]2、本发明的驱动装置共有5个自由度，其中一个是平移自由度，用于实现手术器械的直线运动，另外四个是旋转自由度，用于驱动手术器械绕自身杆件旋转运动、腕部运动、和两个手术钳旋转运动。直接用电机驱动手术器械将增大平移关节的驱动力矩，进而会选择较大电机，这样会增加整个装置的体积和质量，为了减小直线运动所需的驱动力矩，减少选用大电机所带来的较大空间，采用钢丝传动方式，将驱动电机后置。由于驱动电机后置所带来的耦合问题，通过采用特殊的结构和钢丝绳布局设计来实现解耦。
[0015]3、本发明的四个自由度驱动电机后置，通过钢丝绳将运动传递给手术器械接口装置，驱动手术器械。该装置结构紧凑，减少了整个驱动装置的体积和质量体积和质量降低了50%,提高了该驱动装置的安全性，安全性主要是通过两根钢丝驱动来实现。能够实现无耦合的运动。
[0016]4、本发明采用螺旋线轮能够保证钢丝绳在缠绕时能够保证相同直径。
[0017]5、本发明的电位计是依据滑动变阻器的原理来实现对角度的绝对测量，主要用于对四个旋转接口寻找零点，以便较为方便实现与手术器械对接和手术器械上四个自由度的限位。
[0018]6、本发明将弹簧C-2-2安装在接口板驱动杆C-2-1下端，螺旋线轮C_2_9的中间位置设有直线导向矩形导轨凸起C-2-9-1，接口板驱动杆C-2-1的杆部开设两个直线导向矩形导轨凹槽C-2-1-1，将弹簧放置在接口板驱动杆上时能够实现接口板驱动杆的上下平动，将接口板安装在接口板驱动杆上，这样螺旋线轮通过接口板将运动传递给手术器械。将弹簧柱销C-12放置在立柱内，将浮动盘放置在弹簧柱销C-12上，浮动盘能够在弹力的作用下上下移动。浮动盘的一个重要作用就是在手术器械上压板作用力下，浮动盘下移，将接口板脱离手术器械，手术器械可以拔出，方便更换器械。
[0019]7、本发明将驱动电机组件A-2后置，这样就能够降低由于更多质量集中在离轴线较远时所产生的较大的驱动力矩。由于电机垂直于器械平移面放置，这样能够使得整体机构比较紧凑。由于电机后置，器械平移运动时会产生耦合运动，为了去除耦合影响，设计了一种解耦机构，结构设计中采用钢丝驱动，这样能够使得机构比较紧凑。同时平移运动通过钢丝绳驱动，这样提高反向驱动性，便于术前调整。
[0020]8、机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虑到方便到达空间中的任意位置需要至少6个自由度，但是为了规避机械臂之间的碰撞，故增加一个冗余自由度。这样增加了臂的关节数和连杆数，降低了系统的刚度。而采用分布式方式能够利用平面上的三个自由度，因此关节数和连杆数减少，提高了系统的刚度。
【附图说明】
[0021]图1是解親集成化手术器械驱动装置不意图；图2是图1在M处的放大图；图3是带有缠绕丝的解耦集成化手术器械驱动装置示意图；图4是手术器械接口挡板C-7-2驱动钢丝绳缠绕主视图；图5是图4的侧视图；图6是手术器械接口挡板C-7-3驱动钢丝绳缠绕主视图；图7是图6的侧视图；图8是手术器械接口挡板C-7-4驱动钢丝绳缠绕主视图；图9是图8的侧视图；图10是平移运动驱动钢丝走线主视不意图；图11是图10的侧视图；图12是接口组件的分解示意图；图13是从驱动螺旋线轮组件的结构示意图；图14是螺旋线轮C-2-9的结构示意图用以说明驱动杆C-2-1在螺旋线轮C-2-9上实现上下运动；图15是接口板驱动杆C-2-1的结构示意图；图16是接口引导轮C-3的结构示意图；图17是接口缠绕丝固定组件C-5的结构示意图；图18是解耦过渡组件B的结构示意图；图19是动力源组件A的结构示意图；图20是第五引导轮A-3-e的结构示意图；图21是第三引导轮A_3_c和第四引导轮A-3-d的结构示意图；图22是第三驱动引导轮A-3-a的结构示意图；图23是驱动组件A-2的结构示意图；图24是驱动螺旋线轮A-2-4的结构示意图；图25是手术器械接口挡板C-7-1驱动钢丝绳缠绕主视图；图26是图25的侧视图；图27是手术器械接口挡板C-7-1和C-7-2驱动钢丝绳解耦原理图；图28是手术器械接口挡板C-7-3和C-7-4驱动钢丝绳解耦原理图；图29是钢丝绳V和VII走线示意图；图30是钢丝绳VI和VID走线示意图；图31是驱动支撑板A-1上不同端面的结构示意图；图32是第一驱动支撑板端面A-1-a的结构示意图；图33是驱动组件A-2-b的分解结构示意图；图34是驱动螺旋线轮Α-2-9的结构示意图；图35是手术器械接口挡板C-7的结构示意图。图36是竖直平移安全制动装置的装配图，图37是竖直平移安全制动装置的底座组件I的装配图，图38是竖直平移安全制动装置的导轨组件2的装配图，图39是竖直平移安全制动装置的外端接口连接件3的装配图，图40是竖直平移安全制动装置的齿轮箱组件3-2的装配图，图41是竖直平移安全制动装置的滑轮组2