利用线的机器人关节驱动装置、包括此的内窥镜机器人装置及医疗用机器人装置的制作方法

本发明涉及利用线的机器人关节驱动装置、包括此的内窥镜机器人装置及医疗用机器人装置。

背景技术：

由于插入人体的手术机器人或手术器械必须制成小尺寸，因此通常适用通过线驱动关节的机制而不是将马达直接安装到关节。代表性示例有商业化的内窥镜、导管和手术机器人等。用于驱动线的马达提供于手术机器人等的内部。为了增加手术机器人等的动作自由度，应该增加线的数量。但是，随着线的数量增加，也一同增加马达的数量，因此难以将手术机器人等小型化。

技术实现要素：

(要解决的问题)

本发明要解决的课题在于，提供通过数量相对少的线可生成各种动作的利用线的机器人关节驱动装置、包括此的内窥镜机器人装置及医疗用机器人装置。

本发明要解决的课题不限于在以上谈及的课题，未谈及的其他课题可从以下的记载被通常的技术人明确理解。

(解决问题的手段)

用于解决上述课题的本发明一方面的利用线的机器人关节驱动装置包括：底座；第一连接件，可转动地结合于所述底座；第二连接件，可转动地结合于所述第一连接件；多个线，彼此相对并且用于生成所述第一连接件与所述第二连接件的动作；以及线驱动部，驱动所述多个线；其中，所述多个线经过所述第二连接件固定在所述底座或者所述第一连接件，并且非对称地固定在相互不同高度的位置。

在本发明的一部分实施例中，所述第二连接件包括缠绕所述多个线的至少一个缠绕部。

所述缠绕部包括滑轮、凸起或者开口中的至少一种。

在本发明的一部分实施例中，彼此相对的所述多个线中的至少一个线经过所述第二连接件，再经过所述底座，固定在所述第一连接件。

所述底座包括在所述多个线中缠绕所述至少一条线的至少一个缠绕部。

在本发明的一部分实施例中，还包括弹簧，所述弹簧介入于所述底座以及所述第一连接件之间与所述第一连接件以及所述第二连接件之间。

用于解决上述课题的本发明的另一方面的利用线的机器人关节驱动装置包括：底座；机器人臂，从所述底座延伸，并且包括可相互转动地结合的多个连接件；多个线，彼此相对并且用于生成所述机器人臂的动作；以及线驱动部，驱动所述多个线；其中，所述多个线中的至少一个线经过所述多个连接件中的第一连接件，固定在所述底座或者所述多个连接件中与所述第一连接件不同的第二连接件，并且非对称地固定在相互不同高度的位置。

用于解决上述课题的本发明的其他一方面的利用线的机器人关节驱动装置包括：底座；机器人臂，从所述底座延伸，并且包括可相互转动地结合的多个连接件；多个线，彼此相对并且用于生成所述机器人臂的动作；以及线驱动部，驱动所述多个线；其中，所述多个线分别经过所述多个连接件中的一个连接件，对称地固定在所述底座或者所述多个连接件中的另一个相同的连接件，所述利用线的机器人关节驱动装置还包括弹簧，介入于所述底座以及所述第一连接件之间与所述第一连接件以及所述第二连接件之间。

用于解决上述课题的本发明其他一方面的内窥镜机器人装置，包括上述的利用线的机器人关节驱动装置中的一种。

用于解决上述课题的本发明其他一方面的医疗用机器人装置，包括上述的利用线的机器人关节驱动装置中的一种。

本发明的其他具体事项包括于具体说明以及附图。

(发明的效果)

通过本发明的利用线的机器人关节驱动装置，在构成机器人臂的连接件适用移动滑轮效果，并且根据提供于彼此相对的多个线的力量的差异，通过数量相对少的线也能够生成各种动作。

本发明的效果不限于在以上谈及的课题，未谈及的其他效果可从以下的记载被通常的技术人明确理解。

附图说明

图1是概略示出本发明的一实施例的利用线的机器人关节驱动装置的结构。

图2是概略示出图1的利用线的机器人关节驱动装置的驱动机制。

图3a至图3c是概略示出图1的利用线的机器人关节驱动装置的动作。

图4是概略示出本发明另一实施例的利用线的机器人关节驱动装置的结构。

图5概略示出本发明的其他一实施例的利用线的机器人关节驱动装置的结构。

图6是概略示出图5的利用线的机器人关节驱动装置的驱动机制。

图7是概略示出图5的利用线的机器人关节驱动装置的动作。

图8是概略示出本发明的其他一实施例的利用线的机器人关节驱动装置的结构。

图9是概略示出图8的利用线的机器人关节驱动装置的驱动机制。

图10是概略示出图8的利用线的机器人关节驱动装置的动作。

图11是概略示出本发明其他一实施例的利用线的机器人关节驱动装置的结构。

图12是概略示出包括本发明的实施例的利用线的机器人关节驱动装置的内窥镜机器人装置。

图13是概略示出包括本发明的实施例的利用线的机器人关节驱动装置的医疗用机器人装置。

具体实施方式

参照详细后述的实施例，将明确本发明的优点、特征以及达成方法。但是，本发明不限于在以下公开的实施例，而是可实现相互不同的形态，本发明实施例只是使本发明的公开更加完整，并且是为了将本发明的范畴完整地告知本发明所属技术领域的技术人员而提供的，本发明只由权利要求项的范围定义。

在本说明书中使用的用语是用于说明实施例的，并非要限定本发明。在本说明书中，除非在单数型句子中有特别说明，则也包括复数型。对于在说明书中使用的“包括(comprises)”以及/或者“包括的(comprising)”，除了谈及的构成元素以外，不排除一个以上的其他构成元素的存在或者增加。在说明书全文中相同的附图标记是指相同的构成元素；对于“以及/或者”，包括谈及的各个构成元素或者一个以上的构成元素的所有组合。虽然，“第一”、“第二”等是用于叙述各种构成元素的而使用的，但是这些构成元素当然不限于这种用语。这些用语只是为了将一个构成元素与另一个区分开来而使用的。因此，在以下说明的第一构成元素在本发明的技术思想内当然也可以是第二构成元素。

除非有不同的定义，在本说明书中使用的所有用语(包括技术及科学性用语)可以用作本发明所属技术领域的普通技术人员通常可以理解的意义。另外，只要未明确地特别定义，一般使用的事先定义的用语不得过于或过度地进行解释。

空间上相对性用语“下方(below)”、“下面(beneath)”、“下部(lower)”、“上方(above)”、“上部(upper)”等，正如附图中所示，可以为了容易表述一个构成元素与另一构成元素的相关关系而使用的。空间上相对性用语应理解为在附图中示出的方向的基础上，包括使用时或运作时构成元素的互不相同的方向的用语。例如，当将附图中图示的构成元素翻转时，记述为另一构成元素的“下方(below)”或“下面(beneath)”的构成元素可以置于另一构成元素的“上方(above)”。因此，作为示例性用语的“下方”可以包括下方和上方的全部方向。构成元素也可以按其他方向配向，因此，空间上相对性用语可以根据配向进行解释。

下面参照附图，详细说明本发明的实施例。

图1是概略示出本发明的一实施例的利用线的机器人关节驱动装置的结构。

参照图1，利用线的机器人关节驱动装置100包括：底座110；多个连接件120、130；用于生成多个连接件120、130的一对线151、152；驱动线151、152的线驱动部170。

多个连接件120、130从底座110延伸并且相邻配置。多个连接件120、130与底座110以相同的轴方向结合。多个连接件120、130中第一连接件120通过旋转接头141与底座110结合，第二连接件130通过旋转接头142与第一连接件120结合。各个连接件120、130可由环形状提供。在这一情况下，各个连接件120、130通过两个以上的旋转接头与底座110或者另一连接件120、130结合。据此，第一连接件120可对底座110进行转动，第二连接件130可对第一连接件120进行转动。虽然未明确示出，但是在底座110与第一连接件120之间或者第一连接件120与第二连接件130之间还可介入多个不同的连接件。可相互转动地结合的多个连接件120、130构成机器人臂的至少一部分。

一对线151、152的一端结合于线驱动部170，而另一端则固定于多个连接件120、130。一对线151、152中的第一线151延伸并固定到机器人臂的一侧(例如，图1中的左侧)，而第二线152延伸并固定到机器人臂的另一侧(例如，图1的右侧)。一对线151、152通过线驱动部170被拉紧或者松解，进而生成多个连接件120、130的动作。据此，机器人臂可向一侧或者另一侧弯曲。

线驱动部170通过一对线151、152驱动多个连接件120、130。通过线驱动部170拉紧或者松解一对线151、152，多个连接件120、130转动的同时生成动作。例如，对于线驱动部170可提供dc马达、伺服电机和步进电机等，但是本发明不限于此。

在根据本发明的实施例的利用线的机器人关节驱动装置100中，与现有的利用线的机器人关节驱动装置不同，一对线151、152中的至少一个线不直接固定在底座110或者目标连接件120、130，而是经过设置在比其固定位置上方的其他连接件被固定。即，一对线151、152中的至少一条线经过多个连接件120、130中的一个连接件固定在底座120或者多个连接件120、130中的另一个连接件。另外，彼此相对的一对线151、152非对称地固定在相互不同的连接件120、130。

参照在图1示出的一实施例，一对线151、152中的第一线151经过第二连接件130固定在底座110。在第二连接件130的一侧提供用于缠绕第一线151的缠绕部161。一对线151、152中的第二线152经过第二连接件130固定在第一连接件120。在第二连接件130的另一侧提供用于缠绕第二线152的缠绕部162。例如，可用滑轮(pulley)、凸起或者开口(opening)提供缠绕部161、162，但是本发明不限于此。

图2是概略示出图1的利用线的机器人关节驱动装置的驱动机制。

参照图2，一对线151、152经过配置在上部的其他连接件，固定在底座110或者目标连接件120，因此对机器人适用移动滑轮效果。通过移动滑轮效果，相当于从外部拉动线的力量的两倍的力量适用于多个连接件120、103。另外，彼此相对的一对线151、152非对称地固定在相互不同的连接件120、130，因此通过适用于各个连接件的力量的差异可生成各种动作。

利用线驱动关节的现有的机制，适用一对线中的一个线固定在第二连接件130的一侧，而另一个线固定在第二连接件130的另一侧的线紧固方式。

在如上所述的情况下，拉动一侧线的力量f1与拉动另一侧线的力量f2同样地传达于目标连接件130。因此，在f1大于f2的情况下，为使机器人臂向一侧弯曲，多个连接件120、130全部向一侧转动；若f2比f1大的情况下，为使机器人臂向另一侧弯曲，多个连接件120、130全部向另一侧转动。即，多个连接件120、130并不是被单独控制，而是以相同的方向移动。

为了单独控制多个连接件120、130，必须增加一对线分别固定在第二连接件120的一侧与另一侧。

但是，根据本发明一实施例，由于适用移动滑轮效果，因此相当于拉动一侧线151的力量f1的两倍的力量2f1适用于底座110与第二线130之间，相当于拉动另一侧线152的力量f2的两倍的力量2f2适用于第一连接件120与第二连接件130之间，以及相同大小的力量f2适用于底座110与第一连接件120之间。据此，在以规定的力量拉动线151、152时，通过适用于多个连接件120、130一侧与另一侧的力量的差异，可生成机器人臂的各种动作。

另外，多个连接件120，130被相互单独控制，因此能够以相互不同的方向活动。

适当地调整拉动一对线151、152的力量f1、f2，平衡适用于第一连接件120与第二连接件130之间的两侧方向的力量，并且加大适用在底座110与第一连接件120之间的两侧方向的力量中的一侧方向的力量，进而利用线的机器人关节驱动装置100一体地旋转多个连接件120、130，即仅仅是机器人臂的下部向一侧或者另一侧转动，以使仅仅第一连接件120可向一侧或者另一侧转动。

或者，平衡适用在底座110与第一连接件120之间的两侧方向的力量，并加大适用在第一连接件120与第二连接件130之间的两侧方向的力量中的一侧方向的力量，进而利用线的机器人关节驱动装置100可固定第一连接件120并且仅仅第二连接件130可向一侧或者另一侧转动。

或者，利用线的机器人关节驱动装置100可生成第一连接件120与第二连接件130全部转动的动作。此时，第一连接件120与第二连接件130可相互独立地转动。第一连接件120与第二连接件130彼此向不同的方向，即第一连接件120向一侧，且第二连接件130可向另一侧转动。

图3a至图3c是概略示出图1的利用线的机器人关节驱动装置的动作。

根据本发明的实施例，利用通过线驱动关节的现有的机制时，实质将两对线所需的机器人臂的动作，实质上仅可由一对线同样地再现。

随着构成机器人臂的连接件的数量的增加，用于控制该机器人臂的动作的线与线的驱动部的数量也相同的增加。据此，要求大量的线的利用线驱动关节的现有的机制难以制造小型的机器人臂。根据本发明的实施例，相比于利用线驱动关节的现有的机制，利用相对少的线实质上可生成相同的动作，因此能够制造更小型的机器人臂。

图4是概略示出本发明另一实施例的利用线的机器人关节驱动装置的结构。为了便于说明，以与图1的区别点为重点进行说明。

参照图4，与参照图1说明的利用线的机器人关节驱动装置100不同，利用线的机器人关节驱动装置200的一对线153、154全部固定在相同的连接件120。然后，一对线153、154中的一条线153经过两次。即，线153依次经过第二连接件130与底座110，固定在第一连接件120。在第二连接件130的一侧提供用于缠绕线153的缠绕部161，在底座110的一侧也提供用于缠绕线153的缠绕部163。剩余的线154经过第二连接件130固定在第一连接件120。在第二连接件130的另一侧提供用于缠绕线154的缠绕部162。例如，缠绕部161、162、163可由滑轮(pulley)、凸起或者开口(opening)被提供，但是本发明不限于此。

图4的利用线的机器人关节驱动装置的驱动机制与其动作与参照图2以及图3a至图3c说明的实质上相同，只是在通过拉动一侧的线163的力量而适用于底座110与第一连接件120之间以及适用于第一连接件120与第二连接件130之间的力量的大小存在差异。

图5概略示出本发明的其他一实施例的利用线的机器人关节驱动装置的结构。为了便于说明，以与图1的区别点为重点进行说明。

参照图5，与参照图1说明的利用线的机器人关节驱动装置100不同，利用线的机器人关节驱动装置300的一对线155、156全部固定在相同的连接件120。一对线155、156全部经过第二连接件130分别固定在第一连接件120的一侧与另一侧。在第二连接件130的一侧提供用于缠绕线155的缠绕部161，在第二连接件130的另一侧提供用于缠绕线156的缠绕部162。例如，缠绕部161、162、163可由滑轮(pulley)、凸起或者开口(opening)被提供，但是本发明不限于此。

再则，在底座110与连接件120、连接件120与连接件130之间介入弹簧181、182。

图6是概略示出图5的利用线的机器人关节驱动装置的驱动机制。

参照图6，由于适用移动滑轮效果，因此相当于拉动一侧线155的力量f1的两倍的力量2f1适用于第一连接件120与第二连接件130之间，并且相同大小的力量f1适用于底座110与第一连接件120之间。另外，相当于拉动另一侧线156的力量f2的两倍的力量2f2适用于第一连接件120与第二连接件130之间，并且相同大小的力量f2适用于底座110与第一连接件120之间。据此，在以规定的力量拉动线155、156时，适用于第二连接件130的力量相对大于适用于第一连接件120的力量。

据此，在拉动线155、156时，第二连接件130比第一连接件120相对更大的转动。即，机器人臂的上部比下部相对更加弯曲。由此，机器人臂的每个部分可具有相互不同的曲率(弯曲程度)，而非整体具有相同的曲率。对于节机器人臂的曲率，可根据缠绕的线155、156的数量以及/或者弹簧181、182的强度差异调节。图7是概略示出这种图5的利用线的机器人关节驱动装置的动作。

根据本发明的实施例，可改变或者调节在利用通过线驱动关节的现有的机制时不可能实现的机器人臂的曲率。

图8是概略示出本发明的其他一实施例的利用线的机器人关节驱动装置的结构。为了便于说明，以与图1的区别点为重点进行说明。

参照图8，与参照图1说明的利用线的机器人关节驱动装置100不同，利用线的机器人关节驱动装置400的一对线157、158全部固定在相同的连接件120。然后，一对线157、158全部经过两次。即，一对线157、158全部依次经过第二连接件130与底座110分别固定在第一连接件120的一侧与另一侧。在第二连接件130的一侧提供用于缠绕线157的缠绕部161，而在另一侧提供用于缠绕线158的缠绕部162。在底座110的一侧提供用于缠绕线157的缠绕部163，在另一侧提供用于缠绕线158的缠绕部164。例如，缠绕部161、162、163可由滑轮(pulley)、凸起或者开口(opening)被提供，但是本发明不限于此。

再则，底座110与连接件120、连接件120与连接件130之间介入弹簧181、182。

图9是概略示出图8的利用线的机器人关节驱动装置的驱动机制。

参照图9，由于使用移动滑轮效果，因此相当于拉动一侧线157的力量f1的两倍的力量2f1适用于第一连接件120与第二连接件130之间，相当于三倍的力量3f1适用于底座110与第一连接件120之间。另外，相当于拉动另一侧线158的力量f2的两倍的力量2f2适用于第一连接件120与第二连接件130之间，而相当于三倍的力量3f2适用于底座110与第一连接件120之间。据此，在用规定的力量拉动线157、158时，适用于第一连接件120的力量相对大于适用于第二连接件130的力量。

据此，在拉动线157、158时，第一连接件120比第二连接件130相对更大地转动。即，机器人臂的下部比上部相对地更加弯曲。由此，机器人臂的每个部分可具有相互不同的曲率(弯曲程度)，而非机器人臂整体都具有相同的曲率。对于机器人臂的曲率，可根据缠绕的线157、158的数量以及/或者弹簧181、182的刚性的差异被调节。图10概略示出这种图8的利用线的机器人关节驱动装置的动作。另一方面，线紧固方式不限于示出的实施例，而是能够以未示例的方式对线紧固方式进行各种变形，以适用于按照机器人臂的用途要求的动作。

图11是概略示出本发明其他一实施例的利用线的机器人关节驱动装置的结构。(a)示出正面，(b)示出侧面。

参照图11，利用线的机器人关节驱动装置500包括：底座210；多个连接件220、230、240、250；用于生成多个连接件220、230、240、250的动作的两对线261、262、263、264；驱动线261、262、263、264的线驱动部(未示出)。

各个连接件220、230、240、250可由环形状被提供。为了加大紧固力，各个连接件220、230、240、250是用垂直轴以及水平轴交叉结合。即，第一连接件220可上下转动地与底座210结合，而第一连接件220上部的第二连接件230可左右转动地与第一连接件220结合。虽未明确示出，但是在底座210与连接件220之间或者各个连接件220、230、240、250之间还可介入多个其他连接件。

图12是概略示出包括本发明的实施例的利用线的机器人关节驱动装置的内窥镜机器人装置。

参照图12，内窥镜机器人装置1000包括：原位端部1100、轴组件1200、主体组件1300、控制组件1400、连接组件1500。

轴组件1200相邻于原位端部110并包括弯曲部分(bendingsection)。弯曲部分可根据规定的自由度弯曲。以上说明的本发明的实施例的利用线的机器人关节驱动装置100、200、300、400、500可提供于轴组件1200的弯曲部分内。

虽未在图12明确示出，但是内窥镜机器人装置1000还可包括未示出的其他构成元素。

图13是概略示出包括本发明的实施例的利用线的机器人关节驱动装置的医疗用机器人装置。

参照图13，医疗用机器人装置2000包括机器人臂(未示出)，在机器人臂的端部提供诸如夹具(grip)、切割或者钩子(claw)等具有规定功能的末端执行器(endeffector)。

以上说明的本方面的实施例的利用线的机器人关节驱动装置100、200、300、400、500可提供于医疗用机器人装置2000的机器人臂或者末端执行器内。

以上，参照附图说明了本发明的实施例，但是在本发明所属的技术领域具有通常知识的技术人员应该理解为在不改变本发明的技术思想或者必要特征的情况下可实施成其他具体形状。因此，对于以上记述的实施例应该理解为在所有方面都是示例性的而非限制性的。