升降立柱以及手术机器人的制作方法

1.本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及升降立柱以及手术机器人。


背景技术：

2.手术机器人在外科手术过程中能够辅助医生进行更精准的操作。在使用手术机器人的外壳手术过程中，医生需要将注册探针、手术器械(比如手术刀、缝合结构)等末端工具根据当前手术进程的需要安装到手术机器人的从机械臂，然后医生操作手术机器人的主操作台，从机械臂在主操作台的控制下执行相应的操作。在医生使用手术机器人进行手术的过程中，需要根据自身的身高以及当前的操作工况调整升降立柱中升降台的高度。一般的升降立柱为实现升降台的自由移动，多采用配重的形式来配平升降台的重量。但因为一般配重块的体积较大，占据大量的空间，进而造成升降立柱整体较为臃肿，并不适合符合当前机构设计越来越轻便化的设计方向。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对一般升降立柱中升降台的配重块体积较大、臃肿的问题，提供一种结构紧凑的升降立柱以及手术机器人。
4.一种升降立柱，包括：
5.升降支架，具有升降底端和升降顶端，所述升降底端和所述升降顶端沿所述升降支架的延伸方向间隔设置；
6.升降台，滑动设置于所述升降支架，所述升降台在驱动力作用下沿所述升降支架的延伸方向滑动并靠近或者远离所述升降顶端；
7.配重结构，包括重力平衡组件和磁力补偿组件，设置于所述升降支架和所述升降台之间，所述重力平衡组件平衡所述升降台的重量，所述磁力补偿组件补偿所述重力平衡组件的平衡力。
8.在其中一个实施例中，所述重力平衡组件包括配重弹簧，所述配重弹簧设置于所述升降台与所述升降底端之间，和/或所述配重弹簧设置于所述升降台与所述升降顶端之间。
9.在其中一个实施例中，所述配重弹簧包括底部弹簧和顶部弹簧，所述底部弹簧设置于所述升降台与所述升降底端之间，所述底部弹簧沿使用状态的上升方向抵推所述升降台；所述顶部弹簧设置于所述升降台与所述升降顶端之间，所述顶部弹簧沿使用状态的上升方向提拉所述升降台。
10.在其中一个实施例中，所述底部弹簧的类型为恒力弹簧和/或线性弹簧；所述顶部弹簧的类型为恒力弹簧和/或线性弹簧。
11.在其中一个实施例中，所述顶部弹簧的类型为恒力弹簧，所述顶部弹簧的一端与所述升降台固定连接，所述顶部弹簧的另一端与所述升降顶端连接；所述底部弹簧的类型为压缩弹簧，所述底部弹簧的一端与所述升降台抵接，所述底部弹簧的另一端与所述升降
底端抵接；所述顶部弹簧和/或所述底部弹簧的数量分别为一个、两个或者多个，两个或者多个所述顶部弹簧和/或所述底部弹簧间隔、平行设置。
12.在其中一个实施例中，所述磁力补偿组件设置于所述升降台和所述升降支架之间，所述磁力补偿组件产生阻碍所述升降台运动的摩擦力。
13.在其中一个实施例中，所述磁力补偿组件包括第一磁性件和第二磁性件，所述第一磁性件与所述升降台固定连接，所述第二磁性件与所述升降支架固定连接，所述第一磁性件和/或所述第二磁性件为磁铁，所述第一磁性件和所述第二磁性件磁性相吸。
14.在其中一个实施例中，所述第一磁性件为磁铁，所述第二磁性件为条形板，所述条形板固定设置于所述升降支架，所述条形板沿所述升降支架的延伸方向延伸。
15.在其中一个实施例中，所述配重结构还包括底端引导柱，所述底端引导柱固定设置于所述升降支架，所述底端引导柱的延伸方向与所述升降支架的延伸方向平行，所述底端引导柱的数量与所述底部弹簧的数量相同，每个所述底部弹簧套设于一个对应的所述底端引导柱。
16.在其中一个实施例中，所述升降立柱还包括刹车组件，所述刹车组件用于限制所述升降台相对于所述升降支架滑动。
17.在其中一个实施例中，所述刹车组件包括电磁铁和条形板；所述电磁铁固定设置于所述升降台，所述条形板固定设置于所述升降支架，所述条形板沿所述升降支架的延伸方向延伸，所述电磁铁通电时吸附所述条形板并与所述条形板相对固定；或者，所述电磁铁固定设置于所述升降支架，所述条形板固定设置于所述升降台，所述条形板沿所述升降支架的延伸方向延伸，所述电磁铁通电时吸附所述条形板并与所述条形板相对固定。
18.在其中一个实施例中，所述升降立柱还包括驱动组件，所述驱动组件设置于升降支架和所述升降台之间；所述驱动组件包括动力件、离合件和驱动件，所述动力件、所述离合件、所述驱动件和所述升降台顺次传动连接，所述动力件通过所述驱动件带动所述升降台沿所述升降支架的延伸方向滑动。
19.一种手术机器人，包括上述各个实施例中任一项所述的升降立柱。
20.上述升降立柱以及手术机器人，升降立柱的延伸方向为使用状态的升降方向，升降台沿升降支架的延伸方向滑动即可执行升降动作。同时体积较小的配重结构以平衡配合补偿的方式平衡升降台的重量，进而允许操作者手动轻松实现升降台的升降，或者允许规格较小的动力件驱动升降台的升降。不仅配重结构的体积较小，且允许手动调节升降台的升降或者使用较小规格的动力件，能够进一步减小升降立柱的整体体积、重量以及成本。本发明提供的升降立柱以及手术机器人结构更加紧凑。
附图说明
21.图1为本发明一实施例提供的升降立柱第一立体示意图；
22.图2为本发明一实施例提供的升降立柱第二立体示意图；
23.图3为本发明一实施例提供的升降立柱部分结构第一立体示意图；
24.图4为本发明一实施例提供的升降立柱部分结构第二立体示意图。
25.其中：10、升降立柱；100、升降支架；100a、升降底端；100b、升降顶端；110、第一支撑杆；120、第二支撑杆；130、顶部连接杆；140、底板；200、升降台；310、底部弹簧；320、顶部
弹簧；331、第一磁性件；332、条形板；340、底端引导柱；400、电磁铁；500、驱动组件；510、电机；520、离合件；530、螺旋丝杠；600、导轨。
具体实施方式
26.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
27.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
28.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
29.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
31.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
32.如图1
‑
2所示，本发明提供一种升降立柱10，不仅结构紧凑且能够实现便捷升降。具体的，升降立柱10包括升降支架100、升降台200以及配重结构。升降支架100具有升降底端100a和升降顶端100b，升降底端100a和升降顶端100b沿升降支架100的延伸方向间隔设置。升降台200滑动设置于升降支架100，升降台200在驱动力作用下沿升降支架100的延伸方向滑动并靠近或者远离升降顶端100b。配重结构包括重力平衡组件和磁力补偿组件，设置于升降支架100和升降台200之间，重力平衡组件平衡升降台200的重量，磁力补偿组件补偿重力平衡组件的平衡力。
33.上述升降立柱10，升降立柱10的延伸方向为使用状态的升降方向，升降台200沿升降支架100的延伸方向滑动即可执行升降动作。同时体积较小的配重结构以平衡配合补偿的方式平衡升降台200的重量，进而允许操作者手动轻松实现升降台200的升降，或者允许规格较小的动力件驱动升降台200的升降。不仅配重结构的体积较小，且允许手动调节升降台200的升降或者使用较小规格的动力件，能够进一步减小升降立柱10的整体体积、重量以及成本。本发明提供的升降立柱10结构更加紧凑。
34.可选的，配重结构可以是弹簧、橡胶等能够在变形时产生变形力进而平衡升降台200重量的结构。作为一种可实现的方式，重力平衡组件包括配重弹簧，配重弹簧设置于升降台200与升降底端100a之间，和/或配重弹簧设置于升降台200与升降顶端100b之间。配重弹簧在产生弹性变形时能够以自身的变形力平衡升降台200的重量。配重弹簧具有体积小、重量轻、结构紧凑的优点。在使用配重弹簧进行升降台200的重力平衡过程中，可以使用一根配重弹簧、两根配重弹簧或者多根配重弹簧，并且配重弹簧可以连接升降台200或者升降支架100的顶部位置、中部位置和/或底部位置。
35.如图1
‑
2所示，具体的，配重弹簧包括底部弹簧310和顶部弹簧320，底部弹簧310设置于升降台200与升降底端100a之间，底部弹簧310沿使用状态的上升方向抵推升降台200。顶部弹簧320设置于升降台200与升降顶端100b之间，顶部弹簧320沿使用状态的上升方向提拉升降台200。从升降台200靠近升降支架100顶端和底端的两个方向分别平衡升降台200的重量，有利于提供更加稳定的配重力。
36.如图1
‑
2所示，作为一种可实现的方式，升降支架100呈框式支架，升降支架100在使用状态的竖直平面内形成一个封闭的结构框，升降台200以及配重弹簧分别设置在结构框的范围内。具体的，升降支架100包括第一支撑杆110、第二支撑杆120、顶部连接杆130以及底板140。第一支撑杆110和第二支撑杆120间隔、相对、平行设置，顶部连接杆130的两端分别与第一支撑杆110和第二支撑杆120的顶端固定连接，底板140的两端分别与第一支撑杆110和第二支撑杆120的底端固定连接。顶部弹簧320的两端分别与升降台200以及顶部连接杆130连接，底部弹簧310的两端分别与升降台200以及底板140抵接。作为另一种可实现的方式，升降支架100呈杆状结构，在升降支架100的顶端和底端分别具有凸起，分别用于连接顶部弹簧320和底部弹簧310。
37.可选的，底部弹簧310的类型为恒力弹簧和/或线性弹簧，对应的，顶部弹簧320的类型为恒力弹簧和/或线性弹簧。恒力弹簧能够在形变量发生变化时输出相对恒定的变形力。线性弹簧能够在形变量发生变化时输出设定范围内的变形力，配合升降台200与升降支架100之间的滑动摩擦力，也能够实现升降台200配重的功能。并且，恒力弹簧以及线性弹簧的类型可以是拉伸弹簧、压缩弹簧或者扭簧。
38.作为一种可实现的方式，顶部弹簧320和底部弹簧310分别采用恒力弹簧，分别从升降台200靠近升降支架100的两端施加配重力，进而允许手动调节升降台200的升降或者使用较小规格的动力件。作为另一种可实现的方式，顶部弹簧320和底部弹簧310分别采用线性弹簧，分别从升降台200靠近升降支架100的两端施加配重力，配合升降台200与升降支架100之间的滑动摩擦力，进而允许手动调节升降台200的升降或者使用较小规格的动力件。
39.如图1
‑
2所示，在本发明一实施例中，顶部弹簧320的类型为恒力弹簧，顶部弹簧
320的一端与升降台200靠近升降顶端100b的一侧固定连接，顶部弹簧320的另一端与位于升降顶端100b的顶部连接杆130连接。底部弹簧310的类型为压缩弹簧，底部弹簧310的一端与升降台200靠近升降底端100a的一侧抵接，底部弹簧310的另一端与位于升降底端100a的底板140抵接。在升降台200的升降过程中，顶部弹簧320向升降台200沿上升方向施加恒定大小的配重力，同时底部弹簧310向升降台200沿上升方向提供设定范围内的配重力，两股配重力共同平衡升降台200的重量。可选的，顶部弹簧320和/或底部弹簧310的数量分别为一个、两个或者多个，两个或者多个顶部弹簧320和/或底部弹簧310间隔、平行设置。多根配重弹簧能够提供更加精准的配重力。
40.进一步，如图1
‑
2所示，顶部弹簧320的数量为一根，底部弹簧310的数量为两根，共同提供升降台200的配重力。并且配重结构还包括底端引导柱340，底端引导柱340固定设置于升降支架100，底端引导柱340的延伸方向与升降支架100的延伸方向平行，底端引导柱340的数量与底部弹簧310的数量相同，比如两个，每个底部弹簧310套设于一个对应的底端引导柱340。底端引导柱340能够有效保证底部弹簧310在压缩以及形变恢复过程中的稳定性，避免底部弹簧310因失稳而失去平衡力。
41.在本发明一实施例中，升降台200与升降支架100之间通过导轨600配合滑块的形式实现相对滑动。磁力补偿组件设置于升降台200和升降支架100之间，磁力补偿组件产生阻碍升降台200运动的摩擦力。磁力补偿组件产生的摩擦力和升降台200与升降支架100之间产生摩擦力的方向相同，且两个摩擦力能够共同抵消底部弹簧310因形变量变化导致的配重力(弹性恢复力)变化。
42.以升降台200升降的两个极端位置为例进行说明，当升降台200降至最低点时，底部弹簧310弹力最大，若此时底部弹簧310的弹力与顶部弹簧320的弹力大于升降台200的重力时，升降台200有向上的趋势，磁力补偿组件所产生的摩擦力抵消底部弹簧310弹力与顶部弹簧320弹力之和超过升降台200重力部分的力，使得升降台200依然保持稳定，不会自然上升。当升降台200升至最高点时，底部弹簧310弹力最小，若此时底部弹簧310的弹力与顶部弹簧320的弹力小于升降台200的重力时，升降台200有向下的趋势，磁力补偿组件所产生的摩擦力抵消升降台200重力超过底部弹簧310弹力与顶部弹簧320弹力之和部分的力，使得升降台200依然保持稳定，不会自然下降。
43.可以理解的，磁力补偿组件只要在升降台200与升降支架100之间产生阻碍两者两对运动的摩擦力即可。如图2
‑
4所示，作为一种可实现的方式，磁力补偿组件包括第一磁性件331和第二磁性件，第一磁性件331与升降台200固定连接，第二磁性件与升降支架100固定连接，第一磁性件331和/或第二磁性件为磁铁，第一磁性件331和第二磁性件磁性相吸。相互吸引的第一磁性件331和第二磁性件之间在相对运动时产生摩擦力。在其它的实施例中，还可以通过机械卡紧的方式产生摩擦力，如通过螺钉调整卡紧程度等。
44.进一步，如图2
‑
4所示，第一磁性件331为磁铁，第二磁性件为条形板332，条形板332固定设置于升降支架100，条形板332沿升降支架100的延伸方向延伸。磁铁与条形板332之间始终保持磁性相吸。在其它的实施例中，也可以将条形板332固定安装在升降台200，将磁铁固定安装在升降支架100。磁铁可以保证升降台200在任一位置的稳定，不受升降立柱通断电的影响，保证升降立柱的安全。
45.在本发明一实施例中，升降立柱10还包括刹车组件，刹车组件用于限制升降台200
相对于升降支架100滑动，进而将升降台200牢固的固定在升降支架100上。可选的，刹车组件可以是常规的刹车结构，也可以基于实际工况设计出的特殊刹车结构。在本发明一实施例中，如图2
‑
4所示，刹车组件包括电磁铁400和条形板332。电磁铁400固定设置于升降台200，条形板332固定设置于升降支架100，条形板332沿升降支架100的延伸方向延伸，电磁铁400通电时吸附条形板332并与条形板332相对固定。或者，电磁铁400固定设置于升降支架100，条形板332固定设置于升降台200，条形板332沿升降支架100的延伸方向延伸，电磁铁400通电时吸附条形板332并与条形板332相对固定。
46.上述实施例中的条形板332与磁力补偿组件中的条形板332可以是一个，也可以是分开的两个条形板332。还可以将第一磁性件331设计为环形，将电磁铁400放置在环形的第一磁性件331的内部，环形的第一磁性件331和电磁铁400独立作用，不相互干扰，环形的第一磁性件331和电磁铁400可以分别与条形板332接触。
47.上述各个实施例中的升降立柱10，允许操作者手动以较小的力即可轻松驱动升降台200进行升降。在其它的实施例中，还可以通过驱动组件500实现升降台200的自动升降。作为一种可实现的方式，如图1及图3
‑
4所示，升降立柱10还包括驱动组件500，驱动组件500设置于升降支架100和升降台200之间。驱动组件500包括动力件、离合件520和驱动件，动力件、离合件520、驱动件和升降台200顺次传动连接，动力件通过驱动件带动升降台200沿升降支架100的延伸方向滑动。具体的，动力件为电机510，驱动件为螺旋丝杠530，在升降台200上开设与驱动件适配的螺纹。当离合件520处于接合状态时，电机510可通过螺旋丝杠530驱动升降台200上升或者下降；当离合件520处于分离状态时，允许操作者手动驱动升降台200上升或者下降。
48.在本发明一实施例中，如图1
‑
3所示，升降立柱10还包括滑轨，滑轨沿升降支架100的延伸方形固定设置于滑轨，在升降台200上开设与滑轨适配的滑槽，进而实现升降台200相对于升降支架100的稳定滑动。
49.本发明一实施例还提供一种手术机器人，包括上述各个实施例中任一项所记述的升降立柱10。上述手术机器人，升降立柱10的延伸方向为使用状态的升降方向，升降台200沿升降支架100的延伸方向滑动即可执行升降动作。同时体积较小的配重结构以自身发生弹性变形时的弹性力平衡升降台200的重量，进而允许操作者手动轻松实现升降台200的升降，或者允许规格较小的动力件驱动升降台200的升降。不仅配重结构的体积较小，且允许手动调节升降台200的升降或者使用较小规格的动力件，能够进一步减小升降立柱10的整体体积、重量以及成本。本发明提供的手术机器人结构更加紧凑。
50.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
51.以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。