一种用于腹腔内视觉机器人的拨杆滑环凸轮往复传动机构的制作方法
【专利摘要】一种用于腹腔内视觉机器人的拨杆滑环凸轮往复传动机构，它涉及一种自清洁传动机构，以解决现有腹腔视觉机器人的传动机构尺寸大，占用空间大，使用不方便不灵活且不具有镜头自清洗功能的问题，它包括壳体，它还包括电机、第一传动轴、连接轴、第二传动轴、第一齿轮、第二齿轮、固定轴、阻尼器、拨杆、滑环、凸轮、滚子、连杆、第一弹簧和清洁基体；固定轴水平安装在壳体上，第一齿轮与第二齿轮啮合，第二传动轴平行于固定轴并设置在壳体内，第一齿轮套装在第二传动轴的另一端，第一传动轴的另一端与电机连接；滑环安装在壳体内设置的滑环槽内，滑环的另一端固装有凸轮，连杆的一端装有滚子。本发明用于腹腔视觉机器人。
【专利说明】一种用于腹腔内视觉机器人的拨杆滑环凸轮往复传动机构
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种自清洁传动机构，具体涉及一种用于腹腔内视觉机器人的自清洁 和视场倾角调节的传动机构。
【背景技术】
[0002] 微创手术（Minimally Invasive Surgery, MIS)的运用使外科手术发生了革命性 变化。和传统的开放手术相比，微创手术通过采用小的切口进行手术，对人体组织的结构和 功能产生的干扰相对较小，手术后恢复周期短，恢复效果好，且减小了伤疤，因此腹腔手术 领域得到了广泛的应用。然而，由于手术过程中医务人员需要长时间操持手术器械通过内 窥镜对人体内部进行手术，医务人员的精神状态和疲劳程度都会在一定程度上影响手术的 效果。微创手术机器人的出现能够很好解决上述问题。目前，针对腹腔镜的微创手术机器 人需要通过几个切口分别将手术器械、内窥镜和照明系统插进人体腹腔进行手术，在一定 程度上提高了手术的精度，改善了手术后伤疤的恢复效果。但是，手术器械受到戳卡的限制 灵活性较差，另外手术器械的庞大复杂使得手术台的移动性较差。因此研究可进入人体内 部的手术机器人对于改善手术的效果有着重要的意义。
[0003] 目前，国内外学者研究的可进入人体内部的单孔腹腔镜手术机器人多以视觉机器 人为主。机器人进入人体内主要完成视频的采集和传输，并且能随时调整照明和摄像模块 的角度，为医务人员进行手术提供视野范围。另外由于手术过程中，组织液和水蒸气附着在 摄像头上都会影响视野的清晰度，故照明摄像模块具有自清洗功能对提高视野清晰度有着 重要的意义。
[0004] 现有的腹腔视觉机器人的传动机构尺寸大都偏大且不具有镜头的自清洗功能，申 请号为201410244729. 3中国发明申请提出一种用于腹腔视觉机器人单元的自清洁和倾角 调节传动机构，该机构结构较复杂，占用空间较大，其带轮传动部分装配较困难，工作时带 的松紧很难把握，易出现打滑和卡死现象，需要调整皮带轮机构实现清洗，使用不方便不灵 活，因此实现腹腔机器人传动机构的优化是缩小机器人尺寸的关键，同时让机器人兼有摄 像镜头自清洗功能将提高手术的质量。
【发明内容】
[0005] 本发明是为解决现有腹腔视觉机器人的传动机构尺寸大，占用空间大，使用不方 便不灵活且不具有镜头自清洗功能的问题，进而提供一种用于腹腔内视觉机器人的拨杆滑 环凸轮往复传动机构。
[0006] 本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明的一种用于腹腔内视觉机器人 的拨杆滑环凸轮往复传动机构包括壳体，它还包括电机、第一传动轴、连接轴、第二传动轴、 第一齿轮、第二齿轮、固定轴、阻尼器、拨杆、滑环、凸轮、滚子、连杆、第一弹簧和清洁基体；
[0007] 所述第一传动轴为阶梯轴，阶梯轴上靠近台肩位置处设有限位块，阶梯轴的周侧 面上加工有安装拔杆的孔；
[0008] 所述连接轴包括空心轴、实心轴和两个立柱键，所述空心轴的一端为螺旋状端面； 空心轴的另一端与实心轴固接，两个立柱键对称设置在实心轴的外侧壁上；
[0009] 所述第二传动轴的一端为空心管，所述空心管上开设有两个键槽，所述两个键槽 对称开设；
[0010] 固定轴水平安装在壳体上，阻尼器套装在固定轴的一端并与壳体的内壁固接，第 二齿轮套装在固定轴的另一端，第二传动轴平行于固定轴并设置在壳体内，第一齿轮套装 在第二传动轴的另一端，第一齿轮与第二齿轮啮合，连接轴的实心轴插装在第二传动轴的 一端的键槽内，第一传动轴的一端插装在连接轴的空心轴内且二者通过限位块定位，第一 传动轴的另一端与电机连接；
[0011] 滑环为半圆形滑环，滑环安装在壳体内设置的滑环槽内，拨杆的端部插装在滑环 的一端内，滑环的另一端固装有凸轮，连杆安装在壳体内设置的连杆滑槽内，连杆的一端装 有滚子，凸轮的曲面顶靠滚子的周侧面，连杆的另一端装有清洁基体，且连杆的靠近滚子的 一端套装有第一弹簧。
[0012] 本发明的有益效果是：
[0013] 一、本发明同时实现了腹腔镜视觉机器人摄像镜头的自清洗和视场角度的调节， 第一齿轮和第二齿轮的啮合，电机带动第二传动轴传动，最终带动壳体的转动，实现了视场 倾角调节；滑环连同凸轮转动，凸轮转动顶靠滚子转动，推动连杆往复运动，实现清洁基体 对摄像头的清洁。
[0014] 二、本发明实现了电机的复用，即分别通过电机的正反转来驱动上述的视场角度 调节机构和摄像镜头自清洁机构。传动机构中连接轴相对于第二传动轴只能做轴向的移 动，而不能做相对转动；连接轴的螺旋状端面和第一传动轴的限位块在转动过程中能够使 得第一传动轴只能相对于连接轴做单向转动，这是实现电机复用的基础，而第一齿轮与第 二齿轮的传动比为1: 1，也是实现预期功能的必要条件。本发明正是充分利用电机的正反转 来实现不同的动作，从而减小电机的使用数目，并且在超越离合器原理的基础上进行变形， 进一步减小径向尺寸，从而满足腹腔内视觉机器人单元对径向尺寸的严格要求。
[0015] 三、拨杆滑块凸轮往复传动机构沿着壳体内壁周向布置，增加了壳体内部的空间， 减小机器人的整体尺寸，相比现有的自清洁和倾角调节传动机构，结构更简单，占用空间 小，避免了带轮传动部分装配较困难，工作时带的松紧很难把握，易出现打滑和卡死现象的 问题，不需要调整皮带轮机构实现清洗，使用方便灵活。本发明减少的空间可用于放置电子 器件。
[0016] 四、本发明的运动切换主要依靠机械结构，从而降低了控制的难度。
【专利附图】
【附图说明】
[0017] 图1是本发明的整体结构示意图；图2是图1去掉壳体后的结构示意图，图3是第 一传动轴、连接轴和第二传动轴装配的结构示意图，图4是第二传动轴的结构示意图，图5 是第一传动轴的结构示意图，图6是连接轴的结构示意图，图7是凸轮的结构示意图。
【具体实施方式】
[0018]
【具体实施方式】一：结合图1-图7说明，本实施方式的一种用于腹腔内视觉机器人 的拨杆滑环凸轮往复传动机构包括壳体3,它还包括电机23、第一传动轴22、连接轴21、第 二传动轴20、第一齿轮19、第二齿轮18、固定轴2、阻尼器25、拨杆24、滑环16、凸轮15、滚 子13、连杆14、第一弹簧10和清洁基体9 ;
[0019] 所述第一传动轴22为阶梯轴，阶梯轴上靠近台肩位置处设有限位块22-2,阶梯轴 的周侧面上加工有安装拔杆24的孔22-1 ;
[0020] 所述连接轴21包括空心轴21-1、实心轴21-2和两个立柱键21-3,所述空心轴 21-1的一端为螺旋状端面；空心轴21-1的另一端与实心轴21-2固接，两个立柱键21-3对 称设置在实心轴21-2的外侧壁上；
[0021] 所述第二传动轴20的一端为空心管20-1，所述空心管20-1上开设有两个键槽 20-2,所述两个键槽20-2对称开设；
[0022] 固定轴2水平安装在壳体3上，阻尼器25套装在固定轴2的一端并与壳体3的内 壁固接，第二齿轮18套装在固定轴2的另一端，第二传动轴20平行于固定轴2并设置在壳 体3内，第一齿轮19套装在第二传动轴20的另一端，第一齿轮19与第二齿轮18啮合，连 接轴21的实心轴21-2插装在第二传动轴20的一端的键槽20-2内，第一传动轴22的一端 插装在连接轴21的空心轴21-1内且二者通过限位块22-2定位，第一传动轴22的另一端 与电机23连接；
[0023] 滑环16为半圆形滑环，滑环16安装在壳体3内设置的滑环槽17内，拨杆24的端 部插装在滑环16的一端内，滑环16的另一端固装有凸轮15,连杆14安装在壳体3内设置 的连杆滑槽内，连杆14的一端装有滚子13,凸轮15的曲面顶靠滚子13的周侧面，连杆14 的另一端装有清洁基体9,且连杆14的靠近滚子13的一端套装有第一弹簧10。
[0024] 本实施方式的滑环的一端加工有半开的圆槽，拨杆的端部插装在滑环16的半开 的圆槽内，本实施方式的清洁基体为现有技术。阻尼器可采用现有技术阻尼器。
[0025] 为了保证连接轴21能够更加顺畅的工作，对连接轴21的螺旋状端面进行了专 门的设计。设螺旋状端面的最大高度差为A，经过计算，发现螺旋状曲面形状满足公式
【权利要求】
1. 一种用于腹腔内视觉机器人的拨杆滑环凸轮往复传动机构，它包括壳体（3)，其特 征在于：它还包括电机（23)、第一传动轴（22)、连接轴（21)、第二传动轴（20)、第一齿轮 (19)、第二齿轮（18)、固定轴（2)、阻尼器（25)、拨杆（24)、滑环（16)、凸轮（15)、滚子（13)、 连杆（14)、第一弹簧（10)和清洁基体（9); 所述第一传动轴（22)为阶梯轴，阶梯轴上靠近台肩位置处设有限位块（22-2)，阶梯轴 的周侧面上加工有安装拔杆（24)的孔（22-1); 所述连接轴（21)包括空心轴（21-1)、实心轴（21-2)和两个立柱键（21-3)，所述空心 轴（21-1)的一端为螺旋状端面；空心轴（21-1)的另一端与实心轴（21-2)固接，两个立柱 键（21-3)对称设置在实心轴（21-2)的外侧壁上； 所述第二传动轴（20)的一端为空心管（20-1)，所述空心管（20-1)上开设有两个键槽 (20-2)，所述两个键槽（20-2)对称开设； 固定轴（2)水平安装在壳体（3)上，阻尼器（25)套装在固定轴（2)的一端并与壳体 (3)的内壁固接，第二齿轮（18)套装在固定轴（2)的另一端，第二传动轴（20)平行于固定 轴（2)并设置在壳体（3)内，第一齿轮（19)套装在第二传动轴（20)的另一端，第一齿轮 (19)与第二齿轮（18)啮合，连接轴（21)的实心轴（21-2)插装在第二传动轴（20)的一端 的键槽（20-2)内，第一传动轴（22)的一端插装在连接轴（21)的空心轴（21-1)内且二者 通过限位块（22-2)定位，第一传动轴（22)的另一端与电机（23)连接； 滑环（16)为半圆形滑环，滑环（16)安装在壳体（3)内设置的滑环槽（17)内，拨杆（24) 的端部插装在滑环（16)的一端内，滑环（16)的另一端固装有凸轮（15)，连杆（14)安装在 壳体（3)内设置的连杆滑槽内，连杆（14)的一端装有滚子（13)，凸轮（15)的曲面顶靠滚子 (13)的周侧面，连杆（14)的另一端装有清洁基体（9)，且连杆（14)的靠近滚子（13)的一 端套装有第一弹簧（10)。
2. 根据权利要求1所述的一种用于腹腔内视觉机器人的拨杆滑环凸轮往复传动机构， 其特征在于：所述拨杆滑环凸轮往复传动机构还包括第二弹簧（26)，第二弹簧（26)设置在 第二传动轴（20)内，且第二弹簧（26)的一端与柱状轴（21-2)相抵。
3. 根据权利要求1或2所述的一种用于腹腔内视觉机器人的拨杆滑环凸轮往复传动机 构，其特征在于：第一弹簧（10)的外径为3mm，丝径为0· 2mm。
4. 根据权利要求3所述的一种用于腹腔内视觉机器人的拨杆滑环凸轮往复传动机构， 其特征在于：所述滑环槽（17)为燕尾槽或梯形槽。
5. 根据权利要求1、2或4所述的一种用于腹腔内视觉机器人的拨杆滑环凸轮往复传动 机构，其特征在于：所述第二齿轮（18)与第一齿轮（19)的传动比为1:1。
6. 根据权利要求5所述的一种用于腹腔内视觉机器人的拨杆滑环凸轮往复传动机构， 其特征在于：拨杆（24)的长度（L)为4. 8mm，滑环（16)的一端具有凸起部（16-1)，拨杆 (24)的端部插装在滑环（16)的靠近凸起部（16-1)的一端内，滑环（16)的凸起部（16-1) 的高度⑶为3. 7mm。
7. 根据权利要求1、2、4或6所述的一种用于腹腔内视觉机器人的拨杆滑环凸轮往复传 动机构，其特征在于：所述的凸轮（15)的曲面呈/形，凸轮（15)的升角（β)为45°。
【文档编号】B08B1/00GK104146779SQ201410418522
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】封海波, 付宜利, 马腾飞, 潘博, 刘星洋 申请人:哈尔滨工业大学