机械臂和内镜辅助机械臂装置的制作方法

本发明涉及医用器械领域，具体而言，涉及一种机械臂和内镜辅助机械臂装置。

背景技术：

现有的内镜微创手术是由助手医生辅助持镜来实现的。但是长时间的手术和不方便的站位使助手医生非常疲惫，受呼吸心跳、长时间扶持、站位不佳等因素的影响，助手医生难免会出现手抖、酸痛等情况，会直接导致手术画面不清晰，影响主刀医生判断。

目前，在内镜微创医疗手术过程中，用辅助机械人取代助手医生，辅助调整并精确固定、移动内窥镜，以方便对手术过程中不易手扶的危险区域或者不方便手扶的设备以及狭小空间进行操作已越来越被广泛应用。用机械人取代助手医生辅助内镜手术，可以提高手术的自动化程度，减少手术的人为失误可能引发的事故，减少人为操作对人体的伤害，达到更好的稳定效果，减少人员的工作量，增加危险区域操作人员的安全程度。

市场上的机械人大都无法实现多维度大范围地调整移动关节臂，也无法实现一键操作控制关节臂任意角度无死角移动。

因此，研发一种能实现多维度大范围地调整移动关节臂，且能一键操作控制关节臂任意角度无死角移动的机械臂是目前需要迫切解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种机械臂，该机械臂可实现多维度大范围地调整移动关节臂，且可实现一键操作控制关节臂任意角度无死角移动。

本发明的另一目的在于提供一种内镜辅助机械臂装置，该内镜辅助机械臂装置能实现一键操作控制关节臂任意角度无死角移动。

本发明解决其技术问题是采用以下的技术方案来实现的：

一种机械臂，包括机械臂本体和一键操作系统。所述机械臂本体包括基座和至少一个吊塔；所述吊塔包括一级悬臂、关节主臂、关节副臂、卡扣机构和万向节。所述一级悬臂的一端与所述基座连接，且所述一级悬臂可在所述基座上旋转。所述关节主臂的一端与所述一级悬臂的另一端铰接，所述关节副臂的一端与所述关节主臂的另一端铰接。所述关节副臂的另一端与所述卡扣机构连接，所述万向节与所述卡扣机构连接。

所述一键控制系统包括电磁控制系统和驱动系统，所述一键控制系统可同时控制所述电磁控制系统和所述驱动系统开启或关闭。所述电磁控制系统开启时，所述一级悬臂可在所述基座上旋转。所述电磁控制系统关闭时，可锁紧所述一级悬臂。所述驱动系统开启时，所述关节主臂可相对所述一级悬臂转动，且所述关节副臂可相对所述关节主臂转动。所述驱动系统关闭时，可同时锁紧所述关节主臂和所述关节副臂。

进一步地，所述驱动系统包括第一动力系统和第二动力系统。所述关节主臂通过所述第一动力系统与所述一级悬臂连接，所述第一动力系统开启时，所述关节主臂可相对所述一级悬臂转动，所述第一动力系统关闭时，可锁紧所述关节主臂。所述关节副臂通过所述第二动力系统与所述关节主臂连接，所述第二动力系统开启时，所述关节副臂可相对所述关节主臂转动，所述第二动力系统关闭时，可锁紧所述关节副臂。

进一步地，所述驱动系统还包括驱动源，所述第一动力系统与所述驱动源连接，所述第二动力系统与所述驱动源连接，所述驱动源可同时控制所述第一动力系统和所述第二动力系统开启或关闭。所述一键控制系统可控制所述驱动源开启或关闭。

进一步地，所述一键控制系统还包括一键控制键，所述驱动源与所述一键控制键连接，所述电磁控制系统与所述一键控制键连接，所述一键控制键可同时控制所述驱动源和所述电磁控制系统开启或关闭。

进一步地，所述一键控制键设置在所述关节副臂上。

进一步地，所述第一动力系统为液压系统、气压系统或伺服电机系统。

进一步地，所述第一动力系统为液压系统，且所述关节主臂和所述关节副臂通过凸轮机构连接，所述凸轮机构包括同轴连接的凸轮和齿轮，所述齿轮与所述关节副臂啮合，所述凸轮与所述第一动力系统连接。

进一步地，所述电磁控制系统包括电磁控制装置和限位卡环，所述限位卡环设置在所述电磁控制装置内，所述电磁控制系统可控制所述限位卡环动作，以限定所述一级悬臂的旋转角度范围，且所述旋转角度范围为0-270°。

进一步地，所述卡扣机构与所述关节副臂固定连接，所述万向节与所述卡扣机构转动连接。

本发明还提供一种内镜辅助机械臂装置，其包括载体装置、夹紧装置和上述的机械臂，所述夹紧装置设置在所述基座上，所述机械臂和所述载体装置通过所述夹紧装置连接。

本发明实施例的有益效果是：本发明实施例提供的机械臂，包括机械臂本体和一键操作系统。机械臂本体包括依次连接的一级悬臂、关节主臂、关节副臂、卡扣机构和万向节。一键控制系统包括电磁控制系统和驱动系统，一键控制系统可同时控制电磁控制系统和驱动系统开启或关闭。电磁控制系统开启时，一级悬臂可在基座上旋转；电磁控制系统关闭时，可锁紧一级悬臂。驱动系统开启时，关节主臂可相对一级悬臂转动，且关节副臂可相对关节主臂转动；驱动系统关闭时，可同时锁紧关节主臂和关节副臂。因此，本发明提供的机械臂能实现多维度大范围地调整移动关节臂，且能实现一键控制任意角度无死角的操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某个实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的机械臂的第一视角结构示意图。

图2为本发明第一实施例提供的机械臂的第二视角结构示意图。

图3为本发明第一实施例提供的机械臂的电磁控制装置的局部剖面视图。

图4为本发明第二实施例提供的内镜辅助机械臂装置的结构示意图。

图标：100-机械臂；110-机械臂本体；112-基座；114-吊塔；1141-一级悬臂；1142-关节主臂；1143-关节副臂；1144-卡扣机构；1145-万向节；1146-凸轮机构；11461-齿轮；11462-凸轮；120-一键操作系统；122-一键控制键；124-驱动系统；1241-驱动源；1243-第一动力系统；1245-第二动力系统；126-电磁控制系统；1261-电磁控制装置；1263-限位卡环；151-第一液压缸；153-第二液压缸；1531-活塞杆；200-内镜辅助机械臂装置；212-夹紧装置；220-载体装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另外有更明确的规定与限定，术语“设置”、“连接”应做更广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或是一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的多个实施方式作详细说明，在不冲突的情况下，下述的实施例中的特征可以相互组合。

第一实施例

图1为本发明第一实施例提供的机械臂100的第一视角结构示意图。图2为本发明第一实施例提供的机械臂100的第二视角结构示意图。请结合参照图1和图2，本实施例提供的机械臂100，包括机械臂本体110和一键操作系统120，一键操作系统120设置在机械臂本体110内。

机械臂本体110包括基座112和至少一个吊塔114。吊塔114设置在基座112上，且每个吊塔114均可在基座112上旋转。

优选地，本实施例提供的机械臂100仅包括一个吊塔114，且吊塔114可绕其自身旋转轴旋转。可以理解的是，在其他较佳实施例中，吊塔114的数量可以为两个、三个、四个等。

吊塔114包括一级悬臂1141、关节主臂1142、关节副臂1143、卡扣机构1144和万向节1145。一级悬臂1141的一端与关节主臂1142的一端铰接，关节主臂1142的另一端与关节副臂1143的一端铰接，关节副臂1143的另一端卡扣机构1144连接，卡扣机构1144与万向节1145连接。

一级悬臂1141的另一端与基座112连接，且一级悬臂1141可在基座112上旋转。

一键操作系统120包括驱动系统124、电磁控制系统126和一键控制键122。驱动系统124和电磁控制系统126分别与一键控制键122连接。可以理解的是，一键控制键122可同时控制驱动系统124和电磁控制系统126开启或关闭，实现一键操作效果。

优选地，本实施例中，一键控制键122设置在关节副臂1143上。可以理解的是，在实际使用过程中，一键控制键122设置在关节副臂1143上，按动方便，具有良好的可操作性。

当然，实际生产中，可根据本领域技术人员的经验，将一键控制键122设置在机械臂100的其他部位。

同时，需要说明的是，在其他较佳实施例中，还可以设置遥控系统或声控系统，与驱动系统124和电磁控制系统126连接，并同时控制驱动系统124和电磁控制系统126，实现一键操作的效果。

驱动系统124用于控制关节主臂1142相对一级悬臂1141转动，同时控制关节副臂1143相对关节主臂1142转动，或者，同时锁紧关节主臂1142和关节副臂1143。可以理解的是，驱动系统124开启时，可控制关节主臂1142相对一级悬臂1141转动，同时控制关节副臂1143相对关节主臂1142转动。驱动系统124关闭时，可同时锁紧关节主臂1142和关节副臂1143。

驱动系统124包括驱动源1241、第一动力系统1243和第二动力系统1245，第一动力系统1243和第二动力系统1245分别与驱动源1241连接。驱动源1241与一键控制键122连接。驱动源1241可控制第一动力系统1243和第二动力系统1245同时开启或关闭。可以理解的是，一键控制键122可通过驱动源1241控制第一动力系统1243和第二动力系统1245同时开启或关闭。

第一动力系统1243用于控制关节主臂1142相对一级悬臂1141转动，或是锁紧关节主臂1142。需要说明的是，第一动力系统1243开启时，关节主臂1142可相对一级悬臂1141转动。第一动力系统1243关闭时，可锁紧关节主臂1142。

作为优选，本实施例中，第一动力系统1243为第一液压缸151，设置在一级悬臂1141内，用于连接关节主臂1142和一级悬臂1141，并控制关节主臂1142相对一级悬臂1141转动，或是锁紧关节主臂1142。当然，在其他较佳的实施例中，第一动力系统1243的具体形式可以有不同的变化，只要能实现驱动关节主臂1142相对一级悬臂1141转动，并能在一定状态下锁紧关节主臂1142，第一动力系统1243可以为液压系统、气压系统、伺服电机系统或其他有相应功能的动力系统。

第二动力系统1245用于控制关节副臂1143相对关节主臂1142转动，或是锁紧关节副臂1143。需要说明的是，第二动力系统1245开启时，关节副臂1143可相对关节主臂1142转动。第一动力系统1243关闭时，可锁紧关节副臂1143。

作为优选，本实施例中，第二动力系统1245为第二液压缸153，设置在关节主臂1142内，用于连接关节主臂1142和关节副臂1143，并控制关节副臂1143相对关节主臂1142转动，或是锁紧关节副臂1143。当然，在其他较佳的实施例中，第一动力系统1243的具体形式可以有不同的变化，只要能实现驱动关节主臂1142相对一级悬臂1141转动，并能在一定状态下锁紧关节主臂1142，第一动力系统1243可以为液压系统、气压系统、伺服电机系统或其他有相应功能的动力系统。

可以理解的是，关节主臂1142可相对一级悬臂1141转动，同时关节副臂1143可相对关节主臂1142转动，本实施例提供的机械臂100可实现三个自由度的转动，并调整移动关节臂，操作方便，实用性强。

当然，在其他较佳的实施例中，机械臂100还可以包含其他的关节臂，并与关节副臂1143、关节主臂1142或一级悬臂1141铰接，同时，机械臂100还包括相应数量的动力系统，以控制这些关节臂转动，实现更多自由度的转动。

电磁控制系统126用于控制一级悬臂1141在基座112上旋转或锁紧一级悬臂1141。可以理解的是，电磁控制系统126开启时，可控制一级悬臂1141在基座112上旋转。电磁控制系统126关闭时，可锁紧一级悬臂1141。

可以理解是，一级悬臂1141在电磁系统的控制下，可实现360°全方位转动，或是被锁紧。

图3为本发明第一实施例提供的机械臂100的电磁控制装置1261的局部剖面视图。请结合参照图1-图3，电磁控制系统126设置在基座112内，电磁控制系统126包括电磁控制装置1261，电磁控制装置1261用于连接基座112和一级悬臂1141，并控制一级悬臂1141在基座112上旋转或锁紧一级悬臂1141。电磁控制装置1261与一键控制键122连接，一键控制键122可控制电磁控制装置1261开启或关闭。可以理解的是，电磁控制装置1261开启时，一级悬臂1141和相对基座112转动，电磁控制装置1261关闭时，可锁紧一级悬臂1141。

作为优选，本实施例中，电磁控制系统126还包括限位卡环1263，限位卡环1263设置在电磁控制装置1261内，且电磁控制系统126可控制限位卡环1263动作，优选地，本实施例中，电磁控制系统126可控制限位卡环1263弹出，从而限定一级悬臂1141的旋转角度范围。

优选地，本实施例中，一级悬臂1141的旋转角度范围为0-270°。可以理解的是，在实际操作应用中，一级悬臂1141旋转角度范围为0-270°时，为较佳的使用状态，有利于提高机械臂100的可操作性和节约可能的无效转动能源。

当然，在实际生产过程中，可根据本技术领域人员的经验，设定限位卡环1263的位置或者数量，限制一级悬臂1141的旋转角度范围其他较佳的使用角度。

请继续结合参照图1和图2，作为优选，本实施例中，关节主臂1142和关节副臂1143通过凸轮机构1146连接，凸轮机构1146包括同轴连接的凸轮11462和齿轮11461，齿轮11461与关节副臂1143啮合，凸轮11462与第一动力系统1243连接。优选地，本实施例提供的第二液压缸153包括活塞杆1531，活塞杆1531与凸轮11462连接，从而实现通过第二液压缸153控制关节副臂1143相对关节主臂1142转动，或是锁紧该关节副臂1143。

优选地，本实施例中，卡扣机构1144固定在关节副臂1143远离关节主臂1142的一端。万向节1145与卡扣机构1144转动连接。可以理解的是，万向节1145与卡扣机构1144之间可通过滚动轴承式、卡口式、吊钩、螺丝等连接结构实现快速连接。

第二实施例

图4为本发明第二实施例提供的内镜辅助机械臂装置200的结构示意图。请参照图4，本实施例提供一种内镜辅助机械臂装置200，其包括载体装置220、夹紧装置212和第一实施例提供的机械臂100。夹紧装置212设置在基座112上，机械臂100和载体装置220通过夹紧装置212连接。

可以理解的是，载体装置220可以为手术器械、管道、钢丝等任意实物结构。优选的，本实施例中，载体装置220为手术床。使用时，将夹紧装置212固定到手术床的床沿上。

本发明实施例提供的机械臂100的工作原理是：机械臂100包括可相对旋转并连接的吊塔114和基座112，吊塔114包括相互连接并具有三个自由度一级悬臂1141、关机主臂和关节副臂1143，且一级悬臂1141与基座112可相对旋转地连接。机械臂100还包括一键操作系统120，该一键操作系统120包括一键控制键122、电磁控制系统126和驱动系统124，该电磁控制系统126可控制一级悬臂1141相对基座112旋转，或者，锁紧该一级悬臂1141，该驱动系统124可控制关节主臂1142相对一级悬臂1141转动，同时控制关节副臂1143相对关节主臂1142转动，或者，同时锁紧关节主臂1142和关节副臂1143。一键控制键122可同时控制电磁系统和驱动系统124动作。因此，可以理解的是，通过该一键操作键，可实现机械臂100多维度大范围地调整移动关节臂，且能一键操作控制关节臂任意角度无死角移动。

综上所述，本发明实施例提供的机械臂100应用时，可实现机械臂100多维度大范围地调整移动关节臂，且能一键操作控制关节臂任意角度无死角移动，使用方便，操作简单。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。