專利名稱：微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種醫(yī)療設(shè)備，特別是涉及在機(jī)械臂末端安裝了六維力傳感器， 操作人員通過拖拽六維力傳感器可以隨時(shí)調(diào)整機(jī)械臂的位置，避免了定位控制的固定程序化，符合人性化操作的微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人。
背景技術(shù)：
伴隨著當(dāng)今生活節(jié)奏的加快，人們的健康問題屢屢引起公眾的關(guān)心和注意，同時(shí)隨著社會(huì)的日益進(jìn)步和人們生活水平的不斷提高，人們對(duì)醫(yī)療手段也提出了更高的要求， 除了關(guān)注治療效果外，還對(duì)康復(fù)速度提出了更高的要求。這就要求醫(yī)生不僅要在傳統(tǒng)生理醫(yī)學(xué)上有所突破，還要應(yīng)用操作靈活、定位精確的醫(yī)療器械，這為醫(yī)療機(jī)器人的研究提供了客觀條件，醫(yī)療機(jī)器人的應(yīng)用降低了手術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)，改善了手術(shù)的環(huán)境。傳統(tǒng)的手術(shù)由于需要大創(chuàng)口來暴露手術(shù)視野，手術(shù)操作給患者帶來巨大的痛苦，同時(shí)導(dǎo)致術(shù)后康復(fù)速度很慢，越來越不能滿足人們的需要。微創(chuàng)外科的出現(xiàn)及其臨床應(yīng)用為醫(yī)學(xué)領(lǐng)域開辟了新的天地，它以手術(shù)切口小、出血量小、術(shù)后疤痕小、創(chuàng)傷輕、痛苦少、恢復(fù)快為特點(diǎn)被應(yīng)用于臨床手術(shù)， 早期的微創(chuàng)外科手術(shù)是以腹腔鏡和胸腔鏡等內(nèi)窺鏡為基礎(chǔ)的一種外科手術(shù)，微創(chuàng)血管介入手術(shù)是微創(chuàng)外科的一個(gè)新方向。然而，目前，它還存在著諸多不足(1)內(nèi)鏡需要專人扶持， 很難保證定位的準(zhǔn)確性和圖像的穩(wěn)定性；( 由于操作對(duì)象較小，人體血管的直徑一般小于2mm，而且手術(shù)工作時(shí)間很長，使得醫(yī)生感覺非常疲憊，可能會(huì)出現(xiàn)醫(yī)生手的顫動(dòng)、疲勞、 肌肉神經(jīng)的反饋，導(dǎo)致動(dòng)作的不準(zhǔn)確，加大了患者的痛苦，降低了手術(shù)的成功率；(3)現(xiàn)有手術(shù)方法技巧性較強(qiáng)，風(fēng)險(xiǎn)性較高，這些缺點(diǎn)限制了血管介入手術(shù)的廣泛應(yīng)用。二十世紀(jì)機(jī)器人技術(shù)進(jìn)入微創(chuàng)外科手術(shù)領(lǐng)域后，利用機(jī)器人的高精度、穩(wěn)定性、靈活性、可控性以及不怕輻射和感染，來完成手術(shù)的定位，為醫(yī)生手術(shù)搭建一個(gè)穩(wěn)固的手術(shù)操作平臺(tái)，改善了過去醫(yī)生只能憑借主觀判斷和積累的手術(shù)經(jīng)驗(yàn)來完成手術(shù)的狀況，能夠減少人為因素引起的手術(shù)誤差，提高手術(shù)質(zhì)量。醫(yī)療外科機(jī)器人不僅可以協(xié)助醫(yī)生完成手術(shù)部位的精確定位，解決外科醫(yī)生手部的顫動(dòng)、疲勞、肌肉神經(jīng)的反饋，而且可以實(shí)現(xiàn)手術(shù)最小損傷，提高疾病診斷、手術(shù)治療的精度與質(zhì)量，增加手術(shù)安全系數(shù)，縮短治療時(shí)間，降低醫(yī)療成本。近年來微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人的研究已經(jīng)成為機(jī)器人應(yīng)用的新領(lǐng)域，尤其是多功能醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)已經(jīng)成為醫(yī)療機(jī)器人發(fā)展的一個(gè)新方向。國內(nèi)醫(yī)療機(jī)器人的研究和開發(fā)受到了越來越多的關(guān)注，能夠應(yīng)用于臨床的手術(shù)機(jī)器人越來越多，但微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人尚未得到全面的研究和推廣應(yīng)用。傳統(tǒng)的機(jī)器人操作是通過計(jì)算機(jī)控制各個(gè)電機(jī)運(yùn)動(dòng)，但是這種方法太過于程式化，不利于醫(yī)生根據(jù)實(shí)際情況做出應(yīng)變。再者，傳統(tǒng)的機(jī)械臂使用時(shí)， 需要首先通過軟件對(duì)其進(jìn)行原點(diǎn)復(fù)歸，占用手術(shù)時(shí)間，降低手術(shù)效率。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種用于微創(chuàng)血管介入手術(shù)中輔助末端執(zhí)行器定位的定位機(jī)械臂手術(shù)機(jī)器人。[0005]為實(shí)現(xiàn)以上目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人，由底座、升降立柱、五自由度機(jī)械臂及六維力傳感器組成；其中升降立柱固定在底座上，五自由度機(jī)械臂中的外座套通過卡快座套固連，座套與升降立柱連接，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂整體的高度調(diào)節(jié)，五自由度機(jī)械臂末端安裝六維力傳感器。所述的五自由度機(jī)械臂包括四個(gè)臂和五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，其中四個(gè)臂為肩關(guān)節(jié)、大臂、后小臂、前小臂，五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)包括肩關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)、肩關(guān)節(jié)屈曲、肘關(guān)節(jié)屈曲、前小臂回轉(zhuǎn)、腕關(guān)節(jié)屈曲，其中肩關(guān)節(jié)通過座套與升降立柱連接，肩關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)通過回轉(zhuǎn)電機(jī)、減速器及主動(dòng)直齒輪傳遞到肩關(guān)節(jié)被動(dòng)直齒輪，肩關(guān)節(jié)被動(dòng)直齒輪與肩關(guān)節(jié)屈曲固連，大臂與肩關(guān)節(jié)屈曲連接，肘關(guān)節(jié)屈曲通過鍵固定在大臂前端，后小臂通過螺釘固連在肘關(guān)節(jié)屈曲被動(dòng)錐齒輪上，前小臂回轉(zhuǎn)固定在后小臂的前端，前小臂與前小臂回轉(zhuǎn)固連，前小臂前端安裝有腕關(guān)節(jié)屈曲。所述的肩關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)包括回轉(zhuǎn)電機(jī)、箱體、座套、護(hù)罩、轉(zhuǎn)動(dòng)叉筒、肩關(guān)節(jié)被動(dòng)直齒輪、架板、連接板、第三絕對(duì)值編碼器、第三絕對(duì)值編碼器支架、聯(lián)軸器、防轉(zhuǎn)盤、第一絕對(duì)值編碼器、第一絕對(duì)值編碼器支架、第一繩輪、第二繩輪、第二絕對(duì)值編碼器、第一深溝球軸承、第二深溝球軸承、小隔套、肩關(guān)節(jié)軸承透蓋、外套筒、卡塊、肩關(guān)節(jié)屈曲電機(jī)、肩關(guān)節(jié)屈曲減速器、肩關(guān)節(jié)主動(dòng)錐齒輪；其中回轉(zhuǎn)電機(jī)經(jīng)過減速器及主動(dòng)直齒輪傳遞到肩關(guān)節(jié)被動(dòng)直齒輪，肩關(guān)節(jié)被動(dòng)直齒輪與轉(zhuǎn)動(dòng)叉筒固連，主動(dòng)直齒輪與肩關(guān)節(jié)被動(dòng)直齒輪安裝在箱體內(nèi)，箱體一端與座套相連，一端與護(hù)罩相連，架板與肩關(guān)節(jié)被動(dòng)直齒輪通過連接板固連，第三絕對(duì)值編碼器通過第三絕對(duì)值編碼器支架固定在架板上，第三絕對(duì)值編碼器的輸出軸通過聯(lián)軸器延伸至防轉(zhuǎn)盤內(nèi)，防轉(zhuǎn)盤固定在護(hù)罩上；第一絕對(duì)值編碼器通過第一絕對(duì)值編碼器支架固定在連接板上，第一繩輪直接連在第一絕對(duì)值編碼器的伸出軸上；第二絕對(duì)值編碼器固定在架板上，第二繩輪直接連在第二絕對(duì)值編碼器的伸出軸上；座套與轉(zhuǎn)動(dòng)叉筒之間安裝有第一深溝球軸承和第二深溝球軸承，第一深溝球軸承內(nèi)圈依靠小隔套固定，第二深溝球軸承外圈依靠肩關(guān)節(jié)軸承透蓋固定；肩關(guān)節(jié)軸承透蓋與外套筒通過螺栓固連，外套筒通過卡塊與座套固連，座套與升降立柱連接；座套內(nèi)安裝肩關(guān)節(jié)屈曲電機(jī)，肩關(guān)節(jié)屈曲電機(jī)通過肩關(guān)節(jié)屈曲減速器與肩關(guān)節(jié)主動(dòng)錐齒輪連接。所述的肩關(guān)節(jié)屈曲包括肩關(guān)節(jié)被動(dòng)錐齒輪、大臂機(jī)架、肩關(guān)節(jié)屈曲軸、第三繩輪、 肩關(guān)節(jié)軸承端蓋、繩一；其中肩關(guān)節(jié)被動(dòng)錐齒輪與肩關(guān)節(jié)主動(dòng)錐齒輪嚙合，大臂機(jī)架固連在肩關(guān)節(jié)被動(dòng)錐齒輪上，肩關(guān)節(jié)屈曲軸與肩關(guān)節(jié)被動(dòng)錐齒輪通過鍵連接，肩關(guān)節(jié)屈曲軸上安裝有第三繩輪作為繩傳動(dòng)的中間輪，肩關(guān)節(jié)屈曲軸的一端安裝有肩關(guān)節(jié)軸承端蓋，肩關(guān)節(jié)被動(dòng)錐齒輪上設(shè)計(jì)有繩輪槽，將繩一的一端放入該槽內(nèi)，另一端套在第二繩輪上。所述的大臂和肘關(guān)節(jié)屈曲包括肘關(guān)節(jié)屈曲編碼器、肘關(guān)節(jié)屈曲電機(jī)、肘關(guān)節(jié)屈曲減速器、肘關(guān)節(jié)減速器支架、肘關(guān)節(jié)主動(dòng)錐齒輪、肘關(guān)節(jié)被動(dòng)錐齒輪、肘關(guān)節(jié)屈曲軸、第四繩輪、繩二、肘關(guān)節(jié)軸承端蓋；其中肘關(guān)節(jié)屈曲編碼器、肘關(guān)節(jié)屈曲電機(jī)和肘關(guān)節(jié)屈曲減速器通過肘關(guān)節(jié)減速器支架與大臂機(jī)架相連，肘關(guān)節(jié)屈曲電機(jī)通過肘關(guān)節(jié)屈曲減速器與肘關(guān)節(jié)主動(dòng)錐齒輪相連，肘關(guān)節(jié)主動(dòng)錐齒輪與肘關(guān)節(jié)被動(dòng)錐齒輪嚙合，肘關(guān)節(jié)屈曲軸通過鍵與肘關(guān)節(jié)被動(dòng)錐齒輪連接，后小臂通過螺釘固連在肘關(guān)節(jié)被動(dòng)錐齒輪上，肘關(guān)節(jié)屈曲軸上裝有第四繩輪，繩二通過第三繩輪作為繩傳動(dòng)的中間輪，一端套在第四繩輪上，另一端套在第一繩輪上，肘關(guān)節(jié)屈曲軸的一端安裝有肘關(guān)節(jié)軸承端蓋。[0011]所述的腕關(guān)節(jié)屈曲的驅(qū)動(dòng)方式與肩關(guān)節(jié)屈曲和肘關(guān)節(jié)屈曲相同。所述的前小臂回轉(zhuǎn)和腕關(guān)節(jié)屈曲的校正通過光電開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。所述的六維力傳感器通過USB接口與計(jì)算機(jī)相連，計(jì)算機(jī)通過控制器和驅(qū)動(dòng)器與肩關(guān)節(jié)屈曲電機(jī)和肘關(guān)節(jié)屈曲電機(jī)相連。本實(shí)用新型的機(jī)械臂采用仿人設(shè)計(jì)，各個(gè)部件的長度和人體臂膀的各個(gè)關(guān)節(jié)的長度類似，且各個(gè)關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)也非常類似人的臂膀；傳動(dòng)裝置采用內(nèi)置式，把傘齒輪、編碼器， 電機(jī)全部放在機(jī)械臂內(nèi)部，使外表光滑、柔和、不顯突兀，顯現(xiàn)出人性化設(shè)計(jì)；設(shè)計(jì)上將機(jī)械臂中部分部件后置，使整體的重心盡量靠近升降臂，避免了其自身重量對(duì)其承重能力的影響，大大提高其承重能力；在機(jī)械臂末端安裝了六維力傳感器，操作人員通過拖拽六維力傳感器可以隨時(shí)調(diào)整機(jī)械臂的位置和姿態(tài)，避免了定位控制的固定程序化，符合人性化操作； 肩關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)、肩關(guān)節(jié)屈曲、肘關(guān)節(jié)屈曲三個(gè)動(dòng)作模塊中安裝有高精度絕對(duì)位置編碼器，絕對(duì)位置編碼器是由光電碼盤的機(jī)械位置決定的，它不受停電、干擾的影響，在啟動(dòng)時(shí)，這三個(gè)關(guān)節(jié)可以直接獲得絕對(duì)位置而不需要進(jìn)行復(fù)位，只對(duì)后兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)幅度小的關(guān)節(jié)進(jìn)行復(fù)位。 由于前三個(gè)關(guān)節(jié)擺動(dòng)幅度較大，復(fù)位時(shí)需要較長的時(shí)間，但是裝有絕對(duì)位置編碼器后，既節(jié)約了復(fù)位時(shí)間也節(jié)約了復(fù)位空間，非常適用于醫(yī)院這種場合。

圖1為本實(shí)用新型系統(tǒng)簡圖；圖2為本實(shí)用新型各關(guān)節(jié)傳動(dòng)及復(fù)位簡圖；圖3為本實(shí)用新型機(jī)械臂與升降立柱的連接方式示意圖；圖4為本實(shí)用新型后置部分簡圖；圖5為本實(shí)用新型六維力傳感器控制機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)的原理框圖。圖中標(biāo)記為 肘關(guān)節(jié)屈曲軸1、肘關(guān)節(jié)被動(dòng)錐齒輪2、肘關(guān)節(jié)主動(dòng)錐齒輪3、肘關(guān)節(jié)減速器支架4、 肘關(guān)節(jié)屈曲減速器5、肘關(guān)節(jié)屈曲電機(jī)6、肘關(guān)節(jié)屈曲編碼器7、肩關(guān)節(jié)被動(dòng)錐齒輪8、肩關(guān)節(jié)主動(dòng)錐齒輪9、繩一 10、肩關(guān)節(jié)屈曲減速器11、肩關(guān)節(jié)屈曲電機(jī)12、第一深溝球軸承13、肩關(guān)節(jié)被動(dòng)直齒輪14、第一絕對(duì)編碼器15、第一繩輪16、第二絕對(duì)值編碼器17、第二繩輪18、第三絕對(duì)值編碼器19、聯(lián)軸器20、防轉(zhuǎn)盤21、第三絕對(duì)值編碼器支架22、架板23、第一絕對(duì)值編碼器支架對(duì)、連接板25、小隔套沈、升降立柱27、座套觀、第二深溝球軸承四、肩關(guān)節(jié)軸承透蓋30、肩關(guān)節(jié)軸承端蓋31、肩關(guān)節(jié)屈曲軸32、第三繩輪33、繩二 34、大臂機(jī)架35、肘關(guān)節(jié)軸承端蓋36、第四繩輪37、回轉(zhuǎn)電機(jī)38、箱體39、轉(zhuǎn)動(dòng)叉筒40、護(hù)罩41、外套筒42、卡塊 43、底座44、肩關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)45、肩關(guān)節(jié)46、肩關(guān)節(jié)屈曲47、大臂48、肘關(guān)節(jié)屈曲49、后小臂50、 前小臂回轉(zhuǎn)51、前小臂52、腕關(guān)節(jié)屈曲53、六維力度傳感器M、送管機(jī)構(gòu)55。
具體實(shí)施方式如圖1所示，其中升降立柱27固定在底座45上，五自由度機(jī)械臂通過座套觀與升降立柱27連接，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂整體的高度調(diào)節(jié)，五自由度機(jī)械臂末端安裝六維力傳感器54， 五自由度機(jī)械臂包括四個(gè)臂和五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，其中四個(gè)臂為肩關(guān)節(jié)46、大臂48、后小臂 50、前小臂52，五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)包括肩關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)45、肩關(guān)節(jié)屈曲47、肘關(guān)節(jié)屈曲49、前小臂回轉(zhuǎn)51、腕關(guān)節(jié)屈曲53，其中肩關(guān)節(jié)46通過座套觀與升降立柱27連接，肩關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)45通過回轉(zhuǎn)電機(jī)、減速器及主動(dòng)直齒輪傳遞到肩關(guān)節(jié)被動(dòng)直齒輪，肩關(guān)節(jié)被動(dòng)直齒輪與肩關(guān)節(jié)屈曲47固連，大臂48與肩關(guān)節(jié)屈曲47連接，肘關(guān)節(jié)屈曲49通過鍵固定在大臂48前端，后小臂50通過螺釘固連在肘關(guān)節(jié)屈曲49被動(dòng)錐齒輪上，前小臂回轉(zhuǎn)51固定在后小臂50的前端，前小臂52與前小臂回轉(zhuǎn)51固連，前小臂52前端安裝有腕關(guān)節(jié)屈曲53。如圖2、3、4所示，啟動(dòng)肩關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)電機(jī)38，電機(jī)動(dòng)力經(jīng)過減速器及主動(dòng)直齒輪傳遞到肩關(guān)節(jié)被動(dòng)直齒輪14，肩關(guān)節(jié)被動(dòng)直齒輪14與轉(zhuǎn)動(dòng)叉筒40固連，轉(zhuǎn)動(dòng)叉筒40亦隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，肩關(guān)節(jié)內(nèi)部各零部件均直接或間接安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)叉筒上，一起隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)肩關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)動(dòng)作。相互嚙合的直齒輪副密封在箱體39內(nèi)，箱體39 —端與座套觀相連，一端與護(hù)罩41相連，從而將后置部分與肩關(guān)節(jié)通過外套筒和箱體連接起來。肩關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)一定角度，架板23與肩關(guān)節(jié)被動(dòng)直齒輪14通過連接板25固連，做相同角度的轉(zhuǎn)動(dòng)，第三絕對(duì)值編碼器19固定在架板上23上隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，而第三絕對(duì)值編碼器19的輸出軸通過聯(lián)軸器20延伸至防轉(zhuǎn)盤21內(nèi)，通過一緊定螺釘限制軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，防轉(zhuǎn)盤21固定在護(hù)罩41上，沒有發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。進(jìn)而，通過對(duì)第三絕對(duì)值編碼器19進(jìn)行讀數(shù)，可以隨時(shí)確定肩關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)的角度，當(dāng)重啟電源時(shí)無需復(fù)位。啟動(dòng)肩關(guān)節(jié)屈曲電機(jī)12，動(dòng)力經(jīng)過肩關(guān)節(jié)屈曲減速器11減速傳遞到肩關(guān)節(jié)主動(dòng)錐齒輪9，進(jìn)而帶動(dòng)與之嚙合的肩關(guān)節(jié)被動(dòng)錐齒輪8轉(zhuǎn)動(dòng)，大臂機(jī)架35固連在肩關(guān)節(jié)被動(dòng)錐齒輪8上隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，肩關(guān)節(jié)屈曲軸32與肩關(guān)節(jié)被動(dòng)錐齒輪8通過鍵連接，肩關(guān)節(jié)屈曲軸32 隨錐齒輪8同步轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)肩關(guān)節(jié)屈曲動(dòng)作。肩關(guān)節(jié)被動(dòng)錐齒輪8上設(shè)計(jì)有繩輪槽，將繩一 10的一端放入該槽內(nèi)，另一端套在第二繩輪18上，這樣，肩關(guān)節(jié)被動(dòng)錐齒輪8轉(zhuǎn)動(dòng)，通過繩傳動(dòng)帶動(dòng)第二繩輪18同步轉(zhuǎn)動(dòng)，第二繩輪18直接連在第二絕對(duì)值編碼器17的伸出軸上，第二絕對(duì)值編碼器17就可以記錄第二繩輪18轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，從而隨時(shí)讀取肩關(guān)節(jié)屈曲的角度，下次使用時(shí)，無需復(fù)位就可知道該關(guān)節(jié)所處的位置。啟動(dòng)肘關(guān)節(jié)屈曲電機(jī)6，動(dòng)力經(jīng)過肘關(guān)節(jié)屈曲減速器5傳遞到肘關(guān)節(jié)主動(dòng)錐齒輪3 及與之嚙合的肘關(guān)節(jié)被動(dòng)錐齒輪2，后小臂50通過螺釘固連在肘關(guān)節(jié)被動(dòng)錐齒輪2上，隨之同步轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)肘關(guān)節(jié)屈曲動(dòng)作。包括肘關(guān)節(jié)屈曲編碼器7在內(nèi)的肘關(guān)節(jié)電機(jī)組件通過肘關(guān)節(jié)減速器支架4與大臂機(jī)架35相連。肘關(guān)節(jié)屈曲軸1通過鍵連接跟隨肘關(guān)節(jié)被動(dòng)錐齒輪2轉(zhuǎn)動(dòng)，肘關(guān)節(jié)屈曲軸1上裝有第四繩輪37，繩二 34 —端套在第四繩輪37上，另一端套在第一繩輪16上，第一繩輪16直接連在第一絕對(duì)值編碼器15的伸出軸上，第一絕對(duì)值編碼器15就可以記錄第一繩輪16轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，從而實(shí)現(xiàn)隨時(shí)讀取肘關(guān)節(jié)屈曲的角度，下次使用時(shí)無需復(fù)位。由于第一絕對(duì)值編碼器15組件后置，測肘關(guān)節(jié)屈曲的角度時(shí)，繩二 34需要經(jīng)過肩關(guān)節(jié)，而肩關(guān)節(jié)屈曲動(dòng)作會(huì)影響繩的傳動(dòng)，因此在肩關(guān)節(jié)屈曲軸32上安裝有第三繩輪33作為繩傳動(dòng)的中間輪，避免肩關(guān)節(jié)屈曲時(shí)繩二 34碰到肩關(guān)節(jié)屈曲軸32上，影響其傳動(dòng)，造成第一絕對(duì)值編碼器15讀數(shù)失誤。前小臂回轉(zhuǎn)51通過電機(jī)帶動(dòng)諧波減速器實(shí)現(xiàn)，腕關(guān)節(jié)屈曲53的驅(qū)動(dòng)方式與肩關(guān)節(jié)屈曲47和肘關(guān)節(jié)屈曲49相同，前小臂回轉(zhuǎn)51和腕關(guān)節(jié)屈曲53的校正通過光電開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，前小臂52前端安裝有腕關(guān)節(jié)屈曲53，通過五個(gè)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)不同的角度實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械臂末端所連接送管機(jī)構(gòu)55的定位。如圖6所示，操作人員沿某一指定方向拖拽六維力傳感器，六維力傳感器將六維應(yīng)變信號(hào)轉(zhuǎn)換成空間坐標(biāo)系中的六維力(三維力，三維力矩)信號(hào)，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)榱S電壓信號(hào)經(jīng)USB接口輸出至計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)將六維電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為空間的六維位移(三移動(dòng)，三轉(zhuǎn)動(dòng))，并將移動(dòng)合并成一條空間直線，將該直線作為目標(biāo)軌跡進(jìn)行路徑規(guī)劃，計(jì)算出各關(guān)節(jié)在相應(yīng)時(shí)間內(nèi)的位置和速度，通過電機(jī)控制器和驅(qū)動(dòng)器協(xié)調(diào)控制各個(gè)關(guān)節(jié)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)借助六維力傳感器對(duì)機(jī)械臂的位置和姿態(tài)控制。
權(quán)利要求1.微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人，由底座、升降立柱、五自由度機(jī)械臂及六維力傳感器組成；其特征在于其中升降立柱固定在底座上，五自由度機(jī)械臂中的外座套通過卡快座套固連，座套與升降立柱連接，五自由度機(jī)械臂末端安裝六維力傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人，其特征在于五自由度機(jī)械臂包括四個(gè)臂和五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，其中四個(gè)臂為肩關(guān)節(jié)、大臂、后小臂、前小臂，五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)包括肩關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)、肩關(guān)節(jié)屈曲、肘關(guān)節(jié)屈曲、前小臂回轉(zhuǎn)、腕關(guān)節(jié)屈曲，其中肩關(guān)節(jié)通過座套與升降立柱連接，肩關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)通過回轉(zhuǎn)電機(jī)、減速器及主動(dòng)直齒輪傳遞到肩關(guān)節(jié)被動(dòng)直齒輪，肩關(guān)節(jié)被動(dòng)直齒輪與肩關(guān)節(jié)屈曲固連，大臂與肩關(guān)節(jié)屈曲連接，肘關(guān)節(jié)屈曲通過鍵固定在大臂前端，后小臂通過螺釘固連在肘關(guān)節(jié)屈曲被動(dòng)錐齒輪上，前小臂回轉(zhuǎn)固定在后小臂的前端，前小臂與前小臂回轉(zhuǎn)固連，前小臂前端安裝有腕關(guān)節(jié)屈曲。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人，其特征在于肩關(guān)節(jié)和肩關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)包括回轉(zhuǎn)電機(jī)、箱體、座套、護(hù)罩、轉(zhuǎn)動(dòng)叉筒、肩關(guān)節(jié)被動(dòng)直齒輪、架板、連接板、第三絕對(duì)值編碼器、第三絕對(duì)值編碼器支架、聯(lián)軸器、防轉(zhuǎn)盤、第一絕對(duì)值編碼器、第一絕對(duì)值編碼器支架、第一繩輪、第二繩輪、第二絕對(duì)值編碼器、第一深溝球軸承、第二深溝球軸承、小隔套、 肩關(guān)節(jié)軸承透蓋、外套筒、卡塊、肩關(guān)節(jié)屈曲電機(jī)、肩關(guān)節(jié)屈曲減速器、肩關(guān)節(jié)主動(dòng)錐齒輪； 其中回轉(zhuǎn)電機(jī)經(jīng)過減速器及主動(dòng)直齒輪傳遞到肩關(guān)節(jié)被動(dòng)直齒輪，肩關(guān)節(jié)被動(dòng)直齒輪與轉(zhuǎn)動(dòng)叉筒固連，主動(dòng)直齒輪與肩關(guān)節(jié)被動(dòng)直齒輪安裝在箱體內(nèi)，箱體一端與座套相連，一端與護(hù)罩相連，架板與肩關(guān)節(jié)被動(dòng)直齒輪通過連接板固連，第三絕對(duì)值編碼器通過第三絕對(duì)值編碼器支架固定在架板上，第三絕對(duì)值編碼器的輸出軸通過聯(lián)軸器延伸至防轉(zhuǎn)盤內(nèi)，防轉(zhuǎn)盤固定在護(hù)罩上；第一絕對(duì)值編碼器通過第一絕對(duì)值編碼器支架固定在連接板上，第一繩輪直接連在第一絕對(duì)值編碼器的伸出軸上；第二絕對(duì)值編碼器固定在架板上，第二繩輪直接連在第二絕對(duì)值編碼器的伸出軸上；座套與轉(zhuǎn)動(dòng)叉筒之間安裝有第一深溝球軸承和第二深溝球軸承，第一深溝球軸承內(nèi)圈依靠小隔套固定，第二深溝球軸承外圈依靠肩關(guān)節(jié)軸承透蓋固定；肩關(guān)節(jié)軸承透蓋與外套筒通過螺栓固連，外套筒通過卡塊與座套固連，座套與升降立柱連接；座套內(nèi)安裝肩關(guān)節(jié)屈曲電機(jī)，肩關(guān)節(jié)屈曲電機(jī)通過肩關(guān)節(jié)屈曲減速器與肩關(guān)節(jié)主動(dòng)錐齒輪連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人，其特征在于肩關(guān)節(jié)屈曲包括 肩關(guān)節(jié)被動(dòng)錐齒輪、大臂機(jī)架、肩關(guān)節(jié)屈曲軸、第三繩輪、肩關(guān)節(jié)軸承端蓋、繩一；其中肩關(guān)節(jié)被動(dòng)錐齒輪與肩關(guān)節(jié)主動(dòng)錐齒輪嚙合，大臂機(jī)架固連在肩關(guān)節(jié)被動(dòng)錐齒輪上，肩關(guān)節(jié)屈曲軸與肩關(guān)節(jié)被動(dòng)錐齒輪通過鍵連接，肩關(guān)節(jié)屈曲軸上安裝有第三繩輪作為繩傳動(dòng)的中間輪，肩關(guān)節(jié)屈曲軸的一端安裝有肩關(guān)節(jié)軸承端蓋，肩關(guān)節(jié)被動(dòng)錐齒輪上設(shè)計(jì)有繩輪槽，將繩一的一端放入該槽內(nèi)，另一端套在第二繩輪上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人，其特征在于大臂和肘關(guān)節(jié)屈曲包括肘關(guān)節(jié)屈曲編碼器、肘關(guān)節(jié)屈曲電機(jī)、肘關(guān)節(jié)屈曲減速器、肘關(guān)節(jié)減速器支架、肘關(guān)節(jié)主動(dòng)錐齒輪、肘關(guān)節(jié)被動(dòng)錐齒輪、肘關(guān)節(jié)屈曲軸、第四繩輪、繩二、肘關(guān)節(jié)軸承端蓋；其中肘關(guān)節(jié)屈曲編碼器、肘關(guān)節(jié)屈曲電機(jī)和肘關(guān)節(jié)屈曲減速器通過肘關(guān)節(jié)減速器支架與大臂機(jī)架相連，肘關(guān)節(jié)屈曲電機(jī)通過肘關(guān)節(jié)屈曲減速器與肘關(guān)節(jié)主動(dòng)錐齒輪相連，肘關(guān)節(jié)主動(dòng)錐齒輪與肘關(guān)節(jié)被動(dòng)錐齒輪嚙合，肘關(guān)節(jié)屈曲軸通過鍵與肘關(guān)節(jié)被動(dòng)錐齒輪連接，后小臂通過螺釘固連在肘關(guān)節(jié)被動(dòng)錐齒輪上，肘關(guān)節(jié)屈曲軸上裝有第四繩輪，繩二通過第三繩輪作為繩傳動(dòng)的中間輪，一端套在第四繩輪上，另一端套在第一繩輪上，肘關(guān)節(jié)屈曲軸的一端安裝有肘關(guān)節(jié)軸承端蓋。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或3或5所述的微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人，其特征在于所述的六維力傳感器通過USB接口與計(jì)算機(jī)相連，計(jì)算機(jī)通過控制器和驅(qū)動(dòng)器與肩關(guān)節(jié)屈曲電機(jī)和肘關(guān)節(jié)屈曲電機(jī)相連。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種微創(chuàng)血管介入手術(shù)機(jī)器人，由底座、升降立柱、五自由度機(jī)械臂及六維力傳感器組成；其中升降立柱固定在底座上，五自由度機(jī)械臂中的外座套通過卡快座套固連，座套與升降立柱連接，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂整體的高度調(diào)節(jié)，五自由度機(jī)械臂末端安裝六維力傳感器；操作人員通過拖拽六維力傳感器可以隨時(shí)調(diào)整機(jī)械臂的位置和姿態(tài)，避免了定位控制的固定程序化，符合人性化操作；肩關(guān)節(jié)回轉(zhuǎn)、肩關(guān)節(jié)屈曲、肘關(guān)節(jié)屈曲三個(gè)動(dòng)作模塊中安裝有高精度絕對(duì)位置編碼器，絕對(duì)位置編碼器是由光電碼盤的機(jī)械位置決定的，它不受停電、干擾的影響，在啟動(dòng)時(shí)，這三個(gè)關(guān)節(jié)可以直接獲得絕對(duì)位置而不需要進(jìn)行復(fù)位，只對(duì)后兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)幅度小的關(guān)節(jié)進(jìn)行復(fù)位。
文檔編號(hào)A61B19/00GK202143653SQ20112014328
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年5月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月9日
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