[发明专利]一种基于电机驱动锁紧的外科手术机器人被动关节

说明书

技术领域

本发明涉及一种外科手术机器人被动关节，具体涉及一种基于电机驱动锁紧的外科手术机器人被动关节。

背景技术

将机器人技术引入到外科手术中，提高了外科手术的操作精度和质量。在机器人外科手术中医生需要手动调整机器人的关节，使机器人末端执行器调整到预定的位置，然后将机器人关节锁死，以实现机器人末端执行器稳定定位。在机器人外科手术中要求机器人关节实现连续转动、具有关节角度反馈、可实现任意位置可靠锁紧的特点。目前，外科手术机器人被动关节的设计主要采用液压驱动、气动驱动及电磁动力锁紧。液压驱动锁紧关节设计复杂，需要液压泵站且液压油易泄露不易于应用医用机器人。气动驱动锁紧关节设计需要气泵，在工作过程中产生的噪音较大。电磁动力锁紧方式存在发热量大、强电磁干扰、关节体积大的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有液压驱动锁紧关节设计复杂，需要液压泵站且液压油易泄露不易于应用医用机器人；气动驱动锁紧关节设计需要气泵，在工作过程中产生的噪音大；电磁动力锁紧方式存在发热量大、强电磁干扰、关节体积大的问题。进而提供一种基于电机驱动锁紧的外科手术机器人被动关节。

本发明的技术方案是：一种基于电机驱动锁紧的外科手术机器人被动关节，包括下壳体、底板、上壳体、顶盖、电机座、步进电机、壳体连接件、弹性联轴器、输入轴、谐波减速器、下轴承壳体、输出轴、齿轮、上轴承壳体、齿轮丝杠轴、导向件、支撑件、楔形摩擦件、编码器轴、编码器和编码器连接件，下壳体的下端固定安装有底板，下壳体的上端可转动内嵌到上壳体的下部，顶盖固定安装在上壳体的上端，电机座固定安装在下壳体内，步进电机设置在电机座内，步进电机的输出端由下至上依次与输入轴、谐波减速器和输出轴连接，弹性联轴器套装在步进电机的输出轴与输入轴上，齿轮设置在输出轴上，壳体连接件、下轴承壳体和上轴承壳体由下至上依次安装在电机座上，齿轮丝杠轴安装在下壳体内，且齿轮丝杠轴与齿轮相啮合，导向件安装在下壳体内并套设在齿轮丝杠轴上，且导向件1位于上轴承壳体的上方，支撑件安装在导向件上，楔形摩擦件安装支撑件上，编码器轴安装在下壳体的上端，编码器连接件安装在上壳体内编码器轴的上方，编码器安装在编码器连接件上，且编码器位于编码器轴的上端。

所述齿轮丝杠轴为空心齿轮丝杠轴。

本发明与现有技术相比具有以下效果：

1、采用基于电机驱动锁紧的外科手术机器人被动关节，不需要辅助的气泵、液压站，避免了气泵噪音和液压油易泄露的缺点，同时去除了采用电磁元件产生的电磁干扰以及长时间工作发热量大的缺点，因此本发明易于维护、操作简单、便于与相关电气设备集成。

2、本发明楔形摩擦件直接在步进电机的驱动下挤入下壳体和上壳体之间，使下壳体和上壳体实现锁紧，下壳体和上壳体之间不存在任何连接零件，关节锁紧力矩能够达到30Nm，因此本发明具有锁紧可靠，不存在任何的锁紧间隙的特点。

3、本发明步进电机采用偏置式设计及齿轮丝杠轴的空轴设计，实现了关节内部走线，具有利于机器人系统集成特点。

4、本发明支撑件和齿轮丝杠轴构成的丝杠螺母副能够在步进电机不工作的状态下使关节保持既有锁紧状态，具有摩擦力自锁的特点。

5、本发明编码器实时检测关节运动角度，从而解决了机器人运动学求解问题，为机器人末端执行器的控制提供了必要的技术支持。

6、本发明适用于外科手术中的机器人关节锁紧、定位操作，有效的避免了液压驱动锁紧关节设计复杂，需要液压泵站且液压油易泄露不易于应用医用机器人；气动驱动锁紧关节设计需要气泵，在工作过程中产生的噪音大；电磁动力锁紧方式存在发热量大、强电磁干扰、关节体积大的问题。

附图说明

图1本发明的主剖视图。图2是本发明所应用的外科手术机器人的结构示意图。

具体实施方式