[发明专利]用于旋转轴的扭矩平衡驱动装置以及手术机器人的执行臂机构

说明书

一种用于旋转轴的扭矩平衡驱动装置，包括两个相邻的臂杆，两个相邻的臂杆可转动的连接，当两个臂杆沿着两个臂杆间的连接轴结构发生相对转动时，平衡装置随之拉伸或收缩以此抵消或者部分抵消因臂杆自身重量和/或其上的负载重量所产生的对轴结构的扭矩。本发明还公开了一种包含了它的执行臂机构。一方面，本发明公开了一种用于旋转轴的扭矩平衡驱动装置，本发明通过扭矩抵消，有效的改善了现有臂杆旋转机构因直接承受较大的扭矩，造成寿命降低现象。占用空间小，有利于小型集成化。另一方面，将上述用于旋转轴的扭矩平衡驱动装置巧妙的应用于执行臂机构，使得整个手术机器人的执行臂机构集成化程度更高，使用寿命长，执行稳定性得到提升。

技术领域

本发明属于手术机器人系统领域，尤其涉及一种用于旋转轴的扭矩平衡驱动装置以及手术机器人的执行臂机构。

背景技术

随着手术机器人系统技术的不断完善，使用手术机器人系统替代医师直接进行外科手术已经成为主趋势。手术机器人系统中集成了大量的高精密运动学机构，它将人工智能控制与运动学机构相结合，在技术不断更新过程中，不断的提升人机融合性，消除在手术过程中因医师个体的生理不足造成的干扰项，使医师能够全身心的投入，有助于相关手术技术的推广，提升手术治愈效果。

在手术机器人系统中，智能控制模块控制机械臂系统执行医师所下达的手术动作，这就意味着，我们需要追求机械臂系统在弥补手术过程中相对的人体自然生理不足的同时，能够达到或者超越人体手部的动作效果的柔畅性。这对手术过程中能够做出更加细腻的手术动作至关重要。

现有旋转机械臂未添加平衡装置或平衡装置机构复杂占用空间较大，影响设备的整体尺寸，占用空间而且会降低设备稳定性。在未添加平衡装置的状态下,摆臂末端产生的力矩全部由轴部驱动装置承受，摆臂杆的长度受很大限制(摆臂杆越长在轴部产生的扭矩越大)，且主驱动装置长时间承受大力矩的作用，严重降低主驱动装置的使用寿命，不利于提升动作顺畅性，影响设备的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种用于旋转轴的扭矩平衡驱动装置以及执行臂机构。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种用于旋转轴的扭矩平衡驱动装置，包括两个相邻的臂杆，两个相邻的臂杆可转动的连接，臂杆上固定设置有平衡装置，平衡装置与两个相邻的臂杆之间的轴结构固定连接，当两个臂杆沿着两个臂杆间的连接轴结构发生相对转动时，平衡装置随之拉伸或收缩以此抵消或者部分抵消因臂杆自身重量和/或其上的负载重量所产生的对轴结构的扭矩。

优选的，所述平衡装置包括恒力弹簧，恒力弹簧的拉伸端与绳体固定连接，所述绳体与轴结构固定连接。

优选的，所述平衡装置包括装置座，装置座与臂杆内部固定连接，所述恒力弹簧与装置座固定连接。

优选的，臂杆为中空结构，平衡装置中的恒力弹簧固定设置在臂杆内部，恒力弹簧的拉伸端自臂杆的内部伸向所述轴结构并与轴结构固定连接。

优选的，两个相邻的臂杆的相邻处固定设置有能够驱动两个相邻的臂杆发生相对转动的驱动装置；

当驱动装置带动相邻的两个臂杆发生相对转动时，在此过程中平衡装置中的恒力弹簧拉伸或者收缩以此抵消或者部分抵消所述相对转动过程中驱动装置的输出轴所承载的扭矩。

优选的，恒力弹簧的拉伸端通过绳体连接头与绳体固定连接。

优选的，所述绳体为钢丝绳，所述钢丝绳在相邻的两个臂杆间的轴结构上缠绕一至多周。

优选的，本发明还包括第一臂杆、第二臂杆以及第三臂杆，所述第一臂杆、第二臂杆以及第三臂杆依次连接，第一臂杆与第二臂杆间可转动的连接，第三臂杆与第二臂杆间可转动的连接；