[发明专利]用于显微外科手术机器人中的机械臂

摘要

本发明公开了一种用于显微外科手术机器人中的机械臂，包括一端与支架部件(1)连接的用于实现直角坐标系内三个方向大范围初步定位的大臂部件(2)，所述大臂部件(2)的另一端设置有用于实现直角坐标系内三个方向的精确定位，以确保机器人手指在指定的工作范围内实现微小移动，达到重复定位的精调机构(3)和与精调机构(3)连接的用来夹持机器人手指，并实现手指两个方向姿态调整的小臂部件(4)；所述大臂部件(2)实现X、Y、Z三个方向的粗调运动；所述精调机构(3)实现X、Y、Z三方向的微小位移；本发明既满足大范围的移动，又可实现手术区精细的准确运动控制，其整个系统有较高的刚度、精度和可靠性。

主权项

1.一种用于显微外科手术机器人中的机械臂，其特征在于，包括一端与支架部件(1)连接的用于实现直角坐标系内三个方向大范围初步定位的大臂部件(2)，所述大臂部件(2)的另一端设置有用于实现直角坐标系内三个方向的精确定位，以确保机器人手指在指定的工作范围内实现微小移动，达到重复定位的精调机构(3)和与精调机构(3)连接的用来夹持机器人手指，并实现手指两个方向姿态调整的小臂部件(4)；所述支架部件(1)包括与底座(101)相连的柱体(102)，柱体(102)上部设置有调节机构(103)，所述调节机构(103)采用导轨和丝杠传动结构；所述大臂部件(2)包括Y字型的叉架(202)，其一端设置有与支架部件(1)上的调节机构(103)连接的背板(201)，另外叉开的两端分别设置有结构对称的大臂(203)，所述大臂(203)包括由大、中、小三个框架式结构(204、205和206)来分别实现X、Y、Z三个方向的粗调运动；所述大框架(204)固定在支架部件(1)上的调节机构(103)上，所述中框架(205)依靠X向导轨(208)和滚动机构(209)与大框架(204)连接，所述小框架(206)的固定在小框架底架上，所述小框架的底架依靠Y向导轨(210)和滚动机构(211)支撑在所述中框架(205)上，所述大臂杆(213)上端依靠Z向导轨(212)与小框架(206)连接，所述大臂杆(213)下端与所述精调机构(3)连接；所述大、中、小三个框架式结构(204、205和206)依次连接部分分别包括安装板、导轨、滑板、支座、吊架和丝传动机构(214)；所述小框架(206)与大臂杆(213)的连接部分包括安装板、导轨、丝传动和配重机构(207)；所述X、Y、Z三个方向的运动分别是依靠电机驱动丝传动机构来完成的，所述丝传动机构包括与所述电机连接的齿轮减速机构、缠绕在齿轮减速机构输出端上的丝、用于丝导向作用的绳轮和张紧器；所述精调机构(3)包括依靠Z向T型螺钉槽板(301)与小臂部件(4)相连的Z向机构(310)、依靠Y向T型螺钉槽板(302)与大臂部件(2)相连的Y向机构(320)和位于精调机构(3)中间部位并依靠X向底座前端板(303)与Z向机构(310)相连，依靠动轨基板(304)与Y向机构(320)相连的X向机构(330)；所述精调机构(3)的X、Y、Z三方向微调机构分别采用电机驱动丝杠，并依靠螺纹传动把旋转运动转换为直线运动，从而实现X、Y、Z三方向的微小位移；所述小臂部件(4)包括位于后端并与上述精调机构(3)相连的连接板(401)、位于前端的手腕姿态机构(402)和与手腕姿态机构(402)相连的手指夹紧机构(403)；所述连接板(401)依次连接的后、中、前臂杆(404、405和406)，所述后、中两段臂杆(404和405)，及中、前两段臂杆(405和406)之间采用螺钉、弹簧垫圈和螺母的关节连接形式，所述关节可以手动改变整个小手臂的姿态，固定后保持不变；所述手腕姿态机构(402)采用分别由钢丝绳套、绳套支架和绳轮组成的丝传动机构(407和410)，所述丝传动机构(407和410)与所述大臂杆(213)上的步进电机外的钢丝绳轮和钢丝绳套自成循环，在电机的驱动下，靠钢丝的传动实现手指在坐标系内两个方向的转动；所述手指夹紧机构(403)包括用来夹紧机器人手指的锁扣(408)、手指支架(409)和与上述手腕姿态机构(402)相连的支座部件(411)。