用于手术机器人的被动机械臂和手术机器人系统的制作方法

本发明总地涉及手术机器人，具体而言涉及一种用于手术机器人的被动机械臂和具有其的手术机器人系统。

背景技术：

1、植介入造影手术中由于dsa会发出x射线，在这种情况下医生的体力下降较快，手术过程中容易出现失误。且长时间在该情况下工作会增加医生患白血病、癌症的机率，影响医生的身体健康。机器人介入手术能够解决以上问题，是未来的趋势。

2、在机器人进行植介入手术治疗的过程中，执行器代替医生将导丝导管输送器等相关手术器材输送导病人体内。执行器根据实际手术情况会有不同的姿态，且手术中为了确保安全，需要执行器能够与病人保持相对静止。

3、即使手术中医生移动导管床，此时依然要确保执行器与病人保持原相对位置关系不变。这时就需要一款安全可靠的机械臂用于固定执行器，该机械臂应该具有足够的自由度用于调节执行器的姿态，能够非常牢固的固定执行器。

技术实现思路

1、在技术实现要素：部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

2、为了至少部分地解决背景技术中的问题，本发明的第一个方面提供一种用于手术机器人的被动机械臂，其包括：

3、支座；

4、旋转臂，连接至所述支座，所述旋转臂构造为围绕主旋转轴线相对于所述支座可旋转；

5、伸缩臂，连接至所述旋转臂，所述伸缩臂构造为沿伸缩方向相对于所述旋转臂可伸缩，其中，所述伸缩方向不平行于所述主旋转轴线；和

6、把手，连接至所述伸缩臂，用于供用户操作以实现所述旋转运动和所述伸缩运动，

7、其中，所述被动机械臂构造为使得所述旋转臂与所述伸缩臂被同时制动。

8、根据本发明的被动机械臂，通过旋转臂的旋转和伸缩臂的伸缩可以调整机械臂相对于手术床的位置。当机械臂的姿态调整好后，可以将旋转臂与伸缩臂同时制动，使得机械臂能够保持所需的姿态，在一定程度保证了手术的安全性。

9、可选地，所述的被动机械臂还包括：

10、旋转装置，用于连接所述支座和所述旋转臂，使所述旋转臂相对于所述支座可旋转；

11、旋转制动装置，连接至所述旋转装置并且可制动所述旋转装置，当所述旋转制动装置被操作时，所述旋转制动装置制动所述旋转装置，使所述旋转臂相对于所述支座不可旋转；

12、伸缩装置，用于连接所述旋转臂和所述伸缩臂，使所述伸缩臂相对于所述旋转臂可伸缩；和

13、伸缩制动装置，连接至所述伸缩装置并且可制动所述伸缩装置，当所述伸缩制动装置被操作时，所述伸缩制动装置制动所述伸缩装置，使所述伸缩臂相对于所述旋转臂不可伸缩，

14、其中，所述被动机械臂构造为使得所述旋转制动装置与所述伸缩制动装置响应于同一操作而分别制动所述旋转装置和所述伸缩装置。

15、根据本发明的机械臂，旋转装置使得旋转臂可旋转，伸缩装置使得伸缩臂可伸缩，旋转制动装置制动旋转装置使得旋转臂不可旋转，伸缩制动装置制动伸缩装置使得伸缩臂不可伸缩，机械臂结构清晰、合理。旋转制动装置与伸缩制动装置由同一操作被启动，操作简便。

16、可选地，所述的被动机械臂还包括按钮，所述按钮设置至所述把手，所述按钮耦连至所述旋转制动装置和所述伸缩制动装置，

17、其中，所述被动机械臂构造为：

18、当所述按钮被操作时，所述旋转制动装置与所述伸缩制动装置被同时解除操作，使得所述旋转臂相对于所述支座可旋转，并且使得所述伸缩臂相对于所述旋转臂可伸缩，

19、当所述按钮被解除操作时，所述旋转制动装置与所述伸缩制动装置被同时操作，使得所述旋转臂相对于所述支座不可旋转，并且使得所述伸缩臂相对于所述旋转臂不可伸缩。

20、根据本技术的被动机械臂，旋转制动与伸缩制动操作简便，符合人机功效。

21、可选地，所述旋转臂与所述伸缩臂中的一个包括伸缩导轨，所述伸缩导轨沿所述伸缩方向延伸，

22、所述旋转臂与所述伸缩臂中的另一个包括伸缩导向槽，所述伸缩导向槽沿所述伸缩方向延伸，用于容纳所述伸缩导轨，

23、其中，所述被动机械臂构造为使得所述伸缩导轨沿所述伸缩方向相对于所述伸缩导向槽可移动。

24、根据本技术的被动机械臂，伸缩导轨与伸缩导向槽可以导向伸缩臂的伸缩运动，使伸缩臂的伸缩运动稳定。

25、可选地，所述伸缩装置包括：

26、齿条，设置至所述伸缩臂，所述齿条沿所述伸缩方向延伸；

27、第一轴承，所述第一轴承的外圈相对于所述旋转臂静止；

28、第一旋转轴，与所述第一轴承同轴连接，使得所述第一旋转轴围绕第一轴线相对于所述旋转臂可旋转，所述第一轴线垂直于所述伸缩方向；和

29、第一齿轮，与所述第一旋转轴同轴连接，并与所述第一旋转轴相对于所述旋转臂同步转动，所述第一齿轮与所述齿条啮合。

30、进一步，所述伸缩制动装置构造为：

31、当所述伸缩制动装置被操作时，所述伸缩制动装置使得所述第一旋转轴相对于所述旋转臂不可旋转，

32、当所述伸缩制动装置被解除操作时，所述伸缩制动装置使得所述第一旋转轴相对于所述旋转臂可旋转。

33、进一步，所述伸缩制动装置包括：

34、第一伸缩制动件，连接至所述第一旋转轴；和

35、第二伸缩制动件，相对于所述旋转臂静止，并与所述第一伸缩制动件沿伸缩制动方向排列，

36、其中，所述伸缩制动装置构造为：

37、当所述伸缩制动装置被操作时，所述第一伸缩制动件与所述第二伸缩制动件中的一个沿所述伸缩制动方向朝向所述第一伸缩制动件与所述第二伸缩制动件中的另一个移动，使得所述第一伸缩制动件与所述第二伸缩制动件接触，

38、当所述伸缩制动装置被解除操作时，所述第一伸缩制动件与所述第二伸缩制动件中的一个沿所述伸缩制动方向远离所述第一伸缩制动件与所述第二伸缩制动件中的另一个移动，使得所述第一伸缩制动件与所述第二伸缩制动件分离。

39、根据本技术的被动机械臂，伸缩装置与伸缩制动装置配套设置。

40、可选地，所述第一伸缩制动件与所述第二伸缩制动件中的至少一个包括电磁部件，

41、当所述伸缩制动装置被操作时，所述第一伸缩制动件与所述第二伸缩制动件通过磁力吸合，

42、当所述伸缩制动装置被解除操作时，所述第一伸缩制动件与所述第二伸缩制动件解除吸合。

43、根据本技术的被动机械臂，伸缩制动装置选取电磁制动装置，性能稳定可靠。

44、可选地，所述第一轴承设置至所述旋转臂。

45、根据本技术的被动机械臂，第一轴承设置至旋转臂，因而第一轴承的外圈相对于旋转臂静止。

46、可选地，所述旋转装置包括：

47、主旋转轴承，设置至所述支座；和

48、主旋转轴，设置至所述旋转臂，使得所述主旋转轴与所述旋转臂相对静止，所述主旋转轴还与所述主旋转轴承同轴连接，使得所述主旋转轴围绕所述主旋转轴线相对于所述支座可旋转。

49、进一步，所述旋转制动装置构造为：

50、当所述旋转制动装置被操作时，所述旋转制动装置使得所述主旋转轴相对于所述支座不可旋转，

51、当所述旋转制动装置被解除操作时，所述旋转制动装置使得所述主旋转轴相对于所述支座可旋转。

52、进一步，所述旋转制动装置包括：

53、第一旋转制动件，连接至所述主旋转轴；和

54、第二旋转制动件，连接至所述支座，并与所述第一旋转制动件沿旋转制动方向排列，

55、其中，所述旋转制动装置构造为：

56、当所述旋转制动装置被操作时，所述第一旋转制动件与所述第二旋转制动件中的一个沿所述旋转制动方向朝向所述第一旋转制动件与所述第二旋转制动件中的另一个移动，使得所述第一旋转制动件与所述第二旋转制动件接触，

57、当所述旋转制动装置被解除操作时，所述第一旋转制动件与所述第二旋转制动件中的一个沿所述旋转制动方向远离所述第一旋转制动件与所述第二旋转制动件中的另一个移动，使得所述第一旋转制动件与所述第二旋转制动件分离。

58、根据本发明的被动机械臂，旋转装置与旋转制动装置配套设置。

59、可选地，所述第一旋转制动件与所述第二旋转制动件中的至少一个包括电磁部件，

60、当所述旋转制动装置被操作时，所述第一旋转制动件与所述第二旋转制动件通过磁力吸合，

61、当所述旋转制动装置被解除操作时，所述第一旋转制动件与所述第二旋转制动件解除吸合。

62、根据本发明的被动机械臂，旋转制动装置选用电磁制动装置，性能稳定可靠。

63、可选地，所述旋转装置还包括：

64、主旋转齿轮，所述主旋转齿轮与所述主旋转轴同轴连接，并与所述主旋转轴相对于所述支座同步转动；

65、第二齿轮，与所述主旋转齿轮啮合；

66、第二轴承，设置至所述支座；和

67、第二旋转轴，与所述第二齿轮和所述第二轴承均同轴连接，使得所述第二旋转轴与所述第二齿轮围绕第二轴线相对于所述支座可旋转。

68、进一步，所述旋转制动装置构造为：

69、当所述旋转制动装置被操作时，所述旋转制动装置使得所述第二旋转轴相对于所述支座不可旋转，

70、当所述旋转制动装置被解除操作时，所述旋转制动装置使得所述第二旋转轴相对于所述支座可旋转。

71、进一步，所述旋转制动装置包括：

72、第一旋转制动件，连接至所述第二旋转轴；和

73、第二旋转制动件，连接至所述支座，并与所述第一旋转制动件沿旋转制动方向排列，

74、其中，所述旋转制动装置构造为：

75、当所述旋转制动装置被操作时，所述第一旋转制动件与所述第二旋转制动件中的一个沿所述旋转制动方向朝向所述第一旋转制动件与所述第二旋转制动件中的另一个移动，使得所述第一旋转制动件与所述第二旋转制动件接触，

76、当所述旋转制动装置被解除操作时，所述第一旋转制动件与所述第二旋转制动件中的一个沿所述旋转制动方向远离所述第一旋转制动件与所述第二旋转制动件中的另一个移动，使得所述第一旋转制动件与所述第二旋转制动件分离。

77、根据本发明的被动机械臂，旋转装置与旋转制动装置配套设置。

78、可选地，所述第一旋转制动件与所述第二旋转制动件中的至少一个包括电磁部件，

79、当所述旋转制动装置被操作时，所述第一旋转制动件与所述第二旋转制动件通过磁力吸合，

80、当所述旋转制动装置被解除操作时，所述第一旋转制动件与所述第二旋转制动件解除吸合。

81、根据本发明的被动机械臂，旋转制动装置选用电磁制动装置，性能稳定可靠。

82、可选地，所述第二齿轮的分度圆直径小于所述主旋转齿轮的分度圆直径。

83、根据本发明的被动机械臂，通过使第二齿轮的分度圆直径小于主旋转齿轮的分度圆直径，使得旋转制动装置只需要相对比较小的制动力就能锁定旋转臂的旋转，这有利于减小尺寸、降低自重。

84、可选地，所述的被动机械臂还包括阻尼调节装置，所述阻尼调节装置连接所述主旋转轴与所述支座，用于调节所述主旋转轴相对于所述支座旋转时的阻尼力。

85、进一步，所述支座包括安装座，其中，所述主旋转轴承设置至所述安装座，所述安装座包括沿所述主旋转轴线方向延伸的安装座通孔，所述主旋转轴位于所述安装座通孔中；

86、所述主旋转轴包括主轴第一端和与所述主轴第一端相反的主轴第二端，其中所述主轴第一端连接至所述旋转臂；

87、所述阻尼调节装置连接所述主旋转轴的所述主轴第二端与所述安装座，用于调节所述主旋转轴相对于所述安装座旋转时的阻尼力。

88、进一步，所述主旋转轴的所述主轴第二端的端表面设置有主轴螺栓孔，所述主轴螺栓孔沿所述主旋转轴线的方向延伸，所述主轴螺栓孔设置有内螺纹；

89、所述阻尼调节装置包括：

90、阻尼片，设置至所述主轴第二端，所述阻尼片的尺寸大于所述安装座通孔的孔径使得所述阻尼片不能进入所述安装座通孔，所述阻尼片设置有阻尼片螺栓孔，所述阻尼片螺栓孔沿所述主旋转轴线的方向延伸，

91、调节螺栓，所述调节螺栓的前端设置有与所述内螺纹匹配的外螺纹，所述调节螺栓的后端设置有沿径向凸出的螺栓凸缘，所述调节螺栓穿过所述阻尼片螺栓孔后旋入所述主轴螺栓孔，和

92、调节弹簧，套设在所述调节螺栓上，所述调节弹簧位于所述阻尼片与所述螺栓凸缘之间，所述调节弹簧的外径大于所述阻尼片螺栓孔的孔径、小于所述螺栓凸缘的直径。

93、根据本发明的被动机械臂，阻尼调节装置结构紧凑，性能稳定可靠。

94、可选地，所述主旋转轴构造为空心轴。

95、根据本发明的被动机械臂，主旋转轴构造为空心轴可以用于内部走线。例如，按钮与旋转制动装置的连线和按钮与伸缩制动装置的连线可以设置在主旋转轴的空心中。

96、可选地，所述主旋转轴包括沿所述主旋转轴方向延伸的主轴通孔，使得所述主旋转轴构造为空心轴，

97、所述第一旋转轴设置在所述主轴通孔中。

98、根据本发明的被动机械臂，第一旋转轴设置在主旋转轴的空心中，机械臂结构进奏。

99、可选地，所述伸缩制动装置构造为：

100、当所述伸缩制动装置被操作时，所述伸缩制动装置使得所述第一旋转轴相对于所述主旋转轴不可旋转，

101、当所述伸缩制动装置被解除操作时，所述伸缩制动装置使得所述第一旋转轴相对于所述主旋转轴可旋转。

102、进一步，所述伸缩制动装置包括：

103、第一伸缩制动件，连接至所述第一旋转轴；和

104、第二伸缩制动件，连接至所述主旋转轴，与所述第一伸缩制动件沿伸缩制动方向排列，

105、其中，所述伸缩制动装置构造为：

106、当所述伸缩制动装置被操作时，所述第一伸缩制动件与所述第二伸缩制动件中的一个沿所述伸缩制动方向朝向所述第一伸缩制动件与所述第二伸缩制动件中的另一个移动，使得所述第一伸缩制动件与所述第二伸缩制动件接触，

107、当所述伸缩制动装置被解除操作时，所述第一伸缩制动件与所述第二伸缩制动件中的一个沿所述伸缩制动方向远离所述第一伸缩制动件与所述第二伸缩制动件中的另一个移动，使得所述第一伸缩制动件与所述第二伸缩制动件分离。

108、根据本发明的被动机械臂，旋转装置与旋转制动装置配套设置。

109、可选地，所述第一伸缩制动件与所述第二伸缩制动件中的至少一个包括电磁部件，

110、当所述伸缩制动装置被操作时，所述第一伸缩制动件与所述第二伸缩制动件通过磁力吸合，

111、当所述伸缩制动装置被解除操作时，所述第一伸缩制动件与所述第二伸缩制动件解除吸合。

112、根据本发明的被动机械臂，旋转制动装置采用电磁制动装置，性能稳定可靠。

113、可选地，所述伸缩方向垂直于所述主旋转轴线。

114、进一步，所述的被动机械臂还包括：

115、摆动臂，所述摆动臂包括摆动臂第一端和与所述摆动臂第一端相反的摆动臂第二端，所述摆动臂第一端连接至所述伸缩臂，所述摆动臂构造为沿摆动方向相对于所述伸缩臂可摆动，其中所述摆动方向平行于由所述主旋转轴线和所述伸缩方向确定的平面；

116、第一旋转组件，所述第一旋转组件连接至所述摆动臂第二端，所述第一旋转组件构造为围绕第一组件旋转轴线相对于所述摆动臂可旋转，其中所述第一组件旋转轴线平行于由所述主旋转轴线和所述伸缩方向确定的平面；

117、第二旋转组件，所述第二旋转组件连接至所述第一旋转组件，所述第二旋转组件构造为围绕第二组件旋转轴线相对于所述第一旋转组件可旋转，其中所述第二组件旋转轴线与所述第一组件旋转轴线不平行；和

118、安装组件，所述安装组件连接至所述第二旋转组件，用于安装手术执行器械，

119、其中，所述把手设置至所述第二旋转组件。

120、根据本发明的被动机械臂一共有5个自由度。旋转臂的旋转运动、伸缩臂的伸缩运动和摆动臂的摆动运动用于确定末端手术执行器械相对于手术床的空间位置，第一旋转组件和第二旋转组件的旋转运动用于确定末端手术执行器械相对于手术床的角度。

121、可选地，所述安装组件包括：

122、第一安装子组件，附接至所述第二旋转组件；

123、第二安装子组件，附接至所述第一安装块子组件，用于安装所述手术执行器械，

124、其中，所述第二安装子组件构造为沿平移方向相对于所述第一安装子组件可移动，所述平移方向垂直于所述第二组件旋转轴线。

125、根据本发明的被动机械臂，安装组件可以辅助手术执行器械移动，从而协助手术执行器械完成手术。

126、可选地，所述旋转臂包括沿所述伸缩方向间隔开的旋转臂第一端和旋转臂第二端，所述伸缩臂的相对于所述旋转臂的伸缩运动使得所述伸缩臂相对于所述旋转臂可伸出和可缩回，

127、当所述伸缩臂相对于所述旋转臂伸出时，所述伸缩臂远离所述旋转臂第一端；当所述伸缩臂相对于所述旋转臂缩回时，所述伸缩臂靠近所述旋转臂第一端，

128、所述被动机械臂还包括缓冲器，所述缓冲器设置至所述旋转臂第一端，所述缓冲器包括弹性部件。

129、根据本发明的被动机械臂，缓冲器用于在伸缩臂缩回旋转臂时起到缓冲作用。

130、本发明的第二方面提供一种手术机器人系统，其包括：

131、根据上述任一项技术方案所述的被动机械臂；和

132、手术执行器械，连接至所述伸缩臂。

133、根据本发明的手术机器人系统用于架设手术执行器械，其中机械臂通过旋转臂的旋转和伸缩臂的伸缩可以调整手术执行器械相对于手术床的位置。当机械臂的姿态调整好后，可以方便地将旋转臂与伸缩臂同时制动，使得机械臂能够保持所需的姿态，从而使手术执行器械能够与病人保持相对静止，在一定程度保证了手术的安全性。