本发明涉及医疗设备,特别涉及一种转动关节结构及手术机器人。
背景技术:
1、随着机器人技术的发展,在微创手术领域,手术机器人能够稳定有效的协助医生进行手术,因此手术机器人行业得到了蓬勃的发展。
2、常见的微创手术机器人由医生控制台、患者手术平台和显示设备组成,医生在医生控制台进行输入操作,并将操作指令传递给与外科器械连接的患者手术平台。
3、一般情况下,为保证手术的顺利进行,机械臂设有多个,分别用于手术刀具及辅助器械的安装,机械臂位姿调整与手术的开展密切相关,人体待治疗解剖位置和患者接近角度往往需要医生与患者交流后,并通过近距离观察以及触碰人体结构才能确认合适的、精确的待治疗解剖位置和接近角度,因此对于机械臂位姿的调整格外重要。
4、在公告号为cn106456258b,发明名称为远程操作医疗系统中的具有预建立的臂位置的自动化结构的中国专利文献中,公开了一种远程操作组合件100,包括控制柱104、吊杆105、臂106和定向平台107;操作时,医生通过医生控制平台进行操作,输入的指令经由中央电子数据处理单元通过控制与每一者相关联的马达而控制柱104、吊杆105、臂106和定向平台107的移动以将其移动到所需位置。在术前准备中,需要根据人体待治疗解剖位置和患者接近角度,对臂的位置进行调整,医生通过中央电子数据处理单元控制臂106进行位置对接,其对接过程包含一系列顺序移动以获得对接姿势。如顺序移动可包含臂部署移动、垂直设置接头移动、吊杆移动、平台移动和臂再部署移动。现有技术中,医生一般在远端医生控制台操作,通过指令输入控制电机带动机械臂进行位姿调节,这种调节方式,由于位姿反馈延迟或输入与实际位置存在误差等问题,存在操作复杂,调整不够精确的缺陷。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种转动关节结构及手术机器人,使得医生能够直接通过手动推拉对机械臂位姿进行调节,提高机械臂的调节效率及调节精度。
2、为解决上述技术问题,本发明的实施方式提供了技术方案,如下:
3、一种转动关节结构,包括框架,以及至少一个与所述框架转动连接的关节体,所述关节体包括与框架固定连接的定轴;所述定轴转动连接设有旋转体,所述旋转体与所述定轴之间设有制动器;所述制动器包括与旋转体连接的第一制动器以及与所述定轴连接的第二制动器,所述第一制动器与所述第二制动器之间能够通过磁性作用力对旋转体的运动进行限制。通过将第一制动器与旋转体连接,以及第二制动器与定轴连接的方式,通过第一制动器与第二制动器之间的磁性作用力,控制第一制动器与第二制动器之间的摩擦力,从而为旋转体相对定轴的转动提供制动力或转动阻尼,对旋转体的运动进行限制,使得医生能够实现对机械臂位姿的手动调节,提高机械臂调节的效率及精确度。
4、进一步,所述第一制动器通电流时的电源电压包括第一电压和第二电压,所述第一电压大于所述第二电压,在所述第一电压下,所述第一制动器与所述第二制动器能够分离,在所述第二电压下,所述第一制动器与所述第二制动器保持抵接。通过第一电压和第二电压的设置,能够改变第一制动器与第二制动器之间磁性作用力大小,进而改变第一制动器与第二制动器之间摩擦力的大小,使得所述摩擦力为旋转体相对定轴的转动提供阻尼,有利于增加旋转体调节时的手感,便于作业人员快速调节定位。
5、进一步,所述第一电压为24v,所述第二电压为12v。
6、所述第一制动器为电磁消磁装置,所述第二制动器为铁磁性物质,所述第一制动器能够在不通电流时与第二制动器在磁性吸引力下抵接,在通电流时与第二制动器吸附抵接或者分离;所述第一制动器为电磁铁,所述第二制动器为永磁体,所述第一制动器通电流时,第一制动器和第二制动器相互靠近的端部磁极相同,相互排斥,所述第一制动器不通电流时,第一制动器与第二制动器在磁性作用力下抵接。通过第一制动器的电磁消磁装置或者电磁铁的设置,以及第一制动器与第二制动器的相互作用,实现对第一制动器与第二制动器之间摩擦力大小的控制,使得旋转体能够实现刹车制动、阻尼转动或者自由转动。
7、进一步,所述第二制动器与所述定轴沿定轴轴向滑动连接。通过制动器与定轴轴向滑动连接的设置,实现第二制动器相对定轴的轴向移动以及对第二制动器相对定轴的周向转动进行限位。
8、进一步,所述第二制动器与所述定轴之间设有弹性部件,所述弹性部件为具有弹性的金属片,所述弹性部件能够沿所述第一制动器与所述第二制动器之间磁性作用力的方向弹性变形。通过第二制动器与定轴之间具有弹性的金属片设置,使得第二制动器能够快速主动与第一制动器分离,有利于旋转体自由转动状态的实现。
9、进一步,所述弹性部件分别通过第二紧固件与所述第二制动器固定连接,通过第三紧固件与所述定轴固定连接,所述第二紧固件与所述第三紧固件彼此间隔交替设置。通过第二紧固件与第三紧固件交替设置的方式,使得弹性部件的受力均匀,弹性变形更加稳定。
10、进一步,所述定轴与所述旋转体之间设有角度编码器。通过角度编码器的设置能够对旋转体相对定轴的转动角度进行监测。
11、进一步,所述定轴与所述旋转体之间设有多个轴承,所述旋转体通过所述轴承与所述定轴转动连接。通过多个轴承的设置增加旋转体相对定轴转动的稳定性。
12、为解决上述技术问题,本发明的实施方式提供了一种手术机器人,包括基座、伸缩立柱以及吊杆,所述吊杆的一端设有如上任一项所述的转动关节结构,所述转动关节结构的连接端固定连接设有机械臂。通过上述转动关节结构与机械臂的连接设置,使得医生能够在术前准备工作中,更加方便和高效的对机械臂位姿进行调整。
1.一种转动关节结构,其特征在于,包括框架(1),以及至少一个与所述框架(1)转动连接的关节体(2),所述关节体(2)包括与框架(1)固定连接的定轴(3);所述定轴(3)转动连接设有旋转体(4),所述旋转体(4)与所述定轴(3)之间设有制动器(5);所述制动器(5)包括与旋转体(4)连接的第一制动器(51)以及与所述定轴(3)连接的第二制动器(52),所述第一制动器(51)与所述第二制动器(52)之间能够通过磁性作用力对旋转体(4)的运动进行限制。
2.根据权利要求1所述的转动关节结构,其特征在于,所述第一制动器(51)通电流时的电源电压包括第一电压和第二电压,所述第一电压大于所述第二电压,在所述第一电压下,所述第一制动器(51)与所述第二制动器(52)能够分离,在所述第二电压下,所述第一制动器(51)与所述第二制动器(52)保持抵接。
3.根据权利要求2所述的转动关节结构,其特征在于,所述第一电压为24v,所述第二电压为12v。
4.根据权利要求1-3任一项所述的转动关节结构,其特征在于,所述第一制动器(51)为电磁消磁装置,所述第二制动器(52)为铁磁性物质,所述第一制动器(51)能够在不通电流时与第二制动器(52)在磁性吸引力下抵接,在通电流时与第二制动器(52)吸附抵接或者分离;或者所述第一制动器(51)为电磁铁,所述第二制动器(52)为永磁体,所述第一制动器(51)通电流时,第一制动器(51)和第二制动器(52)相互靠近的端部磁极相同,相互排斥,所述第一制动器(51)不通电流时,第一制动器(51)与第二制动器(52)在磁性作用力下抵接。
5.根据权利要求4所述的转动关节结构,其特征在于,所述第二制动器(52)与所述定轴(3)沿定轴(3)轴向滑动连接。
6.根据权利要求4所述的转动关节结构,其特征在于,所述第二制动器(52)与所述定轴(3)之间设有弹性部件(6,6’),所述弹性部件(6,6’)为具有弹性的金属片,所述弹性部件(6,6’)能够沿所述第一制动器(51)与所述第二制动器(52)之间磁性作用力的方向弹性变形。
7.根据权利要求6所述的转动关节结构,其特征在于,所述弹性部件(6,6’)分别通过第二紧固件(61)与所述第二制动器(52)固定连接,通过第三紧固件(62)与所述定轴(3)固定连接,所述第二紧固件(61)与所述第三紧固件(62)彼此间隔交替设置。
8.根据权利要求1-3任一项所述的转动关节结构,其特征在于,所述定轴(3)与所述旋转体(4)之间设有角度编码器(9)。
9.根据权利要求1-3任一项所述的转动关节结构,其特征在于,所述定轴(3)与所述旋转体(4)之间设有多个轴承,所述旋转体(4)通过所述轴承与所述定轴(3)转动连接。
10.一种手术机器人,其特征在于,包括基座、伸缩立柱以及吊杆,所述吊杆的一端设有如权利要求1-9任一项所述的转动关节结构,所述转动关节结构的连接端(45)固定连接设有机械臂。