一种手术机器人的制动装置及手术机器人的制作方法

1.本发明涉及制动技术领域，具体而言，涉及一种手术机器人的制动装置及手术机器人。


背景技术：

2.手术机器人是一种先进的医疗设备，借助微创伤手术及相关底层技术的发展而发明。手术机器人被用于在高于人类能力的微创伤手术领域中实现高于人类能力的对手术器械的精准操控。机器人手术系统是集多项现代高科技手段于一体的综合体，其用途广泛，在临床上外科上有大量的应用。外科医生可以远离手术台操纵机器进行手术，完全不同于传统的手术概念，在世界微创外科领域是当之无愧的革命性外科手术工具。
3.手术机器人通常由手术控制台、患者手术平台及图像处理系统组成。术前设备进行无菌隔离后，需将患者手术平台通过底盘上的车轮推至患者旁，调整机械臂摆位、调整患者手术平台位置，使戳卡对准穿刺孔后，需将患者手术平台制动锁定，再准备与患者建立连接。一套安全可靠的制动装置及控制方法就尤其重要，也是提高手术操作安全性的基础。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的问题是如何辅助手术机器人制动锁定。
5.为此，本发明提供了一种手术机器人的制动装置，包括支架、电机、滑块、滑轨及电机控制机构，所述支架为“门”型结构，所述支架左右两端立柱的下表面用于连接在手术机器人的底盘上，所述电机与所述支架的上端横梁连接，所述滑块与所述滑轨位于“门”型结构的所述支架的内侧，所述滑轨与所述支架的左端立柱或右端立柱连接，所述滑块与所述滑轨滑动连接，所述电机用于驱动所述滑块沿所述滑轨朝向或远离地面方向滑动，至所述滑块与所述地面抵接或远离所述地面，所述电机控制机构与所述电机电连接，用于控制所述电机运转或停止。
6.可选地，所述电机控制机构包括电流调节器及速度调节器，所述电流调节器、所述速度调节器及所述电机之间电连接，所述速度调节器用于检测所述滑块速度变化，并向所述电流调节器输出信号，所述电流调节器与所述速度调节器正相关，所述电流调节器根据接收到的信号，调节所述电机的电流。
7.可选地，所述电机控制机构还包括闭环步进驱动芯片，所述闭环步进驱动芯片与所述电流调节器、所述速度调节器及所述电机电连接，所述闭环步进驱动芯片用于控制所述电流调节器、所述速度调节器接收信号。
8.可选地，手术机器人的制动装置还包括丝杠，所述电机与所述丝杠驱动连接，所述丝杠连接在所述滑块上。
9.可选地，所述滑块为u型结构，所述u型结构的底面用于与所述地面抵接。
10.可选地，所述滑轨为两个，两个所述滑轨分别连接在所述支架的左端立柱和右端立柱上，两个所述滑轨分别与所述u型结构的左右两边滑动连接。
11.可选地，所述u型结构的两边之间设置连接块，所述连接块的左右两端分别连接在所述u型结构的两边上，所述丝杠与所述连接块连接。
12.可选地，所述连接块上设有限位块，所述限位块的上端用于与所述支架上端横梁的下表面抵接，所述限位块的下端用于与所述底盘抵接。
13.可选地，所述连接块上设有开关挡片，所述支架上设有光电开关，所述开关挡片用于遮挡所述光电开关，所述光电开关与所述电机电连接，所述光电开关用于控制所述电机停转。
14.与现有技术相比，本发明所述的手术机器人的制动装置的有益效果是：
15.本发明通过在手术机器人的底盘上设置支架，为电机、滑轨及滑块提供安装位置，支架可为“门”型结构，“门”型结构的两端立柱的下表面固定在底盘上，手术机器人的制动装置通过支架两端的立柱连接在底盘上，稳定性强，电机可连接在“门”型结构上端横梁上，滑轨可连接在“门”型结构的左端立柱或右端立柱内侧，使滑轨的设置方向垂直于地面，还设有滑块，滑块与滑轨滑动连接，电机与滑块驱动连接，电机工作，可驱动滑块沿滑轨朝向或远离地面运动，当需要制动手术机器人时，电机驱动滑块沿滑轨向地面移动，至滑块与地面抵接，滑块与地面之间因接触产生摩擦力，防止手术机器人随意移动，有助于手术机器人制动，当不需要手术机器人制动时，电机反转驱动滑块沿滑轨向远离地面方向移动，解除制动，还设有电机控制机构，电机控制机构与电机电连接，电机控制机构可控制电机运转或停止，进而控制滑块的移动方向与移动距离，当需要制动时，电机控制机构控制电机驱动滑块向地面移动，至滑块与地面抵接，辅助手术机器人制动，此时，电机控制机构控制电机停转，使手术机器人处于制动状态，需要解除制动时，电机控制机构控制电机反转，滑块向远离地面方向移动，解除制动，滑轨与滑块均设置在“门”型结构支架立柱的内侧，且电机连接在“门”型结构支架的横梁上，电机、滑块及滑轨均连接在“门”型结构的支架上，装置整体布置合理，空间利用率高，减小手术机器人的制动装置的体积，并且滑块移动过程形成的作用力直接沿支架的立柱作用到底盘，改善支架其他部分的受力情况，可进一步提高支架的稳定性。
16.此外，为了解决上述问题，本发明还提供了一种手术机器人，包括上述的手术机器人的制动装置。
17.与现有技术相比，本发明所述的手术机器人的有益效果和上述手术机器人的制动装置的有益效果大致相同，在此不再赘述。
附图说明
18.图1为本发明实施例所述的手术机器人的制动装置的结构示意图之一；
19.图2为本发明实施例所述的手术机器人的制动装置的结构示意图之二。
20.附图标记说明：
21.1-支架；11-电机基座；12-滑轨座；2-电机；3-滑块；4-滑轨；5-丝杠；6-连接块；7-限位块；8-底盘；91-开关挡片；92-光电开关。
具体实施方式
22.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明
的具体实施例做详细的说明。
23.需要说明的是，在本发明的描述中，采用了“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“前”、“后”、“内”和“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操控，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
24.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
25.而且，虽然在本发明中参照了特定的实施例来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不用于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。
26.为解决上述问题，如图1和图2所示，本发明提供一种手术机器人的制动装置，包括支架1、电机2、滑块3、滑轨4及电机控制机构，所述支架1为“门”型结构，所述支架1左右两端立柱的下表面用于连接在手术机器人的底盘8上，所述电机2与所述支架1的上端横梁连接，所述滑块3与所述滑轨4位于“门”型结构的所述支架1的内侧，所述滑轨4与所述支架1的左端立柱或右端立柱连接，所述滑块3与所述滑轨4滑动连接，所述电机2用于驱动所述滑块3沿所述滑轨4朝向或远离地面方向滑动，至所述滑块3与所述地面抵接或远离所述地面，所述电机控制机构与所述电机2电连接，用于控制所述电机2运转或停止。
27.在本实施例中，通过在手术机器人的底盘8上设置支架1，为电机2、滑轨4及滑块3提供安装位置，支架1可为“门”型结构，“门”型结构的两端立柱的下表面固定在底盘8上，手术机器人的制动装置通过支架1两端的立柱连接在底盘8上，稳定性强，电机2可连接在“门”型结构上端横梁上，滑轨4可连接在“门”型结构的左端立柱或右端立柱内侧，使滑轨4的设置方向垂直于地面，还设有滑块3，滑块3与滑轨4滑动连接，电机2与滑块3驱动连接，电机2工作，可驱动滑块3沿滑轨4朝向或远离地面运动，当需要制动手术机器人时，电机2驱动滑块3沿滑轨4向地面移动，至滑块3与地面抵接，滑块3与地面之间因接触产生摩擦力，防止手术机器人随意移动，有助于手术机器人制动，当不需要手术机器人制动时，电机2反转驱动滑块3沿滑轨4向远离地面方向移动，解除制动，还设有电机控制机构，电机控制机构与电机2电连接，电机控制机构可控制电机2运转或停止，进而控制滑块3的移动方向与移动距离，当需要制动时，电机控制机构控制电机2驱动滑块3向地面移动，至滑块3与地面抵接，辅助手术机器人制动，此时，电机控制机构控制电机2停转，使手术机器人处于制动状态，需要解除制动时，电机控制机构控制电机2反转，滑块3向远离地面方向移动，解除制动，滑轨4与滑块3均设置在“门”型结构支架1立柱的内侧，且电机2连接在“门”型结构支架1的横梁上，电机2、滑块3及滑轨4均连接在“门”型结构的支架1上，装置整体布置合理，空间利用率高，减小手术机器人的制动装置的体积，并且滑块3移动过程形成的作用力直接沿支架1的立柱作用到底盘8，改善支架1其他部分的受力情况，可进一步提高支架1的稳定性。
28.具体地，支架1包括电机基座11与滑轨座12，电机基座11为“门”型结构的上端横
梁，电机2连接在电机基座11上，滑轨座12为“门”型结构的两端立柱，滑轨4可安装在滑轨座12上，滑轨4上可设有凹槽结构，滑块3可嵌入凹槽结构内与滑轨4滑动连接。
29.可选地，所述电机控制机构包括电流调节器及速度调节器，所述电流调节器、所述速度调节器及所述电机2之间电连接，所述速度调节器用于检测所述滑块3速度变化，并向所述电流调节器输出信号，所述电流调节器与所述速度调节器正相关，所述电流调节器根据接收到的信号，调节所述电机2的电流。
30.在本实施例中，通过设置与电机2电连接的电流调节器和速度调节器，当电机2驱动滑块3向地面运动，至滑块3与地面抵接后，地面给滑块3向上的支撑力，滑块3在支撑力的作用下速度减小，速度调节器检测到滑块3速度减小，向电流调节器输出信号，电流调节器与速度调节器正相关，电流调节器调节电机2的电流，使电机2的电流减小，电机2电流减小，使电机2转速减小，导致滑块3向下移动速度减小，实现闭环控制，最终使滑块3停止移动，便于控制电机2停转。
31.具体地，电机控制机构与手术机器人电连接，当手术机器人需要制动时，电机控制机构可控制电机2转动，需要解除制动时，电机控制机构控制电机2反转。
32.可选地，所述电机控制机构还包括闭环步进驱动芯片，所述闭环步进驱动芯片与所述电流调节器、所述速度调节器及所述电机2电连接，所述闭环步进驱动芯片用于控制所述电流调节器、所述速度调节器接收信号。
33.在本实施例中，通过设置闭环步进驱动芯片，闭环步进驱动芯片与电流调节器、速度调节器、电机2电连接，闭环步进驱动芯片可控制电流调节器与速度调节器接收信号，使滑块3速度调节的闭环控制回路更完整，辅助电流调节器与速度调节器工作。
34.具体地，电机2可为步进电机，需要制动时，滑块3与地面抵接后，随着滑块3与地面接触力增加，滑块3与地面摩擦力增大，当摩擦力对电机2产生的扭矩值超过电机2设定的扭矩值，即1.3牛米时，电机2堵转停止运行。
35.可选地，如图2所示，手术机器人的制动装置还包括丝杠5，所述电机2与所述丝杠5驱动连接，所述丝杠5连接在所述滑块3上。
36.在本实施例中，通过设置丝杠5，丝杠5的转动端连接在电机2上，丝杠5的螺杆端与滑块3连接，丝杠5化转动为直线运动，便于电机2驱动滑块3沿滑轨4朝向或远离地面移动。
37.可选地，如图2所示，所述滑块3为u型结构，所述u型结构的底面用于与所述地面抵接。
38.在本实施例中，通过将滑块3设置为u型结构，u型结构的底面面积大，增大滑块3与地面之间的接触面积，增大地面与滑块3之间的摩擦力，便于对手术机器人进行制动。
39.可选地，如图2所示，所述滑轨4为两个，两个所述滑轨4分别连接在所述支架1的左端立柱和右端立柱上，两个所述滑轨4分别与所述u型结构的左右两边滑动连接。
40.在本实施例中，通过将滑轨4设置为两个，两个滑轨4分别连接在支架1“门”型结构的左右两端的立柱上，两个滑轨4分别与u型结构滑块3的左右两边配合使用，使滑块3与支架1的连接更稳定，且便于滑块3相对支架1上下移动。
41.可选地，如图2所示，所述u型结构的两边之间设置连接块6，所述连接块6的左右两端分别连接在所述u型结构的两边上，所述丝杠5与所述连接块6连接。
42.在本实施例中，通过在u型结构的中间设置连接块6，连接块6的左右两端分别连接
在u型结构的两边上，连接块6与u型结构连接为一个整体，增大了滑块3的结构强度，增大了滑块3的耐压性，避免滑块3受力破损。
43.可选地，如图2所示，所述连接块6上设有限位块7，所述限位块7的上端用于与所述支架1上端横梁的下表面抵接，所述限位块7的下端用于与所述底盘8抵接。
44.在本实施例中，通过在连接块6上设置限位块7，在滑块3朝向地面移动时，滑块3与地面抵接且完成制动时，限位块7的下端正好与底盘8上表面抵接，起到机械限位的作用，当解除制动，滑块3远离地面移动时，滑块3可运动至限位块7上端与支架1“门”型结构的上端横梁的下表面抵接，起到机械限位的作用，配合电机控制机构一同工作，便于使滑块3在远离地面移动时停止。
45.可选地，如图2所示，所述连接块6上设有开关挡片91，所述支架1上设有光电开关92，所述开关挡片91用于遮挡所述光电开关92，所述光电开关92与所述电机2电连接，所述光电开关92用于控制所述电机2停转。
46.在本实施例中，通过在连接块6上设置开关挡片91，并在支架1上设置光电开关92，光电开关92与开关挡片91配合使用，当滑块3远离地面移动时，滑块3带动开关挡片91向上移动，至开关挡片91移动至光电开关92的位置，开关挡片91遮挡光电开关92，光电开关92向电机控制机构发出信号，控制电机2停转，便于使滑块3在远离地面移动时停止。
47.本发明另一实施例的一种手术机器人包括上述的手术机器人的制动装置。
48.与现有技术相比，本实施例的手术机器人的有益效果和上述手术机器人的制动装置的有益效果大致相同，在此不再赘述。
49.虽然本发明披露如上，但本发明的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种手术机器人的制动装置，其特征在于，包括支架(1)、电机(2)、滑块(3)、滑轨(4)及电机控制机构，所述支架(1)为“门”型结构，所述支架(1)左右两端立柱的下表面用于连接在手术机器人的底盘(8)上，所述电机(2)与所述支架(1)的上端横梁连接，所述滑块(3)和所述滑轨(4)位于“门”型结构的所述支架(1)的内侧，所述滑轨(4)与所述支架(1)的左端立柱或右端立柱连接，所述滑块(3)与所述滑轨(4)滑动连接，所述电机(2)用于驱动所述滑块(3)沿所述滑轨(4)朝向或远离地面方向滑动，至所述滑块(3)与所述地面抵接或远离所述地面，所述电机控制机构与所述电机(2)电连接，用于控制所述电机(2)运转或停止。2.根据权利要求1所述的手术机器人的制动装置，其特征在于，所述电机控制机构包括电流调节器及速度调节器，所述电流调节器、所述速度调节器及所述电机(2)之间电连接，所述速度调节器用于检测所述滑块(3)速度变化，并向所述电流调节器输出信号，所述电流调节器与所述速度调节器正相关，所述电流调节器根据接收到的信号，调节所述电机(2)的电流。3.根据权利要求2所述的手术机器人的制动装置，其特征在于，所述电机控制机构还包括闭环步进驱动芯片，所述闭环步进驱动芯片与所述电流调节器、所述速度调节器及所述电机(2)电连接，所述闭环步进驱动芯片用于控制所述电流调节器、所述速度调节器接收信号。4.根据权利要求1所述的手术机器人的制动装置，其特征在于，还包括丝杠(5)，所述电机(2)与所述丝杠(5)驱动连接，所述丝杠(5)连接在所述滑块(3)上。5.根据权利要求4所述的手术机器人的制动装置，其特征在于，所述滑块(3)为u型结构，所述u型结构的底面用于与所述地面抵接。6.根据权利要求5所述的手术机器人的制动装置，其特征在于，所述滑轨(4)为两个，两个所述滑轨(4)分别连接在所述支架(1)的左端立柱和右端立柱上，两个所述滑轨(4)分别与所述u型结构的左右两边滑动连接。7.根据权利要求5所述的手术机器人的制动装置，其特征在于，所述u型结构的两边之间设置连接块(6)，所述连接块(6)的左右两端分别连接在所述u型结构的两边上，所述丝杠(5)与所述连接块(6)连接。8.根据权利要求7所述的手术机器人的制动装置，其特征在于，所述连接块(6)上设有限位块(7)，所述限位块(7)的上端用于与所述支架(1)上端横梁的下表面抵接，所述限位块(7)的下端用于与所述底盘(8)抵接。9.根据权利要求7所述的手术机器人的制动装置，其特征在于，所述连接块(6)上设有开关挡片(91)，所述支架(1)上设有光电开关(92)，所述开关挡片(91)用于遮挡所述光电开关(92)，所述光电开关(92)与所述电机(2)电连接，所述光电开关(92)用于控制所述电机(2)停转。10.一种手术机器人，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的手术机器人的制动装置。

技术总结
本发明提供了一种手术机器人的制动装置及手术机器人，涉及制动技术领域，手术机器人的制动装置包括支架、电机、滑块、滑轨及电机控制机构，支架连接在手术机器人的底盘上，电机、滑轨与支架连接，滑块与滑轨滑动连接，电机用于驱动滑块移动，至滑块与地面抵接或远离地面，电机控制机构控制电机运转或停止。本发明通过电机控制机构控制电机驱动滑块向地面移动，至滑块与地面抵接，辅助手术机器人制动，此时，电机控制机构控制电机停转，使手术机器人处于制动状态，需要解除制动时，电机控制机构控制电机反转，滑块向远离地面方向移动，解除制动。制动。制动。


技术研发人员：李凤华 刘志衡 马政兴 冯海生 苏衍宇
受保护的技术使用者：哈尔滨思哲睿智能医疗设备股份有限公司
技术研发日：2023.05.30
技术公布日：2023/8/24