CN110279469A - 一种机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机器人，机器人包括依次相连的夹爪、六自由度平台和机械臂，其中，机械臂包括至少两节依次铰接的桁架和设于相邻的两节桁架之间的可伸缩驱动部件，并且可伸缩驱动部件在所述机械臂的两边依次交错排列，增强了机械臂的鲁棒性和负载能力。同时，由六自由度平台来调节夹持机构的六个自由度的运动，提高运动过程稳定性，通过增加回旋机构更是使得夹持机构可以实现更多复杂姿态，夹持机构夹持的操作部件可以实现多自由度的运动调节和运动过程中的稳定性。

Description

一种机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，还涉及一种穿刺机器人。

背景技术

随着人工智能的兴起，机器人在各个领域得到极大的发展。带有机械臂的机器人在工作时需要保证机器人机械臂的灵活运动和机器人整体的操作稳定性，提高机器人的灵活稳定性是目前研究的主流。

在医学领域，恶性肿瘤治疗的过程中，放射性粒子介入内放疗技术是通过在肿瘤内植入放射性粒子，从而使肿瘤死亡的技术。

目前粒子植入多在CT导航下实施完成，尽管CT具有分辨率高的优势，但存在不能实时动态导航和重复穿刺过程中对患者的大剂量辐射等缺点。在手术过程中，由于患者的呼吸运动导致肿瘤的位置发生变化，若使用机器人的运动来补偿也有相应的运动稳定性和精度的问题。

专利文件CN 106580405 A，公开了一种穿刺手术机器人***。该专利在利用多个丝杆导轨结构作为机械臂，使用两个自由度的电机驱动机械手来完成穿刺动作。

专利文件CN 105411653 A，公开了一种立式移动穿刺机器人。该专利利用全向轮来进行被动移动，利用电机驱动的机械臂来调整穿刺姿态，而穿刺动作是利用丝杆导轨结构来实现。

以上专利中机器人的机械臂承重力弱，机械臂的灵活度也差，不能执行复杂的动作，适用范围窄。

鉴于此，克服以上现有技术中的缺陷，提供一种机器人。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种机器人。

本发明的目的可通过以下的技术措施来实现：

为了实现上述目的，本发明提供了一种机器人，所述机器人包括夹持机构，用于夹持操作部件；

六自由度平台，一面与所述夹持机构相连，用于调控所述夹持机构的六自由度的运动；

以及机械臂，与六自由度平台另一面相连，用于支撑和稳定操作部件，包括至少两节依次铰接的桁架和设于相邻的两节所述桁架之间的可伸缩驱动部件，所述可伸缩驱动部件在所述机械臂的两边依次交错排列；

其中，每节桁架包括至少一个桁架。

优选的，所述桁架呈平行四边形状，所述桁架包括相对设置两个第一顶点、以及相对设置的两个第二顶点，相邻的两个桁架通过其中一个第一顶点彼此铰接，所述可伸缩驱动部件的两端分别与相邻的两个桁架位于同一侧的两个第二顶点连接。

优选的，所述可伸缩驱动部件包括第一伺服电缸。

优选的，所述机器人还包括与所述机械臂的底端相连的底座，所述机械臂底端桁架的另外一个第一顶点与所述底端固定，所述机械臂底端桁架的另外一个第二顶点通过可伸缩驱动部件与所述底座相连。

优选的，所述底座底部设有万向轮和支撑柱，所述支撑柱用于稳定所述机器人。

优选的，所述六自由度平台包括上固定盘、六个第二伺服电缸和下固定盘，所述六个第二伺服电缸连接在所述上固定盘和所述下固定盘之间均匀分布，所述下固定盘与所述机械臂顶端桁架相连，所述上固定盘与所述夹持机构相连。

优选的，所述机器人还包括设在所述夹持机构和所述六自由度平台之间的回旋机构，用于驱动旋转所述夹持机构。

优选的，所述回旋机构包括旋转驱动动力源、小齿轮、内齿圈和推力轴承，所述推力轴承和所述旋转驱动动力源固设在所述六自由度平台一个固定盘表面上，所述内齿圈设于所述推力轴承的内径面，所述旋转驱动动力源的旋转轴与所述小齿轮相连，所述小齿轮与所述内齿圈啮合，所述内齿圈与所述夹持机构固定相连以带动所述内齿圈在推力轴承内旋转。

优选的，所述旋转驱动动力源为高精度伺服电缸。

优选的，所述操作部件包括用于穿刺手术的穿刺机构。

本发明的有益效果是提供了一种机器人，机器人包括依次相连的夹持机构、六自由度平台和机械臂，其中，机械臂包括至少两节依次铰接的桁架和设于相邻的两节桁架之间的可伸缩驱动部件，并且可伸缩驱动部件在所述机械臂的两边依次交错排列，增强了机械臂的鲁棒性和负载能力。同时，由六自由度平台来实现夹持机构的六个自由度的运动，大大提高了运动过程的稳定性，另外在六自由度平台和夹持机构之间设回旋机构，使得夹持机构实现更多复杂姿态。另外，底座上增加了全向轮及支撑杆设计，既能兼顾机器人在狭小的手术室内的移动，又能保证机器人固定下来的稳定性。在穿刺手术中，操作部件为穿刺机构，运用本发明机器人可以实现放射性粒子的穿刺植入、术中呼吸运动补偿和术前位置姿态调整的功能。

附图说明

图1是本发明实施例的穿刺机器人结构示意图。

图2是本发明实施例的底座结构示意图。

图3是本发明实施例的机械臂结构示意图。

图4是本发明实施例的六自由度平台和回旋机构结构示意图。

图5是本发明实施例的穿刺机构结构示意图。

图6是本发明实施例的直线运动模组结构示意图。

图7是本发明实施例的穿刺针模组结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了使本揭示内容的叙述更加详尽与完备，下文针对本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其它具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。

如图1所示，图1展示了本发明实施例的穿刺机器人结构示意图。本实施例机器人包括：底座11、机械臂12、六自由度平台13、回旋机构14、夹爪16和穿刺机构15，其中，穿刺机构14也可以换成其他任意操作部件。机械臂12的一端与底座11相连接，另一端与六自由度平台13的一面相连，六自由度平台13的另一面与回旋机构14相连，回旋机构14上连有夹爪16，夹爪16可以跟随回旋机构14一起转动，回旋机构14与穿刺机构15相连。

本实施例的穿刺机器人的机械臂采用依次相连的桁架结构和设于桁架结构之间的伸缩驱动桁架结构旋转的伺服电缸，因此增强了机械臂的鲁棒性和负载能力。同时，由六自由度平台来实现穿刺机构的六个自由度的运动，大大提高了运动过程的稳定性，回旋机构更是使得穿刺机构可以实现更多复杂姿态。同时本实施例的穿刺机器人，可以实现放射性粒子的穿刺植入、术中呼吸运动补偿和术前位置姿态调整的功能。

图2是图1中的底座11结构示意图。本实施例的底座11包括：可折叠的支撑柱21、全向轮22和底座外壳23。其中支撑柱21和全向轮22均有4个，固定在底座外壳23的内部，当需要固定的时候，只需要放下21支撑柱就可以稳定固定在地面上。

本实施例的穿刺手术机器人采用全向轮移动方式方便在手术室这样狭小空间内运动，同时可折叠的支撑柱使用方便，使得穿刺机器人稳定固定在地面上。

图3是图1中机械臂12的结构示意图。机械臂12包括：伺服电缸31，伺服电缸32，伺服电缸33，桁架34，桁架35和桁架36。其中，桁架34、桁架35和桁架36依次通过相对的一组顶点相连，伺服电缸32连接桁架34和桁架35之间的同一桁架侧边的另一组顶点，伺服电缸33连接桁架35和桁架36之间的同一桁架另一侧边的另一组顶点，伺服电缸31用于连接桁架34和底座之间，伺服电缸31、伺服电缸32和伺服电缸33依次交错排列在桁架两侧。每组桁架结构对应一组伺服电缸，从正面看去，所有桁架和伺服电缸都是对称布置的，能够有效消除大重量负载所导致的偏向力矩，提高了机构的机械鲁棒性和负载能力，也延长了机械臂的使用寿命。通过电驱动伺服电缸31，可以使伺服电缸31实现伸缩运动，从而驱动桁架34绕关节做旋转运动；通过电驱动伺服电缸32，可以使该电缸实现伸缩运动，从而驱动桁架35绕关节做旋转运动；通过电驱动伺服电缸33，可以使该电缸实现伸缩运动，从而驱动桁架36绕关节做旋转运动。

本实施例的机械臂采用三节桁架和三个伺服电缸相结合的结构，采用三节依次铰接的桁架和设于相邻的两节桁架之间的伺服电缸，并且伺服电缸在机械臂的两边依次交错排列，三节桁架结构中，其中第一节和第三节设置两个相同的平行四边形的桁架，第二节设置一个平行四边形桁架，每节桁架之间连接有用于伸缩驱动的伺服电缸，同时机械臂地端桁架也设有一个伺服电缸来与底座连接，可以增加机械臂的运动调节，因此鲁棒性和负载能力更强，能够支撑住较重的重量，避免弯曲，同时也可以保证运动平稳性。其中，为了保证机械臂的稳定每节桁架可以包括至少一个桁架，每节设置多个桁架的，桁架形状相同。

图4是图1中六自由度平台13和回旋机构14的结构示意图。六自由度平台13包括：下固定盘41、高精度伺服电缸42、上固定盘43。下固定盘41固定在第三桁架36上，通过驱动六个高精度伺服电缸42能使上固定盘43完成六个自由度的高精度运动。

回旋机构14包括内齿圈51、小齿轮52、伺服电机53和推力轴承54。穿刺机构固定在内齿圈51和推力轴承54上，驱动伺服电机53能使穿刺机构15回转，实现复杂姿态。其中，夹爪16固定在内齿圈53和推力轴承54上，内齿圈53固定在推力轴承54的内径面，推力轴承54另一面嵌合在上固定盘上43，伺服电机53与上固定盘43相固定，小齿轮52与驱动伺服电机53的旋转轴相连，同时小齿轮52还和内齿圈53啮合。驱动伺服电机53可以驱动小齿轮52旋转，而小齿轮52与内齿圈51啮合，可以把驱动力传递给内齿圈53，带动内齿圈51的旋转，内齿圈51带动夹爪16旋转。由于穿刺机构15被夹爪16夹持固定，穿刺机构15会随着44内齿圈的旋转而自转。

本实施例通过使用六自由度平台完成操作部件六个自由度的运动，能满足其高运动精度要求。同时通过在六自由度平台上固定一个回转机构，能够让穿刺机构完成更复杂的动作和姿态。本实施例的穿刺机器人，则可通过六自由度平台补偿穿刺手术中呼吸运动。

图5是图1中穿刺机构15的结构示意图。穿刺机构15结构包括：超声外设61、穿刺针模组62、抗菌外壳63和直线运动模组64。其中直线运动模组64、穿刺针模组62和超声外设61都是固定在抗菌外壳63上，而抗菌外壳63是固定在六自由度平台13上。该机构能实现放射粒子的穿刺植入功能。

图6是图5中直线运动模组64的结构示意图。直线运动模组64包括：丝杆71、移动平台72、导轨73、联轴器74、伺服电机75和丝杆导轨支架76。此结构的驱动力是伺服电机75，通过驱动此电机，可以带动导轨73转动，从而带动移动平台72在导轨73上做直线运动。

图7是图5中穿刺针模组62的结构示意图。穿刺针模组62包括：穿刺针82，具有粒子推送通道；力反馈传感器83，用于采集穿刺针82穿刺时所受的轴向力；***模块84，用于容置粒子；粒子推送杆86，用于将***模块84中的粒子沿着穿刺针82的粒子推送通道推送；摩擦轮模块85，用于给粒子推送杆86提供推送动力以及支撑架81用于给上述所有部件提供支撑力。

当穿刺针82成功穿刺到靶区时，***模块84会给通道填充放射性粒子，粒子推送杆86会在摩擦轮模块85的带动下将放射性粒子推入穿刺针内，直至靶区。

本发明穿刺机器人工作过程：

1、术前利用控制程序调节机械臂和底座位置，调节穿刺机构处于合适的高度和位置；

2、术前将放射性粒子填充入穿刺机构的***模块中；

3、位置调节结束后，操作者将穿刺针、超声外设分别装在相应的模块中，完成术前准备工作；

4、术中六自由度平台负责补偿呼吸运动导致的肿瘤位置漂移，穿刺机构负责放射性粒子穿刺植入，机器人将全自动实现放射性粒子植入。

本发明机器人不仅可以用于穿刺手术，也可以用于任何需要调控运动的机器人，通过更换夹持机构，本发明机器人适用于各个领域。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种机器人，其特征在于，所述机器人包括夹持机构，用于夹持操作部件；

六自由度平台，一面与所述夹持机构相连，用于调控所述夹持机构的六自由度的运动；

以及机械臂，与六自由度平台另一面相连，用于支撑和稳定操作部件，包括至少两节依次铰接的桁架和设于相邻的两节所述桁架之间的可伸缩驱动部件，所述可伸缩驱动部件在所述机械臂的两边依次交错排列；

其中，每节桁架包括至少一个桁架。

2.如权利要求1所述机器人，其特征在于，所述桁架呈平行四边形状，所述桁架包括相对设置两个第一顶点、以及相对设置的两个第二顶点，相邻的两个桁架通过其中一个第一顶点彼此铰接，所述可伸缩驱动部件的两端分别与相邻的两个桁架位于同一侧的两个第二顶点连接。

3.如权利要求2所述机器人，其特征在于，所述可伸缩驱动部件包括第一伺服电缸。

4.如权利要求3所述机器人，其特征在于，所述机器人还包括与所述机械臂的底端相连的底座，所述机械臂底端桁架的另外一个第一顶点与所述底端固定，所述机械臂底端桁架的另外一个第二顶点通过可伸缩驱动部件与所述底座相连。

5.如权利要求4所述机器人，其特征在于，所述底座底部设有万向轮和支撑柱，所述支撑柱用于稳定所述机器人。

6.如权利要求3所述机器人，其特征在于，所述六自由度平台包括上固定盘、六个第二伺服电缸和下固定盘，所述六个第二伺服电缸连接在所述上固定盘和所述下固定盘之间均匀分布，所述下固定盘与所述机械臂顶端桁架相连，所述上固定盘与所述夹持机构相连。

7.如权利要求1-6任一所述机器人，其特征在于，所述机器人还包括设在所述夹持机构和所述六自由度平台之间的回旋机构，用于驱动旋转所述夹持机构。

8.如权利要求7所述机器人，其特征在于，所述回旋机构包括旋转驱动动力源、小齿轮、内齿圈和推力轴承，所述推力轴承和所述旋转驱动动力源固设在所述六自由度平台一个固定盘表面上，所述内齿圈设于所述推力轴承的内径面，所述旋转驱动动力源的旋转轴与所述小齿轮相连，所述小齿轮与所述内齿圈啮合，所述内齿圈与所述夹持机构固定相连以带动所述内齿圈在推力轴承内旋转。

9.如权利要求8所述机器人，其特征在于，所述旋转驱动动力源为高精度伺服电缸。

10.如权利要求9所述机器人，其特征在于，所述操作部件包括用于穿刺手术的穿刺机构。