CN112549084A - 一种机器人末端装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机器人末端装置，包括：连接组件，固定安装在机械臂末端；末端执行组件，其上设有至少一个采用发光球的示踪器；所述连接组件与所述末端执行组件之间通过快拆机构可拆卸连接，并通过无线为所述发光球供电。本发明的末端装置使用主动发光红外灯示踪，并用无线供电模块对其供电，同时使用快拆结构连接末端执行结构组件与机械臂连接结构组件，更为简洁可靠。同时通过指示灯是否发光的形式具象出来，可以明确获知无线供电是否有效以及光学***是否识别到主动发光球。
Description
技术领域
本发明涉及机械结构领域，尤其涉及一种机器人末端装置。
背景技术
近年来，机器人在骨科临床手术上应用越来越广泛，医生可以远离手术台操纵机器人进行手术，由机器人精确的进行手术，可增加手术的精确度，减少由于操作失误造成风险的概率，而且可以减轻医生负担及在手术环境下所受到的伤害。
目前国内外比较成熟的手术机器人，其用于连接手术器械的末端装置通常是靠锁紧螺钉来实现手术器械的固定，在手术过程中需更换手术器械时，对末端装置的拆卸及更换比较麻烦，影响更换手术器械的便捷性。此外，由于手术机器人在术中为了考虑无菌及方便消毒，通常会在安装末端装置时，利用连接件将塑料膜一并安装以覆盖机械臂及主机。由于增加了一层带有厚度的塑料膜，常规的螺钉连接及卡扣连接的不仅难度增加，并且稳定性也会有影响。同时螺钉连接也会破坏塑料膜的完整性，影响密封性。
另外，现有中采用主动发光球示踪的情形一般需要将末端装置上的主动发光球通过线束与机械臂电连接，在安装和拆卸时大大增加了不便。
发明内容
发明目的：本发明针对上述不足，提出了一种机器人末端装置，利用快拆机构连接，简洁可靠，而且采用无线为主动发光球供电，安装拆卸更加方便快捷。
技术方案：
一种机器人末端装置，包括：
连接组件，固定安装在机械臂末端；
末端执行组件，其上设有至少一个采用发光球的示踪器；
所述连接组件与所述末端执行组件之间通过快拆机构可拆卸连接，并通过无线为所述发光球供电。
所述连接组件包括安装在机械臂末端的基座以及固定安装在基座上的机械臂连接板，所述末端执行组件上设有相应的执行端连接板，所述连接组件与所述末端执行组件之间通过快拆机构分别与所述机械臂连接板和所述执行端连接板配合安装实现可拆卸连接。
在所述连接组件内安装有无线发射线圈，所述无线发射线圈通过无线发射电路板与机械臂末端控制板连接；在所述末端执行组件相应位置处安装有无线接收线圈，所述无线接收线圈通过接收电路与所述发光球连接。
在所述连接组件与所述末端执行组件之间通过快拆机构连接时，所述无线发射线圈与所述无线接收线圈对齐，且二者之间距离为3～10mm。
所述示踪器至少为两个，且互不共面。
在所述连接组件内还设有与机械臂末端控制板连接的反光球电路板，在所述连接组件上设有与所述反光球电路板连接的反光球指示灯；所述机械臂末端控制板在接收光学***采集示踪器信息后发送控制信息至反光球电路板，并由反光球电路板控制所述反光球指示灯。
在所述连接组件上还设有与所述机械臂末端控制板连接的无线充电指示灯，所述机械臂末端控制板采集所述无线发射电路板电流信息，并据此发送控制无线充电指示灯。
在所述连接组件上还设有与机械臂末端控制板连接的电容式按键，在所述电容式按键被按下时，所述机械臂末端控制板发送信号至机器人触发机械臂免驱模式。
有益效果：本发明的末端装置使用主动发光红外灯示踪，并用无线供电模块对其供电，同时使用快拆结构连接末端执行结构组件与机械臂连接结构组件，更为简洁可靠。同时通过指示灯是否发光的形式具象出来，可以明确获知无线供电是否有效以及光学***是否识别到主动发光球。
附图说明
图1为末端装置安装示意图。
图2为本发明的末端装置结构图。
图3为本发明的末端装置***图。
图4为机械臂免驱指示流程图。
图5为反光球指示流程图。
其中：
1为末端执行组件，1-1为引导套管，1-2为执行端基座，1-3为发光灯组件，1-4为接收电路板，1-5为执行端连接板，1-6为无线接收线圈，1,7为快拆机构；
2为机械臂连接组件，2-1为无线发射线圈，2-2为机械臂连接板，2-3为指示灯灯罩，2-4为灯带灯罩，2-5为灯带，2-6为反光球指示灯，2-7为指示灯基座，2-8为发射电路板，2-9为电容式按键，2-10为机械臂基座，2-11为机械臂末端。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明。
图1为末端装置安装示意图，如图1所示，本发明的机器人末端装置安装于机器人的机械臂末端；如图2所示，末端装置包括末端执行组件1和机械臂连接组件2两部分构，此两组件通过快拆结构1-7实现分开与连接。
图3为本发明的末端装置***图，如图3所示，本发明的机械臂连接组件2包括机械臂基座2-10，机械臂基座2-10前端与机械臂末端2-11固定连接，在其末端固定安装有机械臂连接板2-2；在机械臂基座2-10内固定安装有发射电路板2-8，发射电路板2-8通过线束与机器人内电源连接，并由其供电；在机械臂连接板2-2内设有凹槽，其内安装有无线发射线圈2-1，无线发射线圈2-1与发射电路板2-8电连接，无线发射电路板2-8与机械臂末端控制板连接；
在本发明中，在机械臂基座2-10与与机械臂连接板2-2之间还设置有指示灯基座2-7，其内设有反光球电路板，该反光球电路板与机械臂末端控制板连接，并接收其发送的信号。在指示灯基座2-7的周向上安装有反光球指示灯2-6，该反光球指示灯2-6与反光球电路板电连接，并由其控制；在指示灯基座2-7的周向上还设置有灯带2-5，该灯带2-5与机械臂末端控制板连接，并接收其发送的信号。在本发明中，在灯带2-5及反光球指示灯2-6外分别设置有采用透明材料制作而成的灯带灯罩2-4和指示灯灯罩2-3，用于起保护作用。
在本发明中，在机械臂基座2-10上还安装有与机械臂末端控制板连接的电容式按键2-9，该电容式按键2-9与机械臂末端控制板连接。
如图3所示，本发明的末端执行组件1包括执行端基座1-2，在执行端基座1-2末端安装有引导套管1-1，在执行端基座1-2的上还布置有若干发光灯，构成发光灯组件1-3；在本发明中，一共布置12个发光灯，其中每四个共面，四个共面的发光灯构成一示踪器；在执行端基座1-2的前端面处固定安装有执行端连接板1-5，在执行端连接板1-5与执行端基座1-2的前端面之间安装有接收电路1-4；在执行端连接板1-5内与机械臂连接板2-2内无线发射线圈2-1相对应位置处设置有凹槽，其内安装有无线接收线圈1-6，无线接收线圈1-6与接收电路1-4电连接，无线接收线圈1-6与无线发射线圈2-1对齐，并通过无线并为接收电路1-4供电；发光灯与接收电路1-4电连接，并由接收电路1-4为其供电。
在本发明中，发光灯采用的是主动发光红外灯，可被光学***识别；光学***通过实时识别末端装置上的主动发光红外灯及机械臂上的示踪器，来引导机械臂运动到医生所规划位置。
如图2所示，末端执行结构组件中1有3组发光灯组件1-3(即构成3个示踪器)，且该三组发光灯组件1-3分别安装在3个面上形成270°的覆盖面，如图2、3所示，这样能扩大光学***识别范围。
在本发明中，在机械臂连接板2-2与执行端连接板1-5上均设置有对接机构，对接机构的端面沿径向向外延伸形成对接块；快拆机构1-7包括第一连接部、与第一连接部转动连接第二连接部以及卡扣，在第一连接部和第二连接部的内侧面上分别开设有与机械臂连接板2-2与执行端连接板1-5上设置的对接机构配合对接的对接槽；卡扣设有与第二连接部转动连接的第一转点，卡扣和第一连接部之间通过弧形弹性杆连杆实现开合，弧形弹性杆包括用于与第一连接部配合连接的开合点和用于与卡扣转动连接的第二转点；在快拆机构1-7闭合状态下，第二转点与开合点的连线位于第一转点下方。本发明通过机械臂连接板2-2与执行端连接板1-5之间相互配合，并通过快拆机构1-7固定连接，以实现机械臂连接组件2与末端执行组件1之间的连接。
在本发明中，无线发射线圈2-1安装位置距机械臂连接板2-2的距离为1.5～5mm，无线接收线圈1-6距执行端连接板1-5的距离为1.5～5mm，从而保证两者之间充电距离应保持在3～10mm，进而保证无线发射线圈2-1与无线接收线圈1-6供电稳定。
在本发明中，反光球指示灯2-5和灯带2-5上的灯均采用LED灯。
机械臂末端控制板采集无线发射电路板2-8的电流信息，并据此判断无线发射线圈2-1与无线接收线圈1-6之间是否进行稳定无线充电，若是，则发送信号至灯带2-5控制其绿色常亮，否则发送信号至灯带2-5控制其红色常亮。
图4为机械臂免驱指示流程图，如图4所示，当用户按下电容式按键2-9时，机械臂末端控制板发送信号至灯带2-5，灯带2-5开始闪烁，此时机械臂末端控制板发送信号至机器人触发机械臂免驱模式。
图5为反光球指示流程图，如图5所示，上位机通过光学***得到其是否识别到示踪器信号(即发光球信号)，若识别到示踪器信号，则上位机输出信号至机械臂末端控制板，机械臂末端控制板发送信号至反光球指示灯2-6控制其绿色长亮；否则，机械臂末端控制板发送信号至反光球指示灯2-6控制其黄色闪烁。
当末端执行结构组件1与机械臂连接结构组件2通过快拆机构1-7连接后，末端执行结构组件1此时通过机械臂连接结构组件2进行无线供电，此时灯带2-5绿色长亮，以此来表示无线供电正常；若此时反光球指示灯2-6黄色闪烁，表明本发明的主动发光球不在光学***的视野范围内，需先移动光学***的位置，直到反光球指示灯2-6绿色长亮，再用单手同时按两个电容式按键2-9，灯带2-5闪烁，触发机械臂免驱功能拖动机械臂直到灯带2-5停止闪烁，此时表明末端装置一切正常，可进行下一步操作。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换(如数量、形状、位置等)，这些等同变换均属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种机器人末端装置，其特征在于：包括：
连接组件，固定安装在机械臂末端；
末端执行组件，其上设有至少一个采用发光球的示踪器；
所述连接组件与所述末端执行组件之间通过快拆机构可拆卸连接，并通过无线为所述发光球供电。
2.根据权利要求1所述的机器人末端装置，其特征在于：所述连接组件包括安装在机械臂末端的基座以及固定安装在基座上的机械臂连接板，所述末端执行组件上设有相应的执行端连接板，所述连接组件与所述末端执行组件之间通过快拆机构分别与所述机械臂连接板和所述执行端连接板配合安装实现可拆卸连接。
3.根据权利要求1所述的机器人末端装置，其特征在于：在所述连接组件内安装有无线发射线圈，所述无线发射线圈通过无线发射电路板与机械臂末端控制板连接；在所述末端执行组件相应位置处安装有无线接收线圈，所述无线接收线圈通过接收电路与所述发光球连接。
4.根据权利要求3所述的机器人末端装置，其特征在于：在所述连接组件与所述末端执行组件之间通过快拆机构连接时，所述无线发射线圈与所述无线接收线圈对齐，且二者之间距离为3～10mm。
5.根据权利要求1所述的机器人末端装置，其特征在于：所述示踪器至少为两个，且互不共面。
6.根据权利要求1所述的机器人末端装置，其特征在于：在所述连接组件内还设有与机械臂末端控制板连接的反光球电路板，在所述连接组件上设有与所述反光球电路板连接的反光球指示灯；所述机械臂末端控制板在接收光学***采集示踪器信息后发送控制信息至反光球电路板，并由反光球电路板控制所述反光球指示灯。
7.根据权利要求1所述的机器人末端装置，其特征在于：在所述连接组件上还设有与所述机械臂末端控制板连接的无线充电指示灯，所述机械臂末端控制板采集所述无线发射电路板电流信息，并据此发送控制无线充电指示灯。
8.根据权利要求1所述的机器人末端装置，其特征在于：在所述连接组件上还设有与机械臂末端控制板连接的电容式按键，在所述电容式按键被按下时，所述机械臂末端控制板发送信号至机器人触发机械臂免驱模式。
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