摆臂升降机构、机械臂及主从手术机器人的制作方法

1.本实用新型涉及升降技术领域，具体而言，涉及摆臂升降机构、机械臂及主从手术机器人。


背景技术：

2.机械领域中，一些情况下，一部件需要相对于另一部件具有足够的升降范围，以满足作业需求，常用的立柱式升降方式其占用空间大，不利于小空间作业。
3.目前虽然出现了一些摆臂升降的机构，但是，其升降的稳定性以及升降范围仍然存在不足。


技术实现要素：

4.本实用新型旨在一定程度上解决如何提高摆臂升降机构的升降稳定性和升降范围的问题。
5.为至少在一定程度上解决上述问题，第一方面，本实用新型提供一种摆臂升降机构，包括固定座、升降座、连杆和重力平衡器件，所述连杆沿上下方向平行分布，所述连杆分别与所述固定座和所述升降座铰接；
6.所述重力平衡器件分别设置于所述连杆的两侧，所述重力平衡器件的一端均与所述固定座铰接，另一端与所述连杆铰接。
7.可选地，所述重力平衡器件为气弹簧，所述气弹簧相对设置于所述连杆的两侧，所述气弹簧与位于最上方的所述连杆铰接，沿上下方向，所述气弹簧与所述固定座的铰接位置，低于最上方所述连杆与所述固定座的铰接位置，且高于最下方的所述连杆与所述固定座的铰接位置。
8.可选地，所述固定座包括固定座本体、第一连接轴和第二连接轴，所述固定座本体包括第一底板和相对设置于所述第一底板的第一侧板，所述第一侧板均位于所述第一底板朝向所述升降座的一侧，所述连杆通过所述第一连接轴与两个所述第一侧板连接，所述重力平衡器件均通过第二连接轴与所述第一侧板连接。
9.可选地，所述第二连接轴到最上方和最下方的所述第一连接轴的距离相等。
10.可选地，所述升降座包括升降座本体和第三连接轴，所述升降座本体包括第二底板和相对设置于所述第二底板的第二侧板，所述第二侧板均位于所述第二底板朝向所述固定座的一侧，所述连杆通过所述第三连接轴与所述第二侧板连接。
11.可选地，摆臂升降机构还包括编码器和制动器，所述编码器和所述制动器均分别与所述固定座和所述连杆连接。
12.可选地，所述编码器和制动器分别设置于不同所述连杆处。
13.本实用新型所述摆臂升降机构，当连杆相对与固定座摆动时，升降座相对于固定座升降，平行设置的连杆确保升降座的受力稳定性，升降座及其上的部件不会发生相对于竖直方向的倾角变化；相对于立柱升降而言，能够降低升摆臂降机构在上下方向上的安装
空间需求(固定座处的安装空间需求)；通过设置重力平衡器件，能够在一定程度上平衡摆臂升降机构的重力(平衡连杆、升降座以及与升降座连接的部件的重力)，提高升降座升降的稳定性及灵活性；另外，重力平衡器件分别设置于所述连杆的两侧，可以在一定程度上增强摆臂升降机构的整体受力稳定性，相同条件下，可以选用规格较小的重量平衡器件，相对于重力平衡器件设置于两个连杆之间，可以避免重力平衡器件对连杆的摆动范围造成干扰或者降低对固定座和升降座在上下方向的尺寸需求；该升降座能够取得较大的升降范围，可靠性和稳定性高。
14.第二方面，本实用新型提供一种机械臂，包括第一方面所述的摆臂升降机构。
15.可选地，所述机械臂还包括被动式升降立臂和前端关节组件，所述被动式升降立臂包括立臂本体，所述摆臂升降机构的固定座与所述立臂本体连接，所述摆臂升降机构的升降座与所述前端关节组件连接。
16.第三方面，本实用新型提供一种主从手术机器人，包括第一方面任一项所述的摆臂升降机构，或者，包括第二方面任一项所述的机械臂。
17.该机械臂和该主从手术机器人均具备该摆臂升降机构所具有的所有有益效果，此处不再详细说明。
附图说明
18.图1为本实施例的摆臂升降机构的结构示意图；
19.图2为本实施例的摆臂升降机构的爆炸结构示意图；
20.图3为本实施例的摆臂升降机构的俯视图。
21.附图标记说明：
22.1-固定座，11-第一连接轴，12-第二连接轴，13-第一底板，14-第一侧板，2-升降座，21-第三连接轴，22-第二侧板，23-第二底板，3-连杆，4-重力平衡器件，5-编码器，6-制动器，7-立臂本体。
具体实施方式
23.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。
24.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
25.在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“一个实施例”、“一些实施方式”、“示例性地”和“一个实施方式”等的描述意指结合该实施例或实施方式描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或实施方式中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实施方式。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或实施方式以合适的方式结合。
26.术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，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。这样，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。
27.附图中z轴表示竖向，也就是上下位置，并且z轴的正向(也就是z轴的箭头指向)表示上，z轴的负向(也就是与z轴的正向相反的方向)表示下；附图中x轴表示水平方向，并指定为左右位置，并且x轴的正向(也就是x轴的箭头指向)表示右侧，x轴的负向(也就是与x轴的正向相反的方向)表示左侧；附图中y轴表示前后位置，并且y轴的正向(也就是y轴的箭头指向)表示前侧，y轴的负向(也就是与y轴的正向相反的方向)表示后侧；同时需要说明的是，前述z轴、y轴及x轴的表示含义仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
28.如图1和图2所示，本实用新型实施例提供一种摆臂升降机构，包括固定座1、升降座2、两个连杆3和两个重力平衡器件4，两个连杆3沿上下方向平行分布，两个连杆3均分别与固定座1和升降座2铰接；
29.两个重力平衡器件4分别设置于连杆3的两侧(即图中的左右两侧，即x轴方向的两侧)，两个重力平衡器件4的一端均与固定座1铰接，另一端均与其中一个连杆3铰接。
30.需要说明的是，本说明书中以连杆3的数量为两个为例对本实用新型的内容进行说明，但是，其也可以设置为3个或者更多，其不作为限制。两个连杆3、固定座1和升降座2可以等效为平行四连杆机构，两个连杆3的结构可以相同，也可以不同。
31.重力平衡器件4可以是具有缓冲、支撑等功能的零部件，例如，后文描述的气弹簧。
32.如此，本实用新型摆臂升降机构，当连杆3相对与固定座1摆动时，升降座2相对于固定座1升降，平行设置的连杆3确保升降座2的受力稳定性，升降座2及其上的部件不会发生相对于竖直方向的倾角变化；相对于立柱升降而言，能够降低升摆臂降机构在上下方向上的安装空间需求(固定座1处的安装空间需求)；通过设置重力平衡器件4，能够在一定程度上平衡摆臂升降机构的重力(平衡连杆3、升降座2以及与升降座2连接的部件的重力)，提高升降座2升降的稳定性及灵活性；另外，重力平衡器件4分别设置于连杆3的两侧，可以在一定程度上增强摆臂升降机构的整体受力稳定性，相同条件下，可以选用规格较小的重量平衡器件4，相对于重力平衡器件4设置于两个连杆3之间，可以避免重力平衡器件4对连杆3的摆动范围造成干扰或者降低对固定座1和升降座2在上下方向的尺寸需求；该升降座2能够取得较大的升降范围，可靠性和稳定性高。
33.如图2所示，重力平衡器件4为气弹簧，气弹簧相对设置于连杆3的两侧，气弹簧与位于最上方的连杆3铰接，沿上下方向，气弹簧与固定座1的铰接位置，低于最上方连杆3与固定座1的铰接位置，且高于最下方的连杆3与固定座1的铰接位置。
34.示例性地，如图2所示，以两个连杆3中位于上方的一个连杆3为上方连杆，另一个连杆3为下方连杆，气弹簧与固定座1的铰接位置的高度，低于上方连杆与固定座1的铰接位置的高度，高于下方连杆与固定座1的铰接位置的高度。但其并不对上述三个铰接位置在x轴方向和y轴方向的位置造成限制。
35.这样设置的好处在于，便于采购和更换相关的成熟产品(即气弹簧)，相对设置的气弹簧在上方连杆的下方形成对上方连杆的稳定支撑，充分利用气弹簧的支撑和缓冲特性，确保升降座2的升降稳定性。
36.如图2所示，在本实用新型的实施例中，固定座1包括固定座本体、第一连接轴11和
第二连接轴12，固定座本体包括第一底板13和相对设置于第一底板13的两个第一侧板14，两个第一侧板14均位于第一底板13朝向升降座2的一侧，连杆3通过第一连接轴11与两个第一侧板14连接，重力平衡器件4均通过第二连接轴12与第一侧板14连接。
37.具体地，如图2所示，两个第一侧板14沿左右方向(即x轴方向)相对设置，且两个第一侧板14均位于第一底板13朝向升降座2的一侧(即位于的前侧，也就是位于y轴正方向的一侧)，此时，第一底板13与两个第一侧板14围成槽体结构，第一连接轴11与第二连接轴12位于该槽体结构内。
38.以连杆3与固定座1铰接的具体方式为例，连杆3与第一连接轴11固定连接，第一连接轴11与第一侧板14转动连接，从而能够实现连杆3相对于固定座1的转动；或者，如图1所示，第一连接轴11和第一侧板14固定连接，连杆3与第一连接轴11转动连接。重力平衡器件4与固定座1铰接的情况与此类似，此处不再详细说明。
39.这样设置的好处在于，便于连杆3和重力平衡器件4的安装，并且，第一底板13和两个第一侧板14可以形成槽体结构，连杆3和重力平衡器件4的一端均容置于该槽体结构，能够在一定程度上形成对该连杆3和重力平衡器件4的防护，安全性高；并且，两个气弹簧均与第二连接轴12连接，气弹簧相对于固定座1转动的同轴度较高，稳定性高；另外，此时第一底板13上可以设置相应的安装结构，安装结构用于安装与固定座1连接的其它部件，例如，后文描述的升降立臂的立臂本体7。
40.可选地，第二连接轴12到最上方和最下方的第一连接轴11的距离相等。
41.如图2所示，两个第一连接轴11沿上方向间隔分布，第二连接轴12设置于两个第一连接轴11之间且到两个第一连接轴11的距离相等。
42.这样设置的好处在于，第二连接轴12到两个第一连接轴11的距离相等，使得重力平衡器件4能够取得较大的摆动范围；并且，升降座2的升降过程中的能够在较大的升降行程内形成对位于上方的连杆3的稳定支撑。
43.如图2所示，在本实用新型的实施例中，升降座2包括升降座本体和第三连接轴21，升降座本体包括第二底板23和相对设置于第二底板23的两个第二侧板22，两个第二侧板22均位于第二底板23朝向固定座1的一侧，连杆3通过第三连接轴21与两个第二侧板22连接。
44.具体地，如图2所示，两个第二侧板22与第二底板23围成槽体结构，第三连接轴21设置于两个第二侧板22之间，连杆3通过第三连接轴21与两个第二侧板22连接并在槽体结构内相对升降座2摆动。第三连接轴21的设置方式与第二连接轴12的设置方式类似，此处不再详细说明。
45.这样设置的好处在于，两个第二侧板22能够在一定程度上形成对该连杆3的防护，安全性高；另外，此时第二底板23上可以设置相应的连接结构，连接结构用于其它部件连接，例如，与后文描述的前端关节组件连接。
46.如图1和图2所示，在本实用新型的实施例中，摆臂升降机构还包括编码器5和制动器6，编码器5和制动器6均分别与固定座1和连杆3连接。
47.具体地，如图1和图2所示，以第一连接轴11与第一侧板14固定连接，连杆3与其中一个第一连接轴11转动连接为例，编码器5可以固定安装于该第一连接轴11，并检测该连杆3相对于固定座1的转动角度，当然，编码器5也可以安装至第一侧板14，但其安装于第一连接轴11时，在一定程度上便于其安装作业。制动器6的设置方式与此类似，此处不再详细说
明。
48.这样设置的好处在于，编码器5对连杆3升降过程中的位置进行反馈检测，制动器6对连杆3的工作位置进行锁定，升降座2升降的可控性高；编码器5和制动器6均与固定座1的连接，而不是与升降座2连接，其可以避免增加升降座2的重量，从而可以提高升降座2升降的灵活性和稳定性；另外，还可以在一定程度上避免升降座2的尺寸过大，占用空间过大。
49.如图2和图3所示，在本实用新型的实施例中，编码器5和制动器6分别设置于不同连杆3处。
50.如图2和图3所示，编码器5与上方连杆连接，制动器6与下方连杆连接；或者，编码器5与下方连杆连接，制动器6与上方连杆连接，其中，编码器5和制动器6可以位于连杆3的同一侧。
51.这样设置的好处在于，通过将编码器5与制动器6分别设置不同连杆3处，而不是与同一个连杆3连接，其位置布置合理，便于编码器5和制动器6的安装，在一些情况下，还可以使得固定座1处的结构紧凑。
52.本实用新型又一实施例提供一种机械臂，包括如上任一种摆臂升降机构。
53.可选地，机械臂还包括被动式升降立臂和前端关节组件，被动式升降立臂包括立臂本体7，摆臂升降机构的固定座1与立臂本体7连接，摆臂升降机构的升降座2与前端关节组件连接。
54.机械臂还可以包括基座和小横梁，小横梁与基座转动连接，且其旋转轴竖直设置，被动式升降立臂与小横梁连接，且可相对于小横梁被动升降，被动式升降立臂的立臂本体7与摆臂升降机构的固定座1连接(例如与第一底板13连接)，前端关节组件与摆臂升降机构的升降座2连接(例如与第二底板23连接)，前端关节组件上可以安装手术器械或者其他末端执行器。这样，可以降低对被动式升降立臂的升降行程需求。
55.当然，在另一些实施例中，其也可以不设置被动式升降力臂，固定座1可以直接与小横梁连接。
56.本实用新型又一实施例提供一种主从手术机器人，包括如上任一种摆臂升降机构，或者，包括上任一种机械臂。
57.该机械臂和该主从手术机器人均具备该摆臂升降机构所具有的所有有益效果，此处不再详细说明。
58.虽然本实用新型公开披露如上，但本实用新型公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员，在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变动与修改，这些变动与修改均将落入本实用新型的保护范围。