CN101483966A - 包括优选可旋转地安置在机器人臂上的c臂的x射线设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括优选可旋转地安置在机器人臂上的C臂的X射线设备，在该C臂上布设射线源和射线接收器，在此，为了在C臂内部(19)集成至少一部分用于运行射线源(15)和射线接收器(16)的电子部件，从至少一个进入侧(18)进入至少局部空心的C臂(14)的内部。

Description

包括优选可旋转地安置在机器人臂上的C臂的X射线设备

技术领域

本发明涉及一种包括优选可旋转地安置在机器人臂上的C臂的X射线设备，在该C臂上布设射线源和射线接收器。

背景技术

在已知的X射线设备中C臂通过旋转导引装置可围绕着通常水平轴线旋转地布设在多数情况下竖立在地面上的支架上。在旋转导引装置中C臂可沿其弧形的导轨围绕中心旋转。首先在C臂以较大的速度沿旋转导引装置移动的一些应用中，必须要采用特别轻的C臂，以便达到尽可能好的动力学特性。在此例举血管造影-X射线设备。基于此原因通常采用由挤压型材构成的C臂，该挤压型材的横截面基本上为矩形空心断面。

代替地面支架和通过(用于使元件为C臂运动和定位实现必要的运动自由度的)旋转导引装置连接所述C臂，已公知，将C臂布设在具有机器人臂和相应控制装置的工业机器人上。在这样的设计中通过机器人的六个运动轴以及结合C臂在机器人臂上的旋转支承确保所需要的自由度。在此情况下C臂直接旋转地安置在机器人臂上，其结果是用于运行射线源和射线接收器的电子部件必须布设在机器人臂的外部并随之运动，因为与具有旋转导引装置的地面支架(这些电子部件集成在支架上)的设计不同，在机器人臂中没有相应的安装空间，这导致相应高成本的结构。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种采用尽可能轻的C臂的X射线设备，该C臂也能够优选与用于移动C臂的工业机器人结合地使用。

为了解决上述技术问题，按照本发明在本文开头所述类型的X射线设备中，为了在臂内部集成至少一部分用于运行射线源和射线接收器的电子部件，从至少一个进入侧进入至少局部空心的C臂的内部。

在按照本发明的X射线设备中同样采用了空心的C臂，但是该C臂构造成从至少一个进入侧开放。也就是说，基于这种一侧或优选多侧至少区域性地开放设计，必然减小该C臂的整体重量，在这种情况下C臂在其构造上自然也要设计成符合所要求的强度和振动等标准。而这些标准尽管在开放式的结构情况下也完全能够遵守和达到。这种开放式的结构除了节省重量的优点外另外达到的独特优点是，基本上提供了这样的可能性，即在采用与工业机器人或机器人臂连接的C臂时可以将至少一部分或者几乎全部的用于运行射线源和射线接收器的电子部件集成到该C臂的内部。因为与迄今已知的空心的但侧面完全封闭的C臂不同，在采用按照本发明的C臂时，通常涉及相对小尺寸的构件或电缆的电子部件附设在臂内部。确切地说，它们不必再单独地布设以及通过相应的电缆或控制导线连接等方式与C臂上的运行部件连接，而是与C臂一起运动。因为基于电子部件高的集成密度而涉及相对轻的构件，也就是说，所有集成的电子部件的重量不太大，所以C臂仅增加了相对较小的重量，因此尽管集成了电子部件但仍然能达到高运动特性的要求。

总之，具有开放式结构的C臂不仅提供了优选应用在迄今具有地面支架的X射线设备中的可能性，在该X射线设备中电子部件不是集成在C臂内，但是该C臂比迄今的装置更轻，而且还提供了应用在在C臂内部集成至少一部分或全部电子部件的新型机器人-X射线设备中的可能性。

所述C臂相宜地在其整个长度上是空心的并从侧面可以进入，从而获得在其中可以布设电子部件的足够的安装空间。

为了达到装配和接触方便，相宜地从相对置的进入侧接触C臂的内部，优选从横截面看在臂断面为矩形时的两个侧面。这可以实现，为了装配或维修的目的从两侧达到相关的位置，这使工作更简便。

C臂本身优选在进入侧设计为桁架式的，确切地说，在那里设有桁架式布设的支杆，这对于两侧开放的臂机构而言同样适用于两侧。亦即，优选以相同的设计在两侧都实施为桁架结构。在将C臂相宜地构造成铸件后，相应的结构也可以顺利地建立。桁架式结构的设计和支杆的布局一方面鉴于重量的优化来选择，以便尽可能节省更多的重量，另一方面支杆布局设计要为了达到所希望的机械特性。尤其在机械应力或负荷较小的区域可节省材料，而在机械负荷较大的区域设置相应的相互成角形布设的或者相对于另一个臂段成角形布设的支杆。结构的设计要遵照已有的几何或机械指标。

与在一侧或两个相对置侧采用的桁架式结构不同，也可以设想，将C臂内部用隔板分隔成盒状。这样的结构可以顺利地利用铸件实现。这种例如从侧面进入的盒子形式同样能够集成大量所需要的电子部件。为了能够使连接或供电导线导引穿过，优选将所述隔板至少在局部穿孔。在此，在通过所构造的隔板与其他三个封闭的侧壁连接的情况下获得稳定性之后，优选使所述进入侧完全开放。

所述进入侧最终用可拆卸的衬板封闭，而该衬板为了装配和维护目的又能够简单而快速地拆下。

从制造技术的角度看，相宜的是，将C臂设计为两个独立的相互连接成弧形的臂段，在这种情况下在已装配好的状态下在一个臂段上布设射线源在另一个臂段上布设射线接收器。

在已知的X射线设备中通常设有升降装置，借助于该升降装置射线接收器可沿中心射线的轴线、亦即射线源直接与射线探测器连接的轴线运动。由此可以改变射线源和射线接收器之间的胶片-焦点-距离。在已知的设备中升降装置本身直接处于射线接收器旁的C臂端部上。这从重量方面以及C臂重心方面看终归不是最佳的。另外，沿径向看升降装置相对远地向外伸出，这限制了运动自由度。因此在采用侧面进入的空心的C臂时一项相宜的扩展设计是，所述两个臂段可借助于布设在C臂内部的升降装置相互相对运动。也就是说，按照本发明的开放式的C臂能够实现，在臂本身中集成升降装置，在优选机器人臂上的与C臂旋转轴支座相邻的区域内集成升降装置，从而可以使尽可能靠近旋转轴线的重心最优化，这对于改善运动特性是有利的。在承载射线接收器的C臂端部处的重量不再相当大的部分取决于升降装置，而是仅仅取决于位于那里的射线源，为此升降装置布设在C臂内部例如机器人臂旁的其旋转连接点处。C臂在射线接收器的区域内也不再侧向挑出，确切地说，其形状基本上由臂段本身的几何形状决定。

所述C臂本身相宜地通过一个臂段旋转地支撑，而另一个臂段在所述臂段上或在该臂段中导引移动。因此不需要采用附加的昂贵的定位或固定机构，确切地说，其中一个C臂段直接用于固定在机器人臂上，该C臂段就升降运动而言是位置固定的而另一个C臂段相对于该臂段而言可借助于升降装置移动。为此在该臂段上设有相应的固定措施。另一个臂段在该第一臂段上或在该第一臂段中直线地导引移动，由此可以通过升降装置相对于该第一臂段直线运动，从而使射线源相对于射线探测器直线运动。为了实现直线导引优选在位置固定的臂段上相宜地设有导轨，相应的另一个臂段的导向段在这些导轨上移动。

所述升降装置相宜地包括驱动电机和可通过该驱动电机操纵的升降机构，其中视驱动电机及升降机构的设计情况在该驱动电机之后相宜地连接加速或减速传动装置。

所述升降机构可以包括通过所述驱动电机或其后连接的传动装置驱动的固定的齿轮和布设在所述运动的臂段上且与该齿轮啮合的齿条。与之不同地，所述升降机构也可以具有通过所述驱动电机驱动的固定的丝杠，至少一个与所述运动的臂段连接的螺母在该丝杠上移动。这些所列举的不同的机构设计方案也不是限制性的，可以设想任意的既结构小又能具有足够升程的机构设计方案，小结构能够集成到臂内部。

与采用纯粹的机械式升降装置不同，也可以设想，在采用可电动、液压或气动操纵的从动缸的情况下设计这样一种升降装置，其中从动缸与所述两个臂段连接。

附图说明

借助附图从下述实施方式中给出本发明的其他优点、特征及详情。附图中：

图1示出了按照本发明包括安置在工业机器人上的C臂的X射线设备的原理示意图；

图2示出了局部按剖面表示的C臂的放大原理示意图。

具体实施方式

图1示出了按照本发明包括工业机器人2的X射线设备1，其具有安装在基座4上的机器人臂3，在此该基座4布设在地面上。机器人臂在基座4处总体上可围绕竖直轴线5旋转。它在基座4处通过第一机器人臂6安装在可围绕竖直轴线旋转的基座件7上，此外机器人臂还可围绕水平轴线8偏转。在该第一机器人臂6上有第二机器人臂9，该第二机器人臂在第一机器人臂上可围绕第二水平轴线10偏转。第二机器人臂9由安置在第一机器人臂6上的第一臂段9a和本身可围绕另一轴线11相对于所述臂段9a旋转的第二臂段9b组成。另外可围绕轴线13旋转的C臂支座12处于该臂段9b上。C臂14本身在C臂支座12上可围绕另一轴线17旋转，在C臂14布设射线源15及射线接收器12。在此总体而言给出了一种在空间上能够自由移动C臂14的六轴系统。

图2详细地示出了所述C臂14。可以看到，C臂14具有开放的结构并且在其内部是空的。相对置的两侧(在图2中的侧视图中当然仅可看到其中一侧)是开放的，也就是说，实施为相应的进入侧18，通过进入侧进入到臂内部。两个相互对置的进入侧具有桁架式结构或者具有桁架式布设的支杆，其设计尺寸和布设结构选择为，在材料使用量最小的情况下可以实现尽可能最佳的强度。通常用相应的衬板封闭的两个进入侧18现在能够实现，在C臂14内部可以集成一些在此示范性示出的不同的电子部件21。这些电子部件21用于运行射线源15和射线探测器16。这样的电子部件可以涉及任意部件或者也可以涉及电缆。它们通过适当的固定器件固定在C臂14的支杆20或保留的侧壁22上。

为了能够以简单的方式构成桁架结构，C臂14本身由两个优选设计为金属铸件的臂段23、24组成。臂段24具有固定部段25，臂段24可以通过该固定部段25以适合的固定法兰26安置在机器人臂3的C臂支座12上。该固定部段25可以是臂段24的一个整体组成部分，但是它也可以作为一个独立的铸件与具有开放的进入侧18的第二弧形部分相连，以便总体上构成所述第一臂段24。

臂段23通过也集成在C臂14内部的升降装置27可相对于位置固定地安置在C臂支座12上的臂段24直线运动。由此能够通过沿中心射线Z移动射线探测器16来改变射线探测器16相对于射线源15的距离。为此升降装置27包括驱动电机28，在该驱动电机之后连接传动装置29，通过该传动装置驱动齿轮30。由驱动电机28、传动机构29和齿轮30组成的该升降机构位置固定地安置在臂段24上。齿轮30与安置在臂段23上的齿条31啮合。在臂段24及其固定部段25上设计相互对置的导轨32，可运动的臂段23的相应的运行件33在该导轨上行驶。由此实现对臂段23和24相互间精确的直线导引。根据利用所述控制X射线设备1总体运行的(在此未详细示出，但是当然存在的)控制装置对驱动电机28的控制，能够在旋转方向和旋转速度方面改变齿轮30的运动，由此改变携带射线接收器16的臂段23的运动速度和运动方向。当然具有适合的在此未详细示出的位置传感器，用于检测臂段23以及进而用于射线接收器16相对于射线源15的精确定位，在这种情况下可以根据这样的位置检测对升降装置27进行控制。

尽管在此示出的是齿条驱动装置，但是同样也可以设想集成一主轴驱动装置。通过驱动电机使驱动主轴旋转，一个或多个可能与臂段23连接的适合的主轴螺母在该驱动主轴上移动。又通过直线导向装置(导轨32、运行件33)直线地导引该臂段23。也可以设想，取代桁架式的支杆结构而将臂内部用隔板分隔成盒状，亦即构造成从侧面打开的抽屉的形式。电子部件21可以集成组合在这些盒状的抽屉中。为了能够将通讯或供电导线导引穿过所述臂内部，而将这些隔板在局部穿孔。当然在此也可能采用相应的侧面衬板。

总体而言本发明所采用的C臂提供了基于开放式的臂结构而显著节省重量的可能性。此外在C臂内部在旋转轴线17附近区域内组合升降装置，就优化臂重心而言是有利的，C臂14围绕所述旋转轴线17可相对于C臂支座12旋转。升降装置27位于C臂在机器人臂上的固定点的附近，直线运动轴线在这种布设结构中垂直于旋转轴线17，臂段23以及进而射线接收器16可沿该直线运动轴线相对于臂段24及射线源15移动。此外，在C臂内部在与机器人臂连接的旋转连接点区域内组合升降装置的另一个优点在于，C臂在探测器一侧不再构造成如在已知的X射线设备中那样高。因为通常要求在已知的X射线设备中在C臂端部上布设占用相当大结构空间的升降装置，也就是说，升降装置沿径向看从C臂外侧伸出。这有时会成为限制C臂运动的因素，亦即由于升降装置挑出太远而不能驶到有些C臂位置。

Claims (8)

1.一种包括优选可旋转地安置在机器人臂上的C臂的X射线设备，在该C臂上布设射线源和射线接收器，其特征在于，为了在C臂的内部(19)集成至少一部分用于运行射线源(15)和射线接收器(16)的电子部件，从至少一个进入侧(18)进入至少局部空心的C臂(14)的内部。

2.按照权利要求1所述的X射线设备，其特征在于，所述C臂(14)基本上沿其整个长度是空心的以及能够从侧面进入。

3.按照权利要求1或2所述的X射线设备，其特征在于，从两个相互对置的进入侧(18)进入所述C臂(14)的内部。

4.按照权利要求1至3中任一项所述的X射线设备，其特征在于，所述C臂(14)在进入侧(18)具有桁架式布设的支杆(20)。

5.按照权利要求1至3中任一项所述的X射线设备，其特征在于，所述C臂(14)的内部通过隔板分隔成盒状。

6.按照权利要求1至5中任一项所述的X射线设备，其特征在于，所述进入侧(18)利用可拆卸的衬板封闭。

7.按照权利要求1至6中任一项所述的X射线设备，其特征在于，所述C臂由两个独立的相互连接成弧形的臂段(23，24)组成，在这种情况下在一个臂段(24)上布设射线源(15)而在另一个臂段(23)上布设射线接收器(16)。

8.按照权利要求7所述的X射线设备，其特征在于，所述两个臂段(23，24)可借助于布设在C臂内部(19)的升降装置(27)彼此相对运动。

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