CN106110517B - 一种用于肿瘤放疗的医学机器人 - Google Patents

Abstract

一种用于肿瘤放疗的医学机器人，包括升降机构，旋转机构，推进机构及蛇形机构；推进机构和蛇形机构设置于升降机构和旋转机构的上方，升降机构用于调整推进机构和蛇形机构在竖直方向上的高度，旋转机构用于调整推进机构和蛇形机构在水平方向上的角度；蛇形机构的一端固定设置于推进机构上，推进机构用于在水平面内推动蛇形机构前后运动，蛇形机构的另一端设置用于固定X射线源的安装基座；蛇形机构包括多个主体模块和关节模块，还包括一个驱动控制模块，关节模块具有多个摆动自由度，关节模块在驱动控制模块的驱动下带动主体模块沿着多个自由度方向摆动。本方案的医学机器人具有多自由度，变形灵活的优点。

Description

一种用于肿瘤放疗的医学机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种用于肿瘤放疗的医学机器人。

背景技术

近年来，在各种医学医疗领域，越来越多的开始应用机器人技术来协助医生完成各种医疗动作，这样不仅减少了病人的痛苦，而且有效提高了对病人病患处的治疗效率，如在手术过程中，尤其涉及到内窥镜手术，会利用随动机器人来自动持镜，协助医生完成各种难度比较大的内窥镜手术；

公开号为CN104783900的专利公开了一种随动式鼻内镜手术辅助机器人，可适配于不同手术床的导轨上的导轨适配器、连接于导轨适配器上且在垂直于手术床的方向上升降的自动升降机构、连接于自动升降结构末端且在平行于手术床的平面内伸缩的自动伸缩机构、连接于自动伸缩机构的末端的二自由度的RCM机构、连接于RCM机构的末端且带动鼻内镜进行深度进给及角度补偿的自动末端调节机构，机器人在手术中代替医生的手臂把持鼻内镜，并可进行调整。本方案中的机器人由于末端的RCM机构只有二自由度，且只能做一些比较简单的内镜手术，并不适合应用到肿瘤的放疗领域。而癌症是危害人类健康的一大难题，其中消化道癌、鼻咽癌等高发肿瘤，约占肿瘤发病率的1/3。目前治疗癌症的手段大多数采用放疗，放疗又分为内照射和外照射，然而外照射对肿瘤周围的正常组织误伤范围很广，内照射所用的施源器不可变形且体积大，体内很多部位都无法到达，比如消化道癌、鼻咽癌等部位，因此目前需要一种多自由度，变形灵活，体积小巧，可以准确定位到达人体腔内各个部位的用于肿瘤放疗的医学机器人。

发明内容

本发明旨在解决现有技术中没有合适的用于肿瘤放疗的医学机器人的技术问题，提供一多自由度，变形灵活的用于肿瘤放疗的医学机器人。

本发明的实施例提供一种用于肿瘤放疗的医学机器人，所述医学机器人包括升降机构，旋转机构，推进机构及蛇形机构。

所述推进机构和所述蛇形机构设置于所述升降机构和所述旋转机构的上方，所述升降机构用于调整所述推进机构和所述蛇形机构在竖直方向上的高度，所述旋转机构用于调整所述推进机构和所述蛇形机构在水平方向上的角度。

所述蛇形机构的一端固定设置于所述推进机构上，所述推进机构用于在水平面内推动所述蛇形机构前后运动，所述蛇形机构的另一端设置用于固定X射线源的安装基座。

所述蛇形机构包括多个主体模块、多个关节模块及一驱动控制模块，每相邻的两个主体模块通过一关节模块相连接。

所述关节模块包括一关节摆动臂，所述驱动控制模块用于驱动至少一关节摆动臂相对与其相连接的前一主体模块摆动，和/或驱动至少一关节摆动臂相对与其相连接的后一主体模块摆动。

所述关节摆动臂与其相连接的前一主体模块的摆动方向与该关节摆动臂与其相连接的后一主体模块的摆动方向相互垂直。

优选地，所述医学机器人进一步包括底盘平台，所述升降机构包括安装在所述底盘平台上的套筒，位于套筒外侧的升降电机及位于所述套筒内的推杆，所述升降电机驱动所述推杆沿套筒的轴向运动，所述旋转机构固定设置在所述推杆的顶端。

优选地，所述旋转机构包括一个盘式电机以及一个由盘式电机驱动连接的旋转盘，所述盘式电机固定设置在所述推杆的顶端。

优选地，所述推进机构包括固定在所述旋转盘上的壳体，位于壳体一端的推进电机，与所述推进电机驱动连接的丝杠，以及位于所述丝杠上的移动滑块，所述丝杠贯穿所述移动滑块，所述驱动电机驱动丝杠旋转带动所述移动滑块在丝杠上滑动，所述移动滑块的工作前端设有一个用于固定所述蛇形机构的末端夹具，所述蛇形机构的驱动控制模块设置在所述移动滑块的内部。

优选地，所述旋转盘与所述壳体之间还设有“工”字形或“Z”字形支撑机构，所述旋转盘与所述壳体分别与所述“工”字形或“Z”字形支撑机构固定连接。

优选地，所述底盘平台下面还设有多个万向轮，所述万向轮上还设有用于锁止万向轮锁止机构。

优选地，所述多个主体模块包括首主体模块、尾主体模块及位于所述首主体模块和尾主体模块之间的至少一中间主体模块。

所述首主体模块包括第一驱动机构，所述尾主体模块包括第二驱动机构，所述中间主体模块包括所述第一驱动机构和所述第二驱动机构，所述驱动控制模块控制所述第一驱动机构工作以驱动所述关节摆动臂相对与其相连接的前一主体模块摆动，和/或控制所述第二驱动机构工作以驱动所述关节摆动臂相对与其相连接的后一主体模块摆动。

优选地，所述关节模块包括一个与其相邻前一个主体模块固定连接的头关节和与其相邻后一个主体模块固定连接的尾关节；还包括第一小锥齿轮、第一大锥齿轮、第一大锥齿轮轴、第二小锥齿轮、第二大锥齿轮及第二大锥齿轮轴。

所述头关节设有与第一驱动机构对应的第一轴承孔，第一小锥齿轮通过轴承基座安装在所述第一轴承孔中并固定套设在第一驱动机构的驱动轴上；所述尾关节设有与第二驱动机构对应的第二轴承孔，第二小锥齿轮通过轴承基座安装在所述第二轴承孔中并固定套设在第二驱动机构的驱动轴上。

所述关节摆动臂上设有两个前支臂，所述头关节上还设有两个与前支臂相配合的头关节支臂，所述前支臂和头关节支臂上都设有容纳所述第一大锥齿轮轴的通孔，所述关节摆动臂通过第一大锥齿轮轴与所述头关节转动连接，所述第一大锥齿轮固定设置在所述第一大锥齿轮轴上并与所述第一小锥齿轮传动啮合，所述第一小锥齿轮的动力传递给第一大锥齿轮并带动关节摆动臂相对头关节摆动。

所述关节摆动臂上还设有两个后支臂，所述尾关节上还设有两个与后支臂相配合的尾关节支臂，所述后支臂和尾关节支臂上也都设有容纳所述第二大锥齿轮轴的通孔，所述关节摆动臂通过第二大锥齿轮轴与所述尾关节转动连接，所述第二大锥齿轮固定设置在所述第二大锥齿轮轴上并与所述第二小锥齿轮传动啮合，所述第二小锥齿轮的动力传递给第二大锥齿轮并带动关节摆动臂相对尾关节摆动。

优选地，所述首主体模块及中间主体模块上分别设有第一驱动机构安装通孔，所述尾主体模块及中间主体模块上分别设有第二驱动机构安装通孔，所述每个中间主体模块上的第一驱动机构安装通孔与第二驱动机构安装通孔反向且平行设置，所述第一驱动机构安装通孔尾部及第二驱动机构安装通孔尾部分别设有内螺纹，第一驱动机构及第二驱动机构安装在对应的安装通孔内，尾部内螺纹与螺栓拧紧配合，螺栓顶紧对应的驱动机构。

优选地，所述主体模块上还设有一个中空内腔，所述每个驱动机构安装通孔内壁上设有连通所述通孔及所述中空内腔的出线孔，所述关节摆动臂、头关节及尾关节上也分别设有与主体模块上中空内腔相对应的空腔，所述每个驱动机构的电源线及控制线通过所述出线孔穿出到所述中空内腔，并穿过相应的其他主体模块的中空内腔与关节摆动臂、头关节及尾关节上的空腔与所述驱动控制模块电连接。

以上技术方案中，所述用于肿瘤放疗的医学机器人的升降机构及旋转机构，可以有效调整医学机器人的高度和角度，能够适应各种类型的医疗床的高度和病人的各种姿态，通过一个推进机构带动蛇形机构工作，该蛇形机构通过一个驱动控制模块驱动关节模块与其相连的前一个主体模块及与其相连的后一个主体模块分别相对转动，所述关节模块在驱动控制模块的驱动下带动主体模块沿着多个自由度方向摆动，因此，在用于肿瘤放疗的治疗中，所述蛇形机构因为具有多个自由度，因此可以灵活的进行变形，适应各种人体的腔道，可以准确定位及到达人体腔内各个部位。

附图说明

图1是本发明用于肿瘤放疗的医学机器人的一种实施例的结构组成示意图；

图2是本发明医学机器人的底盘平台与升降机构的装配结构示意图；

图3是本发明医学机器人的旋转机构的结构示意图；

图4是本发明医学机器人的推进机构的结构示意图；

图5是本发明的蛇形机构的结构组成示意图；

图6是本发明的蛇形机构关节模块与主体模块的结构组成示意图；

图7是本发明的蛇形机构关节模块与驱动电机的结构组成示意图；

图8是本发明的蛇形机构关节模块中关节摆动臂的结构示意图；

图9是本发明的蛇形机构关节模块中头关节的结构示意图；

图10是本发明的蛇形机构关节模块中尾关节的结构示意图；

图11是本发明的蛇形机构主体模块的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。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。

如图1所示，本发明的实施例提供一种用于肿瘤放疗的医学机器人，包括升降机构，旋转机构6，推进机构8及蛇形机构9。

所述推进机构8和所述蛇形机构9设置于所述升降机构和所述旋转机构6的上方，所述升降机构用于调整所述推进机构8和所述蛇形机构9在竖直方向上的高度，所述旋转机构6用于调整所述推进机构8和所述蛇形机构9在水平方向上的角度。

所述蛇形机构9的一端固定设置于所述推进机构8上，所述推进机构8用于在水平面内推动所述蛇形机构9前后运动，所述蛇形机构9的另一端设置用于固定X射线源的安装基座。

为了延长所述医学机器人的各个部件的工作寿命，作为本发明的第一种实施例，所述旋转机构6设置在所述升降机构的顶端，并随着升降机构在竖直方向上下运动，所述推进机构8固定设置在所述旋转机构6上，并随着旋转机构6沿水平面周向转动。

如图2所示，在本实施方案中，为了进一步增强所述医学机器人的稳固性，所述医学机器人进一步包括一个底盘平台2。为了调整蛇形机构9在不同高度上进行放疗治疗，优选地，所述升降机构包括升降电机3，套筒4和推杆5。所述套筒4安装在底盘平台2上，升降电机3安装在套筒4的外侧，推杆5安装于套筒4内，通过升降电机3驱动推杆5，使推杆5可以在套筒4内沿着图中箭头表示运动方向上下移动，所述旋转机构6固定设置在所述推杆5的顶端。

进一步地，为了实现医学机器人中蛇形机构的周向角度的调整，如图3所示，所述旋转机构6可以包括盘式电机61和旋转盘62。其中，盘式电机61固定在推杆5上，通过盘式电机61带动旋转盘62进行沿图中箭头表示的旋转方向在同一水平面内进行旋转。

更进一步地，结合图4所示，所述推进机构8包括固定在所述旋转盘62上的壳体，位于壳体一端的推进电机13，与所述推进电机13驱动连接的丝杠12，以及位于所述丝杠12上的移动滑块11，所述丝杠12贯穿所述移动滑块11，所述推进电机13驱动丝杠12旋转带动所述移动滑块11在丝杠12上滑动，所述移动滑块11的工作前端设有一个用于固定所述蛇形机构9的末端夹具10，末端夹具10安装在移动滑块11上，两端用对称螺栓固定夹紧，并随着移动滑块11做轴向运动，所述蛇形机构的驱动控制模块设置在所述移动滑块11的内部。

如图1所示，为了增加稳固性，在所述旋转盘62与所述推进机构8的壳体之间还设有“工”字形或“Z”字形支撑机构，所述旋转盘62与所述壳体分别与所述“工”字形或“Z”字形支撑机构固定连接。

同时，为了方便移动所述医学机器人，在所述底盘平台2的下面还设有多个万向轮1。本实施例中，所述万向轮优选设置为4个，所述万向轮1上还设有用于锁止万向轮锁止机构，当把用于肿瘤放疗的医学机器人移动到一个合适的位置后，通过锁止机构可以锁定万向轮1的移动。

作为本发明的第二种实施例，所述旋转机构6与所述升降机构可以互换位置，即可将所述旋转机构设置在所述升降机构的下方，其他部件的位置关系保持不变。具体地，所述旋转结构6安装在所述底盘平台2上，所述旋转机构6包括固定在所述底盘平台2上的盘式电机61，及与盘式电机驱动连接的旋转盘62。

所述升降机构固定设置在所述旋转盘62上，并随着旋转盘62沿水平面周向转动。所述推进机构8固定设置在所述升降机构的顶端，并随着升降机构在竖直方向上下运动。本实施例中因其他部件的位置设置关系与第一实施例中的设置方式基本相同，在此不再赘述。

上述过程只是完成了医学机器人上蛇形机构9的轴向推进，当蛇形机构9进入人体自然腔道后，要适应人体自然腔道实现不同程度的弯曲，以及定点姿态的控制，此时就需要多个主体模块100和关节模块200的协同完成不同程度的弯曲以及定点姿态的控制，为了实现定点放射治疗，所述蛇形机构的工作前端的安装基座上还装配有碳纳米管X射线源，通过精准的控制实现对肿瘤细胞的放疗治疗。

下面将具体描述本发明实施例中的蛇形机构9的结构及工作原理：

结合图5、图6及图7所示，本发明的实施例提供一种蛇形机构9，包括多个主体模块100和关节模块200，还包括一个驱动控制模块(图中未示出)，每相邻的两个主体模块100通过一个关节模块200相连接；

所述关节模块200包括一关节摆动臂210，所述驱动控制模块用于驱动至少一关节摆动臂210相对与其相连接的前一主体模块100摆动，和/或驱动至少一关节摆动臂210相对与其相连接的后一主体模块100摆动；

所述关节摆动臂210与其相连接的前一主体模块100的摆动方向与该关节摆动臂210与其相连接的后一主体模块100的摆动方向相互垂直。这里假设一个关节摆动臂210与其相连接的前一主体模块100的摆动方向为上下摆动，那么该关节摆动臂210与其相连接的后一主体模块100的摆动方向即为左右摆动。本发明实施例所提供的蛇形机构9的每个关节模块都能够实现上下左右的摆动，从而可以实现蛇形机构9的多个主体模块100的多自由度的摆动。

进一步地，所述多个主体模块100包括首主体模块、尾主体模块及位于所述首主体模块和尾主体模块之间的至少一中间主体模块；这里定义首主体模块为蛇形机器人靠近驱动控制模块的一端上位于最外侧的一个主体模块。尾主体模块为蛇形机器人远离驱动控制模块的一端上位于最外侧的一个主体模块。

结合图7所示，所述首主体模块包括第一驱动机构101，所述尾主体模块包括第二驱动机构102，因中间主体模块100的两端分别设置了与之相连的关节模块，因此所述中间主体模块中同时设置了所述第一驱动机构101和所述第二驱动机构102，如果第一驱动机构101用来驱动该中间模块左侧的关节模块，那么第二驱动机构102就用来驱动该中间模块右侧的关节模块。所述驱动控制模块控制所述第一驱动机构101工作以驱动所述关节摆动臂210相对与其相连接的前一主体模块100摆动，和/或控制所述第二驱动机构102工作以驱动所述关节摆动臂210相对与其相连接的后一主体模块100摆动。

进一步地，为方便装配主体模块100之间的关节模块200，结合图2和图3所示，所述关节模块200包括一个与之相邻的前一个主体模块100固定连接的头关节230和一个与之相邻的后一个主体模块100固定连接的尾关节220，所述关节摆动臂210分别与所述头关节230和所述尾关节220转动连接。

本实施例中，所述第一驱动机构和第二驱动机构可以为现有技术的各种用作动力驱动的装置，如电机、马达、发动机等等。此处第一驱动机构及第二驱动机构优选为微型直流无刷伺服电机。

所述关节模块200还包括第一大锥齿轮203、第一大锥齿轮轴204、第一小锥齿轮202、第二大锥齿轮201、第二大锥齿轮轴206及第二小锥齿轮205。

所述头关节230设有与第一驱动机构101对应的第一轴承孔232，第一小锥齿轮202通过一轴承基座安装在所述第一轴承孔232中并固定套设在第一驱动机构的驱动轴上，第一驱动机构101通过所述驱动轴驱动第一小锥齿轮202转动。

所述尾关节220设有与第二驱动机构102对应的第二轴承孔222，第二小锥齿轮205通过一轴承基座安装在所述第二轴承孔222中并固定套设在第二驱动机构的驱动轴上，第二驱动机构102通过驱动轴驱动第二小锥齿轮205转动。

如图8所示，所述关节摆动臂210上设有两个前支臂211、213，所述头关节230上还设有两个与前支臂211、213相配合的头关节支臂231、234。所述前支臂和头关节支臂上都设有容纳所述第一大锥齿轮轴204的通孔，所述关节摆动臂210通过第一大锥齿轮轴204与所述头关节230转动连接。所述第一大锥齿轮203固定设置在所述第一大锥齿轮轴204上并与所述第一小锥齿轮202传动啮合，所述第一小锥齿轮202的动力传递给第一大锥齿轮203并带动关节摆动臂210相对头关节230摆动。

为了定位第一大锥齿轮203在第一大锥齿轮轴204上的位置，第一大锥齿轮的侧面并排设有两个顶丝孔，同样为了定位第一小锥齿轮202在对应驱动轴上的位置，第一小锥齿轮202的侧面也设有顶丝孔。

作为一种优选实施方案，结合图4及图5所示，所述头关节支臂231、234，与所述关节摆动臂210上的前支臂211、213相配合时，两个前支臂211、213分别位于并贴合在两个头关节支臂231、234的内侧，头关节支臂上设有用于安装第一大锥齿轮轴204的轴承基座，所述前支臂的其中一个支臂上211设有半圆孔，其中另一个支臂213上设有圆孔，所述第一大锥齿轮轴204与所述半圆孔相配合的地方设置为半圆轴。

本实施例中，用于安装定位第一大锥齿轮203的齿轮轴两端是轴承内径，中间一部分是半圆轴状的，另一部分是圆的阶梯轴，关节摆动臂210是通过第一大锥齿轮轴204与头关节230转动连接，所述头关节230先装配好用于安装第一大锥齿轮203的轴承和第一小锥齿轮202的轴承，第一小锥齿轮202先配合安装于相对应的轴承内且与与第一驱动机构101的驱动轴过渡配合并通过对应的顶丝固定相连接，然后安装第一大锥齿轮轴204穿过头关节支臂上的轴承、关节摆动臂210的一个支臂213，再穿过第一大锥齿轮203、关节摆动支臂210的另一个支臂211，并与头关节支臂上的另一个轴承配合。其中，轴承与轴承基座的配合都属于过渡配合，最后再用顶丝加固第一大锥齿轮203，因关节摆动臂210的前支臂的其中一个支臂211上设有半圆孔，所述第一大锥齿轮轴204与所述半圆孔相配合的地方设置为半圆轴，所以第一大椎齿轮轴204相对关节摆动臂210的前支臂不会转动，当第一大锥齿轮203转动时，会通过第一大锥齿轮轴204带动关节摆动臂210相对头关节230摆动。

进一步地，所述关节摆动臂210上还设有两个后支臂214、215，所述尾关节220上还设有两个与所述后支臂214、215相配合的尾关节支臂221、224，所述后支臂和尾关节支臂上也都设有容纳所述第二大锥齿轮轴206的通孔。所述关节摆动臂210通过第二大锥齿轮轴206与所述尾关节220转动连接，所述第二大锥齿轮201固定设置在所述第二大锥齿轮轴206上并与所述第二小锥齿轮205传动啮合，所述第二小锥齿轮205的动力传递给第二大锥齿轮201并带动关节摆动臂210相对尾关节220摆动。

同样，为了定位第二大锥齿轮201在第二大锥齿轮轴206上的位置，第二大锥齿轮201的侧面也并排设有两个顶丝孔，同样为了定位第二小锥齿轮205在对应驱动轴上的位置，第二小锥齿轮205的侧面也设有顶丝孔。

优选地，所述尾关节支臂221、224，与所述关节摆动臂210的后支臂214、215相配合时，两个后支臂214、215分别位于并贴合在两个尾关节支臂221、224的内侧，尾关节支臂上设有用于安装第二大锥齿轮轴206的轴承基座，所述后支臂的其中一个支臂215上设有半圆孔，其中另一个支臂214上设有圆孔，所述第二大锥齿轮轴206与所述半圆孔相配合的地方设置为半圆轴。

本实施例中，用于安装定位第二大锥齿轮201的第二大锥齿轮轴206两端是轴承内径，中间一部分是半圆轴状的，另一部分是圆的阶梯轴，关节摆动臂210的两个后支臂是通过第二大锥齿轮轴206与尾关节支臂221、224转动连接。所述尾关节220先装配好用于安装第二大锥齿轮201的轴承和第二小锥齿轮205的轴承，第二小锥齿轮205先配合安装于相对应的轴承内且与第二驱动机构102的驱动轴过渡配合并通过对应的顶丝固定相连接，然后安装第二大锥齿轮轴206穿过尾关节支臂上的轴承、关节摆动臂210的一个支臂214，再穿过第二大锥齿轮201、关节摆动支臂210的另一个后支臂215，并与尾关节支臂上的另一个轴承配合。其中，轴承与轴承基座的配合都属于过渡配合，最后再用顶丝加固第二大锥齿轮201。因关节摆动臂210的后支臂的其中一个支臂215上设有半圆孔，所述第二大锥齿轮轴206与所述半圆孔相配合的地方设置为半圆轴，所以第二大椎齿轮轴206相对关节摆动臂210的后支臂不会转动。当第二大锥齿轮201转动时，会通过第二大锥齿轮轴206带动关节摆动臂210相对尾关节220摆动。

结合图8所示，所述关节摆动臂210是左右两边偏心且正交的结构，所述关节摆动臂210的两个前支臂211、213上对应的半圆孔的圆心和圆孔的圆心的连线与两后支臂214、215上对应的半圆孔的圆心和圆孔的圆心的连线正交。所述两个前支臂的其中一个支臂211与另一个支臂213之间设有前退让槽212，所述两个后支臂的其中一个支臂214与另一个支臂215之间设有后退让槽216。设置退让槽的目的一方面可以避免大锥齿轮和小锥齿轮啮合传动过程的干涉问题，另一方面可以减轻关节摆动臂210的重量，减少耗材。

本实施例中所述关节摆动臂210、头关节230及尾关节220的横截面优选为为圆形结构，即关节摆动臂210，头关节230及尾关节220都为长度不等的圆柱体，这种圆形结构的柱体更符合蛇形机器人的仿生学原理。

在所述关节摆动臂210上，所述两个前支臂211、213分别设置在关节摆动臂210的一侧端面上的边缘位置上，且沿关节摆动臂210的轴向延伸。同时，在所述关节摆动臂210的两个前支臂211、213所在端面上远离所述前支臂的一侧倾斜延伸形成朝向边缘厚度逐渐变薄的楔形面217。

进一步地，结合图9所示，在所述头关节230上形成一个与该楔形面217相配合的退让楔形面235。由于设置楔形面217及退让楔形面235，有效增加了关节摆动臂210与头关节230之间的有效摆动角度。

同样地，所述两个后支臂214、215分别设置在关节摆动臂210的另一侧端面上的边缘位置上，且沿关节摆动臂210的轴向延伸。同时，在所述关节摆动臂的两个前支臂211、213所在端面上远离所述前支臂的一侧倾斜延伸也形成朝向边缘厚度逐渐变薄的楔形面。

进一步地，结合图10所示，在所述尾关节220上也形成一个与该楔形面相配合的退让楔形面225。这样设置也有效增加了关节摆动臂210与尾关节220之间的有效摆动角度。

本实施例中，考虑到蛇形机器人关节模块200的设计空间及齿轮的传动比，在实现精确传动，减小误差的同时，尽量保证关节模块200的结构紧凑性，优选地，所述第一大锥齿轮203及第二大锥齿轮201分别为模数为0.2，齿数为28的锥形齿轮；所述第一小锥齿轮202及第二小锥齿轮205分别为模数为0.2，齿数为14的锥形齿轮。因蛇形机器人各关节模块与主体模块之间的转动角度最大是300°，为了进一步减小各关节的轴向距离，进一步地把蛇形机器人做小做紧凑，所述第一大锥齿轮及第二大锥齿轮分别削去60°牙。

进一步地，结合图9、图10及图11所示，述主体模块100的两端分别设有三个螺纹孔103。在所述主体模块100的每一端上，以中间螺纹孔为基准，另外两个螺纹孔分别位于中间螺纹孔的两侧，且与中间螺纹孔的径向夹角分别为35°和45°。

所述头关节230及尾关节220上分别设有与上述三个螺纹孔相对应配合的螺孔。如在主体模块100的前端设有三个螺纹孔103，则在尾关节220上设有与之对应的螺孔223。同样，在主体模块100的后端上设有三个螺纹孔，则在头关节230上设有与其对应的螺孔233。所述头关节230及尾关节220分别通过螺栓固定连接在所述主体模块100上。

结合图11所示，所述首主体模块及中间主体模块上分别设有第一驱动机构安装通孔105，所述尾主体模块及中间主体模块上分别设有第二驱动机构安装通孔104，所述每个中间主体模块上的第一驱动机构安装通孔105与第二驱动机构安装通孔104反向且平行设置。所述第一驱动机构安装通孔105尾部及第二驱动机构安装通孔104尾部分别设有内螺纹。在所述首主体模块中，第一驱动机构直接装配在第一驱动机构安装通孔中，并与对应的小锥齿轮驱动连接。在所述尾主体模块中，第二驱动机构直接装配在第二驱动机构安装通孔中，并与对应的小锥齿轮驱动连接。在所述中间主体模块中，第一驱动机构101及第二驱动机构102平行且反向安装在对应的驱动机构安装通孔内且与对应的小锥齿轮驱动连接。所述每个驱动机构安装通孔尾部内螺纹与螺栓拧紧配合，螺栓顶紧对应的驱动机构。

第一驱动机构安装通孔105及第二驱动机构安装通孔104在主体模块100上偏心设计，第一驱动机构安装通孔105及第二驱动机构安装通孔104的截面分别位于每个中间主体模块100的同一半圆截面上。

所述主体模块100上还设有一个中空内腔106，优选地，所述中空内腔106的截面位于主体模块100的另一半圆截面上，所述每个驱动机构安装通孔内壁上设有连通所述安装通孔及所述中空内腔的出线孔。与此同时，所述关节摆动臂210、头关节230及尾关节220上也分别设有与主体模块100上中空内腔相对应的空腔。所述每个驱动机构的电源线及控制线通过所述出线孔穿出到所述中空内腔，并穿过相应的其他主体模块的中空内腔与关节摆动臂、头关节及尾关节上的空腔与所述驱动控制模块电连接。

在所述蛇形机构9的工作前端设置的碳纳米管安装基座，用来安装碳纳米管X射线源，控制X射线源的控制模块也设置在所述移动滑块11内，所述X射线源的高压线也通过主体模块100的中空内腔106与关节摆动臂210、头关节230及尾关节220上的空腔穿回到移动滑块11内并与对应的控制模块相连接。

本实施例所述的蛇形机构9的具体工作过程如下：

蛇形机构9通电工作，位于移动滑块11内的驱动控制模块控制所述反向且偏心安装于主体模块100内的第一驱动机构101及第二驱动机构102转动工作，第一驱动机构101带动安装在第一驱动机构的驱动轴上的第一小锥齿轮202转动，第一小锥齿轮202带动与之互相啮合的第一大锥齿轮203转动，进而带动关节摆动臂210相对于头关节230转动，实现关节模块200的上下摆动。

同样，第二驱动机构102带动安装在第二驱动机构102输出轴上的第二小锥齿轮205转动，第二小锥齿轮205带动与之互相啮合的第二大锥齿轮201转动，进而带动关节摆动臂210相对于尾关节220转动，实现关节模块200的左右摆动。

本实施例所述的蛇形机构9由多个相同的主体模块100和关节模块200相连组成，上位机编写好程序，运行程序，下位机就会自动响应，进而驱动蛇形机构主体模块100中的第一驱动机构101和第二驱动机构102转动，驱动机构转动就会带动关节模块200实现上下左右摆动，多个驱动模块中的驱动机构转动就会带动多个关节模块实现上下左右摆动，这样就能够实现蛇形机构多自由度的摆动。

综上所述，本发明上述实施例所提出的用于肿瘤放疗的医学机器人通过升降机构、旋转机构6、推进机构8和蛇形机构9组合运动，不仅具有运动平稳快速，多角度多方位定位的功能，而且所述的蛇形机构9具有高柔性，运动灵活，结构紧凑，狭小空间穿梭，模块化设计的可靠性和维护性高等优点。

所述用于肿瘤放疗的医学机器人通过升降机构可以快速升降，相比液动或者气动方式更快更平稳，运动定位精度高，同时采用旋转机构6可以实现多角度多方位的定位，便于实现放疗。通过对蛇形机构的控制，可以实现在人体腔道内的不同程度的弯曲和姿态控制，更好地实现对肿瘤细胞的定点放射治疗。本发明的用于肿瘤放疗的医学机器人结构紧凑，运动平稳，能实现多角度多方位的放疗，可用于人体腔道内的肿瘤定点放射治疗，定位精度高，运动平稳快速，柔性好，高可靠性，高维护性且成本低。

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 (8)

1.一种用于肿瘤放疗的医学机器人，其特征在于：所述医学机器人包括升降机构，旋转机构，推进机构及蛇形机构；

所述推进机构和所述蛇形机构设置于所述升降机构和所述旋转机构的上方，所述升降机构用于调整所述推进机构和所述蛇形机构在竖直方向上的高度，所述旋转机构用于调整所述推进机构和所述蛇形机构在水平方向上的角度；

所述蛇形机构的一端固定设置于所述推进机构上，所述推进机构用于在水平面内推动所述蛇形机构前后运动，所述蛇形机构的另一端设置用于固定X射线源的安装基座；

所述蛇形机构包括多个主体模块、多个关节模块及一驱动控制模块，每相邻的两个主体模块通过一关节模块相连接；

所述关节模块包括一关节摆动臂，所述驱动控制模块用于驱动至少一关节摆动臂相对与其相连接的前一主体模块摆动，和/或驱动至少一关节摆动臂相对与其相连接的后一主体模块摆动；

所述关节摆动臂与其相连接的前一主体模块的摆动方向与该关节摆动臂与其相连接的后一主体模块的摆动方向相互垂直；

所述多个主体模块包括首主体模块、尾主体模块及位于所述首主体模块和尾主体模块之间的至少一中间主体模块；所述首主体模块包括第一驱动机构，所述尾主体模块包括第二驱动机构，所述中间主体模块包括所述第一驱动机构和所述第二驱动机构，所述驱动控制模块控制所述第一驱动机构工作以驱动所述关节摆动臂相对与其相连接的前一主体模块摆动，和/或控制所述第二驱动机构工作以驱动所述关节摆动臂相对与其相连接的后一主体模块摆动；

所述关节模块包括一个与其相邻前一个主体模块固定连接的头关节和与其相邻后一个主体模块固定连接的尾关节；

还包括第一小锥齿轮、第一大锥齿轮、第一大锥齿轮轴、第二小锥齿轮、第二大锥齿轮及第二大锥齿轮轴；

所述头关节设有与第一驱动机构对应的第一轴承孔，第一小锥齿轮通过轴承基座安装在所述第一轴承孔中并固定套设在第一驱动机构的驱动轴上；

所述尾关节设有与第二驱动机构对应的第二轴承孔，第二小锥齿轮通过轴承基座安装在所述第二轴承孔中并固定套设在第二驱动机构的驱动轴上；

所述关节摆动臂上设有两个前支臂，所述头关节上还设有两个与前支臂相配合的头关节支臂，所述前支臂和头关节支臂上都设有容纳所述第一大锥齿轮轴的通孔，所述关节摆动臂通过第一大锥齿轮轴与所述头关节转动连接，所述第一大锥齿轮固定设置在所述第一大锥齿轮轴上并与所述第一小锥齿轮传动啮合，所述第一小锥齿轮的动力传递给第一大锥齿轮并带动关节摆动臂相对头关节摆动；

所述关节摆动臂上还设有两个后支臂，所述尾关节上还设有两个与后支臂相配合的尾关节支臂，所述后支臂和尾关节支臂上也都设有容纳所述第二大锥齿轮轴的通孔，所述关节摆动臂通过第二大锥齿轮轴与所述尾关节转动连接，所述第二大锥齿轮固定设置在所述第二大锥齿轮轴上并与所述第二小锥齿轮传动啮合，所述第二小锥齿轮的动力传递给第二大锥齿轮并带动关节摆动臂相对尾关节摆动。

2.根据权利要求1所述的用于肿瘤放疗的医学机器人，其特征在于：所述医学机器人进一步包括底盘平台，所述升降机构包括安装在所述底盘平台上的套筒，位于套筒外侧的升降电机及位于所述套筒内的推杆，所述升降电机驱动所述推杆沿套筒的轴向运动，所述旋转机构固定设置在所述推杆的顶端。

3.根据权利要求2所述的用于肿瘤放疗的医学机器人，其特征在于：所述旋转机构包括一个盘式电机以及一个由盘式电机驱动连接的旋转盘，所述盘式电机固定设置在所述推杆的顶端。

4.根据权利要求3所述的用于肿瘤放疗的医学机器人，其特征在于：所述推进机构包括固定在所述旋转盘上的壳体，位于壳体一端的推进电机，与所述推进电机驱动连接的丝杠，以及位于所述丝杠上的移动滑块，所述丝杠贯穿所述移动滑块，所述驱动电机驱动丝杠旋转带动所述移动滑块在丝杠上滑动，所述移动滑块的工作前端设有一个用于固定所述蛇形机构的末端夹具，所述蛇形机构的驱动控制模块设置在所述移动滑块的内部。

5.根据权利要求4所述的用于肿瘤放疗的医学机器人，其特征在于：所述旋转盘与所述壳体之间还设有“工”字形或“Z”字形支撑机构，所述旋转盘与所述壳体分别与所述“工”字形或“Z”字形支撑机构固定连接。

6.根据权利要求2所述的用于肿瘤放疗的医学机器人，其特征在于：所述底盘平台下面还设有多个万向轮，所述万向轮上还设有用于锁止万向轮锁止机构。

7.根据权利要求1所述的用于肿瘤放疗的医学机器人，其特征在于：所述首主体模块及中间主体模块上分别设有第一驱动机构安装通孔，所述尾主体模块及中间主体模块上分别设有第二驱动机构安装通孔，所述每个中间主体模块上的第一驱动机构安装通孔与第二驱动机构安装通孔反向且平行设置，所述第一驱动机构安装通孔尾部及第二驱动机构安装通孔尾部分别设有内螺纹，第一驱动机构及第二驱动机构安装在对应的安装通孔内，尾部内螺纹与螺栓拧紧配合，螺栓顶紧对应的驱动机构。

8.根据权利要求7所述的用于肿瘤放疗的医学机器人，其特征在于：所述主体模块上还设有一个中空内腔，所述每个驱动机构安装通孔内壁上设有连通所述通孔及所述中空内腔的出线孔，所述关节摆动臂、头关节及尾关节上也分别设有与主体模块上中空内腔相对应的空腔，所述每个驱动机构的电源线及控制线通过所述出线孔穿出到所述中空内腔，并穿过相应的其他主体模块的中空内腔与关节摆动臂、头关节及尾关节上的空腔与所述驱动控制模块电连接。