CN109316240A - 手术用被动臂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗技术领域，提供手术用被动臂，包括被动臂本体，所述被动臂本体包括被动臂外壳和设置在所述被动臂外壳内的驱动机构，所述被动臂外壳的端部固定有球头外壳，所述球头外壳中设置有球头销和球碗，所述球头外壳上开设有供所述球头销穿出的开口，所述球碗或所述球头销连接所述驱动机构，所述驱动机构锁紧或者松开所述球头销。本发明的手术用被动臂，其端部的关节为球头关节，包括互相配合的球头销和球碗。当驱动机构驱动球碗或者球头销运动时，可以将球头销锁紧，进而实现球头关节的锁紧，以快速准确的实现手术臂的定位。该种手术用被动臂锁定方式简单便于操作，并且适于推广。

Description

手术用被动臂

技术领域

本发明涉及医疗技术领域，尤其涉及手术用被动臂。

背景技术

在医疗领域，尤其是手术机器人领域，存在对肢体、手术工具等的固定把持需求，且把持力需求较高。现有医疗器械依据不同的把持需求设计了不同的把持支架，但是缺少普遍适用的、多自由度的把持机构。同时，现有的把持支架采用机械锁定方式，需要医生拧动旋钮达到单个关节的锁定，因此在多自由度把持固定时费时费力，影响手术工具的定位操作。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

本发明的其中一个目的是：提供一种手术用被动臂，解决现有技术中存在的医疗器械把持支架锁定方式费时费力，且影响手术工具的定位操作的技术问题。

为了实现该目的，本发明提供了一种手术用被动臂，包括被动臂本体，所述被动臂本体包括被动臂外壳和设置在所述被动臂外壳内的驱动机构，所述被动臂外壳的端部固定有球头外壳，所述球头外壳中设置有球头销和球碗，所述球头外壳上开设有供所述球头销穿出的开口，所述球碗或所述球头销连接所述驱动机构，所述驱动机构锁紧或者松开所述球头销。

本发明的技术方案具有以下优点：本发明的手术用被动臂，其端部的关节为球头关节，包括互相配合的球头销和球碗。当驱动机构驱动球碗或者球头销运动时，可以将球头销锁紧，进而实现球头关节的锁紧，以快速准确的实现手术臂的定位。该种手术用被动臂锁定方式简单便于操作，并且适于推广。

根据本发明的一个实施例，所述手术用被动臂包括上臂和前臂，所述被动臂本体包括互相铰接的上臂本体和前臂本体；所述上臂本体包括上臂外壳和设置在所述上臂外壳中的第一驱动机构，所述前臂本体包括前臂外壳和设置在所述前臂外壳中的第二驱动机构。

根据本发明的一个实施例，在所述上臂本体和前臂本体的铰接处设置有锁紧组件；所述锁紧组件包括设置在所述上臂外壳中且连接所述第一驱动机构的第一锁紧部件，以及设置在所述前臂外壳中且连接所述第二驱动机构的第二锁紧部件；所述第一锁紧部件和所述第二锁紧部件之间设置有弹性件；所述第一驱动机构和所述第二驱动机构带动所述第一锁紧部件和所述第二锁紧部件锁紧并压缩所述弹性部件。

根据本发明的一个实施例，所述第一锁紧部件安装在第一安装轴段上并可沿着所述第一安装轴段的轴向移动，所述第二锁紧部件安装在第二安装轴段上并可沿着所述第二安装轴段的轴向移动，所述第一安装轴段垂直于所述第一驱动机构的驱动方向，所述第二安装轴段垂直于所述第二驱动机构的驱动方向，所述第一驱动机构工作时驱动所述第一锁紧部件沿着所述第一安装轴段运动，所述第二驱动机构工作时驱动所述第二锁紧部件沿着所述第二安装轴段运动。

根据本发明的一个实施例，所述上臂外壳和前臂外壳均包括互相连接的第一外壳和第二外壳，所述第一外壳和所述球头外壳固定，所述第一安装轴段和第二安装轴段分别安装在所述上臂外壳和前臂外壳的第二外壳上，所述第二外壳的外表面和所述第一外壳的内表面形成有互相配合的圆锥面。

根据本发明的一个实施例，所述第一锁紧部件和所述第二锁紧部件为互相配合的两个齿轮或者互相配合的两个摩擦片。

根据本发明的一个实施例，所述上臂本体和前臂本体通过铰接轴铰接，所述第一安装轴段和第二安装轴段同轴且均属于所述铰接轴。

根据本发明的一个实施例，所述驱动机构为伸缩杆、电推杆、丝杠、液压缸和气压缸中的一种。

根据本发明的一个实施例，所述被动臂本体两端均设置有所述球头外壳。

根据本发明的一个实施例，所述球头外壳上设置有所述球头销的避让槽。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是实施例的球头关节的透视安装示意图；

图2是实施例的球头关节的结构示意图；

图3是实施例的球头关节的立体安装示意图；

图4是实施例的手术用被动臂的结构示意图；

图5是实施例的齿轮的安装示意图；

图6是实施例的伸缩杆和齿轮之间的装配关系示意图；

图7是上臂或者前臂的结构示意图；

图8是上臂或者前臂的内部结构示意图；

图9是上臂或者前臂一端的结构示意图；

图中：1、上臂；2、前臂；3、被动臂外壳；301、第一外壳；302、第二外壳；4、球头外壳；5、球头销；6、球碗；7、伸缩杆；8、圆锥面；9、避让槽；10、弹簧；11、齿轮；12、齿轮外壳；13、安装轴；14、控制器。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系在没有特别说明的情况下，为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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；可以是机械连接，也可以是电连接；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发明中的具体含义。

请参见图1，实施例的手术用被动臂，包括被动臂本体，被动臂本体包括被动臂外壳3和设置在被动臂外壳3内的驱动机构，被动臂外壳3的端部固定有球头外壳4，球头外壳4中设置有球头销5和球碗6，球头外壳4上开设有供球头销5穿出的开口，球碗6或球头销5连接驱动机构，驱动机构锁紧或者松开球头销5。

该手术用被动臂，其端部的关节为球头关节，包括互相配合的球头销5和球碗6。当驱动机构驱动球碗6或者球头销5运动时，可以将球头销5锁紧，进而实现球头关节的锁紧，以快速准确的实现手术臂的定位。该种手术用被动臂锁定方式简单便于操作，并且适于推广。

图1和图2中，驱动机构连接球碗6。当驱动机构带动球碗6向下运动时，则球碗6将球头销5压紧在球头外壳4上，进而可以将球头销5锁紧。当驱动机构带动球碗6向上运动时，则球碗6和球头外壳4松开，球头销5可以在球碗6和球头外壳4之间产生三个旋转自由度。

当然，驱动机构除了直接连接球碗6之外，还可以直接连接球头销5。进而，驱动机构可以直接将球头销5压紧至球头外壳4上，或者将球头销5松开。

其中，一个球头关节(包括球碗6和球头销5)拥有三个自由度。因此当设置有该球头关节的手术用被动臂用于连接手术工具、或固定肢体的时候，其操作灵活。

当在被动臂本体的两端均设置以上球头关节的时候，则手术用被动臂具有至少六个自由度，使得手术用被动臂可以提供手术工具在空间中任意自由度的灵活运动。在手术用被动臂到达合适位置后，通过驱动机构的作用，又可以实现整个手术用被动臂的快速锁定，并提供较大的锁定负载。球头关节的该种锁定方式，相较传统的机械连接锁定，拥有安装和定位更方便，锁定更快速的优点。

当然，也可以仅在被动臂本体的其中一端设置以上球头关节。

其中，可以通过外部的开关控制驱动机构。可以在手术用被动臂外部连接有控制器14，通过设置开关(脚踏开关、按键开关或者更复杂的开关)发出外部信号控制驱动机构。驱动机构可以向两端的球头关节提供较大推力，推动球头关节快速锁紧；开关同样可以控制驱动机构回缩推力小时使得手术用被动臂关节松开。

本实施例可以将多个手术用被动臂串联起来，以满足特定情况下的手术需求。

请参见图3，在球头外壳4上开设有避让槽9，通过设置该避让槽9可以增大球头销5的活动范围，进而提高手术用被动臂的灵活性。

图4中，手术用被动臂包括上臂1和前臂2。其中，用于固定在手术床、手术台车等设备上的是上臂1，连接手术工具、或固定肢体的为前臂2。该种情况下，被动臂本体包括互相铰接的上臂本体和前臂本体。上臂本体包括上臂外壳和设置在上臂外壳中的第一驱动机构，前臂本体包括前臂外壳和设置在前臂外壳中的第二驱动机构。多节被动臂(也即上臂1和前臂2)的设置可以进一步增加手术用被动臂的灵活程度。

当手术用被动臂包括上臂1和前臂2的时候，为了使得手术用被动臂到位之后实现上臂1和前臂2之间的锁紧，在上臂本体和前臂本体的铰接处设置有锁紧组件。锁紧组件包括设置在上臂外壳中且连接第一驱动机构的第一锁紧部件，以及设置在前臂外壳中且连接第二驱动机构的第二锁紧部件。第一锁紧部件和第二锁紧部件之间设置有弹性件；第一驱动机构和第二驱动机构带动第一锁紧部件和第二锁紧部件锁紧并压缩弹性部件。

该种情况下，锁紧组件无需额外设置动力部件。第一驱动机构和第二驱动机构在锁紧球头关节的同时，可以锁紧上臂1和前臂2。

并且，由于第一锁紧部件和第二锁紧部件之间设置有弹性件，当第一驱动机构离开第一锁紧部件，且第二驱动机构离开第二锁紧部件时，第一锁紧部件和第二锁紧部件会自动分离实现解锁。

图5和图7中，弹性件为弹簧10，进而当第一锁紧部件和第二锁紧部件相对运动的时候压缩该弹簧10。

锁紧部件(包括第一锁紧部件和第二锁紧部件)设置在安装轴13(第一安装轴段和第二安装轴段)上。其中，第一锁紧部件安装在第一安装轴段上并可沿着第一安装轴段的轴向移动，第二锁紧部件安装在第二安装轴段上并可沿着所述第二安装轴段的轴向移动，第一安装轴段垂直于第一驱动机构的驱动方向，第二安装轴段垂直于第二驱动机构的驱动方向，第一驱动机构工作时驱动第一锁紧部件沿着第一安装轴段运动，第二驱动机构工作时驱动第二锁紧部件沿着第二安装轴段运动。

第一安装轴段和第二安装轴段既可以同轴也可以不同轴。

其中一种情况，第一安装轴段和第二安装轴段同轴，且第一安装轴段和第二安装轴段均属于上臂本体和前臂本体的铰接轴。该种情况下，在设置铰接轴的基础之上，无需额外设置机构以用于锁紧部件的安装，因此可以简化手术用被动臂的结构。

请参见图6，第一锁紧部件和第二锁紧部件分别是安装在第一安装轴段和第二安装轴段上的齿轮11。在齿轮11上形成有和驱动结构(第一驱动机构和第二驱动机构)配合的斜面，该斜面构造为：当驱动机构作用于斜面时，齿轮11沿着其所在安装轴(第一安装轴段或者第二安装轴段)移动，当两个齿轮11相对运动并接触时，通过齿轮11的锁紧就可以实现上臂1和前臂2的锁紧。并且，当第一锁紧部件和第二锁紧部件为齿轮11的时候，上臂外壳和前臂外壳还分别包括有齿轮外壳12。

当然，第一锁紧部件和第二锁紧部件并非一定要采用齿轮11的形式。例如，第一锁紧部件和第二锁紧部件还可以为摩擦片、锁头等，只要相对运动可以实现锁紧即可。当第一锁紧部件和第二锁紧部件为摩擦片的时候，摩擦片可以采用橡胶等材料。

实施例中，驱动机构的形式不限，例如可以为电推杆、丝杠、液压缸和气压缸等形式。图8中，驱动机构采用伸缩杆7的形式，进而当伸缩杆7伸长时，其端部驱动球头关节锁紧，并锁紧上臂1和前臂2。

请参见图9，上臂外壳和前臂外壳均包括互相连接的第一外壳301和第二外壳302，第一外壳301和所述球头外壳4固定，所述第一安装轴段安装在上臂外壳的第二外壳302上，第二安装轴段安装在前臂外壳的第二外壳302上。其中，第一外壳301和第二外壳302可以伸缩杆7为轴心相对转动。进而，手术用被动臂总共最多具有九个自由度。

由于第一锁紧部件和第二锁紧部件上构造有以上斜面，请再次参见图6，进而当驱动机构工作的时候，不仅齿轮11水平运动，同时由于第一安装轴段/第二安装轴段还受到竖直方向上的力，进而使得第二外壳302和第一外壳301之间产生图9中箭头方向的作用力。又由于第一外壳301的外表面和所述第一外壳301的内表面形成有互相配合的圆锥面8，结合图1，此时，第二外壳302和第一外壳301在圆锥面8处锁紧，进而可以防止第二外壳302和第一外壳301相对转动。

当然，手术用被动臂并非一定要包括上臂1和前臂2，其也可以仅仅包括一节被动臂结构。

以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种手术用被动臂，其特征在于，包括被动臂本体，所述被动臂本体包括被动臂外壳和设置在所述被动臂外壳内的驱动机构，所述被动臂外壳的端部固定有球头外壳，所述球头外壳中设置有球头销和球碗，所述球头外壳上开设有供所述球头销穿出的开口，所述球碗或所述球头销连接所述驱动机构，所述驱动机构锁紧或者松开所述球头销。

2.根据权利要求1所述的手术用被动臂，其特征在于，所述手术用被动臂包括上臂和前臂，所述被动臂本体包括互相铰接的上臂本体和前臂本体；所述上臂本体包括上臂外壳和设置在所述上臂外壳中的第一驱动机构，所述前臂本体包括前臂外壳和设置在所述前臂外壳中的第二驱动机构。

3.根据权利要求2所述的手术用被动臂，其特征在于，在所述上臂本体和前臂本体的铰接处设置有锁紧组件；所述锁紧组件包括设置在所述上臂外壳中且连接所述第一驱动机构的第一锁紧部件，以及设置在所述前臂外壳中且连接所述第二驱动机构的第二锁紧部件；所述第一锁紧部件和所述第二锁紧部件之间设置有弹性件；所述第一驱动机构和所述第二驱动机构带动所述第一锁紧部件和所述第二锁紧部件锁紧并压缩所述弹性部件。

4.根据权利要求3所述的手术用被动臂，其特征在于，所述第一锁紧部件安装在第一安装轴段上并可沿着所述第一安装轴段的轴向移动，所述第二锁紧部件安装在第二安装轴段上并可沿着所述第二安装轴段的轴向移动，所述第一安装轴段垂直于所述第一驱动机构的驱动方向，所述第二安装轴段垂直于所述第二驱动机构的驱动方向，所述第一驱动机构工作时驱动所述第一锁紧部件沿着所述第一安装轴段运动，所述第二驱动机构工作时驱动所述第二锁紧部件沿着所述第二安装轴段运动。

5.根据权利要求4所述的手术用被动臂，其特征在于，所述上臂外壳和前臂外壳均包括互相连接的第一外壳和第二外壳，所述第一外壳和所述球头外壳固定，所述第一安装轴段和第二安装轴段分别安装在所述上臂外壳和前臂外壳的第二外壳上，所述第二外壳的外表面和所述第一外壳的内表面形成有互相配合的圆锥面。

6.根据权利要求4所述的手术用被动臂，其特征在于，所述第一锁紧部件和所述第二锁紧部件为互相配合的两个齿轮或者互相配合的两个摩擦片。

7.根据权利要求4所述的手术用被动臂，其特征在于，所述上臂本体和前臂本体通过铰接轴铰接，所述第一安装轴段和第二安装轴段同轴且均属于所述铰接轴。

8.根据权利要求1至7中任意一项所述的手术用被动臂，其特征在于，所述驱动机构为伸缩杆、电推杆、丝杠、液压缸和气压缸中的一种。

9.根据权利要求1至7中任意一项所述的手术用被动臂，其特征在于，所述被动臂本体两端均设置有所述球头外壳。

10.根据权利要求1至7中任意一项所述的手术用被动臂，其特征在于，所述球头外壳上设置有所述球头销的避让槽。