CN109437053A - 一种用于搭载手术工具的台车升降机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于搭载手术工具的台车升降机构，包括和驱动推杆，齿轮齿条升降机构包括水平推杆、前齿轮轴、后齿轮轴、两个前升降齿条和两个后升降齿条，前齿轮轴和后齿轮轴平行设置，水平推杆的两端分别与前齿轮轴和后齿轮轴通过齿轮啮合；前齿轮轴的两端与两个前升降齿条啮合，后齿轮轴的两端与两个后升降齿条啮合；驱动推杆的推杆端与水平推杆固定连接。本发明公开的台车升降机构结构紧凑、承载量大，驱动装置通用性强和操作性好，对安装精度要求低，具有偏载量小、平稳性好、可靠度高、不易出现故障等优点。
Description
技术领域
本发明涉及医疗设备技术领域，具体涉及一种用于搭载手术工具的台车升降机构。
背景技术
近年来，手术机器人发展迅速，各种各样的手术机器人，如神经机器人、骨科机器人、腹腔镜机器人的手术台车越来越多的应用到手术中，各类手术机器人的手术工具头都需要设置于一个医用台车上。然而，由于医用台车空间较为狭小，升降机构的尺寸大，升降机构在升降过程中，升降机构的重心偏载量大，运行不平稳、平台不能保持水平的事儿时有发生，不能满足台车升降机构对偏载量和平稳性的高求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于搭载手术工具的台车升降机构，用以解决手术机器人中用于搭载手术工具的台车升降机构存在的偏载量大、平稳性差的问题。
本发明提供一种台车升降机构，包括齿轮齿条升降机构，所述齿轮齿条升降机构包括水平推杆、前齿轮轴、后齿轮轴、两个前升降齿条和两个后升降齿条，所述前齿轮轴和所述后齿轮轴平行设置，所述水平推杆的两端分别与所述前齿轮轴和所述后齿轮轴上的齿轮啮合；所述前齿轮轴的两端与两个前升降齿条啮合，所述后齿轮轴的两端与两个后升降齿条啮合；所述水平推杆水平向前或向后运动，进而带动所述前齿轮轴和所述后齿轮轴同时旋转；进而带动两个所述前升降齿条向下或向上直线运动，同时带动两个所述后升降齿条向下或向上直线运动。
优选地，所述前齿轮轴上固定有前驱动齿轮，所述后齿轮轴上固定有后驱动齿轮，所述水平推杆的两端固定有前水平推拉齿条和后水平推拉齿条，所述前水平推拉齿条和所述后水平推拉齿条分别与所述前驱动齿轮和所述后驱动齿轮相互啮合。
优选地，所述前齿轮轴的两端分别固定有两个前升降齿轮，所述后齿轮轴的两端分别固定有两个后升降齿轮，两个所述前升降齿轮分别与两个前升降齿条相互啮合，两个所述后升降齿轮分别与两个后升降齿条相互啮合。
优选地，所述台车升降机构还包括驱动推杆，所述驱动推杆的推杆端与所述水平推杆固定连接。
优选地，所述台车升降机构还包括上平板，所述驱动推杆的电机端与所述上平板固定连接；所述上平板固定连接有轴承支座，所述前齿轮轴和所述后齿轮轴的两端设置有轴承，所述轴承设置于所述轴承支座内。
优选地，所述台车升降机构还包括下平板，所述述下平板与所述上平板平行；所述齿轮齿条升降机构通过两个所述前升降齿条和两个所述后升降齿条固定于所述下平板。
优选地，所述下平板上垂直固定有四根导向立柱，所述导向立柱为直线柱，所述上平板上垂直固定有四个导向套，所述导向套的两端开口，四根所述导向立柱分别穿设于四个所述导向套内且均穿过所述上平板。
优选地，所述驱动推杆与所述水平推杆相互平行，所述驱动推杆的电机端和推杆端分别固定连接有驱动推杆固定件和驱动推杆转接杆，所述驱动推杆与所述上平板通过驱动推杆固定件固定连接，所述驱动推杆的推杆端与所述水平推杆通过所述驱动推杆转接杆固定连接。
优选地，所述齿轮齿条升降机构还包括一个前直线轴承和一个后直线轴承，所述水平推杆固定穿设于所述前直线轴承和所述后直线轴承内，所述前直线轴承和所述后直线轴承的轴承套与所述上平板固定连接。
优选地，所述前直线轴承和所述后直线轴承均为法兰式直线轴承，所述前直线轴承和所述后直线轴承通过法兰支座与所述上平板固定连接。
本发明的有益效果是：
本发明公开的台车升降机构以齿轮齿条升降机构的四个升降齿条作为支撑点，车升降机构的重心位置位于多点支撑区域之内，使台车升降机构实现四点均衡受力，能根据重心位置调节台车升降机构的位置而减少或消除因重心引起的倾覆力矩，大幅降低了偏心力引起的倾覆力矩，使得台车升降机构受到的作用力明显减小，机构变形也明显减小；本发明公开的台车升降机构的四个升降齿条在每一个顶升点的力分布均匀，在升降过程中推力大小保持恒定，升降速度均匀，使得结构受力情况大幅改善，从而能非常平稳地升降台车，能减少或消除因重心引起的倾覆力矩；本发明公开的台车升降机构可以方便地调整台车升降齿条和台车底盘连接的位置，从而适用于各种重心位置不同的台车；本发明公开的台车升降机构结构紧凑，可在狭小空间内布置；本发明采用的机构是标准的齿轮齿条结构和标准的轴承，零件采购方便，其余零部件对制造精度的要求低，机构可靠性高，更换率小，易于实现。因此，本发明公开的台车升降机构结构紧凑、承载量大，驱动装置通用性强和操作性好，对安装精度要求低，具有偏载量小、平稳性好、可靠度高、不易出现故障等优点。
附图说明
图1为本发明提供的台车升降机构下降状态的结构示意图；
图2为本发明提供的台车升降机构上升状态的结构示意图；
图3为本发明提供的齿轮齿条升降机构和驱动推杆相连接的结构示意图；
图4为本发明提供的齿轮齿条升降机构的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
实施例1提供一种用于搭载手术工具的台车升降机构，下面对实施例1提供的结构进行详细描述。
参考图1至图4，该台车升降机构包括下平板1、齿轮齿条升降机构2、上平板3、驱动推杆4和四根导向立柱7，齿轮齿条升降机构2包括水平推杆12、前齿轮轴16、后齿轮轴16'、两个前升降齿条5和两个后升降齿条5'，前齿轮轴16的中部固定有前驱动齿轮14，后齿轮轴16'的中部固定有后驱动齿轮14'，水平推杆12的两端固定有前水平推拉齿条8和后水平推拉齿条8'，前水平推拉齿条8和后水平推拉齿条8'分别与前驱动齿轮14和后驱动齿轮14'相互啮合；前齿轮轴16的两端分别固定有两个前升降齿轮15，后齿轮轴16'的两端分别固定有两个后升降齿轮15'，两个前升降齿轮15分别与两个前升降齿条5啮合，两个后升降齿轮15'分别与两个后升降齿条5'相互啮合，前升降齿条5和后升降齿条5'的底端固定于下平板1，下平板1与上平板3平行，该下平板1可以任一支撑平面；驱动推杆4的电机端和推杆端10分别与上平板3和水平推杆12固定连接；前齿轮轴16的两端和后齿轮轴16'的两端均设置有轴承支座，轴承支座与上平板3固定连接；上平板3滑动设置于导向立柱7上，导向立柱7的底端固定于下平板1。
具体地，驱动推杆4为带电机的驱动推杆。两个前升降齿条5和两个后升降齿条5'于水平面的投影的连线为矩形。
为了使上平板3在导向立柱7或上或下自由滑动，优选地，导向立柱7为直线柱，上平板3上垂直固定有四个导向套31，导向套31的两端开口，导向套31活动套设于导向立柱7上。
下平板1还可以是平整的地面、楼板面、桌面等支撑平面，具体地，四根导向立柱7固定于下平板1上，上平板3上垂直固定有四个导向套31；四根导向立柱7分别穿设于四个导向套31内且均穿过上平板3；前升降齿条5和后升降齿条5'的底端固定于下平板1。
具体地，驱动推杆4的电机端通过驱动推杆固定件9与上平板3固定连接，驱动推杆4与水平推杆12相互平行设置，驱动推杆4与水平推杆12之间垂直设置有驱动推杆转接杆11，驱动推杆4的推杆端10通过驱动推杆转接杆11与水平推杆12的中部固定连接。
更具体地，驱动推杆转接杆11为直杆，驱动推杆转接杆11上开设有相互平行的驱动推杆通孔和水平推杆通孔，驱动推杆通孔和上水平推杆通孔上设置有螺栓孔，驱动推杆4和水平推杆12分别穿在驱动推杆通孔和水平推杆通孔，并通过螺栓固定。
为了增加了齿轮齿条升降机构2的稳固性，齿轮齿条升降机构2还包括一个前直线轴承13和一个后直线轴承13'。直线轴承是非常成熟的现有技术，即直线轴承是一种直线运动系统，用于直线行程与圆柱轴配合使用。由于承载球与轴承外套点接触，钢球以最小的摩擦阻力滚动，因此直线轴承具有摩擦小，且比较稳定，不随轴承速度而变化，能获得灵敏度高、精度高的平稳直线运动。水平推杆12设置于前直线轴承13和后直线轴承13'内，前直线轴承13和后直线轴承13'的轴承套与上平板3固定连接。进一步地，前直线轴承13和后直线轴承13'均为法兰式直线轴承，前直线轴承13和后直线轴承13'通过法兰支座与上平板3固定连接。
具体地，前齿轮轴16的两端的端头设置有两个前轴承，前轴承设置于前轴承支座6内，后齿轮轴16'的两端的端头设置有两个后轴承，后轴承设置于后轴承支座6'内，前轴承支座6和后轴承支座6'均与上平板3固定连接。
进一步地，电动推杆4配置有限位器，该限位器可为一种机械及电子限位机构，是一种成熟的现有技术，具体可参见中国发明专利《一种带微动开关限位器的直线式电动推杆》专利号为CN201310689341.X公开的微动开关限位器，当电动推杆4的电机触碰到限位器时，限位器驱动电动推杆4的电机停止运转或者反转。
当驱动推杆4的推杆端10向前或向后水平移动时，带动水平推杆12水平运动，进而推动或拉动前水平推拉齿条8和后水平推拉齿条8'同时水平向前或向后移动；前驱动齿轮14和后驱动齿轮14'逆时针或顺时针同时旋转，前驱动齿轮14和后驱动齿轮14'分别带动前齿轮轴16和后齿轮轴16'同时旋转；前驱动齿轮14带动两个前升降齿轮15旋转，两个前升降齿轮15带动两个前升降齿条5向下或向上直线运动，同时后驱动齿轮14'带动两个后升降齿轮15'旋转，两个后升降齿轮15'带动两个后升降齿条5'向下或向上直线运动。
由于医用台车重垂线不一定通过台车的几何中心，前升降齿条5和后升降齿条5'的位置可以调整，使得四个升降齿条构成的矩形的几何中心接近整个台车的重垂线，从而起到减少或消除因重心引起的倾覆力矩。
实施例2
实施例2提供一种台车升降方法，采用实施例1提供的台车升降机构，台车升降方法包括以下步骤：
步骤S1：驱动推杆4的推杆端10向前或向后水平移动，带动水平推杆12水平运动；
步骤S2：水平推杆12推动或拉动前水平推拉齿条8和后水平推拉齿条8'同时水平向前或向后移动；
步骤S3：前水平推拉齿条8和后水平推拉齿条8'带动前驱动齿轮14和后驱动齿轮14'逆时针或顺时针同时旋转；
步骤S4：前驱动齿轮14和后驱动齿轮14'分别带动前齿轮轴16和后齿轮轴16'同时旋转；
步骤S5：前驱动齿轮14带动两个前升降齿轮15旋转，两个前升降齿轮15带动两个前升降齿条5向下或向上直线运动，同时后驱动齿轮14'带动两个后升降齿轮15'旋转，两个后升降齿轮15'带动两个后升降齿条5'向下或向上直线运动，
步骤S6：两个前升降齿条5和两个后升降齿条5'都向一方向上升或下降，从而实现了台车的升与降。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种台车升降机构，其特征在于，包括齿轮齿条升降机构(2)，
所述齿轮齿条升降机构(2)包括水平推杆(12)、前齿轮轴(16)、后齿轮轴(16')、两个前升降齿条(5)和两个后升降齿条(5')，
所述前齿轮轴(16)和所述后齿轮轴(16')平行设置，所述水平推杆(12)的两端分别与所述前齿轮轴(16)和所述后齿轮轴(16')上的齿轮啮合；
所述前齿轮轴(16)的两端与两个前升降齿条(5)啮合，所述后齿轮轴(16')的两端与两个后升降齿条(5')啮合；
所述水平推杆(12)水平向前或向后运动，进而带动所述前齿轮轴(16)和所述后齿轮轴(16')同时旋转；进而带动两个所述前升降齿条(5)向下或向上直线运动，同时带动两个所述后升降齿条(5')向下或向上直线运动。
2.根据权利要求1所述的台车升降机构，其特征在于，
所述前齿轮轴(16)上固定有前驱动齿轮(14)，所述后齿轮轴(16')上固定有后驱动齿轮(14')，所述水平推杆(12)的两端固定有前水平推拉齿条(8)和后水平推拉齿条(8')，所述前水平推拉齿条(8)和所述后水平推拉齿条(8')分别与所述前驱动齿轮(14)和所述后驱动齿轮(14')相互啮合。
3.根据权利要求1所述的台车升降机构，其特征在于，
所述前齿轮轴(16)的两端分别固定有两个前升降齿轮(15)，所述后齿轮轴(16')的两端分别固定有两个后升降齿轮(15')，两个所述前升降齿轮(15)分别与两个前升降齿条(5)相互啮合，两个所述后升降齿轮(15')分别与两个后升降齿条(5')相互啮合。
4.根据权利要求1所述的台车升降机构，其特征在于，所述台车升降机构还包括驱动推杆(4)，所述驱动推杆(4)的推杆端(10)与所述水平推杆(12)固定连接。
5.根据权利要求4所述的台车升降机构，其特征在于，所述台车升降机构还包括上平板(3)，
所述驱动推杆(4)的电机端与所述上平板(3)固定连接；
所述上平板(3)固定连接有轴承支座，所述前齿轮轴(16)和所述后齿轮轴(16')的两端设置有轴承，所述轴承设置于所述轴承支座内。
6.根据权利要求5所述的台车升降机构，其特征在于，所述台车升降机构还包括下平板(1)，所述述下平板(1)与所述上平板(3)平行；
所述齿轮齿条升降机构(2)通过两个所述前升降齿条(5)和两个所述后升降齿条(5')固定于所述下平板(1)。
7.根据权利要求6所述的台车升降机构，其特征在于，
所述下平板(1)上垂直固定有四根导向立柱(7)，所述导向立柱(7)为直线柱，所述上平板(3)上垂直固定有四个导向套(31)，所述导向套(31)的两端开口，四根所述导向立柱(7)分别穿设于四个所述导向套(31)内且均穿过所述上平板(3)。
8.如权利要求5所述的台车升降机构，其特征在于，
所述驱动推杆(4)与所述水平推杆(12)相互平行，所述驱动推杆(4)的电机端和推杆端(10)分别固定连接有驱动推杆固定件(9)和驱动推杆转接杆(11)，
所述驱动推杆(4)与所述上平板(3)通过驱动推杆固定件(9)固定连接，
所述驱动推杆(4)的推杆端(10)与所述水平推杆(12)通过所述驱动推杆转接杆(11)固定连接。
9.如权利要求1所述的台车升降机构，其特征在于，
所述齿轮齿条升降机构(2)还包括一个前直线轴承(13)和一个后直线轴承(13')，
所述水平推杆(12)固定穿设于所述前直线轴承(13)和所述后直线轴承(13')内，所述前直线轴承(13)和所述后直线轴承(13')的轴承套与所述上平板(3)固定连接。
10.如权利要求9所述的台车升降机构，其特征在于，
所述前直线轴承(13)和所述后直线轴承(13')均为法兰式直线轴承，所述前直线轴承(13)和所述后直线轴承(13')通过法兰支座与所述上平板(3)固定连接。
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