CN111000635B - 一种肿瘤切除用机械臂机构 - Google Patents

Abstract

本发明属于智能设备技术领域，涉及手术机器人，具体公开了一种肿瘤切除用机械臂机构，包括手术臂本体，手术臂本体的一端设置有器械安装端，另一端与传动连接件相连接；手术臂本体中间设有微调机构；微调机构包括外框体和设置在外框体内的联动微调结构，联动微调结构一端连接器械安装端，另一端与传动连接件相接；联动微调结构为双链条结构，双链条结构的一端固定，另一端可移动，处在中间位置的双链条结构可折叠；本发明结构简单、调节精度高且稳定性好。

Description

一种肿瘤切除用机械臂机构

技术领域

本发明属于智能设备技术领域，涉及一种手术机械臂，特别是一种肿瘤切除用机械臂机构。

背景技术

目前在肿瘤治疗领域，如采用机器人切除的治疗方式，多采用达芬奇机器人，手术医生通过一定的培训后在控制台上对机械臂系统进行操作，并通过成像系统进行观察。

在手术用机器人的机械臂系统中，通常包括多个器械臂和摄像臂，机械臂均可在X、Y、Z三个方向上进行偏移和旋转，即存在“6+1自由度器械设计”，三个坐标轴上的双向移动，再加上机械臂末端连接的“手”可进行的自由活动，机械臂的另一端与连接件连接并通过连接件的带动实现机械臂在三个坐标轴上的双向移动。但通常机械臂末端“手”的移动仅能依靠机械臂本身在X、Y、Z三个方向上的双向移动来进行调节，不利于进行一些微精度范围的位置调节。

专利公开号为CN109452974A的一种折叠式辅助微创外科单孔手术机器人，其技术方案中公开了一种通过立柱和操作臂的相连臂段之间的旋转关节相对旋转进行折叠的技术手段，通过关节折叠的方式来实现操作臂在X、Y、Z三个方向上的移动，其技术方案中的折叠是为了实现X、Y、Z轴向的传动，并未在折叠过程中实现对操作臂末端伸缩的稳定控制。

专利公告号为CN108175509B的一种外科手术机器人操作端移动装置，其技术方案中通过在机械臂的连接端设置弧形件，通过机械臂连接端在弧形件中的移动，进而对机械臂工作端前后相对位置的微调，其控制方式并未对机械臂本身加以改进，仅通过改变机械臂连接端的移动方式进而间接实现机械臂工作端的位置调节。与此专利相关联的专利公告号为CN107981931B的一种肿瘤切除手术机器人机械臂、专利公告号为CN108030552B的一种手术器械固定装置及手术机器人，对于机械臂工作端的前后相对位置微调均采用此种方式。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提出一种结构简单、调节精度高且稳定性好的肿瘤切除用机械臂机构。

本发明要解决的技术问题是通过以下技术方案实现的，一种肿瘤切除用机械臂机构，包括手术臂本体，手术臂本体的一端设置有器械安装端，另一端与传动连接件相连接；手术臂本体中间设有微调机构；微调机构包括外框体和设置在外框体内的联动微调结构，联动微调结构一端连接器械安装端，另一端与传动连接件相接；联动微调结构为双链条结构，双链条结构的一端固定，另一端可移动，处在中间位置的双链条结构可折叠。

优选的，联动微调结构包括两条平行设置的连接杆组，连接杆组由依次连接的连接杆组成，一个连接杆组上相邻的连接杆连接处设置有连接轴，连接轴两端分别与两条连接杆组转动连接，即连接轴与两条连接杆组相垂直且连接轴两端均设置有转动轴座，连接轴任一端部两侧的连接杆均连接在转动轴座上且能够以转动轴座为轴心进行转动；连接杆与连接轴组成双链结构；连接轴至少有三个，靠近器械安装端的连接轴为移动轴，靠近传动连接件的连接轴为固定轴，处在中间的连接轴为升举轴，升举轴为一个、两个或多个；固定轴通过固定杆与外框体固定连接；任一所述的升举轴均通过竖直设置的联动杆与外框体上的联动动力机构相连接，通过联动动力机构实现升举轴向上或向下的运动；升举轴上面还设置有联动板，联动板通过定位杆与外框体上设置的定位动力机构相连接，通过定位动力机构提供动力来实现联动板上下位置的移动；所述升举轴上面还设置有联动板，联动板通过定位杆与外框体上设置的定位动力机构相连接；所述升举轴均不超出联动板在外框体内壁上的正投影范围；

优选的，任一升举轴中心处均设置有联动轴套，任一升举轴均可在联动轴套中转动，联动杆穿过联动板与联动轴套固接；任一升举轴上还均固设有一对锁止轮，锁止轮对称设置在联动轴套两侧；联动板上设置有与锁止轮相配合的锁止槽体。

优选的，升举轴为两个或多个，每个升举轴分别连接有独立设置的联动动力机构。

优选的，行走轮为齿轮结构，行走通道内设置有与行走轮相配合的齿条结构；行走通道两端均设置有与行走轮相配合的挡块；锁止轮为齿轮结构，锁止槽体突出于联动板上表面设置且锁止槽体内设置有与锁止轮相配合的锁止工位，该锁止工位为与锁止轮相配合的齿状结构。

优选的，锁止轮的外缘均超出连接轴和联动轴套的外缘；联动板的宽度小于两个连接杆组之间的距离。

优选的，联动板上设置有与定位杆相配合的定位孔，还设置有与联动杆相配合的联动孔；联动孔的中心和定位孔的中心的连线与连接杆组相平行。

优选的，任一升举轴下面还连接有辅助伸缩杆，辅助伸缩杆固定在外框体的内壁上。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明采用双链式结构可折叠的形式来实现肿瘤切除机械臂结构的微调，可实现操作端小范围的位移，并不改变原有的构造，位置调节精度较高且能够实现稳定位移；一方面设置有联动板可控制操作端位移的最大值，利用联动杆使得各升举轴仅发生竖直方向上的移动，另一方面可设置多个升举轴且多个升举轴可实现不同距离的竖直方向移动，多个升举轴可相互配合进而实现不同数值范围的位置微调，微调方式简单灵活，适用范围广，同时可在工作时根据现场需要进行多次微调，调节方式更加灵活；设置微调板、复位拉簧和与行走轮相配合的行走通道，使得移动轴的移动更加稳定，提高操作端移动的稳定性；设置有锁止轮和锁止槽体相配合，提高微调终了状态的稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例1中微调机构的结构示意图；

图2为本发明中联动微调结构的部分结构示意图；

图3为本发明中联动微调结构的部分结构示意图；

图4为图3的俯视图；

图5为本发明中微调底板的结构示意图；

图6为本发明中联动板的结构示意图；

图7为图6中A-A方向的截面图；

图8为联动微调结构的工作状态图；

图9为联动微调结构构的工作状态图；

图10为联动微调结构的工作状态图；

图11为本发明实施例2中微调机构的结构示意图；

图12为本发明实施例3中联动微调结构的工作状态图；

图13为本发明实施例4中联动微调结构的工作状态图；

图14为本发明实施例4中联动微调结构的工作状态图；

图15为本发明实施例5中联动微调结构的工作状态图；

图16为本发明实施例6中复位拉簧的示意图。

图中：1、外框体；2、联动微调结构；21、移动轴；22、第一升举轴；23、第二升举轴；24、固定轴；25、连接轴；26、行走轮；27、联动轴套；28、锁止轮；29、固定轴套；3、定位动力机构；4、定位杆；5、联动动力机构；6、联动板；61、联动孔；62、定位孔；7、连接杆；8、固定杆；9、联动杆；10、锁止槽体；101、锁止工位；11、微调板；111、行走通道；112、挡块；12、位移距离；13、辅助伸缩杆；14、复位拉簧。

具体实施方式

实施例1：

一种肿瘤切除用机械臂机构，包括手术臂本体，手术臂本体的一端设置有器械安装端，另一端与传动连接件相连接；手术臂本体中间设有微调机构。

微调机构如图1-10所示；微调机构包括外框体1和设置在外框体1内的联动微调结构2，器械安装端的位置由联动微调结构2进行微调，器械安装端的大范围位置调节则仍采用现有技术在X、Y、Z轴方向上进行大范围调节，此种微调仅针对需要对器械安装端的前后距离进行微调，联动微调结构2一端连接器械安装端，另一端与传动连接件相接；联动微调结构2为双链条结构，双链条结构的一端固定，另一端可移动，处在中间位置的双链条结构可折叠。

联动微调结构2包括两条平行设置的连接杆组，连接杆组由依次连接的连接杆7组成，一个连接杆组上相邻的连接杆7连接处设置有连接轴25，连接轴25两端分别与两条连接杆组转动连接，此处可在连接轴25的两端均套接有两个轴座，将处于连接轴一端两侧的两个连接杆7分别连接在两个轴座上，实现两个连接杆可分别相对于连接轴25同轴转动。

连接轴25至少有三个，本实施例中连接轴25有四个；从靠近器械安装端的一端至远端，四个连接轴25依次为移动轴21、第一升举轴22、第二升举轴23和固定轴24；固定轴24通过固定杆8与外框体1固定连接；第一升举轴22和第二升举轴23均通过竖直设置的联动杆9与外框体1上的联动动力机构5相连接，联动杆9可采用电动推杆；第一升举轴22和第二升举轴23分别连接有两个联动动力机构5，即第一升举轴22和第二升举轴23可分别向上移动不同的距离并保持稳定状态，依次可获得移动轴21不同的水平位移距离，进而带动器械安装端来移动不同的距离。

第一升举轴22和第二升举轴23上面还设置有联动板6，联动板6通过定位杆4与外框体1上设置的定位动力机构3相连接；第一升举轴22和第二升举轴23均不超出联动板6在外框体1内壁上的正投影范围，即联动板6在从靠近器械安装端的一端至远端的方向上可整体覆盖第一升举轴22和第二升举轴23；联动板6的宽度小于两个连接杆组之间的距离，防止联动板6与连接杆组相互干扰；联动板6上设置有与定位杆4相配合的定位孔62，定位杆4穿过定位孔62并通过螺栓结构与联动板6紧固；定位杆4可采用电动推杆；联动板6上还设置有与联动杆9相配合的联动孔61；联动孔61的中心和定位孔62的中心的连线与连接杆组相平行，可保证联动板6保持与连接杆组相平行的状态。

移动轴21上设置有一对行走轮26，移动轴21上下对称设置有一对与行走轮26相配合的微调板11，微调板11上设置有与行走轮26相配合的行走通道111，微调板11固定在外框体1的内壁上，微调板11在移动轴21长度方向上的宽度不超出移动轴21且覆盖行走轮26，即移动轴21和第一升举轴22之间的连接杆7发生转动时不受微调板11的干扰。

第一升举轴22和第二升举轴23中心处均设置有联动轴套27，第一升举轴22和第二升举轴23均可在联动轴套27中转动，此处也可将联动轴套27与第一升举轴22和第二升举轴23保持锁定状态即第一升举轴22和第二升举轴23不可在联动轴套27中转动，即第一升举轴22和第二升举轴23均通过联动轴套27与联动杆9形成一体结构；联动杆9穿过联动板6与联动轴套27固接；第一升举轴22和第二升举轴23上还均固设有一对锁止轮28，锁止轮28对称设置在联动轴套27两侧；联动板6上设置有与锁止轮28相配合的锁止槽体10。

行走轮26为齿轮结构，行走通道111内设置有与行走轮26相配合的齿条结构；行走通道111两端均设置有与行走轮26相配合的挡块112；锁止轮28为齿轮结构，该齿轮结构可为全齿轮，也可为半齿轮即仅上半部分带有齿，当第一升举轴22和第二升举轴23均通过联动轴套27与联动杆9形成一体结构时，该齿轮结构可为半齿轮或全齿轮，当第一升举轴22和第二升举轴23可与联动轴套27发生相对转动时，该齿轮结构为全齿轮；在本实施例中，锁止轮28采用半齿轮，即第一升举轴22和第二升举轴23均通过联动轴套27余联动杆9固定在一起；锁止轮28的外缘均超出连接轴25和联动轴套27的外缘，当锁止轮28与锁止工位101相啮合时，第一升举轴22、第二升举轴23、联动轴套27均不与联动板6相接触；锁止槽体10突出于联动板6上表面设置，即该锁止槽体10下端面与联动板6的下端面保持一致，锁止槽体10内设置有与锁止轮28相配合的锁止工位101，该锁止工位101为与锁止轮28相配合的齿状结构。

实施例2

如图11所示，本实施例与实施例1相比，本实施例中第一升举轴22和第二升举轴23下面还连接有辅助伸缩杆13，辅助伸缩杆13固定在外框体1的内壁上，可辅助第一升举轴22和第二升举轴23保持稳定，辅助伸缩杆13可采用弹簧伸缩杆或套接式伸缩管，辅助第一升举轴22和第二升举轴23的上下位移始终保持竖直状态。

实施例3

如图12所示，本实施例与实施例1相比，本实施例中连接轴有三个，分别为移动轴、升举轴和固定轴，其中升举轴可进行竖直方向上的向上移动。

实施例4

如图13、图14所示，本实施例与实施例1相比，本实施例中连接轴有六个，分别为移动轴、第一升举轴、第二升举轴、第三升举轴、第四升举轴和固定轴。

实施例5

如图15所示，本实施例与实施例1相比，本实施例中连接轴有五个，分别为移动轴、第一升举轴、第二升举轴、第三升举轴和固定轴。

实施例6

如图16所示，本实施例与实施例1相比，区别为在移动轴21靠近器械安装端的一侧的连接杆7上下两侧均设置有复位拉簧14，两条连接杆组的连接杆7上均设置有复位拉簧14，复位拉簧14的一端连接在连接杆上，另一端连接在外框体1内壁上，给移动轴21提供回弹力，使得移动轴21在向固定轴24方向移动时保持稳定状态，同时在微调作业完成后，可带动移动轴21复位；移动轴21在复位后即第一升举轴22和第二升举轴23与移动轴21处在同一水平位置时，复位拉簧14仍保持倾斜拉伸状态。

实施例7

以实施例1中为例，当需要对器械安装端进行位置微调时，采用以下微调方法，先设定需要进行位移的距离，再通过定位动力机构3工作，调节联动板6的位置，再通过联动动力机构5分别移动第一升举轴22和第二升举轴23，使两者移动到相应位置，进而带动移动轴21在微调板11上移动，进而带动器械安装端进行移动以实现手术器械位置的微调。以实施例1中工作状态图8所示状态为例，各连接杆的长度统一为a，第一升举轴向上移动的距离为h，则移动轴21前进的距离为

即移动轴21带动器械安装端位移的距离为此数值；实施例1中工作状态图9所示状态与图8所产生的微调效果一致，但图9中各个升举轴均处于锁止状态，其形态更稳定。如在图10中，第二升举轴23向上移动的距离与第一升举轴22向上移动的距离不一致，此时如第一升举轴22向上移动的距离为，第二升举轴23向上移动的距离为,则图10中移动轴21位移的距离为

其他情况同样按照此种方式类推；因升举轴发生竖直方向上位移进而带来移动轴21在水平方向上的位置移动，从而实现手术器械的位置微调，同样在手术过程中，如微调后的位置仍不符合手术的实际需求，则可以对各升举轴的位置进行二次移动，以达到手术所需。在本发明中，可借助机械臂原有的控制元件和数据处理元件，输入所需竖直，通过数据处理元件进行数据处理，进而得出各个升举轴所需移动的位置，并通过联动动力机构和定位动力机构提供动力对各升举轴进行位置调节。

Claims (7)

1.一种肿瘤切除用机械臂机构，包括手术臂本体，手术臂本体的一端设置有器械安装端，另一端与传动连接件相连接，其特征在于，手术臂本体中间设有微调机构；所述微调机构包括外框体和设置在外框体内的联动微调结构，所述联动微调结构一端连接器械安装端，另一端与传动连接件相接；所述联动微调结构为双链条结构，双链条结构的一端固定，另一端可移动，处在中间位置的双链条结构可折叠；所述联动微调结构包括两条平行设置的连接杆组，连接杆组由依次连接的连接杆组成，一个连接杆组上相邻的连接杆连接处设置有连接轴，连接轴两端分别与两条连接杆组转动连接；所述连接轴至少有三个，靠近器械安装端的连接轴为移动轴，靠近传动连接件的连接轴为固定轴，处在中间的连接轴为升举轴，升举轴为一个、两个或多个；所述固定轴通过固定杆与外框体固定连接；任一所述的升举轴均通过竖直设置的联动杆与外框体上的联动动力机构相连接；所述升举轴上面还设置有联动板，联动板通过定位杆与外框体上设置的定位动力机构相连接；所述升举轴上面还设置有联动板，联动板通过定位杆与外框体上设置的定位动力机构相连接；所述升举轴均不超出联动板在外框体内壁上的正投影范围；移动轴上设置有一对行走轮，移动轴上下对称设置有一对与行走轮相配合的微调板，微调板上设置有与行走轮相配合的行走通道，微调板固定在外框体的内壁上。

2.根据权利要求1所述的肿瘤切除用机械臂机构，其特征在于：任一所述升举轴中心处均设置有联动轴套，联动杆穿过联动板与联动轴套固接；任一升举轴上还均固设有一对锁止轮，锁止轮对称设置在联动轴套两侧；所述联动板上设置有与锁止轮相配合的锁止槽体。

3.根据权利要求2所述的肿瘤切除用机械臂机构，其特征在于：所述行走轮为齿轮结构，行走通道内设置有与行走轮相配合的齿条结构；所述行走通道两端均设置有与行走轮相配合的挡块；所述锁止轮为齿轮结构，锁止槽体突出于联动板上表面设置且锁止槽体内设置有与锁止轮相配合的锁止工位。

4.根据权利要求3所述的肿瘤切除用机械臂机构，其特征在于：所述锁止轮的外缘均超出连接轴和联动轴套的外缘；所述联动板的宽度小于两个连接杆组之间的距离。

5.根据权利要求4所述的肿瘤切除用机械臂机构，其特征在于：所述联动板上设置有与定位杆相配合的定位孔，还设置有与联动杆相配合的联动孔；所述联动孔的中心和定位孔的中心的连线与连接杆组相平行。

6.根据权利要求5所述的肿瘤切除用机械臂机构，其特征在于：任一所述升举轴下面还连接有辅助伸缩杆，辅助伸缩杆固定在外框体的内壁上。

7.根据权利要求6所述的肿瘤切除用机械臂机构，其特征在于：其特征在于：所述升举轴为两个或多个，每个升举轴分别连接有独立设置的联动动力机构。

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