CN111449752B - 用于血管腔内介入手术机器人推进机构的被动定位机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于血管腔内介入手术机器人推进机构的被动定位机械臂，所述机械臂安装在手术台上；该机械臂包括：基座模块、水平移动模块、升降模块、第一旋转关节、第二旋转关节及俯仰角调节模块；所述基座模块安装在手术台上，所述水平移动模块安装在基座模块上，所述升降模块的底部安装在水平移动模块上，第一旋转关节的一端安装升降模块的顶部，另一端与第二旋转关节的一端连接；所述俯仰角调节模块安装在第二旋转关节的另一端；所述手术机器人安装在俯仰角调节模块上；该机械臂能够自由调节手术机器人的水平位移和角度、手术机器人的导管进入血管的角度、机器人在竖直方向的高度并锁定手术机器人的姿态防止术中晃动。

Description

用于血管腔内介入手术机器人推进机构的被动定位机械臂

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种用于血管腔内介入手术机器人推进机构的被动定位机械臂。

背景技术

血管腔内技术已经成为血管治疗的基本手段，目前实施的多数血管重建手术都需借助这项技术。导丝-导管的操作是血管腔内技术的核心内容，决定着手术质量。目前，临床中医生借助数字剪影血管造影成像技术(DSA)手动完成导丝-导管在病人血管内的定位操作。常规被动导丝、指引导管、球囊导管是手术中使用的基本器械。使用机器人装置进行导丝(导管或其他器械，下文同)定位操作，有利于提高定位操作精度、降低医生疲劳度、改善手术质量。

血管腔内介入手术机器人的姿态调整与锁定能力是评价机器人系统的重要因素。传统的介入手术为医生将导管/导丝以一定角度从患者股/桡动脉送入血管内，这个角度依赖于不同的医生操作习惯，目前没有统一的标准。采用机器人做手术时，需要利用机械臂定位机器人前端(即导丝/导管的操作前端)与介入手术切口处的位置，通常需调节4个位置关系：1、机器人前端与患者切口纵向距离需尽可能小，减少导管体外距离；2、机器人与患者切口处水平方向距离需尽可能小，避免到导管与切口处血管形成水平方向的角度，该角度会增加导管所受阻力不利于机器人的力反馈，同时还能减少导管体外段距离；3、机器人与患者平躺时切口处所成竖直方向角度需要与机器人自身前端角度配合，在机器人前端不压到腿的情况下尽可能减小导管体外段距离；4、机器人前端距离患者切口处的高度需满足不能压到患者腿部，同时尽可能减小这段距离以减少导管体外距离。术中需保证机器人与手术台的位置相对不变，所有机械臂的活动关节不能出现非人为的运动。

现有血管腔内介入手术机器人的机械臂包括主动定位机械臂和被动定位机械臂；所述主动定位机械臂存在以下几个问题：

1.主动定位机械臂的问题在于涉及过多的电器元件，作为医疗设备来讲电气隔离就是一大问题。

2.同时其内部的电机等驱动元器件对操作环境等都有较高的要求，较难适应比较狭窄的操作空间或者较为复杂的环境。

3.此外主动定位是根据程序预设的位置进行控制，不同年龄、性别、体态特征的人群需要固定机械臂的位置是不一样的，每次测定再在程序中预设反而增加医护人员工作量。

因此，目前一般采用被动定位机械臂，现有血管腔内介入手术机器人的被动定位机械臂由基座、竖直一级支撑臂、竖直二级支撑臂、水平一级可伸缩支臂、水平二级支臂、机器人支撑台模块以及各个关节锁紧模块构成。其中基座由三个部分组成：固定于手术台两侧的基座模块以及将两个固定基座模块连接的固定支臂，固定基座通过紧贴床侧的凹槽与手术台的边轨耦合实现固定。竖直一级支撑臂与竖直二级支撑臂均由承力元件、轴承与锁紧机构组成：竖直一级支撑臂底部与基座固定，顶部通过轴承与水平一级支臂相连；竖直二级支撑臂底部与水平一级可伸缩支臂另一侧相连，顶部通过轴承与水平二级支臂相连。水平一级可伸缩支臂利用齿条以齿轮配合实现支臂的伸缩。水平二级支臂尾侧通过轴承与机器人支撑台模块相连。机器人支撑台模块由与水平二级支臂连接的固定部件、机器人固定部件，两个部件采用自行车座椅调节的原理固定。各个关节锁紧模块利用螺钉实现物理限位：车外侧拧动螺钉，螺钉与旋转轴或移动轴产生较大的正压力，从而增大摩擦力以达到锁紧该机械臂具有5个可活动关节，分别为：竖直一级支撑臂与水平一级可伸缩支臂连接处，可实现水平支臂自由旋转；水平一级可伸缩支臂的伸缩关节可适当增加机器人在手术台上的可操作范围，其旋转关节在某种程度上也起到了在手术台纵向上增加操作空间的作用；水平二级支臂与竖直二级支撑臂连接处，可实现水平二级支臂自由选转，同时这个转动也能将水平二级支臂转换为沿手术台纵向的距离，增加操作空间；水平二级支臂与机器人支撑台模块的水平二级支臂固定部件连接处，可实现支撑台模块在水平方向上的自由转动；而水平二级支臂固定部件与机器人固定部件连接处则能实现机器人固定部件与水平二级支臂固定部件的角度调节。综上现有机械臂能调节机器人在手术台上的作用空间，调节机器人姿态等。

但是，现有血管腔内介入手术机器人的被动定位机械臂技术存在以下几个方面的问题：

1.当前机器人基座与手术台边轨耦合的卡槽位置设计为固定式，不能适应当前市场上种类繁多的介入手术台：手术台边轨尺寸固定，但其与床面在竖直方向上的距离却不是固定的。当床面与边轨的高度与机械臂的制作标准不一致时，机械臂固定卡槽无法与边轨耦合，其侧面承力处悬空，机械臂无法固定，不利于手术安全。

2.为将机器人的重量分摊给整个床面，现有机器人将机械臂设计为双侧基座，基座与床之间通过卡槽固定，两个基座通过紧贴床面的支臂固定。但床的制作规格不一致，当机械臂遇到与设计时使用的床不一样的床时，靠近医生侧的固定基座就无法与机器人侧的基座固定，起不到应有的作用。

3.现有机械臂共有5个活动关节，其中两个是没有必要的。最重要的是三个旋转关节无法锁紧，使用时只能让它达到极限位置后再固定，不利于手术前的机器人导引，同时机器人的姿态难以固定。

4.参考自行车座椅升降设计的机器人俯仰角无法锁紧，只能利用其设计时未考虑的物理限位。这样无法避免机器人压迫到患者腿部，同时导管进入患者介入切口处血管的角度无法调整到最佳。

5.现有机械臂缺乏竖直方向上的自由度，不能适应患者身体状况的多态性，与患者腿部是否接触只能依赖于俯仰角调整。

6.机械臂不能实现沿手术台纵向方向上的水平移动，当有这个需求时，医护人员必须先将机器人从机械臂上取下，然后拆卸机械臂安装至所需位置，最后再安装机器人。

7.现有机械臂采用两层伸缩臂，当机器人前端距患者切口处过远时需要调节伸缩臂以满足需求，虽然在一定程度上弥补了机械臂不能沿手术台纵向水平移动的问题，但这样改变了机器人系统的重心，易造成术中发生意外状况。

8.现有机器人材料为钢件，基座重量过大，需要两人配合安装，不符合介入手术室的人员配置(通常为一间手术室一名技师)。同时重量过大增加了手术台的负担，易造成术中意外状况。

9.活动关节的锁紧机构固定在该关节上，导致安装时至少需要两个人配合：即一人调节机械臂给机器人定位，一人负责在机器人达到期望姿态后锁紧各个关节，造成极大的人力资源浪费。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于血管腔内介入手术机器人推进机构的被动定位机械臂，该机械臂能够自由调节手术机器人的水平位移和角度、手术机器人的导管进入血管的角度、机器人在竖直方向的高度并锁定手术机器人的姿态防止术中晃动。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种用于血管腔内介入手术机器人推进机构的被动定位机械臂，所述机械臂安装在手术台上；该机械臂包括：基座模块、水平移动模块、升降模块、第一旋转关节、第二旋转关节及俯仰角调节模块；

所述基座模块安装在手术台上，所述水平移动模块安装在基座模块上，所述升降模块的底部安装在水平移动模块上，第一旋转关节的一端安装升降模块的顶部，另一端与第二旋转关节的一端连接；所述俯仰角调节模块安装在第二旋转关节的另一端；所述手术机器人安装在俯仰角调节模块上；其中，所述基座模块用于实现所述被动定位机械臂与手术台的固定；所述水平移动模块用于调节手术机器人的推进机构的操作前端与躺在手术台上的患者的介入切口处在沿患者轴向上的距离；所述升降模块用于调节手术机器人的操作前端与患者的介入切口处在竖直方向上的距离；所述第一旋转关节和第二旋转关节均用于调节手术机器人的操作前端与患者的介入切口处在水平方向上的角度；所述俯仰角调节模块用于调节手术机器人的操作前端与患者的介入切口处在竖直方向上的角度。

进一步的，所述基座模块包括：L型板、支撑臂及轨道钳制器；

所述L型板的竖直板通过两个以上轨道钳制器固定在手术台的侧面的边轨上，所述L型板的水平板支撑在手术台的上表面上，所述水平板侧面延伸出两个以上平行的支撑臂，两个以上支撑臂均与手术台的上表面贴合，且支撑臂均与L型板的长度方向垂直。

进一步的，所述轨道钳制器设有两个抓手，且两个抓手可沿竖直方向移动；每个轨道钳制器通过其两个抓手夹在手术台侧面的边轨上，进而将L型板的竖直板固定在手术台的侧面；通过调节轨道钳制器的抓手高度，使得所述L型板的水平板支撑在手术台的上表面上。

进一步的，所述水平移动模块包括：机座、直线滑轨、滑块、防碰撞的弹簧螺栓及第三轨道钳制器；

两个平行的直线滑轨固定在基座模块上，且两个直线滑轨的长度方向与手术台的边轨长度方向一致；

所述机座通过两个以上滑块安装在两个直线滑轨上，直线滑轨与滑块滑动配合，使得机座沿直线滑轨的水平直线移动；每个直线滑轨的两端分别固定有两个弹簧螺栓；

所述第三轨道钳制器固定在机座的侧面，当机座运动到设定位置后，第三轨道钳制器用于将机座锁紧在直线滑轨上。

进一步的，所述升降模块包括：第一气弹簧、卡盘、固定筒、直线轴承、升降筒、第一气弹簧接头、第一法兰盘及第二轴；

所述固定筒的底部固定在水平移动模块上，固定筒的顶部固定有第一法兰盘；

所述卡盘和直线轴承均套装在固定筒的外圆周面上，卡盘位于直线轴承的底部，升降筒套装在直线轴承的外圆周面，且卡盘、直线轴承和升降筒三者固连，直线轴承的内圆周面与固定筒的外圆周面为滚动配合，升降筒在直线轴承的作用下可沿其轴向进行直线升降运动；

所述第一气弹簧同轴安装在固定筒内部，且第一气弹簧的缸体端固定在水平移动模块上，第一气弹簧伸缩杆伸出于固定筒，且所述伸缩杆通过第一气弹簧接头与第二轴固连；其中，第二轴穿过并固定在第一法兰盘上；所述第一气弹簧处于锁定状态时，第一气弹簧的高度不可调节；所述第一气弹簧处于解锁状态时，第一气弹簧的高度可调节。

进一步的，所述第一旋转关节包括：一级支臂、第一谐波减速器、第一抱闸器、第二法兰盘及第三轴；

所述第一谐波减速器的底部固定在升降模块的顶部；

所述一级支臂由一体成型的两个圆筒及连接在两个圆筒外圆周面之间的板状臂组成；所述两个圆筒分别为第一圆筒和第二圆筒，两个圆筒的轴线平行；一级支臂的第一圆筒的顶部套装在第一谐波减速器的外部，并与第一谐波减速器顶部的刚轮同轴固连；第一圆筒的底部通过轴承套装在第二轴的外圆周面上；

所述第二法兰盘固定在第一谐波减速器的顶部；

所述第一抱闸器固定在第二法兰盘上，第一抱闸器通过第三轴与谐波减速器波的发生器连接；当打开第一抱闸器电源时，所述一级支臂的转动锁定；当关闭第一抱闸器的电源时，一级支臂的第一圆筒可绕第二轴的轴线转动。

进一步的，所述第二旋转关节包括：第二谐波减速器、第二抱闸器、第三法兰盘、第四轴、第五轴及二级支臂；

所述第二谐波减速器的顶部与第五轴的底部同轴固连；

所述二级支臂由一体成型的第三圆筒和位于第三圆筒外圆周面的两个平行的支板组成；二级支臂的第三圆筒套装并固定在第五轴的顶部；所述一级支臂的第二圆筒的顶部通过轴承套装在第五轴的外圆周面上；

所述一级支臂的第二圆筒的底部套装在第二谐波减速器的外部，并与第二谐波减速器底部的刚轮同轴固连；所述第三法兰盘固定在第二谐波减速器的底部；

所述第二抱闸器固定在第三法兰盘上，第二抱闸器通过第四轴与第二谐波减速器的发生器连接；当打开第二抱闸器电源时，所述二级支臂的转动锁定；当关闭第二抱闸器的电源时，带动一级支臂和二级支臂发生相对转动。

进一步的，所述俯仰角调节模块包括：第二气弹簧、第六轴、第七轴、第八轴及机器人托盘；

所述机器人托盘上表面用于支撑手术机器人；机器人托盘下表面的中心通过第七轴销接在二级支臂的两个平行的支板之间，该销接处位于两个支板的末端；

所述第二气弹簧的缸体端通过第六轴销接在二级支臂的两个平行的支板之间，该销接处位于两个支板与第三圆筒的交汇端；第二气弹簧的伸缩杆与第二气弹簧接头的一端固连，第二气弹簧接头的另一端通过第八轴与机器人托盘的下表面销接，且第七轴和第八轴的轴线平行；当第二气弹簧处于锁定状态，第二气弹簧的长度不可调节，机器人托盘的位置锁定；当第二气弹簧处于解锁状态，第二气弹簧的长度可调节，进而可调节机器人托盘的俯仰角，即手术机器人的俯仰角。

进一步的，所述第一抱闸器和第二抱闸器均通过远程开关控制打开或关闭其电源。

进一步的，所述基座模块、水平移动模块、升降模块、第一旋转关节、第二旋转关节及俯仰角调节模块的组成部件均采用合金材料。

有益效果：

(1)本发明提出了一种基于气弹簧、抱闸器、谐波减速器、导轨等主要元件的机器人被动定位机械臂装置，实现了机械臂的五个自由度的运动，一一对应手术机器人术前姿态调整的需求，第一个自由度为手术机器人的高度调节、第二个自由度手术机器人沿患者轴向的水平位置调节、第三个自由度和第四个自由度均为手术机器人与患者在水平方向上的角度调节(两个旋转关节配合调节)、第五个自由度为手术机器人与患者在竖直方向上的角度(即俯仰角)调节。

(2)本发明采用轨道钳制器代替现有机械臂基座上的卡槽来实现机械臂的固定，更加适应手术台的多样性。

(3)本发明取消双侧基座，利用两个支撑臂将受力分散到手术台上。

(4)本发明采用直线滑轨代替伸缩臂，以实现在不拆卸机械臂的情况下整体移动机械臂，同时不改变手术机器人的重心，实现小范围调整机械臂与手术台的位置；同时增加了机械臂的有效操作空间，在不拆卸机械臂的前提下减小导管外露距离，增加可进入体内的长度，简便医生操作。

(5)本发明采用气弹簧实现机械臂高度调节，更好的适应患者体态特征的多样性；

(6)本发明采用抱闸器、谐波减速器来固定两个旋转关节，实现旋转关节的锁紧，增加关节的稳定性，更好地实现对处于术中的手术机器人的姿态固定；同时通过转动气弹簧开关把手实现关节锁紧与解锁，更加方便医护人员操作。

(7)本发明采用远程开关控制抱闸器，操作人员可在操作侧实现机械臂关节的锁紧操作；

(8)本发明采用气弹簧调节手术机器人俯仰角，方便操作的同时其锁紧能力也得到增强，增加了俯仰角调节模块的稳定性与操作简便性。

(9)本发明采用合金材料，减轻机械臂重量以减轻手术台负担，降低安装难度。

附图说明

图1为本发明的总体组成图；

图2为基座模块的结构组成图；

图3为水平移动模块的结构组成图；

图4为升降模块的爆炸图；

图5为升降模块的外形图；

图6为图5的B-B剖面图；

图7为第一旋转关节的爆炸图；

图8为第一旋转关节的外形图；

图9为图8的A-A剖面图；

图10为第二旋转关节的爆炸图；

图11为第二旋转关节的外形图；

图12为图11的C-C剖面图；

图13为俯仰角调节模块的结构组成图；

其中，1-基座模块，2-水平移动模块，3-升降模块，4-第一旋转关节，5-第二旋转关节，6-俯仰角调节模块，7-竖直板，8-第一轨道钳制器，9-第二轨道钳制器，10-水平板，11-第一弹簧螺栓，12-第二弹簧螺栓，13-第三弹簧螺栓，14-第四弹簧螺栓，15-第一直线滑轨，16-第二直线滑轨，17-第一滑块，18-第二滑块，19-第三滑块，20-第四滑块，21-第一支撑臂，22-第二支撑臂，23-手术台，24-第三轨道钳制器，25-机座，26-第一气弹簧，27-扶手，28-卡盘，29-固定筒，30-直线轴承，31-升降筒，32-第一气弹簧接头，33-第一轴，34-第一气弹簧开关把手，35-第二轴，36-第一法兰盘，37-第一轴承，38-第一隔离环，39-第二轴承，40-第三轴，41-第一谐波减速器，42-第二法兰盘，43-第一抱闸器，44-一级支臂，45-第二抱闸器，46-第三法兰盘，47-第二谐波减速器，48-第四轴，49-第五轴，50-第三轴承，51-第二隔离环，52-第四轴承，53-二级支臂，54-第六轴，55-第二气弹簧，56-第七轴，57-机器人托盘，58-第二气弹簧接头，59-第二气弹簧开关把手，60-第八轴。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本实施例提供了一种用于血管腔内介入手术机器人推进机构的被动定位机械臂，所述机械臂安装在手术台23上；参见附图1，该机械臂包括：基座模块1、水平移动模块2、升降模块3、第一旋转关节4、第二旋转关节5及俯仰角调节模块6；

所述基座模块1安装在手术台上，所述水平移动模块2安装在基座模块1上，所述升降模块3的底部安装在水平移动模块2上，第一旋转关节4的一端安装升降模块3的顶部，另一端与第二旋转关节5的一端连接；所述俯仰角调节模块6安装在第二旋转关节5的另一端；所述手术机器人安装在俯仰角调节模块6上；其中，所述基座模块1用于实现所述被动定位机械臂与手术台的固定；所述水平移动模块2用于调节手术机器人的推进机构的操作前端与躺在手术台上的患者的介入切口处在沿患者轴向上的距离；所述升降模块3用于调节手术机器人的操作前端与患者的介入切口处在竖直方向上的距离；所述第一旋转关节4和第二旋转关节5均用于调节手术机器人的操作前端与患者的介入切口处在水平方向上的角度；所述俯仰角调节模块6用于调节手术机器人的操作前端与患者的介入切口处在竖直方向上的角度；

其中，参见附图2，所述基座模块1包括：L型板、两个支撑臂及两个轨道钳制器；两个相同的轨道钳制器分别为第一轨道钳制器8和第二轨道钳制器9；每个轨道钳制器均设有两个抓手，且两个抓手可沿竖直方向移动，实现两个抓手的高度调节及相对或相背运动；两个轨道钳制器通过螺钉固定在所述L型板的竖直板7的内侧面上，每个轨道钳制器通过其两个抓手夹在手术台23侧面的边轨上，进而将L型板的竖直板7固定在手术台23的侧面；通过调节轨道钳制器的抓手高度，使得L型板的水平板10支撑在手术台23的上表面上，所述水平板10侧面延伸出两个平行的支撑臂，两个支撑臂分别为第一支撑臂21和第二支撑臂22；两个支撑臂均与手术台23的上表面贴合，且两个支撑臂均与L型板的长度方向垂直；所述水平板10和两个支撑臂用于将所述机械臂的自身重力与所述血管腔内介入手术机器人的重力分散到整个手术台23的上表面，防止损伤手术台23的承重结构；

参见附图3，所述水平移动模块2包括：机座25、两个直线滑轨、四个滑块、四个防碰撞的弹簧螺栓、第三轨道钳制器24及扶手27；两个直线滑轨分别为第一直线滑轨15和第二直线滑轨16，四个滑块分别为第一滑块17、第二滑块18、第三滑块19、第四滑块20；四个弹簧螺栓分别为第一弹簧螺栓11、第二弹簧螺栓12、第三弹簧螺栓13、第四弹簧螺栓14；两个直线滑轨固定在所述L型板的水平板10上，且两个直线滑轨的长度方向与所述L型板的长度方向(即手术台23的边轨长度方向)一致；机座25通过四个滑块安装在两个直线滑轨上，每个直线滑轨与两个滑块滑动配合，进而实现机座25沿直线滑轨的水平直线移动；每个直线滑轨的两端分别固定有两个弹簧螺栓，弹簧螺栓用于防止滑块冲出直线滑轨，同时用于减轻机座25与弹簧螺栓触碰时产生的冲击力；所述第三轨道钳制器24固定在机座25的侧面，当机座25运动到设定位置后，第三轨道钳制器24用于将机座25锁紧在直线滑轨上，实现机座25的固定；所述扶手27固定在机座25上，通过拖动扶手27可带动机座25移动；其中，所述机座25的中心加工有下沉的圆筒，圆筒的底面加工有螺纹孔；所述L型板水平板10上加工有宽度大于所述圆筒外径的长条形孔，所述长条形孔的长度方向与所述L型板水平板10的长度方向一致；

参见附图4-6，所述升降模块3包括：第一气弹簧26、卡盘28、固定筒29、直线轴承30、升降筒31、第一气弹簧接头32、第一法兰盘36、第二轴35、第一气弹簧开关把手34及第一轴33；所述固定筒29的底部固定在机座25的圆筒底面上，固定筒29的顶部固定有第一法兰盘36；所述卡盘28和直线轴承30均套装在固定筒29的外圆周面上，卡盘28位于直线轴承30的底部，升降筒31套装在直线轴承30的外圆周面，且卡盘28、直线轴承30和升降筒31三者固连，直线轴承30的内圆周面与固定筒29的外圆周面为滚动配合，升降筒31在直线轴承30的作用下可沿其轴向进行直线运动，即升降运动；所述第一气弹簧26同轴安装在固定筒29内部，且第一气弹簧26的缸体端固定在机座25的圆筒的螺纹孔内，第一气弹簧26伸缩杆伸出于固定筒29，且所述伸缩杆通过第一气弹簧接头32与第二轴35固连；其中，第二轴35穿过并固定在第一法兰盘36上；所述第一气弹簧开关把手34的一端通过第一轴33销接在第一气弹簧接头32上，第一气弹簧开关把手34的另一端伸出于升降筒31筒壁上加工的长条孔；第一气弹簧开关把手34可绕所述第一轴33的轴线转动；当第一气弹簧开关把手34处于水平位置时，第一气弹簧26处于锁定状态，即第一气弹簧26的高度不可调节；当下压第一气弹簧开关把手34时，第一气弹簧26被解锁，可调节第一气弹簧26的高度，第一气弹簧26在手术机器人的重力作用下会自动调整高度，也可以施加外力下压第一气弹簧26达到设定高度，此时与第一气弹簧26的伸缩杆固连的第一气弹簧接头32、第二轴35及第一法兰盘36会进行升降运动，进而带动升降筒31、直线轴承30及卡盘28进行升降运动；其中，所述卡盘28用于限制升降筒31和固定筒29之间的位置关系，避免二者发生相对旋转(卡盘28内圆周面设有沿其轴向的凸起，所述固定筒29的外圆周面设有沿其轴向的凹槽，所述凸起和凹槽配合，实现卡盘28和固定筒29的转动限位，进而实现升降筒31和固定筒29的转动限位)，直线轴承30用于避免升降筒31和固定筒29在竖直方向上产生角度影响升降筒31的升降运动，同时直线轴承30与固定筒29之间为滚动摩擦，减小升降筒3的运动阻力；第一法兰盘36与第二轴35固连，第二轴35承受非竖直方向的力时能够将其传递给第一法兰盘36，进而传递到升降筒31和固定筒29以达到支撑的目的；

参见附图7-9，所述第一旋转关节4包括：第一轴承37、第二轴承39、第一隔离环38、一级支臂44、第一谐波减速器41、第一抱闸器43、第二法兰盘42及第三轴40；所述第一谐波减速器41的柔轮所在端(即第一谐波减速器41的底部)固定在第二轴35的顶部；所述一级支臂44由一体成型的两个圆筒及连接在两个圆筒外圆周面之间的板状臂组成；所述两个圆筒分别为第一圆筒和第二圆筒，两个圆筒的轴线平行；一级支臂44的第一圆筒的顶部套装在第一谐波减速器41的外部，并与第一谐波减速器41顶部的刚轮同轴固连；第一圆筒的底部通过一对轴承套装在第二轴35的外圆周面上；所述一对轴承为第一轴承37和第二轴承39，第一轴承37和第二轴承39之间安装有第一隔离环38，避免第一轴承37和第二轴承39摩擦；一级支臂44能够绕第二轴35的轴线转动；所述第二法兰盘42固定在第一谐波减速器41的顶部，其中，所述第二法兰盘42、一级支臂44的第一圆筒及谐波减速器41的刚轮三者之间通过长螺钉固连；所述第一抱闸器43固定在第二法兰盘42上，第一抱闸器43通过第三轴40与谐波减速器波41的发生器连接；当打开第一抱闸器43电源时，第一抱闸器43处于工作状态，第三轴40被锁定，即第三轴40不转动，进而使得第一谐波减速器41的发生器不工作，第一谐波减速器41的柔轮与刚轮无法转动，最终使得与所述刚轮固连的一级支臂44无法转动，实现所述一级支臂44的转动锁定；当关闭第一抱闸器43的电源时，第三轴40未被锁定，即第三轴40可随意自转，使得第一谐波减速器41的刚轮可以转动，进而使得一级支臂44的第一圆筒可绕第二轴35的轴线转动，最终能够任意调整手术机器人在水平面上的转动角度；

参见附图10-12，所述第二旋转关节5包括：第二谐波减速器47、第二抱闸器45、第三法兰盘46、第四轴48、第五轴49、第三轴承50、第四轴承52、第二隔离环51及二级支臂53；所述第二谐波减速器47的柔轮所在端(即第二谐波减速器47的顶部)与第五轴49的底部同轴固连；所述二级支臂53由一体成型的第三圆筒和位于第三圆筒外圆周面的两个平行的支板组成；二级支臂53的第三圆筒套装并固定在第五轴49的顶部；所述一级支臂44的第二圆筒的顶部通过一对轴承套装在第五轴49的外圆周面上，所述一对轴承为第三轴承50和第四轴承52，第三轴承50和第四轴承52之间安装有第二隔离环51，避免第三轴承50和第四轴承52摩擦；所述一级支臂44的第二圆筒的底部套装在第二谐波减速器47的外部，并与第二谐波减速器47底部的刚轮同轴固连；所述第三法兰盘46固定在第二谐波减速器47的底部，其中，所述第三法兰盘46、一级支臂44的第二圆筒及第二谐波减速器47的刚轮三者之间通过长螺钉固连所述；第二抱闸器45固定在第三法兰盘46上，第二抱闸器45通过第四轴48与第二谐波减速器47的发生器连接；当打开第二抱闸器45电源时，第二抱闸器45处于工作状态，第四轴48被锁定，即第四轴48不转动，进而使得第二谐波减速器47的发生器不工作，第二谐波减速器47的柔轮与刚轮无法转动，最终使得与所述刚轮固连的二级支臂53无法转动，实现所述二级支臂53的转动锁定；当关闭第二抱闸器45的电源时，第四轴48未被锁定，即第四轴48可随意自转，使得第二谐波减速器47的刚轮可以转动，进而带动一级支臂44和二级支臂53发生相对转动，实现手术机器人在水平面上的角度调节；

参见附图13，所述俯仰角调节模块6包括：第二气弹簧55、第六轴54、第七轴56、第二气弹簧接头58、第八轴60、第二气弹簧开关把手59及机器人托盘57；所述机器人托盘57上表面用于支撑手术机器人，机器人托盘57的下表面设有两个连接耳，位于机器人托盘57中心的连接耳为第一连接耳，位于机器人托盘57前端的连接耳为第二连接耳；机器人托盘57的第一连接耳通过第七轴56销接在二级支臂53的两个平行的支板之间，该销接处位于两个支板的末端；所述第二气弹簧55的缸体端通过第六轴54销接在二级支臂53的两个平行的支板之间，该销接处位于两个支板与第三圆筒的交汇端；第二气弹簧55的伸缩杆与第二气弹簧接头58的一端通过螺纹固连，第二气弹簧接头58的另一端通过第八轴60与机器人托盘57的第二连接耳销接，且第七轴56和第八轴60的轴线平行；所述第二气弹簧开关把手59销接在第二气弹簧接头58上；第二气弹簧开关把手59可转动；当第二气弹簧接头58处于竖直位置时，第二气弹簧55处于锁定状态，即第二气弹簧55的长度不可调节，机器人托盘57的位置锁定；当转动第二气弹簧开关把手59到设定位置时，第二气弹簧55被解锁，可调节第二气弹簧55的长度；第二气弹簧55在手术机器人的重力作用下会自动调整长度，也可以施加外力调节第二气弹簧55达到设定长度；当调节第二气弹簧55的长度，使得第七轴56和第八轴60的高度相同时，机器人托盘57处于水平位置；当调节第二气弹簧55的长度，使得第七轴56和第八轴60的高度不相同时，第七轴56和第八轴60的轴线连线与水平面的夹角即为机器人托盘57的俯仰角，即手术机器人的俯仰角；调节完毕后，将第二气弹簧55锁定，此时需要远超正常好几倍甚至十几倍外力才能压缩(或损坏)第二气弹簧55，进而将手术机器人的俯仰角完全锁定；

其中，所述第一抱闸器43和第二抱闸器45均可通过远程开关控制打开或关闭其电源；所述基座模块1、水平移动模块2、升降模块3、第一旋转关节4、第二旋转关节5及俯仰角调节模块6的组成部件均采用合金材料。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于血管腔内介入手术机器人推进机构的被动定位机械臂，所述机械臂安装在手术台(23)上；其特征在于，该机械臂包括：基座模块(1)、水平移动模块(2)、升降模块(3)、第一旋转关节(4)、第二旋转关节(5)及俯仰角调节模块(6)；

所述基座模块(1)安装在手术台上，所述水平移动模块(2)安装在基座模块(1)上，所述升降模块(3)的底部安装在水平移动模块(2)上，第一旋转关节(4)的一端安装升降模块(3)的顶部，另一端与第二旋转关节(5)的一端连接；所述俯仰角调节模块(6)安装在第二旋转关节(5)的另一端；所述手术机器人安装在俯仰角调节模块(6)上；其中，所述基座模块(1)用于实现所述被动定位机械臂与手术台的固定；所述水平移动模块(2)用于调节手术机器人的推进机构的操作前端与躺在手术台上的患者的介入切口处在沿患者轴向上的距离；所述升降模块(3)用于调节手术机器人的操作前端与患者的介入切口处在竖直方向上的距离；所述第一旋转关节(4)和第二旋转关节(5)均用于调节手术机器人的操作前端与患者的介入切口处在水平方向上的角度；所述俯仰角调节模块(6)用于调节手术机器人的操作前端与患者的介入切口处在竖直方向上的角度；

所述基座模块(1)包括：L型板、支撑臂及轨道钳制器；

所述L型板的竖直板(7)通过两个以上轨道钳制器固定在手术台(23)的侧面的边轨上，所述L型板的水平板(10)支撑在手术台(23)的上表面上，所述水平板(10)侧面延伸出两个以上平行的支撑臂，两个以上支撑臂均与手术台(23)的上表面贴合，且支撑臂均与L型板的长度方向垂直。

2.如权利要求1所述的一种用于血管腔内介入手术机器人推进机构的被动定位机械臂，其特征在于，所述轨道钳制器设有两个抓手，且两个抓手可沿竖直方向移动；每个轨道钳制器通过其两个抓手夹在手术台(23)侧面的边轨上，进而将L型板的竖直板(7)固定在手术台(23)的侧面；通过调节轨道钳制器的抓手高度，使得所述L型板的水平板(10)支撑在手术台(23)的上表面上。

3.如权利要求1所述的一种用于血管腔内介入手术机器人推进机构的被动定位机械臂，其特征在于，所述水平移动模块(2)包括：机座(25)、直线滑轨、滑块、防碰撞的弹簧螺栓及第三轨道钳制器(24)；

两个平行的直线滑轨固定在基座模块(1)上，且两个直线滑轨的长度方向与手术台(23)的边轨长度方向一致；

所述机座(25)通过两个以上滑块安装在两个直线滑轨上，直线滑轨与滑块滑动配合，使得机座(25)沿直线滑轨的水平直线移动；每个直线滑轨的两端分别固定有两个弹簧螺栓；

所述第三轨道钳制器(24)固定在机座(25)的侧面，当机座(25)运动到设定位置后，第三轨道钳制器(24)用于将机座(25)锁紧在直线滑轨上。

4.如权利要求1所述的一种用于血管腔内介入手术机器人推进机构的被动定位机械臂，其特征在于，所述升降模块(3)包括：第一气弹簧(26)、卡盘(28)、固定筒(29)、直线轴承(30)、升降筒(31)、第一气弹簧接头(32)、第一法兰盘(36)及第二轴(35)；

所述固定筒(29)的底部固定在水平移动模块(2)上，固定筒(29)的顶部固定有第一法兰盘(36)；

所述卡盘(28)和直线轴承(30)均套装在固定筒(29)的外圆周面上，卡盘(28)位于直线轴承(30)的底部，升降筒(31)套装在直线轴承(30)的外圆周面，且卡盘(28)、直线轴承(30)和升降筒(31)三者固连，直线轴承(30)的内圆周面与固定筒(29)的外圆周面为滚动配合，升降筒(31)在直线轴承(30)的作用下可沿其轴向进行直线升降运动；

所述第一气弹簧(26)同轴安装在固定筒(29)内部，且第一气弹簧(26)的缸体端固定在水平移动模块(2)上，第一气弹簧(26)伸缩杆伸出于固定筒(29)，且所述伸缩杆通过第一气弹簧接头(32)与第二轴(35)固连；其中，第二轴(35)穿过并固定在第一法兰盘(36)上；所述第一气弹簧(26)处于锁定状态时，第一气弹簧(26)的高度不可调节；所述第一气弹簧(26)处于解锁状态时，第一气弹簧(26)的高度可调节。

5.如权利要求1所述的一种用于血管腔内介入手术机器人推进机构的被动定位机械臂，其特征在于，所述第一旋转关节(4)包括：一级支臂(44)、第一谐波减速器(41)、第一抱闸器(43)、第二法兰盘(42)及第三轴(40)；

所述第一谐波减速器(41)的底部固定在升降模块(3)的顶部；

所述一级支臂(44)由一体成型的两个圆筒及连接在两个圆筒外圆周面之间的板状臂组成；所述两个圆筒分别为第一圆筒和第二圆筒，两个圆筒的轴线平行；一级支臂(44)的第一圆筒的顶部套装在第一谐波减速器(41)的外部，并与第一谐波减速器(41)顶部的刚轮同轴固连；第一圆筒的底部通过轴承套装在第二轴(35)的外圆周面上；

所述第二法兰盘(42)固定在第一谐波减速器(41)的顶部；

所述第一抱闸器(43)固定在第二法兰盘(42)上，第一抱闸器(43)通过第三轴(40)与第一谐波减速器(41)的发生器连接；当打开第一抱闸器(43)电源时，所述一级支臂(44)的转动锁定；当关闭第一抱闸器(43)的电源时，一级支臂(44)的第一圆筒可绕第二轴(35)的轴线转动。

6.如权利要求5所述的一种用于血管腔内介入手术机器人推进机构的被动定位机械臂，其特征在于，所述第二旋转关节(5)包括：第二谐波减速器(47)、第二抱闸器(45)、第三法兰盘(46)、第四轴(48)、第五轴(49)及二级支臂(53)；

所述第二谐波减速器(47)的顶部与第五轴(49)的底部同轴固连；

所述二级支臂(53)由一体成型的第三圆筒和位于第三圆筒外圆周面的两个平行的支板组成；二级支臂(53)的第三圆筒套装并固定在第五轴(49)的顶部；所述一级支臂(44)的第二圆筒的顶部通过轴承套装在第五轴(49)的外圆周面上；

所述一级支臂(44)的第二圆筒的底部套装在第二谐波减速器(47)的外部，并与第二谐波减速器(47)底部的刚轮同轴固连；所述第三法兰盘(46)固定在第二谐波减速器(47)的底部；

所述第二抱闸器(45)固定在第三法兰盘(46)上，第二抱闸器(45)通过第四轴(48)与第二谐波减速器(47)的发生器连接；当打开第二抱闸器(45)电源时，所述二级支臂(53)的转动锁定；当关闭第二抱闸器(45)的电源时，带动一级支臂(44)和二级支臂(53)发生相对转动。

7.如权利要求6所述的一种用于血管腔内介入手术机器人推进机构的被动定位机械臂，其特征在于，所述俯仰角调节模块(6)包括：第二气弹簧(55)、第六轴(54)、第七轴(56)、第八轴(60)及机器人托盘(57)；

所述机器人托盘(57)上表面用于支撑手术机器人；机器人托盘(57)下表面的中心通过第七轴(56)销接在二级支臂(53)的两个平行的支板之间，该销接处位于两个支板的末端；

所述第二气弹簧(55)的缸体端通过第六轴(54)销接在二级支臂(53)的两个平行的支板之间，该销接处位于两个支板与第三圆筒的交汇端；第二气弹簧(55)的伸缩杆与第二气弹簧接头(58)的一端固连，第二气弹簧接头(58)的另一端通过第八轴(60)与机器人托盘(57)的下表面销接，且第七轴(56)和第八轴(60)的轴线平行；当第二气弹簧(55)处于锁定状态，第二气弹簧(55)的长度不可调节，机器人托盘(57)的位置锁定；当第二气弹簧(55)处于解锁状态，第二气弹簧(55)的长度可调节，进而可调节机器人托盘(57)的俯仰角，即手术机器人的俯仰角。

8.如权利要求6所述的一种用于血管腔内介入手术机器人推进机构的被动定位机械臂，其特征在于，所述第一抱闸器(43)和第二抱闸器(45)均通过远程开关控制打开或关闭其电源。

9.如权利要求1所述的一种用于血管腔内介入手术机器人推进机构的被动定位机械臂，其特征在于，所述基座模块(1)、水平移动模块(2)、升降模块(3)、第一旋转关节(4)、第二旋转关节(5)及俯仰角调节模块(6)的组成部件均采用合金材料。

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