CN112450951B - 一种全方位冗余双臂构型血管造影机 - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗器械技术领域，尤其涉及一种全方位冗余双臂构型血管造影机。其可实现大范围内，不同角度、不同等中心距离的等中心检测。包括车体；所述车体内设置有床体，床体上方设置有机器人上臂，床体下方设置有机器人下臂；上臂端部与血管造影机的平板探测器相连，下臂端部与血管造影机的阳极球管相连；通过上、下臂的运动，实现大范围内、不同角度、不同等中心距离的等中心检测，为微创手术过程中提供高质量的造影图像。

Description

一种全方位冗余双臂构型血管造影机

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，尤其涉及一种全方位冗余双臂构型血管造影机。

背景技术

微创介入手术中，措施越来越好，但长期操作与长时间积累，还是会给手术者带来损伤。如果手术者在X 线外进行控制，机器人在 X 线内进行手术操作，将会彻底解决这一问题，这也成为从事微创介入手术人员的迫切需求。同时，随着5G技术的发展，城市移动救护以及战场环境下的野外远程急救得到了发展，通过移动救护车内安装DSA造影单元，并配套手术机器人等设备，实现对急性病患者的远程治疗，能够第一时间对患者进行救治。避免在运输过程中伤情加重危害患者生命安全，在战场或野战环境下，可以解决救治现场专科医护人员短缺及救治技术较低的问题。并有效降低伤员的死亡率、致残率。

市面上现在使用比较广泛的设备是基于二自由度C型臂和可移动床体实现大范围的造影功能，其C型臂的支撑形式大致有三种形式，如固定于地面、悬挂在棚顶，将C臂放置于可移动推车上，使其适用场景扩大，使用方便。虽然以上产品在医院已经大面积使用，但是由于其安装空间巨大，机器人抗震性差等问题，并不适用于安装在移动救护车上。而且在检测过程中，需要C型臂与床体的配合实现大范围区域的检测能力，实现过程复杂。

发明内容

本发明就是针对现有技术存在的缺陷，提供一种全方位冗余双臂构型血管造影机。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，包括车体；其特征在于，所述车体内设置有床体，床体上方设置有机器人上臂，床体下方设置有机器人下臂。

上臂端部与血管造影机的平板探测器相连，下臂端部与血管造影机的阳极球管相连。

通过上、下臂的运动，实现大范围内、不同角度、不同等中心距离的等中心检测，为微创手术过程中提供高质量的造影图像。

进一步地，所述机器人上臂、机器人下臂均具有七自由度，包括七自由度模块。

进一步地，上臂七自由度模块包括一二关节直线运动模块、三四关节模块、五六七关节模块。

更进一步地，上臂七自由度模块的一二关节直线运动模块包括一轴关节直线模组、设置于一轴关节直线模组上的二轴基座；一轴关节直线模组输出端带动二轴基座运动，二轴基座上设置有二轴导轨，二轴导轨上滑动连接有二轴滑块，二轴滑块通过带轮传递力给丝杠螺母副，丝杠两端通过推力轴承支承于二轴基座，螺母与二轴滑块连接。

更进一步地，所述二轴导轨包括平行设置的二轴导轨一及二轴导轨二。

更进一步地，上臂七自由度模块上臂的三四关节模块包括三关节模块、四关节模块；三关节模块包括固设于二轴滑块上的二轴连接块，该二轴连接块一侧连接有弯臂型三轴连杆，该三轴连杆的自由端底部安装有三轴电机，自由端顶部设置有三轴电机连接件，该三轴电机连接件通过三轴交叉滚子轴承与自由端相连，三轴交叉滚子轴承的外圈与自由端相连，三轴交叉滚子轴承的内圈与三轴电机转接件相连，三轴电机与三轴电机转接件相连，将运动传递给三轴电机转接件。

四关节模块包括与三轴电机转接件固接的四关节基座，四关节基座内设置有四关节丝杠，该四关节丝杠通过轴承座安装于基座内，该丝杠与四关节螺母相连构成丝杠螺母运动副，螺母与块状四轴连接件相连，且四关节螺母与四关节滑块相连，四关节滑块与四关节导轨相连，四关节导轨设置于基座内且四关节导轨与四关节丝杠相平行；四关节丝杠由带轮传动力给丝杠螺母运动副。

更进一步地，四关节导轨有两个，两个四关节导轨各对应一四关节滑块，且四关节丝杠两侧各分部一四关节导轨。

更进一步地，上臂七自由度模块的五六七关节模块包括与四轴连接件相连的五轴连接件，五轴连接件与五轴关节模组的外壳相连，五轴关节模组的输出轴与六轴连接件相连，该六轴连接件还与六轴关节模组的输出轴相连，六轴关节模组的外壳与七轴连接件的输出轴相连，七轴连接件的外壳与七轴关节模组的基座相连，七轴关节模组输出端与接收平板相连。

进一步地，下臂七自由度模块包括一二关节模块、三关节模块、四五关节模块、六七关节模块。

更进一步地，下臂七自由度模块的一二关节模块包括一轴关节直线模组、设置于一轴关节模组上的二关节连接件，二关节连接件的底部通过滑块与导轨相连；一轴关节模组带动二关节连接件沿导轨移动；

所述二关节连接件上设置有二关节基座，二关节基座上设置有电缸，电缸的固定部分固设于二关节基座上，电缸的运动部分与左右两滑块相连，两滑块与各自的导轨相连，两导轨竖向设置于二关节基座上，两滑块均与连接架固连，连接架与三关节连接件相连，电缸动作，带动滑块沿导轨上下移动，与滑块相连的连接架及连接架上的三关节连接件随之移动。

更进一步地，下臂七自由度模块的三关节模块包括作为三关节连接件上的三关节基座，三关节基座上安装有同步带传动机构，该同步带传动机构的主动带轮安装于电机的输出轴上，该电机通过电机座安装与三关节基座上，同步带传动机构的从动带轮安装于从动轴上，该从动轴通过交叉滚子轴承安装于三关节基座，从动带轮与四关节连接板相连，电机转动，通过同步带，从动带轮转动，带动与之相连的四关节连接板发生转动。

更进一步地，下臂七自由度模块的四五关节模块包括作为四关节连接板的四关节基座，四关节基座上设置有导轨，导轨上滑动连接有滑块，滑块上设置有电机固定座，电机固定座上固定有电机；四关节基座上还设置有电缸固定座，电缸固定座上设置有电缸，电缸的固定部分与电缸固定座固连，电缸的移动部分与电机固定座相连；电缸动作，电缸的移动部分带动电机沿导轨移动。

电机的电机轴通过联轴器与输出轴相连，该输出轴通过交叉滚子轴承与电机固定座转动连接。

更进一步地，下臂七自由度模块的六七关节模块包括固接于输出轴自由端的电机固定座，该电机固定座内设置有六关节电机模组，六关节电机模组位于底部敞开的口字型七关节连接件内，六关节电机模组一侧的连接轴通过交叉滚子轴承与七关节连接件相连，六关节电机模组另一侧的连接轴与七关节连接件固定连接；交叉滚子轴承的外圈与七关节连接件相连，交叉滚子轴承的内圈与连接轴相连；（六关节电机模组动作，带动七关节连接件动作；）七关节连接件的顶部固接有球管外壳，球管外壳内设置有电机减速器模组，球管外壳外壁设置有限速器，该限速器与电机减速器模组相连。

与现有技术相比本发明有益效果。

本发明移动车体内布置双臂机器人、移动床体，双臂机器人能够全程在不需要移动床体的情况下，即可实现大范围内，不同角度、不同等中心距离的等中心检测。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。本发明保护范围不仅局限于以下内容的表述。

图1是本发明整体结构示意图。

图2-1到2-2是本发明机器人上臂关节结构示意图。

图3-1到3-2是本发明上臂一二关节结构示意图。

图3-3是本发明图3-1的A-A示意图。

图4是本发明上臂三、四关节连接示意图。

图5是本发明上臂三关节连接示意图。

图6是本发明上臂四关节连接示意图。

图7-1到7-2是5-6-7关节结构示意图。

图8-1-图8-2是本发明机器人下臂关节结构示意图。

图9是本发明下臂一二关节示意图。

图10是本发明下臂三关节示意图。

图11-1到11-2是本发明下臂四五关节示意图。

图11-3是图11-2的A-A示意图。

图12-1是下臂6到7关节结构示意图。

图12-2是图12-1的A-A 示意图。

图2-3中，1为一轴关节直线模组、2为二轴基座、3为一轴关节直线模组输出端、4为二轴导轨、5为二轴滑块、6为二轴带轮、7为二轴丝杠、8为二轴螺母、9为一轴电机、10为二轴电机、11为二轴推力轴承；

图5-6中，12为二轴连接块、13为三轴连杆、14为三轴电机、15为三轴电机转接件、16为三轴交叉滚子轴承、17为四关节基座、18为四关节丝杠、19为四关节螺母、20为四轴连接件、21为四关节滑块、22为四关节导轨、23为四轴电机；

图9中，24为二关节连接件，25为二关节基座、26为二关节滑块、27为二关节导轨、28为电缸的固定部分、29为电缸的运动部分、30为连接架、31为三关节连接件；

图10中，32为三关节电机、33为四关节连接板、37为主动带轮、38为三关节基座；

图11-1中，43为下臂电机固定座、45为下臂四关节基座滑块、46为下臂四关节基座、47为电缸固定座、48为下臂电机、410为输出轴；

图12-1中，51为限速器、52为球管外壳、53为七关节连接件、55为连接轴、56为电机模组固定座、57为六关节电机模组、58为电机减速器模组；

图7-1到图7-2中，61、五轴连接件 62、六轴连接件 63、六轴关节模组64、七轴连接件 65、七轴关节模组66、接收平板 67、五轴关节模组68、末端连接件。

具体实施方式

如图1到12-2所示，本发明包括车体；其特征在于，所述车体内设置有床体，床体上方设置有机器人上臂，床体下方设置有机器人下臂。

上臂端部与血管造影机的平板探测器相连，下臂端部与血管造影机的阳极球管相连。

通过上、下臂的运动，实现大范围内、不同角度、不同等中心距离的等中心检测，为微创手术过程中提供高质量的造影图像。

本实施例中，所述机器人上臂、机器人下臂均具有七自由度，包括七自由度模块。

本实施例中，上臂七自由度模块包括一二关节直线运动模块、三四关节模块、五六七关节模块。

本实施例中，上臂七自由度模块的一二关节直线运动模块包括一轴关节直线模组1、设置于一轴关节直线模组1上的二轴基座2；一轴关节直线模组输出端3带动二轴基座2运动，二轴基座2上设置有二轴导轨4，二轴导轨4上滑动连接有二轴滑块5，二轴滑块5通过二轴带轮6传递力给丝杠螺母副，二轴带轮6采用同步带结构，且该同步带结构由二轴电机10带动；二轴丝杠7两端通过二轴推力轴承11支承于二轴基座2，二轴螺母8与二轴滑块5连接。其中，一轴关节直线模组采用一轴导轨、与一轴导轨滑动相连的一轴滑块，并由一轴电机9驱动来实现，在此不赘述。

具体地，一关节的内部结构形式与二关节类似，不赘述，一关节通过一轴直线模组输出端带动二轴基座运动，同时一轴导轨起支撑作用；二关节主要是通过带轮传递力给丝杠螺母副，丝杠两侧有推力轴承支撑，螺母与两个导轨滑块（起支撑作用）连接，并将运动输出给下一个轴。

本实施例中，所述二轴导轨4包括平行设置的二轴导轨一及二轴导轨二。

本实施例中，上臂七自由度模块上臂的三四关节模块包括三关节模块、四关节模块；三关节模块包括固设于二轴滑块5上的二轴连接块12，该二轴连接块12一侧连接有弯臂型三轴连杆13，该三轴连杆13的自由端底部安装有三轴电机14，自由端顶部设置有三轴电机连接件15，该三轴电机连接件15通过三轴交叉滚子轴承16与自由端相连，三轴交叉滚子轴承16的外圈与自由端相连，三轴交叉滚子轴承16的内圈与三轴电机14转接件相连，三轴电机14与三轴电机转接件15相连，将运动传递给三轴电机转接件15；

四关节模块包括与三轴电机转接件15固接的四关节基座17，四关节基座16内设置有四关节丝杠18，该四关节丝杠18通过轴承座安装于基座16内，该丝杠18与四关节螺母19相连构成丝杠螺母运动副，螺母19与块状四轴连接件20相连，且四关节螺母19与四关节滑块21相连，四关节滑块21与四关节导轨22相连，四关节导轨22设置于基座内且四关节导轨与四关节丝杠相平行；四关节丝杠由带轮传动力给丝杠螺母运动副。其中，带轮传动即采用同步带传动机构，且该同步带传动机构采用四轴电机23作为驱动力。

本实施例中，四关节导轨有两个，两个四关节导轨各对应一四关节滑块，且四关节丝杠两侧各分部一四关节导轨。

本实施例中，上臂七自由度模块的五六七关节模块包括与四轴连接件相连的五轴连接件61，五轴连接件61与五轴关节模组67的外壳相连，五轴关节模组67的输出轴与六轴连接件62相连，该六轴连接件62还与六轴关节模组63的输出轴相连，六轴关节模组63的外壳与七轴连接件64的输出轴相连，七轴连接件64的外壳与七轴关节模组65的基座相连，七轴关节模组65输出端通过末端连接件68与接收平板66相连。

其中，五、六、七轴关节模组均包含空心电机、谐波减速器、抱闸和编码器等，为市售采购件，不赘述。

本实施例中，下臂七自由度模块包括一二关节模块、三关节模块、四五关节模块、六七关节模块。

本实施例中，下臂七自由度模块的一二关节模块包括一轴直线模组、设置于一轴直线模组上的二关节连接件24，二关节连接件24的底部通过滑块（二关节滑块26）与导轨（二关节导轨27）相连；一轴关节模组带动二关节连接件24沿导轨移动；

所述二关节连接件24上设置有二关节基座25，二关节基座25上设置有电缸，电缸的固定部分28固设于二关节基座上，电缸的运动部分29与左右两滑块26相连，两滑块与各自的导轨相连，两导轨竖向设置于二关节基座25上，两滑块均与连接架30固连，连接架30与三关节连接件31相连，电缸动作，带动滑块沿导轨上下移动，与滑块相连的连接架30及连接架30上的三关节连接件31随之移动。

具体地，一轴直线模组，和上臂一关节是相同的，内部主要包含电机、减速机、丝杠螺母副以及轴承等，螺母用于将一关节运动传递给下一部分，导轨气支撑作用，电缸运动部分推动连接架上下运动。

本实施例中，下臂七自由度模块的三关节模块包括作为三关节连接件31上的三关节基座38，三关节基座38上安装有同步带传动机构，该同步带传动机构的主动带轮37安装于电机的输出轴上，该电机32通过电机座安装与三关节基座38上，同步带传动机构的从动带轮安装于从动轴35上，该从动轴35通过交叉滚子轴承安装于三关节基座38，从动带轮与四关节连接板33相连，电机转动，通过同步带，从动带轮转动，带动与之相连的四关节连接板33发生转动。

本实施例中，下臂七自由度模块的四五关节模块包括作为四关节连接板33的四关节基座(下臂四关节基座46)，四关节基座上设置有导轨（下臂四关节基座导轨44），导轨上滑动连接有滑块（下臂四关节基座滑块45），滑块上设置有下臂电机固定座43，电机固定座43上固定有电机（下臂电机48）；四关节基座上还设置有电缸固定座47，电缸固定座47上设置有电缸，电缸的固定部分与电缸固定座固连，电缸的移动部分与电机固定座43相连；电缸动作，电缸的移动部分带动电机沿导轨44移动；电机48的电机轴通过联轴器与输出轴410相连，该输出轴410通过交叉滚子轴承与电机固定座43转动连接。

本实施例中，下臂七自由度模块的六七关节模块包括固接于输出轴自由端的电机模组固定座56，该电机模组固定座56内设置有六关节电机模组57，六关节电机模组57位于底部敞开的口字型七关节连接件53内，六关节电机模组57一侧的连接轴55通过交叉滚子轴承与七关节连接件53相连，六关节电机模组另一侧的连接轴与七关节连接件53固定连接；交叉滚子轴承的外圈与七关节连接件53相连，交叉滚子轴承的内圈与连接轴55相连；（六关节电机模组动作，带动七关节连接件动作；）七关节连接件的顶部固接有球管外壳52，球管外壳52内设置有电机减速器模组58，球管外壳外壁设置有限速器51，该限速器51与电机减速器模组58相连。

具体地，58带动51旋转， 55是连接轴（一侧与交叉滚子轴承内圈连接，另一侧与电机模组固定座固定连接）。

本发明的目的在于提供全方位冗余双臂构型血管造影机，其包括携带发射头的七自由度下臂、携带接收器的七自由度上臂、固定不动的床体以及可在野战或城市急救环境下工作的移动车体。中心运动，检测位置的改变以及接收器与发射器等中心距离的调整，都是通过上下臂协调配合来实现的。通过车载的方式可以实现野战和城市急救环境下，对伤者或患者的快速救治。

1、 通过本发明中设计的结构，在救治方法上，将导管室运输到患者身边，进行紧急抢救，节省运输患者时间，实现更好的抢救效果。

2、 相比于医院中传统C臂，该机构可以不移动床体就能实现大范围的等中心检测区域。

3、本发明中设计结构占用空间小，解决了移动/野战等条件下，传统DSA占用空间大，无法排布在移动救护车体内的问题。

4、相比于传统C臂，本发明中设计结构质量更轻巧、运动更灵活。

本实施例中，机器人整体为上下双臂结构，上臂7个自由度PPRPRRR，下臂7个自由度PPRPRRR。以及各自由度连接关系。实现本发明功能的关节布置形式还可以是上臂七个自由度PRRPRRR，下臂七个自由度PRRPRRR;也可以是上臂七个自由度RRRPRRR,下臂七个自由度RRRPRRR。还可以上下臂以上述描述的构型自由排列组合，可以有多种构型实现该功能。

本实施例中，远心运动实现方式、调整上下臂等中心距离方式以及调整检测区域的范围都是靠上下双臂各个关节的协调运动来实现。

本实施例中，一、二关节直线运动可以多种方式实现，如皮带传送、齿轮齿条和丝杠螺母等，本文只说明其关节形式并没有列举多种实现方式。

本实施例中，三关节旋转运动可以通过皮带传动实现也可以通过锥齿轮传动、 减速机直连，文中描述的只是其中一种实现。

本实施例中，四关节的直线运动可以通过电机配合丝杠来实现，如上臂的实现方式；也可以通过电缸-丝杠的方式来实现，如下臂的实现方式。

本实施例中，末端三个调节姿态的关节，可以通过上臂三个模块化关节串联的方式来实现，也可以通过下臂的电机减速机布置的形式来实现。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种全方位冗余双臂构型血管造影机，包括车体；其特征在于，所述车体内设置有床体，床体上方设置有机器人上臂，床体下方设置有机器人下臂；

上臂端部与血管造影机的平板探测器相连，下臂端部与血管造影机的阳极球管相连；

通过上、下臂的运动，实现大范围内、不同角度、不同等中心距离的等中心检测，为微创手术过程中提供高质量的造影图像；

所述机器人上臂、机器人下臂均具有七自由度，包括七自由度模块；

上臂七自由度模块包括一二关节直线运动模块、三四关节模块、五六七关节模块；

上臂七自由度模块的一二关节直线运动模块包括一轴关节直线模组、设置于一轴关节直线模组上的二轴基座；一轴关节直线模组输出端带动二轴基座运动，二轴基座上设置有二轴导轨，二轴导轨上滑动连接有二轴滑块，二轴滑块通过带轮传递力给丝杠螺母副，丝杠两端通过推力轴承支承于二轴基座，螺母与二轴滑块连接；所述二轴导轨包括平行设置的二轴导轨一及二轴导轨二；

上臂七自由度模块的三四关节模块包括三关节模块、四关节模块；三关节模块包括固设于二轴滑块上的二轴连接块，该二轴连接块一侧连接有弯臂型三轴连杆，该三轴连杆的自由端底部安装有三轴电机，自由端顶部设置有三轴电机连接件，该三轴电机连接件通过三轴交叉滚子轴承与自由端相连，三轴交叉滚子轴承的外圈与自由端相连，三轴交叉滚子轴承的内圈与三轴电机转接件相连，三轴电机与三轴电机转接件相连，将运动传递给三轴电机转接件；

四关节模块包括与三轴电机转接件固接的四关节基座，四关节基座内设置有四关节丝杠，该四关节丝杠通过轴承座安装于基座内，该丝杠与四关节螺母相连构成丝杠螺母运动副，螺母与块状四轴连接件相连，且四关节螺母与四关节滑块相连，四关节滑块与四关节导轨相连，四关节导轨设置于基座内且四关节导轨与四关节丝杠相平行；四关节丝杠由带轮传动力给丝杠螺母运动副；四关节导轨有两个，两个四关节导轨各对应一四关节滑块，且四关节丝杠两侧各分部一四关节导轨。

2.根据权利要求1所述的一种全方位冗余双臂构型血管造影机，其特征在于：上臂七自由度模块的五六七关节模块包括与四轴连接件相连的五轴连接件，五轴连接件与五轴关节模组的外壳相连，五轴关节模组的输出轴与六轴连接件相连，该六轴连接件还与六轴关节模组的输出轴相连，六轴关节模组的外壳与七轴连接件的输出轴相连，七轴连接件的外壳与七轴关节模组的基座相连，七轴关节模组输出端与接收平板相连。

3.根据权利要求1所述的一种全方位冗余双臂构型血管造影机，其特征在于：下臂七自由度模块包括一二关节模块、三关节模块、四五关节模块、六七关节模块。

4.根据权利要求3所述的一种全方位冗余双臂构型血管造影机，其特征在于：下臂七自由度模块的一二关节模块包括一轴关节直线模组、设置于一轴关节模组上的二关节连接件，二关节连接件的底部通过滑块与导轨相连；一轴关节模组带动二关节连接件沿导轨移动；

所述二关节连接件上设置有二关节基座，二关节基座上设置有电缸，电缸的固定部分固设于二关节基座上，电缸的运动部分与左右两滑块相连，两滑块与各自的导轨相连，两导轨竖向设置于二关节基座上，两滑块均与连接架固连，连接架与三关节连接件相连，电缸动作，带动滑块沿导轨上下移动，与滑块相连的连接架及连接架上的三关节连接件随之移动。

5.根据权利要求4所述的一种全方位冗余双臂构型血管造影机，其特征在于：下臂七自由度模块的三关节模块包括作为三关节连接件上的三关节基座，三关节基座上安装有同步带传动机构，该同步带传动机构的主动带轮安装于电机的输出轴上，该电机通过电机座安装与三关节基座上，同步带传动机构的从动带轮安装于从动轴上，该从动轴通过交叉滚子轴承安装于三关节基座，从动带轮与四关节连接板相连，电机转动，通过同步带，从动带轮转动，带动与之相连的四关节连接板发生转动。

6.根据权利要求5所述的一种全方位冗余双臂构型血管造影机，其特征在于：下臂七自由度模块的四五关节模块包括作为四关节连接板的四关节基座，四关节基座上设置有导轨，导轨上滑动连接有滑块，滑块上设置有电机固定座，电机固定座上固定有电机；四关节基座上还设置有电缸固定座，电缸固定座上设置有电缸，电缸的固定部分与电缸固定座固连，电缸的移动部分与电机固定座相连；电缸动作，电缸的移动部分带动电机沿导轨移动；电机的电机轴通过联轴器与输出轴相连，该输出轴通过交叉滚子轴承与电机固定座转动连接；

下臂七自由度模块的六七关节模块包括固接于输出轴自由端的电机固定座，该电机固定座内设置有六关节电机模组，六关节电机模组位于底部敞开的口字型七关节连接件内，六关节电机模组一侧的连接轴通过交叉滚子轴承与七关节连接件相连，六关节电机模组另一侧的连接轴与七关节连接件固定连接；交叉滚子轴承的外圈与七关节连接件相连，交叉滚子轴承的内圈与连接轴相连；六关节电机模组动作，带动七关节连接件动作；七关节连接件的顶部固接有球管外壳，球管外壳内设置有电机减速器模组，球管外壳外壁设置有限速器，该限速器与电机减速器模组相连。

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