CN112971858B - 一种医用超声探头多自由度驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种医用超声探头多自由度驱动装置，该多自由度驱动装置包括中转伸缩组件、角度调节组件、控制组件，所述角度调节组件上端设置与中转伸缩组件，角度调节组件下端设置有控制组件，所述中转伸缩组件上设置有超声探头，所述角度调节组件、中转伸缩组件均与控制组件电性连接。中转伸缩组件对超声探头进行前后距离的调节以及绕中心轴转动，角度调节组件实现超声探头在两个水平面上360°的角度调节，通过中转伸缩组件与角度调节组件的相互配合，实现超声探头在体内多自由度的驱动。

Description

一种医用超声探头多自由度驱动装置

技术领域

本发明涉及超声探头多自由度驱动技术领域，具体为一种医用超声探头多自由度驱动装置。

背景技术

医用超声仪器在疾病的检测、诊断和治疗环节都发挥着重要的作用。实际应用中，医疗人员往往是通过手动控制超声探头的方式来对患者进行检测或诊疗，这也就在许多情况下暴露出较大的弊端。在体内超声检测中，为了获取完整清晰的超声图像，需要超声探头对检测目标进行准确定位和适当压迫，因此需要超声探头前后水平移动、绕探头中心轴旋转、绕固定轴往复运动。

现有的超声检测装置中，虽然有自动化检测装置，但是，自动化检测装置是通过控制系统控制各种电机实现对探头的各种角度和前后距离的调节，使得探头调节后的角度及前后距离并不能准确的达到医疗人员所需要的角度及前后距离，与医疗人员心中所想要的角度和距离存在一定的偏差，使得医疗人员需要不断的向自动化检测装置输入控制信号，从而获得心中所需要的角度和移动距离，使得检测过程时间长、操作繁琐。

发明内容

本发明的目的在于提供一种医用超声探头多自由度驱动装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种医用超声探头多自由度驱动装置，该多自由度驱动装置包括中转伸缩组件、角度调节组件、控制组件，所述角度调节组件上端设置有中转伸缩组件，角度调节组件下端设置有控制组件，所述中转伸缩组件上设置有超声探头，所述角度调节组件、中转伸缩组件均与控制组件电性连接；中转伸缩组件对超声探头进行前后距离的调节以及绕中心轴转动，角度调节组件实现超声探头在两个水平面上360°的角度调节，通过中转伸缩组件与角度调节组件的相互配合，实现超声探头在体内多自由度的驱动。

所述中转伸缩组件包括前端壳，所述前端壳内部设置有底座，所述底座的两侧设置有伸缩轴，两组所述伸缩轴的下端均设置有轴座，两组所述轴座设置在轴心转板上，所述轴心转板的下方设置有磁力组件；前端壳对超声探头进行防护并为底座、伸缩轴等的安装提供空间，底座为超声探头的安装提供支撑，伸缩轴在轴座的带动下进行转动，进而使底座带动超声探头在前端壳内部上下的移动，磁力组件带动轴心转板绕中心轴进行转动，实现超声探头在中心轴方向上的转动。

所述角度调节组件包括三组连接轴、设置在每两组连接轴之间的伸缩轴套，每组所述伸缩轴套内部均设置有转向组件，所述转向组件上下两端分别与上下两个方向上的连接轴转动连接；每两组连接轴之间均设置伸缩轴套，且转向组件设置在伸缩轴套中，转向组件与连接轴之间转动连接，转向组件内部结构伸缩时，使两组连接轴之间发生相对转动，多组连接轴之间均发生相对转动，进而实现超声探头的多角度调节。

所述控制组件包括调节手柄，所述调节手柄上开设有四组环槽，每组所述环槽中均设置有控制系统，所述控制系统分别与两组转向组件、轴座及磁力组件电性连接。调节手柄方便医疗人员手持驱动装置，医疗人员通过分别控制控制系统，实现对超声探头上下距离、中心轴转动及多角度的调节。

所述底座两侧设置有联动板，两组所述联动板均与前端壳滑动连接，两组所述伸缩轴分别与两组联动板转动连接，两组所述伸缩轴下端均与两组轴座转动连接，两组所述轴座中均设置有磁力组件。

每组所述磁力组件均包括磁场块、若干组磁力板，所述磁场块呈环形，且分为N极磁场块和S极磁场块，若干组所述磁力板均设置在磁场块内部，每组所述磁力板上均设置有线圈，所述轴心转板及两组伸缩轴均与若干组磁力板连接，所述磁力板与调节手柄中的控制系统电性连接。伸缩轴通过安装板与若干组磁力板固定连接 ，轴心转板下端面与若干组磁力板固定连接，磁场板与若干组磁力板相互配合形成电动机结构，当若干组磁力板中的线圈通电时，磁力板带动轴心转板及伸缩轴进行转动，从而实现超声探头在上下方向的距离调节及绕中心轴线转动的需求。

所述转向组件包括多组万向轴、设置在下方一组连接轴上的磁场座，每组所述万向轴上端均与上方一组连接轴转动连接，万向轴下端均与下方一组连接轴转动连接，多组万向轴呈环形设置在两组连接轴之间，所述磁场座设置在多组万向轴的中部位置，每组所述万向轴靠近磁场座的一侧均设置有联轴，每组所述联轴的另一端均插入磁场座内部，联轴与磁场座滑动连接，所述磁场座对联轴进行磁力吸引或排斥。多组万向轴用于连接两组连接轴，并在磁场座的磁力吸引及排斥作用下使两组连接轴之间发生相对转动。

所述万向轴包括万向轴壳，所述万向轴壳上端设置有上伸缩杆，万向轴壳下端设置有下伸缩杆，所述上伸缩杆与上方一组连接轴转动连接，所述下伸缩杆与下方一组连接轴转动连接，所述上伸缩杆及下伸缩杆均与万向轴壳转动连接，所述联轴设置在万向轴壳上，所述联轴的另一端设置有磁块。上伸缩杆、下伸缩杆及万向轴壳三者相互配合实现360°的转动，进而实现两组连接轴之间的多向转动，磁块为永磁体，磁块与磁场座相互配合实现伸缩杆的伸出或收缩。

所述磁场座上开设有滑槽，所述联轴的另一端位于滑槽中，磁场座内部设置有磁吸环，所述磁吸环上对应每组磁块的位置均设置有线圈，磁吸环上两两相对的线圈为一对，所述磁吸环与调节手柄中的控制系统电性连接，上方一组所述连接轴的下端中部设置有中心轴，所述中心轴下端设置有转动球，所述转动球设置在磁场座中。中心轴通过转动球与磁场座转动连接，并为两组连接轴提供转动用的中心轴，使两组连接轴在转动时得到支撑，磁吸环上的一对线圈在通电后，一对线圈中的一组线圈对磁块进行磁吸，另一组线圈对另一组磁块进行排斥，通过两组线圈的相互配合实现连接轴的转动，且通过对线圈进行定向通电，实现连接轴的定向转动。

每组所述环槽中均设置有若干组连接板，环槽中位于连接板的外侧设置有支撑块；每组所述控制系统均包括调节环，所述调节环设置在环槽中，调节环位于支撑块上，调节环与环槽及支撑块转动连接，所述调节环上设置有一组调节块，且所述调节块靠近连接板的一侧设置有一组桥板，所述桥板与连接板滑动连接，且所述桥板与连接板电性连接。

每组所述环槽中的连接板均与控制电路电性连接，所述控制电路分别与磁力板、磁吸环电性连接；所述调节块中设置有滑动变阻器组件，调节块中设置有陶瓷筒，调节块内部位于陶瓷筒下方设置有滑杆，所述滑杆上设置有轴套，所述轴套上设置有滑片，轴套两侧设置有推动板，所述陶瓷筒及滑杆均与控制电路电性连接。随着轴套在滑杆上的移动，实现接入控制电路的电流大小，进而实现磁吸环上产生磁场力的大小。

其中两组所述调节块的外侧设置有按压壳，所述按压壳内部设置有两组推动轴，两组所述推动轴的另一端分别与推动板固定。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

医疗人员通过手动转动调节环实现对超声探头前后水平移动、绕探头中心轴旋转以及各种角度的调节，从而对两组转向组件的控制，实现对超声探头360°的角度调节，且通过医疗人员手动的调节，达到医疗人员所需要的检测角度和检测距离，使造成过程简单、便捷；连接轴与前端壳连接在一起，组成检测轴，可以实现在体内各种角度的自由调节，进而适应体内的复杂情况，实现在对病患位置进行检测的同时不会对其他内脏造成损伤；通过磁场块、磁力板的相互配合组成电动机的内部结构，节省了使用电动机的成本，减轻了检测轴的重量，使检测轴操作更加方便；通过磁吸环与磁块的相互配合，实现超声探头360°的转动，两组转向组件的相互配合，使超声探头在体内的检测范围更广。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的前端壳内部结构示意图；

图3是本发明的轴座内部结构示意图；

图4是本发明的磁力组件俯视示意图；

图5是本发明的三组连接轴之间的连接结构示意图；

图6是本发明的转向组件结构示意图；

图7是本发明的磁场座内部结构俯视图；

图8是本发明的万向轴结构示意图；

图9是本发明的控制组件结构示意图；

图10是本发明的调节块内部结构前视示意图；

图11是本发明的调节块结构左视示意图；

图12是本发明的环槽内部结构俯视示意图。

图中：1、中转伸缩组件；2、角度调节组件；3、控制组件；4、超声探头；11、前端壳；12、伸缩轴；13、底座；14、联动板；15、轴座；16、轴心转板；17、磁力组件；171、磁场块；172、磁力板；21、连接轴；22、伸缩轴套；23、转向组件；231、万向轴壳；232、磁场座；233、中心轴；234、联轴；235、磁吸环；236、上伸缩杆；237、下伸缩杆；238、磁块；31、调节手柄；32、环槽；33、连接板；34、支撑块；35、调节块；36、桥板；37、陶瓷筒；38、滑杆；39、滑片；310、推动轴；311、按压壳；312、推动板；313、调节环。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图12，本发明提供技术方案：一种医用超声探头多自由度驱动装置，该多自由度驱动装置包括中转伸缩组件1、角度调节组件2、控制组件3，角度调节组件2上端安装有中转伸缩组件1，角度调节组件2下端安装有控制组件3，中转伸缩组件1上安装有超声探头4，角度调节组件2、中转伸缩组件1均与控制组件3电性连接。

中转伸缩组件1包括前端壳11，前端壳11内部转动安装有支撑板，且支撑板两侧安装有伸缩轴12，底座13两侧设置有联动板14，两组联动板14均与前端壳11滑动连接，两组伸缩轴12分别与两组联动板14转动连接。

两组伸缩轴12的下端均设置有轴座15，伸缩轴12下端固定有安装板，且安装板位于轴座15内部，伸缩轴12与轴座15转动连接，两组轴座15均固定安装在轴心转板16上，轴心转板16与前端壳11转动连接，轴心转板16的下方安装有磁力组件17，同时，两组轴座15中均也安装有磁力组件17。

每组磁力组件17均包括磁场块171、若干组磁力板172，磁场块171呈环形，且分为N极磁场块和S极磁场块，若干组磁力板172均转动安装在磁场块171内部，每组磁力板172上均安装有线圈，轴心转板16下端面及两组伸缩轴12的安装板的下端面均与若干组磁力板12连接，磁力板172与调节手柄31中的控制系统电性连接。

通过给磁力板172通入电流，使磁力板172上产生磁场，磁力板172与磁场块171之间通过磁场之间的相互吸引和排斥，使磁力板172带动伸缩轴12及轴心转板16进行转动。

角度调节组件2包括三组连接轴21以及安装在每两组连接轴21之间的伸缩轴套22，上方一组连接轴21与前端壳11下端固定，下方一组连接轴12与控制组件3固定，每组伸缩轴套22内部均安装有转向组件23，伸缩轴套22为波纹管，转向组件23上下两端分别与上下两个方向上的连接轴21转动连接；

转向组件23包括多组万向轴、安装在中部一组连接轴21及下方一组连接轴21上端面的磁场座232，上方一组连接轴21的下端中部以及中部一组所述连接轴21的下端中部位置均固定安装有中心轴233，中心轴233下端固定有转动球，转动球转动在磁场座232上端的中部位置。

万向轴包括万向轴壳231，多组万向轴两两相对的为一组，万向轴壳231上端转动安装有上伸缩杆236，万向轴壳231下端转动安装有下伸缩杆237，上伸缩杆236与上方一组连接轴21转动连接，下伸缩杆237与下方一组连接轴21转动连接，联轴234固定在万向轴壳231上，联轴234的另一端固定有磁块238，磁块238为永磁体。

多组万向轴呈环形设置在两组连接轴21之间，磁场座232安装在多组万向轴的中部位置，磁场座232上开设有滑槽，每组联轴234的另一端通过滑槽均插入磁场座232内部，联轴234与磁场座232滑动连接，磁场座232对联轴234进行磁力吸引或排斥。

磁场座232内部安装有磁吸环235，磁吸环235上对应每组磁块238的位置均缠绕有线圈，磁吸环235上两两相对的线圈为一对，且两组线圈通电时分别产生两种磁性不同的磁场，磁吸环235与调节手柄31中的控制系统电性连接。

控制组件3包括调节手柄31，调节手柄31上端与下方一组连接轴21的下端固定，调节手柄31上开设有四组环槽32，每组环槽32中均安装有控制系统，四组控制系统分别与两组转向组件23、轴座15及磁力组件17电性连接。

每组环槽32中均固定有若干组连接板33，每组连接板33中均设置有导电电路，每一组连接板33对应一个调节角度，调节角度包括连接轴21的转动角度、轴心转板16的转动角度及两组伸缩轴12的转动角度，导电电路与控制电路电性连接，所述控制电路（图中未画出）设置在调节手柄312中，环槽32中位于连接板33的外侧均固定有支撑块34，控制电路还分别与磁力板172、磁吸环235电性连接。

每组控制系统均包括调节环313，调节环313转动安装在环槽32中，调节环313位于支撑块34上，调节环313与环槽32及支撑块34转动连接，调节环313上安装有一组调节块35，且调节块35靠近连接板33的一侧位于连接板33上方固定安装有一组桥板36，桥板36与连接板33滑动连接，且桥板36与连接板33电性连接，桥板36与控制电路电性连接。

四组调节环313分别与每组环槽32中的若干组连接板33相互配合，分别实现对轴座15中的磁力组件17、轴心转板16下方的磁力组件17以及两组转向组件23的转动控制，其中一组调节环313与环槽32中的连接板33相互配合实现对两组轴座15中的磁力组件17进行转动控制。

上方两组调节块35中安装有滑动变阻器组件，调节块35中安装有陶瓷筒37，调节块35内部位于陶瓷筒37下方安装有滑杆38，滑杆38上滑动安装有轴套，轴套上固定有滑片39，轴套两侧固定有推动板312，陶瓷筒37及滑杆38均与控制电路电性连接。

安装有滑动变阻器组件的两组调节块35的外侧安装有按压壳311，按压壳311内部安装有两组推动轴310，两组推动轴310的另一端分别与推动板312固定。

本发明的工作原理：

将超声探头4安装在前端壳11的底座13上，需要对超声探头4在前后方向上进行距离调节时，医疗人员转动调节手柄31上不带按压壳311的其中一组调节环313，随着调节环313带动桥板36的转动，实现桥板36与不同连接板33的电性连接，进而实现转动角度的调节，进而使控制电路控制轴座15中磁力组件17的转动角度，通过桥板36与不同连接板33的电性连接，实现若干组磁力板172在磁场块171中的转动，进而实现伸缩轴12在前端壳11中的转动，通过伸缩轴12的转动，使得联动板14带动底座13在前端壳11中下降或上升，从而实现超声探头4在前后方向上的距离调节。

当需要对超声探头4进行绕探头中心轴旋转时，医疗人员转动调节手柄31上另一组不带按压壳311的调节环313，使调节环313带动桥板36在环槽32中转动，并与不同的连接板33进行电性连接，当桥板36停留在某一个连接板33上时，连接板33与桥板36电性连接，此时电路导通，控制电路通过导通的控制电路对磁力板172中线圈的通电进行控制，实现磁力板172在磁场块171中的转动，实现轴心转板16带动超声探头4 的转动。

当需要对连接轴21之间的角度进行调节即超声探头4的检测角度进行调节时，医疗人员调节两组带有按压壳311的调节环313，使调节环313在环槽32中转动，使得控制电路导通，进而使磁吸环235上的线圈通电，并产生不同磁性的磁场，通过不同的磁场分别对两组联轴234上的磁块238进行磁力吸引和排斥，从而使两组联轴234分别对两组万向轴壳231进行拉动和推出，从而使连接轴21之间发生角度转动，进而实现了医疗人员对于超声探头4角度的要求。

需要使两组连接轴21的角度弯曲更大时，对按压壳311进行按压，使接入控制电路的电阻变小，使控制电路向磁吸环235线圈中输入的电流变大，进而使产生的磁场变大，使磁吸环235对磁块238的吸引力和推动力变大，从而实现两组连接轴21之间的弯曲角度变大。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (7)

1.一种医用超声探头多自由度驱动装置，其特征在于：该多自由度驱动装置包括中转伸缩组件（1）、角度调节组件（2）、控制组件（3），所述角度调节组件（2）上端设置有中转伸缩组件（1），角度调节组件（2）下端设置有控制组件（3），所述中转伸缩组件（1）上设置有超声探头（4），所述角度调节组件（2）、中转伸缩组件（1）均与控制组件（3）电性连接；

所述中转伸缩组件（1）包括前端壳（11），所述前端壳（11）内部设置有底座（13），所述底座（13）的两侧设置有伸缩轴（12），两组所述伸缩轴（12）的下端均设置有轴座（15），两组所述轴座（15）设置在轴心转板（16）上，所述轴心转板（16）的下方设置有磁力组件（17）；

所述角度调节组件（2）包括三组连接轴（21）、设置在每两组连接轴（21）之间的伸缩轴套（22），每组所述伸缩轴套（22）内部均设置有转向组件（23），所述转向组件（23）上下两端分别与上下两个方向上的连接轴（21）转动连接；

所述控制组件（3）包括调节手柄（31），所述调节手柄（31）上开设有四组环槽（32），每组所述环槽（32）中均设置有控制系统，所述控制系统分别与两组转向组件（23）、轴座（15）及磁力组件（17）电性连接；

每组所述磁力组件（17）均包括磁场块（171）、若干组磁力板（172），所述磁场块（171）呈环形，且分为N极磁场块和S极磁场块，若干组所述磁力板（172）均设置在磁场块（171）内部，每组所述磁力板（172）上均设置有线圈，所述轴心转板（16）及两组伸缩轴（12）均与若干组磁力板（172）连接，所述磁力板（172）与调节手柄（31）中的控制系统电性连接；

所述转向组件（23）包括多组万向轴、设置在下方一组连接轴（21）上的磁场座（232），每组所述万向轴上端均与上方一组连接轴（21）转动连接，万向轴下端均与下方一组连接轴（21）转动连接，多组万向轴呈环形设置在两组连接轴（21）之间，所述磁场座（232）设置在多组万向轴的中部位置，每组所述万向轴靠近磁场座（232）的一侧均设置有联轴（234），每组所述联轴（234）的另一端均插入磁场座（232）内部，联轴（234）与磁场座（232）滑动连接，所述磁场座（232）对联轴（234）进行磁力吸引或排斥。

2.根据权利要求1所述的一种医用超声探头多自由度驱动装置，其特征在于：所述底座（13）两侧设置有联动板（14），两组所述联动板（14）均与前端壳（11）滑动连接，两组所述伸缩轴（12）分别与两组联动板（14）转动连接，两组所述伸缩轴（12）下端均与两组轴座（15）转动连接，两组所述轴座（15）中均设置有磁力组件（17）。

3.根据权利要求2所述的一种医用超声探头多自由度驱动装置，其特征在于：所述万向轴包括万向轴壳（231），所述万向轴壳（231）上端设置有上伸缩杆（236），万向轴壳（231）下端设置有下伸缩杆（237），所述上伸缩杆（236）与上方一组连接轴（21）转动连接，所述下伸缩杆（237）与下方一组连接轴（21）转动连接，所述上伸缩杆（236）及下伸缩杆（237）均与万向轴壳（231）转动连接，所述联轴（234）设置在万向轴壳（231）上，所述联轴（234）的另一端设置有磁块（238）。

4.根据权利要求3所述的一种医用超声探头多自由度驱动装置，其特征在于：所述磁场座（232）上开设有滑槽，所述联轴（234）的另一端位于滑槽中，磁场座（232）内部设置有磁吸环（235），所述磁吸环（235）上对应每组磁块（238）的位置均设置有线圈，磁吸环（235）上两两相对的线圈为一对，所述磁吸环（235）与调节手柄（31）中的控制系统电性连接，上方一组所述连接轴（21）的下端中部设置有中心轴（233），所述中心轴（233）下端设置有转动球，所述转动球设置在磁场座（232）中。

5.根据权利要求4所述的一种医用超声探头多自由度驱动装置，其特征在于：每组所述环槽（32）中均设置有若干组连接板（33），环槽（32）中位于连接板（33）的外侧设置有支撑块（34）；每组所述控制系统均包括调节环（313），所述调节环（313）设置在环槽（32）中，调节环（313）位于支撑块（34）上，调节环（313）与环槽（32）及支撑块（34）转动连接，所述调节环（313）上设置有一组调节块（35），且所述调节块（35）靠近连接板（33）的一侧设置有一组桥板（36），所述桥板（36）与连接板（33）滑动连接，且所述桥板（36）与连接板（33）电性连接。

6.根据权利要求5所述的一种医用超声探头多自由度驱动装置，其特征在于：每组所述环槽（32）中的连接板（33）均与控制电路电性连接，所述控制电路分别与磁力板（172）、磁吸环（235）电性连接；所述调节块（35）中设置有滑动变阻器组件，调节块（35）中设置有陶瓷筒（37），调节块（35）内部位于陶瓷筒（37）下方设置有滑杆（38），所述滑杆（38）上设置有轴套，所述轴套上设置有滑片（39），轴套两侧设置有推动板（312），所述陶瓷筒（37）及滑杆（38）均与控制电路电性连接。

7.根据权利要求6所述的一种医用超声探头多自由度驱动装置，其特征在于：其中两组所述调节块（35）的外侧设置有按压壳（311），所述按压壳（311）内部设置有两组推动轴（310），两组所述推动轴（310）的另一端分别与推动板（312）固定。

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