CN114159164A

CN114159164A - 全主动串联医疗操作手

Info

Publication number: CN114159164A
Application number: CN202010952280.1A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Suzhou Wesent Medical Robot Co Ltd
Current assignee: Suzhou Wesent Medical Robot Co Ltd
Priority date: 2020-09-11
Filing date: 2020-09-11
Publication date: 2022-03-11

Abstract

本发明提供的一种全主动串联医疗操作手，涉及医疗设备技术领域，包括：连接基座上设置有第一电机，第一电机的输出端与第一转臂的一端驱动连接；第一转臂的另一端设置有第二电机，第二电机的输出端与第二转臂的一端驱动连接；第二转臂的另一端设置有第三电机，第三电机的输出端与第三转臂的一端驱动连接；第三转臂的另一端设置有第四电机，第四电机的输出端与第四转臂的一端驱动连接；第四转臂的另一端设置有第五电机，第五电机的输出端与第五转臂的一端驱动连接；第五转臂的另一端设置有第六电机，第六电机的输出端与第六转臂的一端驱动连接；第六转臂的另一端设置有第七电机，第七电机的输出端与夹持机构驱动连接。

Description

全主动串联医疗操作手

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，尤其是涉及一种全主动串联医疗操作手。

背景技术

目前，大部分手术机器人均为被动型操作手，这种操作手需要依靠机械结构平衡位置。但是，被动型操作手的缺点就是需要依靠重力实现平衡，无法保证操作空间的各个位置悬停，这将会带来较大的手术风险。而且，设备移动、搬运等操作，都会对被动型操作手造成影响，导致飘逸现象出现，需重新调整水平重心，操作繁琐，不确定因素多，风险系数较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全主动串联医疗操作手，以解决现有技术中医疗操作手的使用风险高技术问题。

本发明提供的一种全主动串联医疗操作手，包括：

位置结构单元，所述位置结构单元包括连接基座、第一转臂、第二转臂和第三转臂；所述连接基座包括连接柱和法兰盘，所述第一电机通过所述法兰盘装配在所述连接柱的顶端，所述第一电机的输出端与所述第一转臂的一端驱动连接；所述第一转臂的另一端设置有第二电机，所述第二电机的输出端与所述第二转臂的一端驱动连接；所述第二转臂的另一端设置有第三电机，所述第三电机的输出端与所述第三转臂的一端驱动连接；

姿态结构单元，所述姿态结构单元包括第四转臂、第五转臂和第六转臂；所述第三转臂的另一端设置有第四电机，所述第四电机的输出端与所述第四转臂的一端驱动连接；所述第四转臂的另一端设置有第五电机，所述第五电机的输出端与所述第五转臂的一端驱动连接；所述第五转臂的另一端设置有第六电机，所述第六电机的输出端与所述第六转臂的一端驱动连接；

夹持机构，所述第六转臂的另一端设置有第七电机，所述第七电机的输出端与所述夹持机构驱动连接。

进一步的，所述第一转臂具有安装内腔，所述第二电机设置在所述安装内腔中；

所述安装内腔中还装配有第一锥齿轮、第二锥齿轮和输出轴，所述第二电机的输出端与所述第一锥齿轮转动连接，第一锥齿轮和第二锥齿轮啮合装配，且第一锥齿轮与第二锥齿轮的中心轴线相互垂直；第二锥齿轮与所述输出轴传动装配；

第一转臂上开设有连通所述安装内腔的输出孔，输出轴从输出孔伸出并与所述第二转臂的端部驱动连接，从而使所述第二电机的输出端与所述第二转臂的一端驱动连接。

进一步的，所述第二转臂包括安装基座、第一动作单元和第二动作单元；

所述第一动作单元包括俯仰电机和俯仰摆杆；所述俯仰电机安装在所述安装基座上，所述俯仰电机的输出端与所述俯仰摆杆的一端驱动连接，所述第三电机设置在所述俯仰摆杆的另一端；

第二动作单元，所述第二动作单元包括水平摆杆，所述水平摆杆与所述第一转臂固定装配。

进一步的，所述俯仰摆杆包括第一俯仰摆杆和第二俯仰摆杆，所述第一俯仰摆杆的转动轴线与所述第二俯仰摆杆的转动轴线相互平行。

进一步的，所述第一电机的转动轴线与所述第二电机的转动轴线相互垂直。

进一步的，所述第二电机的转动轴线与所述俯仰电机的转动轴线相互平行。

进一步的，所述俯仰电机的转动轴线与所述第三电机的转动轴线相互垂直。

进一步的，所述第三电机的转动轴线与所述第四电机的转动轴线相互平行。

进一步的，所述第四转臂为L形转臂，所述第四电机的转动轴线与所述第五电机的转动轴线相互垂直。

进一步的，所述第五转臂为L形转臂，所述第五电机的转动轴线与所述第六电机的转动轴线相互垂直。

在上述技术方案中，连接基座、第一转臂、第二转臂和第三转臂之间的每个连接部位的转动动作，均通过电机来主动驱动，第四转臂、第五转臂和第六转臂之间的每个连接部位的转动动作，均通过电机来主动驱动。所以在通过该位置结构单元以及该姿态结构单元调整操作手的主体位置以及操作姿态时，可以保证动作的稳定性和精准性，使夹持机构可以在预设的操作位置稳定的停留，有效的提高手术的安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例提供的全主动串联医疗操作手的立体图；

图2为图1所示的全主动串联医疗操作手的主视图；

图3为图1所示的全主动串联医疗操作手的俯视图；

图4为本发明另一实施例提供的第一转臂的剖视图；

图5为本发明又一实施例提供的第二转臂的剖视图。

附图标记：

1-位置结构单元；2-姿态结构单元；3-夹持机构；

11-连接基座；12-第一转臂；13-第二转臂；14-第三转臂；15-第一电机；16-第二电机；17-第三电机；

121-第一锥齿轮；122-第二锥齿轮；123-输出轴；

21-第四转臂；22-第五转臂；23-第六转臂；24-第四电机；25-第五电机；26-第六电机；

131-安装基座；132-俯仰电机；133-俯仰摆杆；134-水平摆杆；

31-第七电机。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-图3所示，本实施例提供的一种全主动串联医疗操作手，包括：

位置结构单元1，所述位置结构单元1包括连接基座11、第一转臂12、第二转臂13和第三转臂14；所述连接基座11包括连接柱和法兰盘，所述第一电机15通过所述法兰盘装配在所述连接柱的顶端，所述第一电机15的输出端与所述第一转臂12的一端驱动连接；所述第一转臂12的另一端设置有第二电机16，所述第二电机16的输出端与所述第二转臂13的一端驱动连接；所述第二转臂13的另一端设置有第三电机17，所述第三电机17的输出端与所述第三转臂14的一端驱动连接；

姿态结构单元2，所述姿态结构单元2包括第四转臂21、第五转臂22和第六转臂23；所述第三转臂14的另一端设置有第四电机24，所述第四电机24的输出端与所述第四转臂21的一端驱动连接；所述第四转臂21的另一端设置有第五电机25，所述第五电机25的输出端与所述第五转臂22的一端驱动连接；所述第五转臂22的另一端设置有第六电机26，所述第六电机26的输出端与所述第六转臂23的一端驱动连接；

夹持机构3，所述第六转臂23的另一端设置有第七电机31，所述第七电机31的输出端与所述夹持机构3驱动连接。

由此可知，该全主动串联医疗操作手通过位置结构单元1、姿态结构单元2和夹持机构3构成，其中位置结构单元1在操作手的整个动作过程中可以模拟人体手臂的动作，姿态结构单元2在操作手的整个动作过程中可以模拟人体手腕的动作，夹持机构3在操作手的整个动作过程中可以模拟人体手指的动作。所以，该全主动串联医疗操作手在一些医疗操作过程中可以有效的替代手臂的操作，辅助手术的进行。

如图1所示，所述位置结构单元1包括连接基座11、第一转臂12、第二转臂13和第三转臂14。所述连接基座11可以通过所述第一电机15驱动所述第一转臂12完成转动动作，所述第一转臂12可以通过所述第二电机16驱动所述第二转臂13完成转动动作，所述第二转臂13可以通过所述第三电机17驱动所述第三转臂14完成转动动作。

在该位置结构单元1中，连接基座11、第一转臂12、第二转臂13和第三转臂14之间的每个连接部位的转动动作，均通过电机来主动驱动，所以在通过该位置结构单元1调整操作手的主体位置时，可以保证动作的稳定性和精准性，提高手术的安全性。

继续参考图1所示，所述姿态结构单元2包括第四转臂21、第五转臂22和第六转臂23。所述第三转臂14可以通过所述第四电机24驱动所述第四转臂21完成转动动作，所述第四转臂21可以通过所述第五电机25驱动所述第五转臂22完成转动动作，所述第五转臂22可以通过所述第六电机26驱动所述第六转臂23完成转动动作。

在该姿态结构单元2中，第四转臂21、第五转臂22和第六转臂23之间的每个连接部位的转动动作，均通过电机来主动驱动，所以在通过该姿态结构单元2调整操作手的操作姿态时，可以保证动作的稳定性和精准性，提高手术的安全性。

所以，在利用位置结构单元1和姿态结构单元2对整个操作手的主体位置和操作姿态调整完毕后，就可以将该夹持机构3调整到预设的操作位置。此时，位置结构单元1和姿态结构单元2的各个连接部位均通过电机来主动控制转动，所以各个部分可以平稳的悬停在调整完毕的位置，使该夹持机构3可以在预设的操作位置稳定的停留。此时，所述第六转臂23可以继续通过所述第七电机31驱动所述夹持机构3进行转动动作，在该停留的位置辅助手术的操作，这可以有效的提高手术的安全性。

如图4所示，在一个实施例中，所述第一转臂12具有安装内腔，所述第二电机16设置在所述安装内腔中；

所述安装内腔中还装配有第一锥齿轮121、第二锥齿轮122和输出轴123，所述第二电机16的输出端与所述第一锥齿轮121转动连接，第一锥齿轮121和第二锥齿轮122啮合装配，且第一锥齿轮121与第二锥齿轮122的中心轴线相互垂直；第二锥齿轮122与所述输出轴123传动装配；

第一转臂12上开设有连通所述安装内腔的输出孔，输出轴123从输出孔伸出并与所述第二转臂13的端部驱动连接，从而使所述第二电机16的输出端与所述第二转臂13的一端驱动连接。

此时，由于第一锥齿轮121和第二锥齿轮122啮合装配，且第一锥齿轮121与第二锥齿轮122的中心轴线相互垂直，所以第一锥齿轮121的转动会通过与第二锥齿轮122的啮合装配而驱动第二锥齿轮122转动，从而将第二电机16的动力传递至该第二锥齿轮122，此时第二电机16的动力传动方向便由此发生了方向上的转变。

接着，由于第二锥齿轮122与输出轴123传动装配，所以第二锥齿轮122会同步带动输出轴123转动，该输出轴123进而穿过输出孔伸出至第一转臂12的外部与所述第二转臂13的端部驱动连接。

在此动力传动过程中，第一锥齿轮121和第二锥齿轮122的啮合装配，有效的将整个动力传动方向形成了横纵转换，即将传动距离的一部分采用横向传动，同时通过第一锥齿轮121和第二锥齿轮122的垂直啮合装配，将该传动距离的另一部分转换为与前部分方向相互垂直的纵向传动。

由此，整个传动距离的前部分和后部分之间具有方向上的转换，有效的降低了第一转臂12轴向上的距离，进而缩短了第一转臂12在轴向方向上的长度和所占用的空间，传动将更为精准，提高操作的便捷性和稳定性。其中，第二电机16的装配也形成隐藏在第一转臂12内的隐藏式装配，可以保护第二电机16。

其中，第二锥齿轮122还可以数据连接有编码器。该编码器可以直接与该第二锥齿轮122转动装配，或者可以利用转轴与该第二锥齿轮122间接装配，当该第二锥齿轮122在传动过程中转动时，该编码器可以通过检测该第二锥齿轮122的转动速度、扭矩等数据，进而获取整个传动装置的转动速度、扭矩等数据，用于工作过程中的数据分析与反馈。

而在所述第二电机16的输出端与所述第一锥齿轮121转动连接过程中，还可以利用联轴器与传动轴传动装配，再通过传动轴与第二锥齿轮122形成传动装配结构，联轴器不仅可以使第二电机16与传动轴之间的动力传动更加稳定，而且还能够方便拆卸和装配，方便维修。

如图5所示，在一个实施例中，所述第二转臂13包括安装基座131、第一动作单元和第二动作单元；

所述第一动作单元包括俯仰电机132和俯仰摆杆133；所述俯仰电机132安装在所述安装基座131上，所述俯仰电机132的输出端与所述俯仰摆杆133的一端驱动连接，所述第三电机17设置在所述俯仰摆杆133的另一端；

第二动作单元，所述第二动作单元包括水平摆杆134，所述水平摆杆134与所述第一转臂12固定装配。

所以，所述俯仰电机132便可以驱动所述俯仰摆杆133的一端实施转动动作，通过驱动该俯仰摆杆133的一端转动，便可以控制俯仰摆杆133的另一端沿着俯仰电机132的转动轴线做弧线运动，该弧线运动可以是部分圆弧或者整个圆弧，也即该俯仰摆杆133可以沿俯仰电机132的转动轴线整圈转动，或者仅能够转动不满一圈的角度，从而控制第三转臂14、第四转臂21、第五转臂22和第六转臂23整体沿着俯仰电机132的转动轴线实施转动动作，调整操作手的主体位置，本领域技术人员可以根据需求设置可转动的角度，在此不做限定。

同时，所述水平摆杆134与所述第一转臂12固定装配，可以将第二转臂13与第一转臂12之间形成装配连接，该水平摆杆134可以与第一转臂12形成同步动作的固定连接结构，例如该水平摆杆134固定装配在第一转臂12的底部或顶部，连接方式可以为螺纹连接或卡接。此时，所述水平摆杆134与所述第一转臂12可以为相互平行的装配结构，或者也可以具有一定的角度，在此不做限定。

其中，所述俯仰摆杆133包括第一俯仰摆杆133和第二俯仰摆杆133，所述第一俯仰摆杆133的转动轴线与所述第二俯仰摆杆133的转动轴线相互平行。此时，第一俯仰摆杆133和第二俯仰摆杆133可以分别通过转动轴线相互平行的第一转轴和第二转轴与安装基座131形成转动装配关系。除此之外，本领域技术人员也可以利用其他结构形成与安装基座131的转动装配关系，在此不做限定。

另外，该第一俯仰摆杆133和第二俯仰摆杆133之间还可以利用联动结构进行联动控制，用于带动第一俯仰摆杆133和第二俯仰摆杆133同步转动，从而控制第一俯仰摆杆133和第二俯仰摆杆133实现精准的同步运动，完成操作手的预定动作。

其中，所述联动结构可以为连杆结构，所述第一转轴和所述第二转通过所述连杆结构联动装配在一起。或者，所述联动结构为齿轮组，所述第一转轴和所述第二转轴通过所述齿轮组联动装配在一起。对于连杆结构和齿轮组，均可以与第一转轴和第二转轴形成驱动配合关系，例如连杆结构可以采用多个连杆构成，包括输入端和两个输出端，两个输出端与第一转轴和第二转轴连接。齿轮组可以采用主动齿轮和两个或三个从动齿轮组成，从动齿轮与第一转轴和第二转轴形成驱动配合关系。

在一个实施例中，结合图1至图3所示，此时所述第一电机15的转动轴线与所述第二电机16的转动轴线相互垂直，所述第二电机16的转动轴线与所述俯仰电机132的转动轴线相互平行，因此利用第二电机16与第一锥齿轮121和第二锥齿轮122的配合结构，可以使第一转臂12、第二转臂13和第三转臂14之间连续的相互垂直转动，使构成的位置结构单元1能够完成对操作手主体位置的调整，模拟手臂动作。

同时，所述俯仰电机132的转动轴线与所述第三电机17的转动轴线相互垂直，所述第三电机17的转动轴线与所述第四电机24的转动轴线相互平行，所述第四转臂21为L形转臂，所述第四电机24的转动轴线与所述第五电机25的转动轴线相互垂直，所述第五转臂22为L形转臂，所述第五电机25的转动轴线与所述第六电机26的转动轴线相互垂直。此时，可以使第四转臂21、第五转臂22和第六转臂23之间连续的，使构成的姿态结构单元2能够完成对操作手姿态的调整，模拟手腕动作。

最后，所述第六转臂23为L形转臂，所述第六电机26的转动轴线与所述第七电机31的转动轴线相互垂直。可以对夹持机构3的转动位置进行调整，进行精准定位。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种全主动串联医疗操作手，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的全主动串联医疗操作手，其特征在于，所述第一转臂具有安装内腔，所述第二电机设置在所述安装内腔中；

3.根据权利要求2所述的全主动串联医疗操作手，其特征在于，所述第二转臂包括安装基座、第一动作单元和第二动作单元；

4.根据权利要求3所述的全主动串联医疗操作手，其特征在于，所述俯仰摆杆包括第一俯仰摆杆和第二俯仰摆杆，所述第一俯仰摆杆的转动轴线与所述第二俯仰摆杆的转动轴线相互平行。

5.根据权利要求4所述的全主动串联医疗操作手，其特征在于，所述第一电机的转动轴线与所述第二电机的转动轴线相互垂直。

6.根据权利要求5所述的全主动串联医疗操作手，其特征在于，所述第二电机的转动轴线与所述俯仰电机的转动轴线相互平行。

7.根据权利要求6所述的全主动串联医疗操作手，其特征在于，所述俯仰电机的转动轴线与所述第三电机的转动轴线相互垂直。

8.根据权利要求7所述的全主动串联医疗操作手，其特征在于，所述第三电机的转动轴线与所述第四电机的转动轴线相互平行。

9.根据权利要求8所述的全主动串联医疗操作手，其特征在于，所述第四转臂为L形转臂，所述第四电机的转动轴线与所述第五电机的转动轴线相互垂直。

10.根据权利要求9所述的全主动串联医疗操作手，其特征在于，所述第五转臂为L形转臂，所述第五电机的转动轴线与所述第六电机的转动轴线相互垂直。