CN117159156A - 一种悬吊盘机构及手术机器人用调整臂系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种悬吊盘机构及手术机器人用调整臂系统，悬吊盘机构包含悬吊盘，悬吊盘中部安装有安装轴，悬吊盘上在安装轴的外围固定安装有多个第一轴承；冗余臂，可旋转安装于悬吊盘前端的第一轴承上，冗余臂的另一端安装有第二轴承；悬吊盘后端的第一轴承上可旋转安装有第一水平调整臂，第二轴承上可旋转安装有第二水平调整臂；关节模组，冗余臂与第一水平调整臂安装于第一轴承内的底部、第二水平调整臂安装于第二轴承内的底部均插接有关节模组；手术机器人用调整臂系统包含垂直驱动组件、水平驱动组件、调整臂组件、悬吊盘机构。

Description

一种悬吊盘机构及手术机器人用调整臂系统

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种悬吊盘机构及手术机器人用调整臂系统。

背景技术

目前各种手术机器人或机器人辅助手术设备已广泛应用于医院的各种临床手术中，例如穿刺活检，腹腔镜手术，以及骨科手术等，不同的手术机器人往往配备有数量不等的操作臂，以满足不同手术类型的需要；

以腹腔镜手术机器人为例，目前行业中的一些产品选择将单个或两个机械臂安装在一个台车上，手术时使用2个或多个台车分开布置在手术床周围进行手术，这种分体式的好处是机械臂的方位选择与单个台车的拖曳操作较为灵活，但也容易受到手术床和台车相对摆位的影响和限制，且台车占用床旁空间较多，容易与手术时需要用到的其他设备产生空间干涉的情况，另外，多个台车分开布置也对每个机械臂上安装的器械末端的空间定位构成一定的挑战，需要额外花费时间精力进行空间定位，无法实现快速摆位的需求；

另外一些产品采用单个悬吊盘结构，将3个或4个机械臂安装在一个可旋转的悬吊盘上，当悬吊盘旋转到需要的方位后，再手动逐一调整每个机械臂的张开角度，每个机械臂的旋转中心通常围绕悬吊盘的旋转中心呈扇形分布，由于机械臂末端的空间位置可以通过机械臂每个关节的编码器直接读取并计算出来，这种方式可以避免前述分体式机器人中每个机械臂需要进行空间定位的问题，可以较为快速的实现各个臂的术前摆位；但是，该种方式布置的3个或4个机械臂通常相距较近地布置在悬吊盘的一侧，为避免互相干涉，单个机械臂的旋转张开角度通常是有限的，在悬吊盘旋转到预定位置停止运动后，每个机械臂只能在一个较小的角度范围内调整，若能有一种方式使得悬吊盘下的每个调整臂的旋转角度能够显著增大，则可以使得摆位时的位置选择更加灵活，更容易避开手术床边的其他设备，同时对于某些特殊的病人或术式(例如肥胖症患者等)也可以提供更多的摆位选择。

发明内容

本发明要解决的技术问题是目前现有悬吊盘结构布置的3个或4个机械臂通常相距较近地布置在悬吊盘的一侧，为避免互相干涉，单个机械臂的旋转张开角度通常是有限的，在悬吊盘旋转到预定位置停止运动后，每个机械臂只能在一个较小的角度范围内调整，本发明提供一种悬吊盘机构，本发明还提供一种手术机器人用调整臂系统，能够显著增加调整臂的调整角度，摆位时更容易在避开手术床边的其他设备的同时避免各个臂之间的干涉，比常规的悬吊盘结构具备更大的调节范围，更易满足一些特殊情形下的摆位要求，结构简单，便于使用，用以解决现有技术导致的缺陷。

为解决上述技术问题本发明提供以下的技术方案：

第一方面，一种悬吊盘机构，其中，包含悬吊盘，所述悬吊盘中部安装有安装轴，所述悬吊盘上在所述安装轴的外围固定安装有多个第一轴承；

冗余臂，可旋转安装于所述悬吊盘前端的所述第一轴承上，所述冗余臂的另一端安装有第二轴承；

所述悬吊盘后端的所述第一轴承上可旋转安装有第一水平调整臂，所述第二轴承上可旋转安装有第二水平调整臂；

关节模组，所述冗余臂与所述第一水平调整臂安装于所述第一轴承内的底部、所述第二水平调整臂安装于所述第二轴承内的底部均插接有关节模组。

上述的一种悬吊盘机构，其中，所述悬吊盘包含悬吊盘基座以及安装于所述悬吊盘基座底部的悬吊盘底板；

所述安装轴设置于所述悬吊盘基座的中部，所述悬吊盘基座外围上部沿所述安装轴固定连接有多个用于安装所述第一轴承的第一套管；

所述悬吊盘底板上开设有匹配所述安装轴、所述第一轴承的第一通孔。

上述的一种悬吊盘机构，其中，所述冗余臂的一端插接于所述悬吊盘前端所述第一轴承的内圈上，所述冗余臂另一端的上部固定连接有用于安装所述第二轴承的第二套管、下部安装有冗余臂底板，所述冗余臂底板上设有匹配所述第二轴承的第二通孔；

所述第一水平调整臂插接于所述悬吊盘后端所述第一轴承的内圈上，所述第二水平调整臂插接于所述第二轴承的内圈上。

上述的一种悬吊盘机构，其中，所述第一轴承与所述第二轴承均为交叉滚子轴承；

所述第一轴承设置有四个。

上述的一种悬吊盘机构，其中，所述关节模组包含关节壳体以及安装于所述关节壳体内部的输出轴、套设于所述输出轴外围的主轴，所述输出轴顶部安装有第一转子毂、底部安装有关节盖板，所述关节盖板用于与所述悬吊盘、所述冗余臂设有所述第二轴承处连接；

谐波减速器，所述谐波减速器设置于所述主轴与所述关节盖板之间且其内圈与所述主轴固定连接、其输出圈与所述输出轴的外壁固定连接，其外圈与所述关节壳体内壁连接；

所述主轴的外围由上至下依次套设有第二转子毂、支架、制动器、安装板、第三轴承，所述第二转子毂与所述制动器的转动盘固定连接，所述制动器与所述安装板连接，所述安装板与所述关节壳体内壁连接，所述支架上设有设置于所述制动器外围并与所述安装板连接的支脚；

环形编码器，设置于所述第一转子毂顶部且其内圈与所述第一转子毂固定连接、其外圈安装于所述支架上；

所述冗余臂与所述悬吊盘连接的一端、所述第一水平调整臂、所述第二水平调整臂上均设有通过螺钉与所述关节壳体连接的转接板；

控制终端，所述控制终端通过有线控制连接所述制动器。

第二方面，一种手术机器人用调整臂系统，其中，包含垂直驱动组件、水平驱动组件、调整臂组件以及权利要求1-5中任一项所述的悬吊盘机构；

所述水平驱动组件与地面平行且其两端底部分别与所述垂直驱动组件、所述悬吊盘机构的安装轴连接；

所述调整臂组件设置有多个且分别安装于所述第一水平调整臂和所述第二水平调整臂的底部，且每个所述调整臂组件沿所述第一水平调整臂或所述第二水平调整臂的长度方向上直线移动，每个所述调整臂组件的另一端安装有执行臂；

所述控制终端通过有线分别控制连接所述垂直驱动组件、所述水平驱动组件、所述调整臂组件、所述执行臂。

上述的一种手术机器人用调整臂系统，其中，所述垂直驱动组件包含第一基座、竖直安装于所述第一基座顶部的中空安装柱，安装于所述安装柱内部且延所述安装柱长度方向上下移动的升降立柱；

所述水平驱动组件包含安装于所述立柱顶部的第二基座，所述第二基座的一端设有安装槽口；

吊杆移动基座，所述吊杆基座可移动安装于所述安装槽口内；

吊杆臂，可旋转安装于所述吊杆基座的另一端，所述悬吊盘机构可旋转安装于所述吊杆臂的底部；

所述调整臂组件包含高度调整臂，多个所述高度调整臂分别安装于所述第一水平调整臂和所述第二水平调整臂的底部，且每个所述高度调整臂沿所述第一水平调整臂或所述第二水平调整臂的长度方向上直线移动；

旋转调整臂，每个所述高度调整臂的底部均安装有旋转调整臂，所述高度调整臂工作带动所述旋转调整臂上下移动；

每个所述旋转调整臂的底部均安装有所述执行臂且带动所述执行臂旋转；

所述控制终端通过有线分别控制连接所述升降立柱、所述吊杆移动基座、所述高度调整臂、所述旋转调整臂。

上述的一种手术机器人用调整臂系统，其中，所述控制终端包含手机终端、PC终端。

依据上述本发明一种悬吊盘机构及手术机器人用调整臂系统提供的技术方案具有以下技术效果：

可以显著增加调整臂的调整角度，摆位时更容易在避开手术床边的其他设备的同时避免各个臂之间的干涉，比常规的悬吊盘结构具备更大的调节范围，更易满足一些特殊情形下的摆位要求，结构简单，便于使用。

附图说明

图1为本发明一种悬吊盘机构的爆炸结构示意图；

图2为本发明一种悬吊盘机构中冗余臂与悬吊盘连接处的关节模组的结构示意图；

图3为本发明一种手术机器人用调整臂系统的结构示意图；

图4为本发明一种手术机器人用调整臂系统在常规术式下的摆位方式；

图5为本发明一种手术机器人用调整臂系统在冗余臂打开时的摆位方式；

图6为本发明一种手术机器人用调整臂系统在冗余臂与调整臂同时打开时的摆位方式。

其中，附图标记如下：

悬吊盘100、安装轴101、第一轴承102、冗余臂200、第二轴承201、第一水平调整臂300、第二水平调整臂400、关节模组500、关节壳体501、输出轴502、主轴503、第一转子毂504、关节盖板505、谐波减速器506、第二转子毂507、支架508、制动器509、安装板510、环形编码器511、转接板512、螺钉513、第三轴承514、第一基座601、安装柱602、升降立柱603、第二基座604、吊杆移动基座605、吊杆臂606、高度调整臂607、旋转调整臂608、执行臂609、手术床700、患者800。

具体实施方式

为了使发明实现的技术手段、创造特征、达成目的和功效易于明白了解，下结合具体图示，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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的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。

须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明的第一实施例是提供一种悬吊盘机构，本发明的第二实施例是提供一种手术机器人用调整臂系统。

如图1所示，第一实施例，一种悬吊盘机构，其中，包含悬吊盘100，悬吊盘100中部安装有安装轴101，悬吊盘100上在安装轴101的外围固定安装有多个第一轴承102；

冗余臂200，可旋转安装于悬吊盘100前端的第一轴承102上，冗余臂200的另一端安装有第二轴承201；

悬吊盘100后端的第一轴承102上可旋转安装有第一水平调整臂300，第二轴承201上可旋转安装有第二水平调整臂400；

关节模组500，冗余臂200与第一水平调整臂300安装于第一轴承102内的底部、第二水平调整臂400安装于第二轴承201内的底部均插接有关节模组500，使得整个悬吊盘100、冗余臂200、第一水平调整臂300、第二水平调整臂400以安装轴101为轴心转动，其次冗余臂200与第一水平调整臂300能够以第一轴承102的轴心旋转、第二水平调整臂400以第二轴承201的轴心旋转。

上述的一种悬吊盘机构，其中，悬吊盘100包含悬吊盘基座以及安装于悬吊盘基座底部的悬吊盘底板；

安装轴101设置于悬吊盘基座的中部，悬吊盘基座外围上部沿安装轴101固定连接有多个用于安装第一轴承102的第一套管，便于轴承安装；

悬吊盘底板上开设有匹配安装轴101、第一轴承102的第一通孔。

上述的一种悬吊盘机构，其中，冗余臂200的一端插接于悬吊盘100前端第一轴承102的内圈上，冗余臂200另一端的上部固定连接有用于安装第二轴承201的第二套管、下部安装有冗余臂200底板，冗余臂200底板上设有匹配第二轴承201的第二通孔，便于轴承安装；

第一水平调整臂300插接于悬吊盘100后端第一轴承102的内圈上，第二水平调整臂400插接于第二轴承201的内圈上。

上述的一种悬吊盘机构，其中，第一轴承102与第二轴承201均为交叉滚子轴承；

第一轴承102设置有四个。

如图2所示，上述的一种悬吊盘机构，其中，关节模组500包含关节壳体501以及安装于关节壳体501内部的输出轴502、套设于输出轴502外围的主轴503，输出轴502顶部安装有第一转子毂504、底部安装有关节盖板505，关节盖板505用于与悬吊盘100、冗余臂200设有第二轴承201处连接；

谐波减速器506，谐波减速器506设置于主轴503与关节盖板505之间且其内圈与主轴503固定连接、其输出圈与输出轴502的外壁固定连接，其外圈与关节壳体501内壁连接；

主轴503的外围由上至下依次套设有第二转子毂507、支架508、制动器509、安装板510、第三轴承514，第二转子毂507与制动器509的转动盘固定连接，制动器509与安装板510连接，安装板510与关节壳体501内壁连接，支架508上设有设置于制动器509外围并与安装板510连接的支脚；

环形编码器511，设置于第一转子毂504顶部且其内圈与第一转子毂504固定连接、其外圈安装于支架508上；

冗余臂200与悬吊盘100连接的一端、第一水平调整臂300、第二水平调整臂400上均设有通过螺钉513与关节壳体501连接的转接板512；

控制终端，控制终端通过有线控制连接制动器509，制动器509无通电时为锁定状态，锁定状态下驱动器对输出轴502进行锁定，冗余臂200、第一水平调整臂300、第二水平调整臂400无法围绕关节模组500的中心进行旋转；制动器509通电时工作，使关节模组500处于释放状态，在释放状态下驱动器对输出轴502不在锁死，冗余臂200、第一水平调整臂300、第二水平调整臂400能够围绕关节模组500的中心进行旋转。

如图3所示，第二实施例，一种手术机器人用调整臂系统，其中，包含垂直驱动组件、水平驱动组件、调整臂组件以及第一实施例中任一项的悬吊盘机构；

水平驱动组件与地面平行且其两端底部分别与垂直驱动组件、悬吊盘机构的安装轴101连接；

调整臂组件设置有多个且分别安装于第一水平调整臂300和第二水平调整臂400的底部，且每个调整臂组件沿第一水平调整臂300或第二水平调整臂400的长度方向上直线移动，每个调整臂组件的另一端安装有执行臂609；

控制终端通过有线分别控制连接垂直驱动组件、水平驱动组件、调整臂组件、执行臂609。

上述的一种手术机器人用调整臂系统，其中，垂直驱动组件包含第一基座601、竖直安装于第一基座601顶部的中空安装柱602，安装于安装柱602内部且延安装柱602长度方向上下移动的升降立柱603，升降立柱603在中空安装柱602中做上下移动带动整个水平驱动组件上下移动；

水平驱动组件包含安装于立柱顶部的第二基座604，第二基座604的一端设有安装槽口；

吊杆移动基座605，吊杆基座可移动安装于安装槽口内，吊杆基座可沿第二基座604做前后移动；

吊杆臂606，可旋转安装于吊杆基座的另一端，悬吊盘机构可旋转安装于吊杆臂606的底部；

调整臂组件包含高度调整臂607，多个高度调整臂607分别安装于第一水平调整臂300和第二水平调整臂400的底部，且每个高度调整臂607沿第一水平调整臂300或第二水平调整臂400的长度方向上直线移动；

旋转调整臂608，每个高度调整臂607的底部均安装有旋转调整臂608，高度调整臂607工作带动旋转调整臂608上下移动；

每个旋转调整臂608的底部均安装有执行臂609且带动执行臂609旋转；

控制终端通过有线分别控制连接升降立柱603、吊杆移动基座605、高度调整臂607、旋转调整臂608。

上述的一种手术机器人用调整臂系统，其中，控制终端包含手机终端、PC终端。

在具体使用时，如图4所示，为常规的腹腔镜手术中常用的一种摆位方式，患者800躺在手术床700上，悬吊盘100旋转到与吊杆臂606呈90度角的位置，四个水平调整臂分别张开一定的角度，此时冗余臂200与悬吊盘100之间不需要相对转动，对于某些常规术式，此种摆位方式已可满足手术要求，当水平调整臂相对于悬吊盘100的角度不变，同时将两侧冗余臂200张开时，如图5所示，即可显著增加四个水平调整臂之间的间距，更有利于避免摆位时各个臂之间的干涉，当水平调整臂进一步绕其旋转轴张开时，如图6所示，每个调整臂之间的间距可以进一步增大，同时每个调整臂末端的执行臂609能否达到的范围也得到显著增加。

综上，本发明的一种悬吊盘机构及手术机器人用调整臂系统，能够显著增加调整臂的调整角度，摆位时更容易在避开手术床边的其他设备的同时避免各个臂之间的干涉，比常规的悬吊盘结构具备更大的调节范围，更易满足一些特殊情形下的摆位要求，结构简单，便于使用。

以上对发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改做出若干简单推演、变形或替换，这并不影响发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种悬吊盘机构，其特征在于，包含悬吊盘，所述悬吊盘中部安装有安装轴，所述悬吊盘上在所述安装轴的外围固定安装有多个第一轴承；

冗余臂，可旋转安装于所述悬吊盘前端的所述第一轴承上，所述冗余臂的另一端安装有第二轴承；

所述悬吊盘后端的所述第一轴承上可旋转安装有第一水平调整臂，所述第二轴承上可旋转安装有第二水平调整臂；

关节模组，所述冗余臂与所述第一水平调整臂安装于所述第一轴承内的底部、所述第二水平调整臂安装于所述第二轴承内的底部均插接有关节模组。

2.如权利要求1所述的一种悬吊盘机构，其特征在于，所述悬吊盘包含悬吊盘基座以及安装于所述悬吊盘基座底部的悬吊盘底板；

所述安装轴设置于所述悬吊盘基座的中部，所述悬吊盘基座外围上部沿所述安装轴固定连接有多个用于安装所述第一轴承的第一套管；

所述悬吊盘底板上开设有匹配所述安装轴、所述第一轴承的第一通孔。

3.如权利要求2所述的一种悬吊盘机构，其特征在于，所述冗余臂的一端插接于所述悬吊盘前端所述第一轴承的内圈上，所述冗余臂另一端的上部固定连接有用于安装所述第二轴承的第二套管、下部安装有冗余臂底板，所述冗余臂底板上设有匹配所述第二轴承的第二通孔；

所述第一水平调整臂插接于所述悬吊盘后端所述第一轴承的内圈上，所述第二水平调整臂插接于所述第二轴承的内圈上。

4.如权利要求3所述的一种悬吊盘机构，其特征在于，所述第一轴承与所述第二轴承均为交叉滚子轴承；

所述第一轴承设置有四个。

5.如权利要求1-4任一项所述的一种悬吊盘机构，其特征在于，所述关节模组包含关节壳体以及安装于所述关节壳体内部的输出轴、套设于所述输出轴外围的主轴，所述输出轴顶部安装有第一转子毂、底部安装有关节盖板，所述关节盖板用于与所述悬吊盘、所述冗余臂设有所述第二轴承处连接；

谐波减速器，所述谐波减速器设置于所述主轴与所述关节盖板之间且其内圈与所述主轴固定连接、其输出圈与所述输出轴的外壁固定连接，其外圈与所述关节壳体内壁连接；

所述主轴的外围由上至下依次套设有第二转子毂、支架、制动器、安装板、第三轴承，所述第二转子毂与所述制动器的转动盘固定连接，所述制动器与所述安装板连接，所述安装板与所述关节壳体内壁连接，所述支架上设有设置于所述制动器外围并与所述安装板连接的支脚；

环形编码器，设置于所述第一转子毂顶部且其内圈与所述第一转子毂固定连接、其外圈安装于所述支架上；

所述冗余臂与所述悬吊盘连接的一端、所述第一水平调整臂、所述第二水平调整臂上均设有通过螺钉与所述关节壳体连接的转接板；

控制终端，所述控制终端通过有线控制连接所述制动器。

6.一种手术机器人用调整臂系统，其特征在于，包含垂直驱动组件、水平驱动组件、调整臂组件以及权利要求1-5中任一项所述的悬吊盘机构；

所述水平驱动组件与地面平行且其两端底部分别与所述垂直驱动组件、所述悬吊盘机构的安装轴连接；

所述调整臂组件设置有多个且分别安装于所述第一水平调整臂和所述第二水平调整臂的底部，且每个所述调整臂组件沿所述第一水平调整臂或所述第二水平调整臂的长度方向上直线移动，每个所述调整臂组件的另一端安装有执行臂；

所述控制终端通过有线分别控制连接所述垂直驱动组件、所述水平驱动组件、所述调整臂组件、所述执行臂。

7.如权利要求6所述的一种手术机器人用调整臂系统，其特征在于，所述垂直驱动组件包含第一基座、竖直安装于所述第一基座顶部的中空安装柱，安装于所述安装柱内部且延所述安装柱长度方向上下移动的升降立柱；

所述水平驱动组件包含安装于所述立柱顶部的第二基座，所述第二基座的一端设有安装槽口；

吊杆移动基座，所述吊杆基座可移动安装于所述安装槽口内；

吊杆臂，可旋转安装于所述吊杆基座的另一端，所述悬吊盘机构可旋转安装于所述吊杆臂的底部；

所述调整臂组件包含高度调整臂，多个所述高度调整臂分别安装于所述第一水平调整臂和所述第二水平调整臂的底部，且每个所述高度调整臂沿所述第一水平调整臂或所述第二水平调整臂的长度方向上直线移动；

旋转调整臂，每个所述高度调整臂的底部均安装有旋转调整臂，所述高度调整臂工作带动所述旋转调整臂上下移动；

每个所述旋转调整臂的底部均安装有所述执行臂且带动所述执行臂旋转；

所述控制终端通过有线分别控制连接所述升降立柱、所述吊杆移动基座、所述高度调整臂、所述旋转调整臂。

8.如权利要求7所述的一种手术机器人用调整臂系统，其特征在于，所述控制终端包含手机终端、PC终端。