CN202432194U - 一种六自由度电磁控制机架 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种六自由度电磁控制机架，运用于神经外科手术显微镜或其它需多自由度速控操作的医疗器械，包括脚座、立柱、横臂、悬臂和头部，立柱和横臂之间通过机身横臂旋转关节(A1)连接，横臂和悬臂之间通过机身悬臂旋转关节(A2)连接，悬臂和头部通过机身悬臂上下升降控制关节(A3)连接，头部的各部分之间分别由头部平转关节(B1)、头部偏摆关节(B2)和头部俯仰关节(B3)连接，6个关节内均采用失电式电磁离合器，还具有用于分别控制6个失电式电磁离合器的微电脑控制系统。本装置能够迅速地实现仪器在可操作空间内任意位置的定位，能够整体或者分部联动，方便医生更加自由地控制显微镜头部。

Description

一种六自由度电磁控制机架

技术领域

本实用新型涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种六自由度电磁控制机架。

背景技术

目前许多神经外科手术显微镜都是用的传统机架，即主要关节均由步进电机驱动旋转达到显微镜对手术靶点的定位和机架整体紧固的控制，或者用蜗轮蜗杆与手钮等方式来定位和自锁紧固。前者因电机驱动，显微镜从某一空间位置转移到另一空间位置的时间较长，不能满足手术器械的高效率操作要求，后者因各关节需要逐步用手来调节移动量或定位旋钮，因此难以实现关节的整体或部分联动，以达到显微镜的多个自由度的综合空间定位。

因此，如何提供一种新型机架，操作能够整体联动，迅速地实现仪器在可操作空间内任意位置的定位，成为本领域技术人员亟待解决的重要技术问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种六自由度电磁控制机架，操作能够整体联动，迅速地实现仪器在可操作空间内任意位置的定位。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种六自由度电磁控制机架，运用于神经外科手术显微镜，包括脚座、立柱、横臂、悬臂和头部，所述立柱和所述横臂之间通过机身横臂旋转关节连接，所述横臂和所述悬臂之间通过机身悬臂旋转关节连接，所述悬臂和所述头部通过机身悬臂上下升降控制关节连接，所述头部的各部分之间分别由头部平转关节、头部偏摆关节和头部俯仰关节连接，6个关节内均采用失电式电磁离合器；

还具有用于分别控制6个所述失电式电磁离合器的微电脑控制系统。

优选的，所述微电脑控制系统设置在所述横臂内。

优选的，所述机身横臂旋转关节包括固定在横臂箱体上的第一电磁铁，和套设在立柱方轴上的第一摩擦盘；在所述第一电磁铁失电时，所述第一电磁铁内的弹簧顶起所述第一摩擦盘，所述第一摩擦盘从两侧压紧所述立柱方轴；通电后，在所述第一电磁铁的磁力作用下，所述弹簧压缩，释放所述第一摩擦盘。

优选的，所述第一摩擦盘和所述第一电磁铁上相对的部分分别开设有螺纹孔，通过螺栓固定连接在所述横臂箱体上。

优选的，所述机身悬臂旋转关节具有与所述机身横臂旋转关节相同的结构。

优选的，所述机身悬臂上下升降控制关节包括两端分别铰接在悬臂尾座和悬臂上的气弹簧，固定在所述悬臂内底部的电磁离合器座，通过中轴与两端的轴承安装在所述电磁离合器座上的电磁铁，中轴与曲柄、摇杆以及悬臂头组成曲柄摇杆机构。

优选的，所述头部平转关节包括固定在悬臂头箱体上的第二电磁铁、挤压板、摩擦片和基板，其中所述摩擦片包括两组交替相叠的内摩擦片与外摩擦片，所述内摩擦片具有与平转轴配合的扁孔；当未通电时，所述第二电磁铁内的弹簧顶起所述摩擦片，所述内摩擦片和所述外摩擦片互相压紧，所述摩擦片压紧所述平转轴；当通电时，所述挤压板被所述第二电磁铁吸住，压缩所述弹簧松开所述摩擦片。

优选的，所述头部偏摆关节和所述头部俯仰关节具有与所述头部平转关节相同的结构。

从上述的技术方案可以看出，本实用新型提供的六自由度电磁控制机架，通过在每个关节上设置采用失电式电磁离合器，并用微电脑控制系统分别控制这6个失电式电磁离合器，能够迅速地实现仪器在可操作空间内任意位置的定位，操作能够整体联动，同时锁紧一次定位，方便可靠，又因没有电机，不会发出持续噪音。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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为本实用新型实施例提供的六自由度电磁控制机架在神经外科手术显微镜机架当中应用的整体作用示意图；

图2为本实用新型实施例提供的六自由度电磁控制机架的横臂箱体与机身横臂旋转关节和机身悬臂旋转关节两处的电磁离合器安装与作用示意图；

图3为本实用新型实施例提供的六自由度电磁控制机架的机身悬臂上下升降控制关节中电磁离合器的安装与作用示意图；

图4为本实用新型实施例提供的六自由度电磁控制机架的头部3个关节中电磁离合器的安装与作用示意图。

具体实施方式

本实用新型公开了一种六自由度电磁控制机架，操作能够整体联动，迅速地实现仪器在可操作空间内任意位置的定位。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1和图2，本实用新型实施例提供的六自由度电磁控制机架，运用于神经外科手术显微镜或其它需多自由度速控操作的医疗器械，包括脚座、立柱、横臂、悬臂和头部，立柱和横臂之间通过机身横臂旋转关节A1连接，横臂和悬臂之间通过机身悬臂旋转关节A2连接，悬臂和头部通过机身悬臂上下升降控制关节A3连接，头部的各部分之间分别由头部平转关节B1、头部偏摆关节B2和头部俯仰关节B3连接；其中，横臂可绕立柱实现任意角度旋转，悬臂可绕横臂端旋转，同时，机身悬臂上下升降控制关节可让悬臂作一定角度内上下摆动，机架头部3个关节分别绕X、Y、Z三轴旋转；

其核心发明点在于，6个关节内均采用失电式电磁离合器，电磁离合器不通电时，离合器内摩擦盘通过弹簧弹力互相挤压产生摩擦力实现关节的制动；通电时，弹簧被电磁铁对挤压板的吸力压缩，从而让摩擦盘彼此脱离实现关节的灵活转动。

还具有用于分别控制6个失电式电磁离合器的微电脑控制系统，6个关节可以分别设定为所有关节同时联动的整体控制和机身3个关节紧固、头部3个关节联动的分部控制。

本实用新型实施例提供的六自由度电磁控制机架的工作过程是：通过机架内的微电脑控制系统能对机架的6个电磁离合器进行综合控制，当微电脑控制系统对6个电磁离合器均发出通电信号时，机架的6个关节均为通电松动状态，能够轻松地手动对手术显微镜的头部以及悬臂进行上下前后左右的推拿提升操作，可将头部快速调整在臂展半径范围的大空间内任意位置，待手术显微镜物镜聚焦到手术位置后，6个电磁离合器迅速断电紧固，手术显微镜也就能够稳定地固定某一个位置了，即可实现机架6个自由度的整体联动，从而能够让机架在大范围内任意位置进行切换；当微电脑控制系统只对机架的头部3个电磁离合器发出通电信号时，机身3个关节失电锁紧，头部3个关节通电松动，即可实现机身3个关节紧固，只有头部3个关节分部转动，从而能够让机架的头部在小范围内快速准确定位。

与现有技术中的结构相比，本实用新型实施例提供的六自由度电磁控制机架，通过在每个关节上设置采用失电式电磁离合器，并用微电脑控制系统分别控制这6个失电式电磁离合器，能够迅速地实现仪器在可操作空间内任意位置的定位，操作能够整体联动，同时锁紧一次定位，方便可靠，又因没有电机，不会发出持续噪音。

为了进一步优化上述的技术方案，微电脑控制系统设置在横臂内。由于为电控操作，6个电磁离合器能够通过不同的功能电路控制程序来实现不同的联动机制，而且能在一秒钟内迅速响应，操作过程非常自由灵活，因此，本机架能够大大提高手术显微镜的操作方便性与安全可靠性。

如图2所示，立柱方轴2通过一组角接触球轴承轴向固定在横臂箱体1底部，机身横臂旋转关节A1包括固定在横臂箱体1上的第一电磁铁3，和套设在立柱方轴2上的第一摩擦盘4；在第一电磁铁3失电时，第一电磁铁3内的弹簧顶起第一摩擦盘4，第一摩擦盘4从两侧压紧立柱方轴2，产生较大的摩擦力，摩擦力通过第一摩擦盘4与立柱方轴2的配合将摩擦力矩传递到横臂箱体1上，这样横臂箱体1就能够相对固定在立柱上不能旋转；通电后，在第一电磁铁3的磁力作用下，弹簧压缩，释放第一摩擦盘4，第一摩擦盘4两侧产生微小间隙，就能自由旋转，相应的横臂箱体1也能通过摩擦盘4在立柱方轴2上平转，这样就达到了一个电磁铁控制机身横臂旋转关节的转动自由度。

进一步的，第一摩擦盘4和第一电磁铁3上相对的部分分别开设有螺纹孔，通过螺栓固定在横臂箱体1上，实现了可拆卸的连接，方便了维护。当然，固定第一摩擦盘4和第一电磁铁3的方式还有很多种，比如型面连接等等，效果相同，在此不再赘述。

机身悬臂旋转关节A2具有与机身横臂旋转关节A1相同的结构，包括相应的横臂箱体5、第二摩擦盘6、悬臂尾座轴7和第三电磁铁8。同样达到失电时，横臂箱体5与悬臂尾座9的旋转关节的相对定位；当通电时，第二摩擦盘6松开，横臂箱体5与悬臂尾座9又能自由转动，便达到悬臂关节的转动自由度的电磁控制。

请参照图3，悬臂尾座9与悬臂11以及悬臂头17组成平行四边行，悬臂头17就能形成如图1中A3方向所示的上下转动。具体的，机身悬臂上下升降控制关节A3包括两端分别铰接在悬臂尾座9和悬臂11上的气弹簧10，能够对悬臂头17形成一个向上的力矩，为了克服此力矩与悬臂头17下整个显微镜头部重力的合力差达到平衡稳固目的；固定在悬臂11内底部的电磁离合器座14，通过中轴15与两端的轴承安装在电磁离合器座14上的电磁铁12，中轴15与曲柄16、摇杆13以及悬臂头17组成曲柄摇杆机构。这个机构同样通过电磁离合器中的摩擦盘产生力矩，传递到悬臂11的平行四边形结构上，和气弹簧力向上的力矩与显微镜头部向下的重力平衡，达到显微镜头部相对定位的目的。

如图4所示，头部平转关节B1包括固定在悬臂头箱体23上的第二电磁铁21、挤压板20、摩擦片19和基板18，其中摩擦片19包括两组交替相叠的内摩擦片与外摩擦片，内摩擦片具有与平转轴22配合的扁孔，以此传递轴的扭矩；当未通电时，第二电磁铁21内的弹簧顶起摩擦片19，内摩擦片和外摩擦片互相压紧，摩擦片19压紧平转轴22，内摩擦片产生一定摩擦扭矩限制平转轴22的转动；当通电时，挤压板20被第二电磁铁21吸住，压缩弹簧松开摩擦片19，因此内摩擦片与外摩擦片间的摩擦力矩大大减小，平转轴22便能通过内摩擦片自由灵活旋转。

头部偏摆关节B2和头部俯仰关节B3具有与头部平转关节B1相同的结构，这样就达到了三个电磁铁控制显微镜头部三个方向XYZ转动的自由度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种六自由度电磁控制机架，运用于神经外科手术显微镜，包括脚座、立柱、横臂、悬臂和头部，所述立柱和所述横臂之间通过机身横臂旋转关节(A1)连接，所述横臂和所述悬臂之间通过机身悬臂旋转关节(A2)连接，所述悬臂和所述头部通过机身悬臂上下升降控制关节(A3)连接，所述头部的各部分之间分别由头部平转关节(B1)、头部偏摆关节(B2)和头部俯仰关节(B3)连接，其特征在于，6个关节内均采用失电式电磁离合器；

还具有用于分别控制6个所述失电式电磁离合器的微电脑控制系统。

2.根据权利要求1所述的六自由度电磁控制机架，其特征在于，所述微电脑控制系统设置在所述横臂内。

3.根据权利要求1所述的六自由度电磁控制机架，其特征在于，所述机身横臂旋转关节(A1)包括固定在横臂箱体(1)上的第一电磁铁(3)，和套设在立柱方轴(2)上的第一摩擦盘(4)；在所述第一电磁铁(3)失电时，所述第一电磁铁(3)内的弹簧顶起所述第一摩擦盘(4)，所述第一摩擦盘(4)从两侧压紧所述立柱方轴(2)；通电后，在所述第一电磁铁(3)的磁力作用下，所述弹簧压缩，释放所述第一摩擦盘(4)。

4.根据权利要求3所述的六自由度电磁控制机架，其特征在于，所述第一摩擦盘(4)和所述第一电磁铁(3)上相对的部分分别开设有螺纹孔，通过螺栓固定连接在所述横臂箱体(1)上。

5.根据权利要求4所述的六自由度电磁控制机架，其特征在于，所述机身悬臂旋转关节(A2)具有与所述机身横臂旋转关节(A1)相同的结构。

6.根据权利要求1所述的六自由度电磁控制机架，其特征在于，所述机身悬臂上下升降控制关节(A3)包括两端分别铰接在悬臂尾座(9)和悬臂(11)上的气弹簧(10)，固定在所述悬臂(11)内底部的电磁离合器座(14)，通过中轴(15)与两端的轴承安装在所述电磁离合器座(14)上的电磁铁(12)，中轴(15)与曲柄(16)、摇杆(13)以及悬臂头(17)组成曲柄摇杆机构。

7.根据权利要求1所述的六自由度电磁控制机架，其特征在于，所述头部平转关节(B1)包括固定在悬臂头箱体(23)上的第二电磁铁(21)、挤压板(20)、摩擦片(19)和基板(18)，其中所述摩擦片(19)包括两组交替相叠的内摩擦片与外摩擦片，所述内摩擦片具有与平转轴(22)配合的扁孔；当未通电时，所述第二电磁铁(21)内的弹簧顶起所述摩擦片(19)，所述内摩擦片和所述外摩擦片互相压紧，所述摩擦片(19)压紧所述平转轴(22)；当通电时，所述挤压板(20)被所述第二电磁铁(21)吸住，压缩所述弹簧松开所述摩擦片(19)。

8.根据权利要求7所述的六自由度电磁控制机架，其特征在于，所述头部偏摆关节(B2)和所述头部俯仰关节(B3)具有与所述头部平转关节(B1)相同的结构。

Images