CN207344589U - 医用定位装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供的医用定位装置包括至少三个臂体、控制端以及多个驱动装置，所述至少三个臂体包括第一臂体、第二臂体和第三臂体，所述多个驱动装置包括第一驱动装置、第二驱动装置以及第三驱动装置，所述第一驱动装置设置于第一臂体与控制端之间，所述第一臂体的远离第一驱动装置的一端通过第二驱动装置与第二臂体连接，所述第二臂体的远离第二驱动装置的一端通过第三驱动装置与所述第三臂体连接，所述控制端用于分别以多个驱动装置为原点，建立多个三维空间坐标系，所述控制端用于根据多个三维空间坐标系对应的运动方程，控制所述多个驱动装置转动的角度。

Description

医用定位装置

技术领域

本实用新型涉及器械领域，具体涉及一种医用定位装置。

背景技术

现有的医用医用定位装置大多采用纯粹的机械结构实现医用定位装置转动和间断式锁紧。

采用纯机械结构的由于受机械结构的限制，在使用时存在一定盲区，操作不便，功能单一。在手术过程中，医生很难腾出手来去转动。纯机械结构的医用定位装置在结构上显得笨重，在功能上较多情况只能实现单一的控制，而且经济性差。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种医用定位装置，其旨在改善现有的医用定位装置操作性差、移动范围单一的问题。

本实用新型提供一种技术方案：

一种医用定位装置，包括至少三个臂体、控制端以及多个驱动装置，所述至少三个臂体包括第一臂体、第二臂体和第三臂体，所述多个驱动装置包括第一驱动装置、第二驱动装置以及第三驱动装置，所述第一驱动装置设置于第一臂体与控制端之间，所述第一臂体的远离第一驱动装置的一端通过第二驱动装置与第二臂体连接，所述第二臂体的远离第二驱动装置的一端通过第三驱动装置与所述第三臂体连接，所述控制端用于分别以多个驱动装置为原点，建立多个三维空间坐标系，所述控制端用于根据多个三维空间坐标系对应的运动方程，控制所述多个驱动装置转动的角度。

在本实用新型较佳的实施例中，所述电机为伺服电机或步进电机。

在本实用新型较佳的实施例中，所述第一电机的转子转轴与所述第一臂体的延伸方向一致，所述第一臂体以所述第一电机的转子转轴为轴转动。

第一臂体可以以第一臂体的延伸方向为轴进行转动，从而极大地扩大了该医用定位装置的移动范围。

在本实用新型较佳的实施例中，所述第二电机的转子转轴与所述第一臂体的延伸方向垂直，所述第二臂体的移动范围与所述第一臂体在同一平面内。

第二臂体的移动范围与第一臂体在同一平面内，而第一臂体又可以以第一臂体的延伸方向为轴转动，则第二臂体的移动范围便可以是以第一臂体为轴的一个较大的范围。

在本实用新型较佳的实施例中，所述第三电机的转子转轴与所述第二电机的转子转轴平行，所述第三臂体的移动范围与所述第二臂体在同一平面内。

第三臂体又可以相对于第二臂体移动，则可以使得该医用定位装置的端部能够延伸到更多的角度。

在本实用新型较佳的实施例中，所述第三臂体的远离第三电机的一端设置有固定夹。

固定架可以用来夹持多种工具，例如手术刀，盛放手术器械的盘子等，也可以根据固定架夹持的工具来对医用定位装置的运行方式进行相对应的设置。

在本实用新型较佳的实施例中，所述固定夹由螺栓控制。

用户可以通过转动螺栓来实现固定夹的开启或关闭，也可以通过螺栓来实现固定夹的开启角度。

在本实用新型较佳的实施例中，所述第一电机的转动范围为270度，所述第二电机的转动范围为90度，所述第三电机的转动范围为120度。

可以理解，第一电机、第二电机以及第三电机的转动范围也可以为其他数值，电机的具体转动范围不应该理解为是对本实用新型的限制。

在本实用新型较佳的实施例中，所述驱动器的数量与所述电机的数量相同，所述驱动器与电机相对应。

每个电机均可以有对应的驱动器，当控制器需要控制电机运行时，只需与对应的驱动器发控制信号即可，然后驱动器驱动相应的电机。

本实用新型还提供一种技术方案：

一种医疗器械，其包括上述的医用定位装置。

本实用新型实施例提供的医用定位装置的有益效果是：

控制端可以分别以多个驱动装置所在的位置为原点，建立多个三维空间坐标系，该控制端用于根据多个三维空间坐标系对应的运动方程，控制多个驱动装置转动的角度，从而使得医用定位装置的端部可以根据运动方程在三维空间坐标系的线条移动，从而改善医用定位装置操作性差、移动范围单一的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本实用新型实施例提供的医用定位装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的医用定位装置的一种使用状态的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的医用定位装置的另一种使用状态的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的控制端的电路示意图；

图5示出了坐标建立的示意图；

图6示出了图1示出的医用定位装置的运动模型简化图；

图7示出了图1示出的医用定位装置的运动模型坐标系建立的简化图。

图标：100-医用定位装置；110-第一臂体；120-第二臂体；130-第三臂体；131-固定夹；140-驱动装置；141-第一驱动装置；142-第二驱动装置；143-第三驱动装置；150-控制端。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型实施例的描述中，需要理解的是，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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或组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实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以是两个组件内部的连通。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实用新型中的具体含义。

实施例

图1为本实用新型实施例提供的医用定位装置100，该医用定位装置100包括第一臂体110、第二臂体120、第三臂体130、驱动装置140以及控制端150。

驱动装置140包括第一驱动装置141、第二驱动装置142以及第三驱动装置143，控制端150与第一臂体110之间设置有第一驱动装置141，第一臂体110的远离第一驱动装置141的一端通过第二驱动装置142与第二臂体120连接，第二臂体120的远离第二驱动装置142的一端通过第三驱动装置143与第三臂体130连接。

具体地，驱动装置包括电机、液压装置以及气压装置，其中，电机包括伺服电机150或步进电机150等。较佳地，可采用输出控制精准度较高的伺服电机150，便于为医学治疗手段提供更高精度的服务，提高医学治疗过程的操作效率。电机还可以包括伺服舵机。

请参见图1，第一臂体110具体可以是长方体状臂体，且第一臂体110的侧面可以为凹向内侧的弧面。第一臂体110的一端通过第一驱动装置141与控制端140连接。优选地，第一驱动装置141的转动范围为270度。

第一驱动装置141设置于控制端140，且第一驱动装置141的转子转轴与第一臂体110的延伸方向相同，第一臂体110以第一驱动装置141的转子转轴为轴相对于第一驱动装置141转动，即第一臂体110以自身延伸方向为轴转动。

第一臂体110的另一端通过第二驱动装置142与第二臂体120连接，第二驱动装置142的转子转轴与第一臂体110的延伸方向垂直，请参见图2和图3，图2和图3示出了第二臂体120移动的结构示意图。具体地，第二臂体120的移动范围与第一臂体110在同一平面内。优选地，第二驱动装置142驱动装置142的转动范围为90度。

第二臂体120的长度长于第一臂体110的长度，第二臂体120可以为长条状结构，具体地，可以为棱柱结构，且棱柱结构的一个侧面为凹向内侧的弧面。第二臂体120与第一臂体110之间的角度可以随着第二驱动装置142的带动发生变化，具体地，第二臂体120与第一臂体110之间的夹角在90度至180度范围。

第三驱动装置143的转子转轴可以与第二驱动装置142的转轴转轴的延伸方向相同。请参见图1和图2，图1和图2示出了第三臂体130移动的结构示意图。具体地，第三臂体130的移动范围与第二臂体120在同一平面内。第三臂体130的远离第三驱动装置143的端部设置有固定夹131，具体参见图1，固定夹131的开启或闭合以及固定夹131的开启角度均可以由螺栓控制。优选地，第三驱动装置143的转动范围为120度。

第三臂体130的长度可以与第二臂体120的长度相同，第三臂体130与第二臂体120之间的夹角同样随着第三驱动装置143的转动而变动。第三臂体130与第二臂体120之间的夹角范围可以为0度到120度。

控制端140可以包括控制器和驱动器，控制器与驱动器连接，驱动器分别与多个驱动装置140连接。控制器具体可以为PLC或者单片机。

本实用新型实施例的工作原理为：

本实用新型实施例提供的医用定位装置100通过PLC或单片机作为控制器控制驱动器，驱动器具体可以控制驱动装置140的转动，从而实现医用定位装置100关节的转动。

驱动装置可以为电机、液压装置、气压装置等，接下来以电机为例进行说明：

本实用新型涉及的医用定位装置100包括手动控制和自动控制两种模式，具体地，手动控制是通过电机的脱机信号使电机的转子处于自由状态，并且，电机转子与电机定子之间的摩擦力可以大于医用定位装置100的臂体的重力，从而可以避免转子处于自由状态时，因医用定位装置100自身臂重而转动。转子处于自由状态时，可通过附加的外力使电机转子转动，从而实现手动控制医用定位装置100关节的转动。

自动控制模式具体可以分为独立控制子模式和联动控制子模式。在独立控制子模式中，请参见图4，可以通过多个按钮160来实现信号的输入。具体地，可以包括四个按钮160，且四个按钮160均通过按钮160上的等腰三角形的顶角的指向来表明移动方向。具体地，四个按钮160可以分别表明“上”“下”“左”“右”四个方向。用户通过点按多个按钮160中的至少一个按钮160的时间长短来实现该医用定位装置100的移动，从而实现第三臂体130的端部的固定夹131的移动。

具体地，控制器141对用户通过点按按钮160输入的信号进行处理，并输出至驱动器142，控制第一驱动装置141、第二驱动装置142或第三驱动装置143的正转以及反转实现该医用定位装置100的移动，从而实现第三臂体130的端部的固定夹131的移动。

在联动控制子模式中，具体是基于数学模型下的运动学逆解，把空间位置转化为电机转动变量，从而建立多变量的非线性的控制系统，通过电机转动变量识别位置坐标，然后根据识别的位置坐标为参考，通过控制器141程序处理后输出，从而控制电机150驱动致使电机150按照程序基于识别的坐标位置进行运动。

具体地，请参见图5，图5示出了空间内一点P，P＝(P_x,P_y,P_z)^T。其中，定义一个原点设为A的参考坐标系，以及一个原点设为B的直角坐标系，P点所对应的方位设为B，则直角坐标系{B}对应的单位向量分别是{B}相对于参考坐标系{A}的方向余弦通过组成3*3的矩阵来表示{B}相对于{A}的方位。

为了便于计算，将其拓展为4*4矩阵：

关于x,y,z做转角为θ的旋转矩阵，则分别获得：

如果{B}和{A}的方位一致且原点不一致，定义从{A}到{B}的转移矩阵为：

如果{B}和{A}的方位不一致且原点不一致，定义从{A}到{B}的转移矩阵为：

综上所述，空间一点P在坐标系{A}和{B}中齐次坐标分别为按照该式可以实现空间一点在不同坐标系下的转换。

请参见图6，图6示出了图1示出的医用定位装置的运动模型简化图，在本申请的一种具体实施方式中，图1示出的医用定位装置的结构参数如下表：

其中，α_i为臂体沿臂体延伸的方向为轴旋转而产生的角度，θ_i为臂体沿与臂体延伸的方向相垂直的方向转动而产生的角度，L_i/mm为臂体的臂长。

请参见图7，图7示出了以臂体间的驱动装置为原点建立的多个坐标系，具体地，第一臂体与控制端之间建立以A点为原点的第一坐标系，第一臂体与第二臂体之间建立以B点为原点的第二坐标系，第二臂体与第三臂体之间建立以C点为原点的第三坐标系，D点为该医用定位装置的端部。

根据图7示出的多个坐标系，建立个坐标系之间的变换矩阵如下：

其中，

根据医用定位装置的末端位置D，或末端位姿求解α_i,θ_i，其中，α₁、θ₁以及θ₂的求解范围为：-270°<α₁<+270°；-90°<θ₁<+90°；-120°<θ₂<+120°。

本申请实施例具体可以利用代数算法、几何算法以及数值算法求解，利用已知的末端位置D求解α_i,θ_i，假设P＝(0,0,0,1)^T，那么可以得到关系式其本质是要求解：

可以根据具体的医疗过程，输入不同的运动方程至该控制器中，以使控制器获得该医用定位装置末端的运动轨迹或该医用定位装置末端所处的位置。控制器可以根据运动方程在三维空间坐标系中的运动轨迹，驱动上述驱动器控制多个电机150的正转或反转。

本实用新型实施例还提供了一种医疗器械，包括上述的医用定位装置100。

本实用新型实施例提供的医用定位装置100包括至少三个臂体、控制端以及多个驱动装置，所述至少三个臂体包括第一臂体、第二臂体和第三臂体，所述多个驱动装置包括第一驱动装置、第二驱动装置以及第三驱动装置，所述第一驱动装置设置于第一臂体与控制端之间，所述第一臂体的远离第一驱动装置的一端通过第二驱动装置与第二臂体连接，所述第二臂体的远离第二驱动装置的一端通过第三驱动装置与所述第三臂体连接，控制端可以分别以多个驱动装置所在的位置为原点，建立多个三维空间坐标系，该控制端用于根据多个三维空间坐标系对应的运动方程，控制多个驱动装置转动的角度，从而使得医用定位装置的端部可以根据运动方程在三维空间坐标系的线条移动，从而改善医用定位装置操作性差、移动范围单一的问题。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种医用定位装置，其特征在于，所述医用定位装置包括至少三个臂体、控制端以及多个驱动装置，

所述至少三个臂体包括第一臂体、第二臂体和第三臂体，所述多个驱动装置包括第一驱动装置、第二驱动装置以及第三驱动装置，所述第一驱动装置设置于第一臂体与控制端之间，所述第一臂体的远离第一驱动装置的一端通过第二驱动装置与第二臂体连接，所述第二臂体的远离第二驱动装置的一端通过第三驱动装置与所述第三臂体连接，

所述控制端用于分别以多个驱动装置为原点，建立多个三维空间坐标系，所述控制端用于根据多个三维空间坐标系对应的运动方程，控制所述多个驱动装置转动的角度。

2.根据权利要求1所述的医用定位装置，其特征在于，所述控制端根据以及该医用定位装置的端部，获取第一驱动装置、第二驱动装置以及第三驱动装置分别的转动的角度，

其中，

<mrow> <mmultiscripts> <mi>T</mi> <mi>B</mi> <mi>C</mi> </mmultiscripts> <mo>=</mo> <mi>R</mi> <mi>o</mi> <mi>t</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>z</mi> <mo>,</mo> <msub> <mi>&amp;theta;</mi> <mn>1</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>*</mo> <mi>t</mi> <mi>r</mi> <mi>a</mi> <mi>n</mi> <mi>s</mi> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>L</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>,</mo> <mn>0</mn> <mo>,</mo> <mn>0</mn> <mo>)</mo> </mrow> <mo>*</mo> <mi>R</mi> <mi>o</mi> <mi>t</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>x</mi> <mo>,</mo> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mn>2</mn> </msub> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> </mrow>

α₁表示第一驱动装置的旋转角度；L₁表示第一驱动装置的臂长；θ₁表示第二驱动装置的转动角度；θ₂表示第三驱动装置的转动角度。

3.根据权利要求2所述的医用定位装置，其特征在于，所述第一驱动装置的转子转轴与所述第一臂体的延伸方向一致，所述第一臂体以所述第一驱动装置的转子转轴为轴转动。

4.根据权利要求1所述的医用定位装置，其特征在于，所述第二驱动装置的转子转轴与所述第一臂体的延伸方向垂直，所述第二臂体的移动范围与所述第一臂体在同一平面内。

5.根据权利要求4所述的医用定位装置，其特征在于，所述第三驱动装置的转子转轴与所述第二驱动装置的转子转轴平行，所述第三臂体的移动范围与所述第二臂体在同一平面内。

6.根据权利要求1所述的医用定位装置，其特征在于，所述医用定位装置包括手动控制模式和自动控制模式两种控制模式。

7.根据权利要求6所述的医用定位装置，其特征在于，所述自动控制模式包括独立控制子模式和联动控制子模式两种控制子模式。

8.根据权利要求1所述的医用定位装置，其特征在于，所述多个驱动装置均为电机，第一驱动装置为第一电机，第二驱动装置为第二电机，第三驱动装置为第三电机；

所述第一电机的转动范围为270度，所述第二电机的转动范围为90度，所述第三电机的转动范围为120度。

9.根据权利要求1所述的医用定位装置，其特征在于，所述多个驱动装置包括电机、液压装置以及气压装置。

10.根据权利要求1所述的医用定位装置，其特征在于，所述第三臂体的远离第三驱动装置的一端设置有固定夹。