CN219021603U - 控制系统、持械支撑臂及固位器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种控制系统、持械支撑臂及固位器，控制系统用于对支撑臂的姿态进行控制，支撑臂包括：夹持件、若干连接球、钢丝绳及电机；控制系统包括：驱动模块，用于至少控制电机的正转与反转；力检测模块，用于实时检测钢丝绳的预紧力；控制模块，用于在力检测模块检测到预紧力超过阈值时输出停机信号至驱动模块以控制电机停止动作；按键检测模块，用于检测操控按钮的触发信号并发送至控制模块以使控制模块输出与触发信号对应的控制信号；驱动模块、力检测模块及按键检测模块分别电性连接至控制模块。本申请的有益之处在于：提供一种在连接丝收紧过程中实时检测连接丝的预紧力以使关节球之间的保持合适压力的控制系统、持械支撑臂及固位器。

Description

控制系统、持械支撑臂及固位器

技术领域

本申请涉及医疗器械领域，具体而言，涉及一种控制系统、持械支撑臂及固位器。

背景技术

目前的手术过程中，手术器械如内窥镜一般是由一个专门的助手或者用弯臂扶持。人工手持会增加手术室内的人数，使得本来空间就有限的手术室里面更加拥挤；此外，人手持很难适应时间较长的大型手术，因为时间稍长的话，肌肉疲劳，扶持的手会发抖，术者就很难看到清晰稳定的图像和术区。

公开号CN216294279U的中国专利申请公开了一种用于手术器械夹持固定的蛇形臂，包括底座、驱动装置、锁紧装置、蛇形臂及力传感器，其中蛇形臂包括多个依次首尾串联连接在连接丝上的中空关节球，通过拉伸或放松蛇形臂上的连接丝，达到控制蛇形臂的目的，蛇形臂可任意全方位自由活动。然而在该技术方案中，并没有公开力传感器如何反馈调节驱动装置。

发明内容

本申请的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本申请的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。

本申请的一些实施例提出了一种控制系统、持械支撑臂及固位器，来解决以上背景技术部分提到的技术问题。

作为本申请的第一方面，本申请的一些实施例提供了一种控制系统，用于对支撑臂的姿态进行控制，支撑臂包括：夹持件、若干连接球、钢丝绳及电机；若干连接球构成一个整体以支撑夹持件，钢丝绳关联至连接球且一端直接或间接连接电机以在电机驱动下拉紧每个连接球以锁紧整体的姿态；控制系统包括：驱动模块，用于至少控制电机的正转与反转；力检测模块，用于实时检测钢丝绳的预紧力；控制模块，用于在力检测模块检测到预紧力超过阈值时输出停机信号至驱动模块以控制电机停止动作；按键检测模块，用于检测操控按钮的触发信号并发送至控制模块以使控制模块输出与触发信号对应的控制信号；其中，驱动模块、力检测模块及按键检测模块分别电性连接至控制模块。

进一步的，力检测模块包括一个力传感器。

进一步的，控制系统还包括：位置检测模块，用于直接或间接检测钢丝绳运动至第一极限位置或第二极限位置时输出位置信号；位置检测模块电性连接至控制模块。

进一步的，控制系统还包括：电流检测模块，用于实时监测电机的当前电流值以使控制模块在当前电流值超过电流阈值时输出停机信号至驱动模块；电流检测模块电性连接至控制模块。

进一步的，控制系统还包括：计时模块，用于监测电机的单次运行时间以使控制模块在单次运行时间超过预设时间时输出停机信号至驱动模块；计时模块电性连接至控制模块。

进一步的，控制系统还包括：存储模块，用于存储系统配置信息以及实时数据；通信模块，用于至少将系统配置信息及实时数据上传至云服务器；其中，存储模块电性连接至控制模块，通信模块电性连接至控制模块；实时数据包括使用次数、实时力值，实时电流值。

进一步的，控制系统还包括：状态指示模块，用于在支撑臂的状态发生改变时向使用者输出能被感知的状态信号；其中，状态指示模块电性连接至控制模块。

进一步的，状态指示模块包括：光信号装置或/和声信号装置；光信号装置用于输出光信号，声信号装置用于输出声信号；光信号装置和声信号装置均分别电性连接至控制模块。

作为本申请的第二方面，本申请的一些实施例提供了一种持械支撑臂，包括如上述任一项的控制系统。

作为本申请的第三方面，本申请的一些实施例提供了一种固位器，包括如上述的持械支撑臂及台车，支撑臂安装于台车。

本申请的有益效果在于：提供了一种在连接丝收紧过程中实时检测连接丝的预紧力以使关节球之间的保持合适压力的控制系统、持械支撑臂及固位器。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

另外，贯穿附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。应当理解附图是示意性的，元件和元素不一定按照比例绘制。

在附图中：

图1是根据本申请一种实施例的控制系统的原理示意图；

图2是根据本申请一种实施例的控制系统的一部分的结构示意框图；

图3是根据本申请一种实施例的支撑臂的结构示意图；

附图标记的含义为：

100、控制系统；

101、驱动模块；102、力检测模块；103、控制模块；104、按键检测模块；105、位置检测模块；106、电流检测模块；107、计时模块；108、存储模块；109、通信模块；

110、状态指示模块；1101、光信号装置；1102、声信号装置；

200、支撑臂；

201、关节球；202、连接丝；203、丝杆组件；204、电机；

301、云服务器。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。

另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关本申请相关的部分。在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“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申请中的具体含义。

需要注意，本申请中提及的“一个”、“多个”的修饰是示意性而非限制性的，本领域技术人员应当理解，除非在上下文另有明确指出，否则应该理解为“一个或多个”。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

如图3所示，本申请的控制系统100用于对支撑臂200的姿态进行控制，支撑臂200包括：夹持件、若干关节球201、连接丝202、丝杆组件203及电机204；若干关节球201依次首尾串联连接在连接丝202上构成一个整体以支撑夹持件，连接丝202关联至关节球201且一端连接至丝杆组件203的螺母，丝杆组件203的丝杆在电机204(电机204和减速器)驱动下旋转以使螺母运动而拉动连接丝202，进而钢丝绳能够拉紧每个关节球201以锁紧整体的姿态。

如图1所示，本申请的控制系统100包括：驱动模块101、力检测模块102、控制模块103及按键检测模块104；驱动模块101电性连接至控制模块103，用于控制电机204的正转与反转以及启停等；力检测模块102电性连接至控制模块103，用于实时检测连接丝202的预紧力；控制模块103电性连接至控制模块103，用于在力检测模块102检测到预紧力超过阈值时输出停机信号至驱动模块101以控制电机204停止动作，具体的，控制模块103至少包括MCU；按键检测模块104电性连接至控制模块103，用于检测操控按钮的触发信号并发送至控制模块103以使控制模块103输出与触发信号对应的控制信号，驱动模块101在控制信号的控制下锁紧或放松支撑臂200。

采用这样的方案，力检测模块102获取不同的力值对应支撑臂200不同的状态，在连接丝202收紧过程中实时检测连接丝202的预紧力，使得关节球201之间的压力保持在合适的压力范围内，避免连接丝202过度收紧而造成安全隐患。另外，当支撑臂200处于收紧状态时，控制模块103实时监测力传感器的检测值，当支撑臂200状态发生改变导致力传感器检测值发生改变，则控制模块103控制电机204运行进行力补偿。

具体而言，力检测模块102包括一个力传感器。

如图1所示，作为优选的方案，控制系统100还包括位置检测模块105，位置检测模块105电性连接至控制模块103，用于直接或间接检测连接丝202运动至第一极限位置或第二极限位置时输出位置信号；具体的，第一极限位置表示支撑臂200锁紧时的连接丝202位置，第二极限位置表示支撑臂200放松时的连接丝202位置。

采用这样的方案，使得连接丝202运动在一个安全的范围，避免支撑臂200出现过紧或过松的情况。

具体而言，位置检测模块105包括一个行程限制器或光耦传感器。

如图2所示，220V交流电经过适配器输出直流电，后经过DC-D电路转换为低压，低压在经LDO给MCU供电；直流电同时给电机204控制电路供电，经电机204H桥控制电路给到电机204，控制电机204正反转；同时有保护电路和力检测模块102使控制安全精确，采用适配器供电保障输入DC电源的稳定可靠。

如图1所示，作为优选的方案，控制系统100还包括电流检测模块106，电流检测模块106电性连接至控制模块103，用于实时监测电机204的当前电流值以使控制模块103在当前电流值超过电流阈值时输出停机信号至驱动模块101。

采用这样的方案，对电机204的电流进行监测，测量电路电流的变化情况，电流的变化将能非常直接反映出电机204的运转状况，避免不良工作状态的产生。此外，电流的测量还能用于计算电机204的输出功率，以便更好调节管理电机204工作状态。

如图1所示，作为优选的方案，控制系统100还包括计时模块107，计时模块107电性连接至控制模块103，用于监测电机204的单次运行时间以使控制模块103在单次运行时间超过预设时间时输出停机信号至驱动模块101；具体的，计时模块107包括定时器，按键检测模块104轮询检测按键状态，当检测到按键按下时，定时器清零并开始计时。

当支撑臂200处于放松状态时，当检测到按键按下，电机204正向旋转(支撑臂200收紧)，同时定时器开始计时，电机204运行过程中，实时监测电机204运行时间、力传感器实时力值、电机204电流值，当出现以下情况之一时：运行时间超过设置收紧时间、预紧力超过力传感器设置阈值、电机204电流超过电机204收紧阈值、连接丝202运动至第一极限位置，电机204停止动作并记录当前支撑臂200状态以及记录支撑臂200稳定后的力传感器值。

当支撑臂200处于收紧状态时，当检测到按键按下，电机204反向旋转(支撑臂200放松)，同时定时器计时开始，电机204运行过程中，实时监测电机204运行时间、位置检测模块105状态，当出现以下情况之一时：运行时间超过设置放松时间、连接丝202运动至第二极限位置，则电机204停止并记录当前支撑臂200状态。

如图1所示，作为优选的方案，控制系统100还包括：存储模块108及通信模块109；存储模块108电性连接至控制模块103，用于存储系统配置信息以及实时数据，具体的，存储模块108包括Flash存储器；通信模块109电性连接至控制模块103，用于至少将系统配置信息及实时数据上传至云服务器301，通过后台实时查看设备的使用情况，为设备的维护与升级提供数据支持，具体的，通信模块109采用物联网通信。

采用这样的方案，实时上传系统数据，大大增加了系统的可维护性。

具体而言，实时数据包括使用次数、实时力值，实时电流值。

如图1所示，作为优选的方案，控制系统100还包括状态指示模块110，状态指示模块110电性连接至控制模块103，用于在支撑臂200的状态发生改变时向使用者输出能被感知的状态信号。

具体而言，状态指示模块110包括光信号装置1101或/和声信号装置1102；光信号装置用于输出光信号，声信号装置用于输出声信号；光信号装置和声信号装置均分别电性连接至控制模块103。

状态指示模块110包括指示灯或/和蜂鸣器。指示灯能够显示出不同的颜色，表明支撑臂200不同的状态，具体的支撑臂200状态包括：锁紧状态、放松状态、异常状态及维保提醒(设备运行次数达到设定值，需要进行维护)；蜂鸣器可采用不同的声音频率表示不同的状态。

基于以上实施例提供的控制系统，如图3所示，本申请实施例还提供了一种持械支撑臂，本申请实施例提供的持械支撑臂包括以上实施例提供的控制系统，持械支撑臂用于夹持固定牵开器、内窥镜、举宫器等医疗器械。

基于以上实施例提供的支撑臂，申请实施例还提供了一种固位器，本申请实施例提供的固位器包括以上实施例提供的持械支撑臂及台车，持械支撑臂安装于台车。

以上描述仅为本公开的一些较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本公开的实施例中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本公开的实施例中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种控制系统，用于对支撑臂的姿态进行控制，所述支撑臂包括：夹持件、若干关节球、连接丝及电机；若干关节球构成一个整体以支撑夹持件，所述连接丝关联至所述关节球且一端直接或间接连接电机以在所述电机驱动下拉紧每个关节球以锁紧整体的姿态；

其特征在于：

所述控制系统包括：

驱动模块，用于至少控制电机的正转与反转；

力检测模块，用于实时检测所述连接丝的预紧力；

控制模块，用于在所述力检测模块检测到预紧力超过阈值时输出停机信号至所述驱动模块以控制电机停止动作；

按键检测模块，用于检测操控按钮的触发信号并发送至所述控制模块以使所述控制模块输出与触发信号对应的控制信号；

其中，所述驱动模块、力检测模块及按键检测模块分别电性连接至所述控制模块。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：

所述力检测模块包括一个力传感器。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：

所述控制系统还包括：

位置检测模块，用于直接或间接检测所述连接丝运动至第一极限位置或第二极限位置时输出位置信号；

所述位置检测模块电性连接至所述控制模块。

4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：

所述控制系统还包括：

电流检测模块，用于实时监测电机的当前电流值以使控制模块在当前电流值超过电流阈值时输出停机信号至所述驱动模块；

所述电流检测模块电性连接至所述控制模块。

5.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：

所述控制系统还包括：

计时模块，用于监测所述电机的单次运行时间以使控制模块在单次运行时间超过预设时间时输出停机信号至所述驱动模块；

所述计时模块电性连接至所述控制模块。

6.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：

所述控制系统还包括：

存储模块，用于存储系统配置信息以及实时数据；

通信模块，用于至少将所述系统配置信息及实时数据上传至云服务器；

其中，所述存储模块电性连接至所述控制模块，所述通信模块电性连接至所述控制模块；所述实时数据包括使用次数、实时力值，实时电流值。

7.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于：

所述控制系统还包括：

状态指示模块，用于在支撑臂的状态发生改变时向使用者输出能被感知的状态信号；

其中，所述状态指示模块电性连接至所述控制模块。

8.根据权利要求7所述的控制系统，其特征在于：

所述状态指示模块包括：光信号装置或/和声信号装置；所述光信号装置用于输出光信号，声信号装置用于输出声信号；所述光信号装置和声信号装置均分别电性连接至所述控制模块。

9.一种持械支撑臂，其特征在于：包括如权利要求1至8任一项所述的控制系统。

10.一种固位器，其特征在于：所述固位器包括如权利要求9所述的持械支撑臂及台车，所述支撑臂安装于所述台车。

Images