内镜镜体及消化内镜机器人的制作方法

专利检索2022-05-10  3



1.本发明涉及一种机器人内镜镜体,具体涉及一种内镜镜体及消化内镜机器人,属于医疗设备领域。


背景技术:

2.消化内镜是经消化道直接获取图像或经附带超声及x线的设备获取消化道及消化器官的超声或x线影像,以诊断和治疗消化系统疾病的一组设备。传统的内镜诊疗手术中,需要由医护人员全程左手手持内镜手柄同时用右手手持镜体掌控内镜的前进和后退及辅助进行轴向旋转,从而精准顺利的完成内镜操作。但是,由于医生长期站立手持内镜会导致医生易疲劳,进而存在影响检查或治疗质量的问题。


技术实现要素:

3.本发明的目的是为了解决由于医生长期站立手持内镜会导致医生易疲劳,进而存在影响检查或治疗质量的问题。进而提供一种内镜镜体及消化内镜机器人。
4.本发明的技术方案是:一种内镜镜体,包括驱动机构壳体、驱动机构和内镜手柄,内镜手柄安装在驱动机构壳体内,驱动机构安装在驱动机构壳体内并位于内镜手柄的下端;其中,驱动机构包括第一驱动单元和第二驱动单元,第一驱动单元和第二驱动单元上下双层布置并分别采用齿轮副直接驱动内镜手柄中的一根钢丝并带动相应钢丝的缩放来实现对内镜手柄末端弯曲角度的控制。
5.本发明还提供了一种消化内镜机器人,包括上述内镜镜体。
6.本发明与现有技术相比具有以下效果:
7.1、本发明为代替近台内镜操作,通过与主控台和机械臂系统协同配合,可以远台或者远程控制内部钢丝弯曲,并且可以使手柄绕自身轴线旋转,并完成送水送气(主控台的手柄处有按钮,按钮按下触发电信号,控制系统给内镜的主机发送信号执行送气送水操作。内镜是与内镜主机连接到一起使用)等操作,无需医生长期站立进行手术,而且采用本发明的镜体能够避免医生手部颤抖的问题,进而保证了检查和治疗的质量。
8.2、本发明的内镜手柄与驱动机构相配合,驱动机构安装于驱动机构壳体内,能够驱动内镜手柄钢丝旋转,驱动机构壳体可与外部机构配合,实现手柄绕自身轴线的旋转。送水送气等功能依靠主机上电信号远台或远程控制实现。层叠的多层齿轮结构稳定,精度高且节省空间,避免了带传动的磨损导致的精度下降等问题。钢丝驱动件的设计使结构简化,驱动精度提高,手柄操作更简单。
9.其中,本发明的高精度主要在于两点:第一点是驱动机构,设计了钢丝一驱动件和钢丝二驱动件,直接驱动内镜手柄钢丝结构,二者各自独立,且直驱的方式避免了结构回差对控制精度的影响。钢丝一驱动件和钢丝二驱动件由电机带动齿轮驱动,齿轮传动精度高,长时间工作之后几乎没有误差累计。第二点是输送装置,设计了单电机、正反旋丝杠以及气缸共同配合的结构。夹持镜体更稳定,丝杠驱动形式精度高,且运动连贯。
10.本发明的带传动成本低,安装简单。
11.3、本发明的驱动件剖视图。钢丝一驱动件和钢丝二驱动件头部为异形设计,可以卡住内镜手柄内部钢丝头部件,直驱转动。钢丝一驱动件和钢丝二驱动件底部设计突起与钢丝一大齿轮和钢丝二大齿轮的圆孔配合,由电机带动齿轮驱动,齿轮传动精度高,长时间工作之后几乎没有误差累计。
附图说明
12.图1是本发明的轴测图;图2是本发明的内部结构示意图;图3是驱动机构壳体21的结构示意图;图4是驱动机构22的结构示意图;图5是本发明安装在消化内镜机器人系统上的结构示意图。图6是驱动件剖视图。
具体实施方式
13.本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式,还包括各具体实施方式间的任意合理组合。
14.具体实施方式一:结合图1~图6说明本实施方式,本实施方式包括驱动机构壳体21、驱动机构22和内镜手柄23,内镜手柄23安装在驱动机构壳体21内,驱动机构22安装在驱动机构壳体21内并位于内镜手柄23的下端,驱动机构22通过驱动内镜手柄23内钢丝的转动来实现对内镜手柄23末端弯曲角度的控制。
15.本实施方式在使用之前,本发明术前准备方便,与内镜镜体接触的地方都为一次性件,消毒方便,安全性高。对机器人内镜镜体主体进行整体消毒,消毒之后整体与机械臂系统 6相连,连上外置的内镜主机,镜体放入输送装置之后即可手术。
16.本实施方式的消化内镜机器人通过机械臂系统6能够在任意方向和角度调整,通过旋转装置带动机器人内镜主体5旋转所需角度,通过异形臂35带动机器人内镜主体5朝向患者方向移动,通过输送装置1平稳连续地将机器人内镜主体5的内镜送进/退回镜体,同时可以实现镜体绕自身轴线的旋转。
17.本实施方式的输送装置1平稳连续地将机器人内镜主体5的内镜送进/退回镜体与异形臂35带动机器人内镜主体5朝向患者方向移动是同步的,输送装置1可以实现镜体绕自身轴线的旋转与机械臂系统6的旋转装置带动机器人内镜主体5旋转是同步的。
18.具体实施方式二:结合图3说明本实施方式,本实施方式的驱动机构壳体21包括上包围壳体2101、下包围壳体2102、卡套2103、锥齿轮轴2104、大锥齿轮2105和轴端螺母 2106,上包围壳体2101安装在下包围壳体2102上,卡套2103安装在上包围壳体2101宽度方向的一侧端面上和长度方向的一侧端面上,锥齿轮轴2104安装在上包围壳体2101宽度方向的另一侧端面上,大锥齿轮2105安装套装在锥齿轮轴2104上,轴端螺母2106安装在锥齿轮轴2104的端部。如此设置,旋转装置2的小锥齿轮2006与驱动机构壳体21的大锥齿轮2105相啮合,可以带动驱动机构壳体21在旋转装置2内绕自身轴线旋转。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
19.具体实施方式三:结合图4说明本实施方式,本实施方式的驱动机构22包括第一驱动单元和第二驱动单元,第一驱动单元和第二驱动单元分别驱动内镜手柄23中的一根钢丝并带动相应钢丝缩放。如此设置,通过对两个钢丝分别进行驱动,保证驱动精度。其它组成
及连接关系与具体实施方式一或二相同。
20.公告号为cn103767659a的现有技术中,采用的是通过驱动手柄的拨轮来驱动钢丝的转动来实现内镜的角度控制。而本实施方式的驱动机构能够直接驱动钢丝运动,省略了现有技术中的拨轮,进而带动镜体前端向各个方向弯曲,使用灵活。而且本实施方式还采用了层叠的多层齿轮结构,还结构更加稳定,精度高且节省空间,避免了带传动的磨损导致的精度下降等问题。另外,钢丝驱动件直接插入内镜手柄的钢丝卡扣处,结构简化,驱动精度提高,安装手柄更简单。
21.本实施方式的钢丝一电机带动钢丝一小齿轮转动,钢丝一小齿轮与钢丝一大齿轮啮合传动,钢丝一大齿轮通过卡扣带动钢丝一驱动件转动,钢丝一驱动件直接驱动内镜手柄内部钢丝旋转。因为直接带动钢丝传动,避免了结构回差对传动精度的影响。且结构简单,手柄安装方便。上述结构钢丝二的驱动同理,钢丝一大齿轮与钢丝二大齿轮、钢丝一驱动件与钢丝二驱动件直接有轴承配合,各自独立转动。安装方式为层叠安装,结构稳定精度高。齿轮传动本身误差极小,长时间工作精度不会下降。
22.具体实施方式四:结合图4说明本实施方式,本实施方式的第一驱动单元包括钢丝一电机2201、钢丝一电机安装架2202、钢丝一小齿轮2203、钢丝一编码器2204、钢丝一大齿轮2205、大齿轮包围架2211、钢丝一轴承2212和钢丝一驱动件2213,
23.钢丝一电机安装架2202安装在驱动机构壳体21内,钢丝一电机2201安装在钢丝一电机安装架2202上,钢丝一小齿轮2203与钢丝一电机2201的输出轴连接,钢丝一编码器 2204安装在钢丝一小齿轮2203的下端,用于检测钢丝一小齿轮2203转过的角度;
24.钢丝一大齿轮2205转动安装在驱动机构壳体21内,且钢丝一大齿轮2205与钢丝一小齿轮2203相啮合,钢丝一驱动件2213安装在钢丝一大齿轮2205上端面上,大齿轮包围架 2211通过钢丝一轴承2212转动安装在钢丝一驱动件2213上,钢丝一驱动件2213的上端卡装在内镜手柄23中的一根钢丝上,其中,钢丝一大齿轮2205的上部与钢丝一驱动件2213 的下部外侧壁之间固定连接,通过钢丝一大齿轮2205带动钢丝一驱动件2213二者同步进行转动。如此设置,采用齿轮的啮合方式向钢丝传递动力,同时对钢丝一小齿轮转动的角度进行精确测量与反馈,避免丢转或传递精度差导致镜体转动角度不准的问题,进而本实施方式有效的保证了钢丝缩放精度。其它组成及连接关系与具体实施方式一至三中任意一项相同。
25.具体实施方式五:结合图4说明本实施方式,本实施方式的第二驱动单元包括钢丝二电机2206、钢丝二电机安装架2207、钢丝二小齿轮2208、钢丝二编码器2209、钢丝二大齿轮2210和钢丝二驱动件2214,钢丝二电机安装架2207安装在驱动机构壳体21内,钢丝二电机2206安装在钢丝二电机安装架2207上,钢丝二小齿轮2208与钢丝二电机2206 的输出轴连接,钢丝二大齿轮2210转动安装在驱动机构壳体21内,钢丝二大齿轮2210与钢丝二小齿轮2208相啮合,钢丝二编码器2209安装在钢丝二大齿轮2210的下端,钢丝二驱动件2214内嵌在钢丝一驱动件2213内并与钢丝二大齿轮2210连接,钢丝二驱动件2214 的上端与卡装在内镜手柄23中的另外一根钢丝上。
26.如此设置,通过钢丝二编码器2209检测钢丝二大齿轮2210转过的角度,有效提高了对镜体钢丝的控制精度。其它组成及连接关系与具体实施方式一至四中任意一项相同。
27.具体实施方式六:结合图6说明本实施方式,本实施方式的钢丝一驱动件2213为阶
梯形空心柱状件,且钢丝一驱动件2213的最上端设有用来连接钢丝的内凹卡槽。钢丝一驱动件2213的下端设有两个卡扣,钢丝一驱动件2213通过两个卡扣与钢丝一大齿轮2205连接。
28.如此设置,通过卡槽将钢丝牢固连接,保证钢丝转过的角度,通过卡扣来保证钢丝一驱动件2213转过的角度就是钢丝一大齿轮2205转过的角度。其它组成及连接关系与具体实施方式一至五中任意一项相同。
29.具体实施方式七:结合图6说明本实施方式,本实施方式的钢丝二驱动件2214的上半部为阶梯形空心柱状件,钢丝二驱动件2214的下半部为实心柱状件,便于保证钢丝二驱动件2214的结构强度,且钢丝二驱动件2214的最上端设有用来连接钢丝的内凹卡槽。钢丝二驱动件2214的最下端设有两个卡扣,钢丝二驱动件2214通过两个卡扣与钢丝二大齿轮 2210连接,且钢丝二驱动件最上端设有内凹卡槽。
30.如此设置,卡扣能够保证与钢丝二大齿轮2210的转动角度同步,卡槽便于将钢丝牢固固定。其它组成及连接关系与具体实施方式一至六中任意一项相同。
31.具体实施方式八:结合图4和图6说明本实施方式,本实施方式的钢丝二驱动件2214 为阶梯形件内径小于钢丝一驱动件2213的内径。
32.如此设置,有效节省空间,结构小巧,而且驱动过程稳定、精确。其它组成及连接关系与具体实施方式一至七中任意一项相同。
33.具体实施方式九:结合图4和图6说明本实施方式,本实施方式的第二驱动单元还包括连接件2215和滚动体2216,钢丝一驱动件2213通过螺钉与连接件2215连接,连接件 2215与钢丝二驱动件2214同轴间隙套装,且钢丝二驱动件2214与连接件2215之间互不干涉,独自旋转,滚动体2216滚动安装在钢丝二驱动件2214与连接件2215的下部连接处,且所述滚动体2216位于钢丝二驱动件2214的内凹坑内。
34.钢丝一驱动件2213和钢丝二驱动件2214同轴套装,且互不干涉,独自旋转。如此设置,有效节省空间,控制更加灵活。其它组成及连接关系与具体实施方式一至八中任意一项相同。
35.本实施方式之所以将钢丝一驱动件2213与连接件2215制成分体件,是为了克服现有将其制成一体存在加工困难,难以保证加工精度的问题,分体后的各构件不但便于加工制造,而且还便于装配,以及对连接件2215的检修和更换。
36.另外,本实施方式的连接件2215与钢丝二驱动件2214之间设有滚动体2216,该滚动体2216不但能够使连接件2215与钢丝二驱动件2214之间的相对转动更加顺畅,而且还能够保证连接件2215与钢丝二驱动件2214之间的间隙,进而有效的防止了连接件2215与钢丝二驱动件2214之间因偏心转动造成的零部件磨损问题,减少摩擦力,提高了驱动单元的使用寿命。
37.具体实施方式十:结合图5说明本实施方式,本实施方式的一种消化内镜机器人,包括具体实施方式一至九任一项所述的内镜镜体。
38.本发明的工作原理:
39.结合图1至图6说明,机器人内镜主体5包括驱动机构壳体21,驱动机构22和内镜手柄23。其中,驱动机构22安装于驱动机构壳体21内,驱动机构壳体21安装于旋转机构2的外壳2001上,可以实现绕自身轴线的旋转。
40.驱动机构壳体21包括上包围壳体2101、下包围壳体2102、卡套2103、锥齿轮轴2104、大锥齿轮2105和轴端螺母2106。锥齿轮轴2104、卡套2103和下包围壳体2102都固定于上包围壳体2101。大锥齿轮2105和轴端螺母2106依次安装在锥齿轮轴2104上。驱动机构壳体21整体与旋转机构相配合,大锥齿轮2105与小锥齿轮2006相啮合,旋转电机2003 旋转,驱动机构壳体21整体旋转。卡套2103的作用是将内镜手柄卡紧。送水送气和截图、染色等功能由内镜主机电信号实现,可以由医生远程或远台控制。
41.驱动机构壳体21整体与旋转机构相配合,锥齿轮轴2106和外壳2001之间有密封圈,用于消毒防水。大锥齿轮2107与小锥齿轮2006相啮合,旋转电机2003旋转,驱动机构壳体21整体旋转。轴端螺母2108保证了大锥齿轮2107在锥齿轮轴2106上的轴向限位,保证啮合可靠性。
42.钢丝一电机2201安装于钢丝一电机安装架2202,同时与钢丝一小齿轮2203相连接,钢丝一编码器2204用于检测钢丝一小齿轮2203转过的角度;钢丝二电机2206安装于钢丝二电机安装架2207,同时与钢丝二小齿轮2208相连。钢丝一电机安装架2202和钢丝二电机安装架2207都固定于上包围壳体2101上,安装位置采用长圆孔设计,便于调整齿轮啮合的中心距。其余部件从下到上依次配合安装,顺序为钢丝二编码器2209、钢丝二大齿轮 2210、钢丝一大齿轮2205、钢丝一大齿轮轴承2212、大齿轮包围架2211、钢丝一驱动件 2213、钢丝二驱动件2214、内镜手柄23。其中钢丝一小齿轮2203与钢丝一大齿轮2205相啮合,钢丝一大齿轮2205与钢丝一驱动件2213通过内部卡扣相对固定;钢丝二小齿轮2208 与钢丝二大齿轮2210相啮合,钢丝二大齿轮2210与钢丝二驱动件2214通过内部卡扣相对固定。当钢丝一电机2201和钢丝二电机2206转动时,带动钢丝一驱动件2213、钢丝二驱动件2214分别驱动内镜手柄23内的钢丝转动,起到控制末端弯曲的作用。钢丝二编码器 2209用于检测钢丝二大齿轮2210转过的角度。
43.钢丝一大齿轮2205和钢丝二大齿轮2210下方设计有弧形槽,下包围壳体2102相对应位置处有突起,相配合实现机械限位。
44.本发明采用远台及远程操控的方式实现内镜操作。传统的诊疗手术需要由医护人员站在病人一侧手持内镜完成内镜操作,操作过程中医生全程左手手持内镜手柄并调控大(调控内镜头端向上下方向弯曲)、小(调控内镜头端向左右方向弯曲)两个旋钮来控制内镜前端的弯曲方向和角度,以控制内镜的走行方向;同时需要用右手手持镜体掌控内镜的前进和后退及辅助进行轴向旋转;从而能精准顺利完成内镜操作。能同时调控大小两个旋钮对精准控制内镜走行,从而完成顺畅而精准的检查或治疗十分重要,但多数医生难以做到,并且医生需站在病人面前,存在被病人的分泌物及呕吐物或排泄物污染的可能性,同时长期站立手持内镜会导致医生易疲劳,影响检查或治疗的质量。
45.机器人内镜主体部分包括内镜镜身系统及全部由机械控制(电控制)的内镜转向控制系统及抽吸、给气给水系统及原有的定像、电子染色、放大等调控系统。内镜主体与专有内镜主机光源系统相连。机械臂系统包括内镜输送(进退)装置,旋转操控装置,可调整机械臂及基座。术前医生可通过可操纵机械臂调整内镜输送装置位置使内镜头端对准患者口腔;机械臂系统可完成内镜送进、退出、轴向旋转等操作,同时医生操作过程中可以感受送进的阻力;主操控台7通过电缆与机械臂系统和机器人内镜主体相连。医生坐在主操控台前,通过控制手柄,操控内镜完成:1、控制内镜头端向不同方向自由转动(内镜可向上弯曲
210度);2、控制内镜镜身前进或进退;3、控制内镜镜身完成360度转等一系列动作,从而轻松、有效、精准地完成内镜下检查或治疗工作。
46.本发明使内镜操作更加安全、可靠、精准,操作医生更加舒适轻松。
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