消化内镜机器人的制作方法

专利检索2022-05-10  4



1.本发明涉及一种手术机器人,具体涉及一种消化内镜机器人,通过采用远台或远程操控的方式来完成内镜手术,属于医疗设备领域。


背景技术:

2.传统的诊疗手术需要由医护人员站在病人一侧手持内镜,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。
3.综上所述,现有医生使用消化内镜对病人进行手术时,存在很难精准控制内镜走行和被病人的分泌物及呕吐物或排泄物污染的可能性,以及长期站立手持内镜会导致医生易疲劳,进而影响检查或治疗质量的问题。


技术实现要素:

4.本发明的目的是为了解决现有医生使用消化内镜对病人进行手术时,存在很难精准控制内镜走行和被病人的分泌物及呕吐物或排泄物污染的可能性,以及长期站立手持内镜会导致医生易疲劳,进而影响检查或治疗质量的问题。进而提供消化内镜机器人。
5.本发明的技术方案是:消化内镜机器人,包括机械臂系统、内镜镜身推送装置和内镜镜体,内镜镜体可拆卸安装在内镜镜身推送装置上;机械臂系统包括输送装置、旋转机构、可调整机械臂和基座,可调整机械臂安装在基座上,输送装置和旋转机构分别安装在可调整机械臂的末端两侧;所述可调整机械臂包括“s”形异形臂,且所述异形臂的上部向右上方倾斜延伸,内镜镜身推送装置和内镜镜体安装在异形臂上,且内镜镜身推送装置和内镜镜体位于异形臂的同侧。
6.本发明与现有技术相比具有以下效果:
7.1、本发明为一个完整的消化内镜机器人系统,能够代替人手完成内镜手术的操作,医生坐在操控台前通过操控手柄(指主控台7上的手柄)远台控制实现传统内镜操作的所有功能,医生更加舒适、安全,有效的避免了被病人的分泌物及呕吐物或排泄物污染。
8.2、由于本发明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积。因此,本发明能够使双旋钮的操作同时精准完成,并减少医生轻微颤抖产生的误动作。同时,该设计能够实现远程(异地)遥控操作,从而使高端专家即时远程会诊成为可能。
9.3、本发明能够完成传统内镜的所有动作(指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。),同时能够避免由于近台内镜操作所存在的被污染风险及长时间站立和手动操作导致的疲劳造成内镜操作质量下降,并且通过电机等机构的设计,实现了高精度、高舒适度的远台及远程手术。
10.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。
11.另外,本发明的输送装置中在丝杠螺母处于气缸处设计有力传感器,可以感知输送镜体时受到的阻力大小,实时反馈给操作者。力传感器的位置设计合理,使阻力的检测更准确,干扰小。
附图说明
12.图1是本发明内镜镜体未安装在机械臂系统6上的轴测图;图2是本发明内镜镜体安装在机械臂系统6上的轴测图;图3是机械臂系统6的结构示意图;图4是输送装置1的结构示意图;图5是固定外壳10的结构示意图;图6是回转机构11的结构示意图;图7是送进机构12的传动方式一的结构示意图;图8是送进机构12的传动方式二的结构示意图;图9是送进机构12的传动方式三的结构示意图;图10是旋转装置2的结构示意图;
13.图11是可调整机械臂3的结构示意图;图12是连接座31的剖视图;图13是异形臂35的结构示意图;图14是基座4的结构示意图;图15是内镜镜体5的结构示意图;图16是驱动机构壳体21的结构示意图;图17是驱动机构22的结构示意图;图18是主控台7的结构示意图。图19是驱动件剖视图。
具体实施方式
14.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。
15.具体实施方式一:结合图1~图18说明本实施方式,本实施方式包括机械臂系统6、内镜镜身推送装置和内镜镜体5,内镜镜体5可拆卸安装在内镜镜身推送装置上,便于消毒和避免二次污染;机械臂系统6包括输送装置1、旋转机构2、可调整机械臂3和基座4,可调整机械臂3安装在基座4上,输送装置1和旋转机构2分别安装在可调整机械臂3的末端两侧;所述可调整机械臂3包括“s”形异形臂35,且所述异形臂35的上部向右上方倾斜延伸,其所起到的作用是:使安装好内镜镜身推送装置和内镜镜体5的异形臂35整体的重心在竖直方向与连接其的转轴的中心重合,便于异形臂35整体的调整。内镜镜身推送装置和内镜镜体5安装在异形臂35上,且内镜镜身推送装置和内镜镜体5位于异形臂35的同侧,使得内镜镜身推送装置和内镜镜体5互相便于定位和位置同步,相对位置固定,在机械臂运动时不会产生位置误差。
16.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1,穿过图7的前端卡扣1207、后端卡扣1208,放到图7的整体中。
17.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,通过旋转装置带动内镜镜体5旋转所需角度,通过异形臂35带动内镜镜体5朝向患者方向移动,通过输送装置1平稳连续地将内镜镜体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。
18.本实施方式的输送装置1平稳连续地将内镜镜体5的内镜送进/退回镜体与异形臂35带动内镜镜体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的旋转装置带动内镜镜体5旋转是同步的。
19.具体实施方式二:结合图4说明本实施方式,本实施方式的内镜镜身推送装置包括固定外壳10和送进机构12,送进机构12安装在固定外壳10内,送进机构12包括送进电机1212、传动机构和两个夹持移动机构;两个所述夹持移动机构在所述送进电机1212驱动的所述传动机构的带动下,分别沿着相反的方向运动,并且一个所述夹持移动机构处于夹持状态时,另一个所述夹持移动机构处于松开状态。通过两个夹持移动机构一开一合的协同配合,来实现对内镜的连续送进,整个推送过程平稳。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
20.具体实施方式三:结合图7说明本实施方式,本实施方式的夹持移动机构包括水平移动支架1219、气缸1220和气缸夹爪1221,气缸1220和气缸夹爪1221安装于水平移动支架1219上,气缸1220通过通气与放气控制气缸夹爪1221的开合,气缸夹爪1221用于夹住内镜镜身,水平移动支架1219与传动机构连接实现相对所述固定外壳10水平方向的移动。如此设置,在气缸的带动下,实现气缸夹爪的快速开合,再由水平移动支架推送,操作灵活,可靠。其它组成及连接关系与具体实施方式一或二相同。
21.具体实施方式四:结合图7说明本实施方式,本实施方式的传动机构包括与所述送进电机1212连接的驱动齿轮1213、与驱动齿轮1213啮合的从动齿轮1214和与从动齿轮1214同轴固连的旋向相反的两段丝杆1215,两段丝杠1215上分别转动安装有一个与所述水平移动支架1219固连的丝杆螺母1217;所述送进电机1212驱动两段丝杆1215同向旋转,带动两段丝杆1215上的两个丝杆螺母1217向相反的方向运动,进而带动所述水平移动支架1219向相反的方向运动。如此设置,此种传动方式一中采用了旋向相反的两段丝杠,能够有效的提高传动效率,只需要一台电机即可实现两个水平移动支架1219的相对运动,大大节省了装置的占用空间和制造成本,并且由于只使用一台电机,不需要面临复杂的同步控制等问题。同时,通过从动齿轮1214带动丝杆1215旋转,由丝杆1215带动丝杆螺母1217直线运动,最后由丝杆螺母1217带动水平移动支架1219移动,整个传动过程精度高。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。
22.具体实施方式五:结合图8说明本实施方式,本实施方式的传动机构包括与两个所述送进电机1212分别连接的两个驱动齿轮1213,与两个驱动齿轮1213分别啮合的从动齿轮1214,与两个从动齿轮1214分别同轴固连的两段丝杆1215,两段丝杆1215位于一条直线且接合处连接有两个互不干涉的轴承,两段丝杠1215上分别转动安装有一个与所述水平移动支架1219固连的丝杆螺母1217;两个所述送进电机1212分别驱动两段丝杆1215旋转,带动两段丝杆1215上的两个丝杆螺母1217向相反的方向运动,进而带动所述水平移动支架1219
向相反的方向运动。本实施方式的两段所述丝杆1215旋向相同或相反;当旋向相同时,两个所述送进电机1212在同一时刻的驱动方向相反;当旋向相反时,两个所述送进电机1212在同一时刻的驱动方向相同。如此设置,作为传动方式二,本实施方式通过在两段丝杆1215的接合处连接有两个互不干涉的轴承,使两段丝杠1215的驱动各自独立,相比于传动方式一,降低了对送进电机1212的要求,而且本实施方式结构简单,传动更加平稳、灵活。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。
23.具体实施方式六:结合图8说明本实施方式,本实施方式的传动机构还包括导向杆1205和导轨1211,导向杆1205和导轨1211均固定于所述固定外壳10内,用于为所述水平移动支架1219提供支撑和移动导向,导向杆1205上套装有螺母安装架1216,丝杆螺母1217固定安装在螺母安装架上1216,所述水平移动支架1219与螺母安装架1216相对固定并滑动安装于导轨1211上。如此设置,便于保证内镜水平运动的平稳性。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。
24.具体实施方式七:结合图9说明本实施方式,本实施方式的传动机构包括与两个所述送进电机1212分别连接的两个齿轮1230,与两个齿轮同时啮合的相对于所述固定外壳10水平设置的齿条1231,所述送进电机1212固定在所述水平移动支架1219上,驱动齿轮1230转动从而带动所述水平移动支架1219相对于齿条1231平移运动。如此设置,传动方案三中省略了螺母丝杠副的传动方式,直接采用了齿轮齿条的传动方式,结构简单,直线运动精度高。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。
25.具体实施方式八:结合图7说明本实施方式,本实施方式的传动机构还包括导向杆1205和导轨1211,导向杆1205和导轨1211均固定于所述固定外壳10内,用于为所述水平移动支架1219提供支撑和移动导向,导向杆1205上套装有电机安装架1216,送进电机1212固定安装在电机安装架1216上,所述水平移动支架1219与电机安装架1216相对固定并滑动安装于导轨1211上,所述齿条1231固定安装在导轨1211靠近送进电机1212的侧面上。如此设置,结构紧凑,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。
26.具体实施方式九:结合图7说明本实施方式,本实施方式的导轨1211内开设有u形槽1232,所述水平移动支架1219上安装有尺寸与u形槽1232相适配的滑动轴1233,滑动轴1233装配于u形槽1232内。如此设置,使得水平移动支架1219的移动更加顺畅和平稳,进而保证患者的舒适程度。其它组成及连接关系与前述任一具体实施方式相同。
27.具体实施方式十:结合图4和图5说明本实施方式,本实施方式的内镜镜身推送装置1包括固定外壳10、回转机构11和送进机构12,送进机构12安装在固定外壳10内,回转机构11安装在固定外壳10外部,且回转机构11驱动送进机构12在固定外壳10上绕自身轴线的旋转运动;固定外壳10包括弧形外壳1001、平板外壳1002、前端衬套1003、后端衬套1004和旋转光电开关1005,平板外壳1002安装在弧形外壳1001的侧端并组成一个整体,其中,前端衬套1003固定安装在弧形外壳1001前端,后端衬套1004固定于平板外壳1002上,旋转光电开关1005固定安装在平板外壳1002上,且旋转光电开关1005位于后端衬套1004的左右两侧。其它组成及连接关系与前述任一具体实施方式相同。
28.本实施方式通过驱动组件与夹持移动机构和旋转机构2配合,实现夹持内镜前进后退以及整体的绕轴线旋转功能。送进机构驱动组件采用定制丝杠,可以保证送进过程连续稳定不间断。将机器人内镜的镜身安装在旋转机构2上,能够使镜身在任意方向和角度调
整,异形臂35带动机器人内镜的镜身朝向患者方向移动,通过内镜镜身推送装置1平稳连续地将镜身的内镜送进/退回镜体,同时可以实现镜体绕自身轴线的旋转。
29.内镜镜身推送装置1平稳连续地将内镜镜体5的内镜送进/退回镜体与异形臂35带动内镜镜体5朝向患者方向移动是同步的,内镜镜身推送装置1可以实现镜体绕自身轴线的旋转带动机器人内镜主体同步旋转。
30.结合图7至图9说明,送进机构12包括前挡板1201、弧形板1202、后挡板1203、导向杆1205、大齿轮1206、前端卡扣1207、后端卡扣1208、前端光电开关1209、后端光电开关1210、导轨1211、送进电机1212、夹持移动机构、力传感器1218、水平移动支架1219、气缸1220、气缸夹爪1221、滑块1222、光电触发板1223、对称夹持移动机构1224和光电触发弧面1225;前挡板1201和后挡板1203分别安装在弧形板1202的开口侧两端,导向杆1205的前后两端分别与前挡板1201和后挡板1203连接,大齿轮1206安装在后挡板1203的外侧壁上,光电触发弧面1225安装在后挡板1203上,且光电触发弧面1225位于大齿轮1206的下方,前端卡扣1207和后端卡扣1208分别安装在前挡板1201和大齿轮1206上,水平移动支架1219安装在弧形板1202内,气缸1220安装在水平移动支架1219上,前端光电开关1209和后端光电开关1210由前至后水平安装在气缸1220上,夹持移动机构安装在弧形板1202内,且夹持移动机构沿导向杆1205水平移动,力传感器1218的前端安装在夹持移动机构的前部,力传感器1218的后端安装在水平移动支架1219的左侧突起上,气缸夹爪1221安装在气缸1220上,滑块1222安装在水平移动支架1219上,且滑块1222与导轨1211滑动配合,光电触发板1223安装在水平移动支架1219右侧侧面,用于在气缸1220直线移动中触发前端光电开关1209和后端光电开关1210,对称夹持移动机构1224安装在后挡板1203的内侧壁上。力传感器安装于电机驱动件与夹持镜体装置之间,在整体向前或向后运动过程中,可以感知压力或拉力,可反馈给医生实时的阻力感。
31.回转中,气缸夹爪1221或对称夹持移动机构1224的夹爪必有一个夹紧了镜体,进而带动了镜体实现了绕自身轴线的旋转。顺时针旋转过程中,当转动角度超过90度,光电触发弧面1225会触发旋转光电开关1005的左侧开关,此时控制器会发送信号,使回转电机1101反转。逆时针旋转过程中,当光电触发弧面1225触发旋转光电开关1005的右侧开关,此时控制器会发送信号,使回转电机1101再次反转,如此反复,到达旋转换向和保护的作用。
32.当送进电机1212转动时,从动齿轮1214与丝杠1215共同转动,丝杠1215采用前半段右旋,后半段左旋的设计。送进电机1212正向转动时,丝杠1215转动,固定在螺母安装架1216上的丝杠螺母1217自前向后移动,进而推动力传感器1218自前向后移动,力传感器1218产生电信号。力传感器1218进而推动水平移动支架1219带动气缸1220及其相关部件自前向后移动,同时对称夹持移动机构1224自后向前移动。力传感器1218在自前向后的移动中受压力,对称夹持移动机构1224的力传感器受拉力。当自后向前运动时,压力和拉力则反过来。通过这种方式实现向前推和向后拉时的力感知功能。
33.当两结构都走到中间位置,送进电机1212反向转动,带动气缸1220及其相关部件自后向前移动,同时对称夹持移动机构1224自前向后移动。气缸1220的移动位置极限由前端光电开关1209和后端光电开关1210感知,当气缸1220移动到最前端,光电触发板1223触发前端光电开关1209,给控制系统发送信号,使送进电机1212反转,当气缸1220移动到最后端,光电触发板1223触发后端光电开关1210,继续给控制系统发送信号。通过这种方式,实
现了气缸1220及其相关部件和对称夹持移动机构1224的对称移动,向前和向后移动同时发生。
34.结合图10说明,本旋转机构2包括外壳2001、旋转电机安装架2002、旋转电机2003、旋转联轴器2004、旋转编码器2005和小锥齿轮2006,旋转电机安装架2002安装在外壳2001内,旋转电机2003安装在外壳2001内的旋转电机安装架2002上,旋转编码器2005通过旋转联轴器2004与旋转电机2003的输出轴连接,小锥齿轮2006与旋转联轴器2004连接。便于测定内镜旋转角度。
35.结合图11说明,可调整机械臂3包括连接座31、第一被动臂32、第二被动臂33、按键34和异形臂35;连接座31竖直滑动安装在基座4上,第一被动臂32的一端水平转动安装在连接座31上,第二被动臂33的一端水平转动安装在第一被动臂32的另一端上,异形臂35转动安装在第二被动臂33的另一端上,按键34安装在异形臂35上。便于为机器人内镜提供多自由度的位移。
36.结合图12说明,连接座31包括基座下盖3101、定子固定座3102、制动器定子3103、制动器转子3104、转子连接件3105、空心轴3106、基座壳体3107、下轴承3108和上轴承3109,基座下盖3101安装在基座壳体3107的下端面上,定子固定座3102安装在基座下盖3101上,制动器定子3103安装在定子固定座3102上,制动器转子3104安装在制动器定子3103上,空心轴3106通过转子连接件3105与制动器转子3104连接,且空心轴3106与基座壳体3107的内侧壁之间安装有下轴承3108和上轴承3109。便于与基座4连接。
37.结合图12说明,第一被动臂32包括被动臂壳体3201和被动臂上盖3202,被动臂壳体3201安装在基座壳体3107上,被动臂上盖3202安装在被动臂壳体3201上,且被动臂壳体3201和被动臂上盖3202随空心轴3106的转动而转动。便于在连接座31的带动下实现上下移动,同时还能够实现转动。
38.结合图13说明,本实施方式的异形臂35包括左壳体3501、右壳体3502、末端座3503、挡布滚筒3504、丝杠支撑侧3505、长丝杠3506、丝杠固定侧3507、丝杠联轴器3508、长丝杠电机3509、滑轨固定架3510、长滑轨3511、长滑块3512、螺母连接件3513、钳制器3514和长丝杠螺母3515;左壳体3501和右壳体3502由左至右顺次连接并向右上方倾斜,末端座3503安装在左壳体3501上,挡布滚筒3504分别安装在右壳体3502内的四角,长丝杠3506的两端分别通过丝杠固定侧3507和丝杠支撑侧3505安装在右壳体3502内,长丝杠电机3509安装在右壳体3502内并通过丝杠联轴器3508与长丝杠3506连接,长丝杠螺母3515通过螺母连接件3513安装在长丝杠3506上,钳制器3514安装在螺母连接件3513上,长滑轨3511通过滑轨固定架3510安装在右壳体3502上并位于长丝杠3506的一侧,长滑块3512滑动安装在长滑轨3511上,螺母连接件3513与长滑轨3511之间滑动配合。便于为镜体提供左下方和右上方移动的动力。
39.结合图14说明,本实施方式的基座4包括底座41、立柱42、电气柜43、模组电机44和直线模组45,立柱42安装在底座41上,电气柜43安装在立柱42内部,且电气柜43位于立柱42的下部,直线模组45竖直安装在立柱42的上部,模组电机44安装在直线模组45的下端,且模组电机44的输出轴与直线模组45的丝杠连接,直线模组45的滑块与连接座31连接。底座41能够便于根据实际需要将推送装置移动到所需位置,同时,直线模组45能够为镜身提供精确的竖直方向的位移。
40.结合图1至图14说明内镜镜身推送装置1的工作原理:
41.在具体手术中,考虑到消毒问题,前端卡扣1207、后端卡扣1208、气缸夹爪1221需要与镜体相接触,设计为一次性件。前端卡扣1207、后端卡扣1208的作用是保证镜体即使是柔性的也可以较好地实现直线运动,气缸夹爪的作用是夹住内镜向前或向后移动。与镜体接触的地方都设计成一次性件保证了安全性。
42.手术之前,先将后端卡扣1208、前端卡扣1207的中心孔依次穿过待使用内镜,调整好距离。同时,控制系统给前后气缸发送指令,气缸夹爪松开,此时将套住内镜的前端卡扣1207和后端卡扣1208插入前挡板1201和大齿轮1206处,然后控制系统发送指令,对称夹持移动机构1224的气缸夹爪夹紧内镜,术前准备工作完成。与对比文件1相比,文件1的结构需要将内镜很准确的装入机构中,几乎无法让医生护士方便的操作。本发明术前准备方便,且与内镜镜体接触的地方都为一次性件,消毒方便。
43.手术中,首先送进电机1212正转,对称夹持移动机构1224的气缸夹爪夹紧内镜,气缸夹爪1221松开,对称夹持移动机构1224自后向前移动中夹着内镜向前移动,此动作记为状态一;当光电触发板1223触发后端光电开关1210时,送进电机1212反转,对称夹持移动机构1224的气缸夹爪松开,气缸夹爪1221夹紧内镜,气缸1220及其相关部件自前向后移动中夹着内镜向前移动,此动作记为状态二;当光电触发板1223触发前端光电开关1209时,再回到状态一。如果是后退,则是将夹爪的开合反过来,以此类推,可以不间断送进或者退出内镜,而且仅使用了一个电机。
44.手术后,所有气缸夹爪松开,将前端卡扣1207、后端卡扣1208和镜体一起取出,前端卡扣1207、后端卡扣1208和所有的气缸夹爪直接丢弃。
45.如图7所示,送进机构12的另一种实现方式。与图5相比,丝杠从中间分成前后两端,分别是正反旋。每一段丝杠都由一个电机驱动,两电机相对对称布置,驱动结构镜像,驱动时间交错,可以实现与图5所述单电机方案相同的控制效果。
46.如图10所示,旋转机构2包括外壳2001、旋转电机安装架2002、旋转电机2003、旋转联轴器2004、旋转编码器2005、小锥齿轮2006。旋转电机安装架2002固定于外壳2001,旋转电机2003和旋转编码器2005固定在旋转电机安装架2002上。旋转联轴器2004连接了旋转电机2003与小锥齿轮2006。外壳2001设计有弧形槽,用于机械限位。当与内镜镜体装置配合时,可以驱动镜体装置绕自身轴线旋转。
47.如图11所示,可调整机械臂3包括小基座31、第一被动臂32、第二被动臂33、按键34、异形臂35。各部件依次相连,其中小基座31和第一被动臂32关节处可相对转动,第一被动臂32和第二被动臂33关节处可相对转动,第二被动臂33与异形臂35关节处可相对转动。按键34安装于异形臂35的上壳体。
48.如图12所示,小基座31和第一被动臂32包括基座下盖3101、定子固定座3102、制动器定子3103、制动器转子3104、转子连接件3105、空心轴3106、基座壳体3107、下轴承3108、上轴承3109、被动臂壳体3201、被动臂上盖3202。定子固定座3102与制动器定子3103相固定,制动器转子3104与转子连接件3105相固定,转子连接件3105依次固定空心轴3106和被动臂壳体3201。机械臂其他关节与此类似,不再赘述。
49.按下按键34可以控制电磁离合器通电,松开则断电。当电磁离合器通电时,制动器转子3104及其上部零件可以实现绕轴线转动,同理其他两个关节也可以任意调整旋转角
度,术前按下按键34,电磁离合器松开,可以操作可调整机械臂3,使内镜镜身推送装置1处于病床合适的位置。松开按键34之后,离合器锁死,所有关节无法转动,机器人整体保持稳定。
50.如图13所示,异形臂35包括左壳体3501、右壳体3502、末端座3503、挡布滚筒3504、丝杠支撑侧3505、长丝杠3506、丝杠固定侧3507、丝杠联轴器3508、长丝杠电机3509、滑轨固定架3510、长滑轨3511、长滑块3512、螺母连接件3513、钳制器3514、长丝杠螺母3515。末端座3503固定在左壳体3501和右壳体3502之间,三者组成整体大臂,其余部件均安装在右壳体3502内。挡布滚筒3504分别布置于右壳体3502的四角,用于撑起挡布并使其平顺滑动。长丝杠3506左右端分别安装在丝杠支撑侧3505和丝杠固定侧3507,右侧通过丝杠联轴器3508与长丝杠电机3509相连,长丝杠螺母3515可在丝杠上转动。长滑轨3511安装于滑轨固定架3510,与长丝杠3506平行,长滑块3512和钳制器3514都可以沿着长滑轨3511滑动,螺母连接件3513同时连接长丝杠螺母3515和钳制器3514。
51.当长丝杠电机3509转动时,带动长丝杠3506转动,从而长丝杠螺母3515通过螺母连接件3513带动钳制器3514实现平移运动,长滑块3512和钳制器3514与旋转装置2相固定。因此,实现长丝杠电机3509转动带动旋转装置2整体前进后退。随着内镜镜身推送装置1送进或者退回镜体,旋转装置2保持同步的前进或后退,保证送进的稳定性。
52.如图14所示,基座4包括底座41、立柱42、电气柜43、模组电机44、直线模组45。模组电机44与直线模组45的丝杠连接,直线模组45的滑块与小基座31相固定。
53.按下按键34的右侧两个按钮可以控制模组电机44的正转和反转。当模组电机44正转时,直线模组45带动整个可调整机械臂3以及内镜镜身推送装置1和旋转装置2向上平移,同理反转时向下平移。配合按键34的左侧按钮,用于术前的机器人摆位。
54.具体实施方式十一:结合图15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。其它组成及连接关系与前述任一具体实施方式相同。
55.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。
56.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。
57.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。
58.具体实施方式十二:结合图16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前述任一具体实施方式相同。
59.具体实施方式十三:结合图15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前述任一具体实施方式相同。
60.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。
61.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。
62.具体实施方式十四:结合图17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,
63.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;
64.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前述任一具体实施方式相同。
65.具体实施方式十五:结合图17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。
66.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前述任一具体实施方式相同。
67.具体实施方式十六:结合图19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。
68.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前述任一具体实施方式相同。
69.具体实施方式十七:结合图19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。
70.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前述任一具体实施方式相同。
71.具体实施方式十八:结合图19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。
72.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前述任一具体实施方式相同。
73.具体实施方式十九:结合图19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。其它组成及连接关系与前述任一具体实施方式相同。
74.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。
75.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。
76.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。
77.如图18所示,主控台7包括桌面70,显示器71,左手手柄72,右手手柄73和直线电机74。其中,右手手柄72安装在直线电机74上。主控台和机械臂系统之间通过电缆连接,采用远台操控(指操作者不在患者身旁而在离开患者有一定距离的通过由电缆与内镜相连的操控台前控制内镜)或远程操控(指操作者不在患者身旁而在离开患者有更远距离的通过由无线电/网络与内镜相连的操控台前控制内镜)的方式完成内镜手术。
78.左手手柄的按钮用于控制内镜手柄送水送气按钮、吸引按钮、定像、电子染色、放大等功能,右手手柄推进和后退用于控制内镜镜体的同步前进和退回,右手手柄自身绕轴线的旋转可以控制内镜整体实现绕自身轴线的同步旋转。当力传感器1218感受到阻力大于一定值时,控制系统控制直线电机对右手手柄的前进后退中施加同步的阻力,保证手术过程中的安全。
79.内镜镜体5的工作原理:
80.结合图15至图18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。
81.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。
82.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。
83.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。
84.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。
85.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。
86.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。
87.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。
转载请注明原文地址:https://win.8miu.com/read-50073.html

最新回复(0)