一种手术机器人模块化调整臂系统的制作方法

一种手术机器人模块化调整臂系统
[技术领域]
[0001]
本发明涉及医疗器械技术领域，具体地说是一种用于调节手术机器人设备上的末端器械的位姿的手术机器人模块化调整臂系统。
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背景技术：
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[0002]
目前，各种手术机器人或机器人辅助手术设备已广泛应用于医院的各种临床手术中，例如穿刺活检、腹腔镜手术，以及骨科手术等。不同的手术机器人往往配备有数量不等的操作臂，以满足不同手术类型的需要。
[0003]
专利申请公开号为cn109091238b的专利“分体式微创手术器械辅助系统”，提出了一种具有两个操作臂的手术机器人系统。专利申请公开号为cn212261519u的专利“悬吊盘摆位机构及手术机器人”，提出了一种具有四个操作臂的手术机器人系统。通常手术机器人所需的操作臂数量最多为四个，但也有一些医院根据实际手术类型和场景的需要，使用双臂或三臂配置便已足够。以上提出的多臂手术机器人，其操作臂数量均为固定不可增减。若能提供一种手术机器人配有模块化的调整臂系统，可以在双臂、三臂、四臂之间灵活切换，则可大大增加医院对于设备配置选择的灵活性，从而满足不同的医院对于不同手术类型的实际需要。
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技术实现要素：
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[0004]
本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种手术机器人模块化调整臂系统，可根据医院的实际需要安装2-4个操作臂模块，从而降低了医院的设备采购成本，极大地增加了医院选择不同配置的灵活性。
[0005]
为实现上述目的设计一种手术机器人模块化调整臂系统，包括底座1、升降柱2、水平运动模块3、旋转枢纽4和操作臂模块5，所述底座1上安装有升降柱2，所述升降柱2沿底座1竖直方向做升降运动，所述升降柱2的升降端固定有水平运动模块3，所述水平运动模块3上连接有旋转枢纽4，并带动旋转枢纽4沿水平运动模块3的长度方向做直线运动，所述旋转枢纽4绕其自身的中心做旋转运动，所述旋转枢纽4下方安装有操作臂模块5，所述操作臂模块5设置有2-4个，2-4个操作臂模块5沿圆周均匀分布，每个操作臂模块5的末端连接用于手术的手术器械6。
[0006]
作为优选，所述旋转枢纽4包括枢纽基座17，所述枢纽基座17上安装有关节模组18，所述枢纽基座17的中心轴上安装有交叉滚子轴承16，所述交叉滚子轴承16的外圈固定在水平运动模块3的平移基座8上，所述交叉滚子轴承16内圈的下方与枢纽基座17固定在一起，所述交叉滚子轴承16内圈的上方与大带轮15固定在一起，所述平移基座8上固定有电机9和转角减速器10，所述电机9的输出端连接转角减速器10，所述转角减速器10的输出轴与小带轮12固定在一起，所述小带轮12通过同步带14连接大带轮15，并带动大带轮15一起转动，进而带动关节模组18绕枢纽基座17中心轴旋转，所述操作臂模块5固定在关节模组18的下方，并在其驱动下水平转动。
[0007]
作为优选，所述平移基座8可滑动式连接在滑块导轨19上，所述滑块导轨19沿水平基座20长度方向延伸设置，并固定在水平基座20上，所述水平基座20另一端安装有电机二21，所述电机二21的输出轴连接减速箱22，所述减速箱22的输出轴通过联轴器23连接丝杆25，所述丝杆25的长度方向与滑块导轨19的长度方向保持平行，所述丝杆25在电机二21的带动下转动，所述丝杆25上的螺母通过丝杆固定座24与平移基座8连接，所述平移基座8与丝杆固定座24在丝杆25转动时沿丝杆25长度方向做平移运动。
[0008]
作为优选，所述电机9的输出端与转角减速器10固定在一起，所述转角减速器10固定在固定板11上，所述固定板11固定在平移基座8上，且转角减速器10固定在固定板11下方，固定板11两端连接在平移基座8上。
[0009]
作为优选，所述同步带14处设置有同步带张紧螺栓13，所述同步带张紧螺栓13用于张紧同步带14。
[0010]
作为优选，所述枢纽基座17上安装有至多四个关节模组18，四个关节模组18在枢纽基座17上沿同一圆弧平均分布，且到枢纽基座17中心轴的距离相等，从而使得每个关节模组18下方的操作臂模块5的动作互补干涉。
[0011]
作为优选，所述旋转枢纽4下方安装有至多四个操作臂模块5，每个操作臂模块5通过连接轴与旋转枢纽4连接，并绕其与旋转枢纽4的连接轴旋转。
[0012]
作为优选，每个操作臂模块5包含一个可平移的平移调整轴26、一个可升降的升降调整轴27和一个可旋转的旋转调整轴28，所述平移调整轴26一端通过连接轴与旋转枢纽4连接，所述平移调整轴26另一端下方固定有升降调整轴27，所述升降调整轴27另一端可旋转式连接旋转调整轴28，所述旋转调整轴28的末端连接用于手术的手术器械6。
[0013]
本发明同现有技术相比，提供了一种手术机器人模块化调整臂系统，可以根据医院的实际需要安装2-4个相同的操作臂模块，并可在双臂、三臂、四臂之间灵活切换，从而降低了医院的设备采购成本，极大地增加了医院对于设备配置选择的灵活性，从而满足不同的医院对于不同手术类型的实际需要；此外，本发明通过精密同步带传动与关节模组驱动，可以保证操作臂旋转摆位的准确性；同时，通过对于操作臂模块绕中心对称布置的方式，可以实现操作臂的模块化设计，从而实现让医院根据不同类型手术的需要对操作臂数量进行灵活配置的功能，极大地增加了医院采购设备选型的灵活性，降低了加工制造成本与医院的采购成本，值得推广应用。
[附图说明]
[0014]
图1是本发明的结构示意图；
[0015]
图2是本发明旋转枢纽处的结构示意图；
[0016]
图3是本发明安装三臂进行手术时的示意图；
[0017]
图4是本发明安装四臂进行手术时的示意图；
[0018]
图5是本发明安装两臂进行手术时的顶视图；
[0019]
图6是本发明安装三臂进行手术时的顶视图；
[0020]
图7是本发明安装四臂进行手术时的顶视图；
[0021]
图8是本发明的局部结构示意图；
[0022]
图9是本发明水平运动模块的结构示意图；
[0023]
图中：1、底座2、升降柱3、水平运动模块4、旋转枢纽5、操作臂模块6、手术器械7、手术床8、平移基座9、电机10、转角减速器11、固定板12、小带轮13、同步带张紧螺栓14、同步带15、大带轮16、交叉滚子轴承17、枢纽基座18、关节模组19、滑块导轨20、水平基座21、电机二22、减速箱23、联轴器24、丝杆固定座25、丝杆26、平移调整轴27、升降调整轴28、旋转调整轴。
[具体实施方式]
[0024]
下面结合附图对本发明作以下进一步说明：
[0025]
如附图所示，本发明提供了一种手术机器人模块化调整臂系统，包括底座1、升降柱2、水平运动模块3、旋转枢纽4和操作臂模块5，底座1上安装有升降柱2，升降柱2沿底座1竖直方向做升降运动，升降柱2的升降端固定有水平运动模块3，水平运动模块3上连接有旋转枢纽4，并带动旋转枢纽4沿水平运动模块3的长度方向做直线运动，旋转枢纽4绕其自身的中心做旋转运动，旋转枢纽4下方安装有操作臂模块5，操作臂模块5设置有2-4个，2-4个操作臂模块5沿圆周均匀分布，每个操作臂模块5的末端连接用于手术的手术器械6。
[0026]
其中，旋转枢纽4下方安装有至多四个操作臂模块5，每个操作臂模块5通过连接轴与旋转枢纽4连接，并绕其与旋转枢纽4的连接轴旋转；每个操作臂模块5包含一个可平移的平移调整轴26、一个可升降的升降调整轴27和一个可旋转的旋转调整轴28，如附图8所示，平移调整轴26一端通过连接轴与旋转枢纽4连接，平移调整轴26另一端下方固定有升降调整轴27，升降调整轴27另一端可旋转式连接旋转调整轴28，旋转调整轴28的末端连接有用于手术的手术器械6。
[0027]
旋转枢纽4包括枢纽基座17，枢纽基座17上安装有关节模组18，枢纽基座17的中心轴上安装有交叉滚子轴承16，交叉滚子轴承16的外圈固定在水平运动模块3的平移基座8上，交叉滚子轴承16内圈的下方与枢纽基座17固定在一起，交叉滚子轴承16内圈的上方与大带轮15固定在一起，平移基座8上固定有电机9和转角减速器10，电机9的输出端连接转角减速器10，转角减速器10的输出轴与小带轮12固定在一起，小带轮12通过同步带14连接大带轮15，并带动大带轮15一起转动，进而带动关节模组18绕枢纽基座17中心轴旋转，操作臂模块5固定在关节模组18的下方，并在其驱动下水平转动。
[0028]
其中，电机9的输出端与转角减速器10固定在一起，转角减速器10固定在固定板11上，固定板11固定在平移基座8上，且转角减速器10固定在固定板11下方，固定板11两端连接在平移基座8上；同步带14处设置有同步带张紧螺栓13，同步带张紧螺栓13用于张紧同步带14；枢纽基座17上安装有至多四个关节模组18，四个关节模组18在枢纽基座17上沿同一圆弧平均分布，且到枢纽基座17中心轴的距离相等，从而使得每个关节模组18下方的操作臂模块5的动作互补干涉。
[0029]
如附图1所示，为使用两个相同的操作臂模块进行相关手术时的示意图。升降柱2可沿底座1竖直方向做升降运动，水平运动模块3固定在升降柱2上，并可带动旋转枢纽4沿水平运动模块3的长度方向做直线运动。旋转枢纽4的下方最多可安装4个操作臂模块5，并可绕自身的中心旋转。每个操作臂模块5可绕其与旋转枢纽4的连接轴旋转，并且包含一个平移的调整轴，一个升降的调整轴和一个旋转的调整轴。
[0030]
如附图2所示，枢纽基座17上可安装至多4个关节模组18，这4个关节模组在枢纽基
座17上沿同一圆弧平均分布，到基座中心轴的距离相等。交叉滚子轴承16的外圈固定在平移基座8上，内圈的下方与枢纽基座17固定在一起，上方与大带轮15固定在一起。电机9的输出端与转角减速器10固定在一起，并通过固定板11固定在平移基座8上。转角减速器10的输出轴与小带轮12固定在一起，并通过同步带14带动大带轮15一起转动。操作臂模块5固定在关节模组18的下方，并在其驱动下水平转动。
[0031]
如附图3所示，为本发明安装有3个操作臂模块的调整臂系统进行手术时的示意图。如附图4所示，为本发明安装有4个操作臂模块的调整臂系统进行手术时的示意图。
[0032]
如附图9所示，平移基座8通过导轨滑块19与水平基座20固定在一起，并可沿导轨长度方向做平移运动；电机二21的输出轴与行星减速箱22连接在一起，减速箱的输出轴通过联轴器23与丝杆25固定在一起，从而使电机二21带动丝杆25一起转动；丝杆上的螺母通过丝杆固定座24与平移基座8连接在一起，因此当丝杆转动时，平移基座8与丝杆固定座24和丝杆螺母一起沿着丝杆长度方向运动，丝杆的长度方向与导轨的长度方向保持平行。具体地，平移基座8可滑动式连接在滑块导轨19上，滑块导轨19沿水平基座20长度方向延伸设置，并固定在水平基座20上，水平基座20另一端安装有电机二21，电机二21的输出轴连接减速箱22，减速箱22的输出轴通过联轴器23连接丝杆25，丝杆25的长度方向与滑块导轨19的长度方向保持平行，丝杆25在电机二21的带动下转动，丝杆25上的螺母通过丝杆固定座24与平移基座8连接，平移基座8与丝杆固定座24在丝杆25转动时沿丝杆25长度方向做平移运动。
[0033]
综上，本发明所述的模块化调整臂系统，通过精密同步带传动与关节模组驱动可以保证操作臂旋转摆位的准确性。同时，通过对于操作臂模块绕中心对称布置的方式，可以实现操作臂的模块化设计，从而实现让医院根据不同类型手术的需要对操作臂数量进行灵活配置的功能，极大地增加了医院采购设备选型的灵活性，降低了加工制造成本与医院的采购成本。
[0034]
本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。