CN110115636A - 一种增稳防抖式外科手术仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种增稳防抖式外科手术仪，包括串联平台、并联平台、增稳手柄等。串联平台与并联平台组合构成七自由度混联机构，具有大的工作空间，高的灵敏度和响应速度；增稳手柄内置三自由度增稳防抖云台，依次通过串联的虎克铰、移动副与球铰，实时调控终端夹持器的姿态；六维力传感器，实时传递操作增稳手柄时的手持作用力方向，驱动并联机构实时随操作者的手移动；自带旋转式无影灯，可根据需要调节打光位置。

Description

一种增稳防抖式外科手术仪
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种增稳防抖式外科手术仪。
背景技术
早期手术仅限于用简单的手工方法，在体表进行切、割、缝，如脓肿引流、肿物切除、外伤缝合等。故手术是一种破坏组织完整性（切开），或使完整性受到破坏的组织复原（缝合）的操作。随着外科学的发展，手术领域不断扩大，已能在人体任何部位进行。应用的器械也不断更新，如手术刀即有电刀、微波刀、超声波刀及激光刀等多种。由于人为操作原因，各类手术刀具在医生使用过程中，会因抖动而对患处造成意图外的伤害，因此需要一种增稳防抖式外科手术仪。如专利号为CN201580059293.3提供了一种《外科手术装置》，包括处置部单元、操作部、把持部、非接触型的检测部、能量供给部及驱动装置等，其优点是操作力量较轻且相对稳定；缺点是防抖功能欠佳。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种增稳防抖式外科手术仪，串联平台与并联平台组合构成七自由度混联机构，具有大的工作空间，高的灵敏度和响应速度；增稳手柄内置三自由度增稳防抖云台，依次通过串联的虎克铰、移动副与球铰，实时调控终端夹持器的姿态；六维力传感器，实时传递操作增稳手柄时的手持作用力方向，驱动并联机构实时随操作者的手移动；自带旋转式无影灯，可根据需要调节打光位置。
本发明所使用的技术方案是：一种增稳防抖式外科手术仪，包括串联平台、并联平台、增稳手柄，所述的串联平台固定安装在屋顶；并联平台固定安装在串联平台下侧；增稳手柄固定安装在并联平台下侧。
所述的串联平台包括吊顶法兰、第一导架、第一导杆、第二导架、伺服电机、无影灯、第一球铰、第一丝杠、第一支架、外接法兰、第三导架、第一电动推杆，所述的第一导架固定安装在吊顶法兰下侧；第一导杆和第一丝杠分别铰接在第一导架两侧；第二导架上侧分别与第一导杆和第一丝杠配合；第一支架铰接在吊顶法兰上，其下端铰接有第一球铰，第一球铰上固定安装有无影灯；第二导架下侧铰接有另外一组第一导杆和第一丝杠，第三导架与之配合；每个第一丝杠一端均有一个伺服电机；两个第一电动推杆固定安装在第三导架上；外接法兰固定安装在两个第一电动推杆上。
所述的并联平台包括上平台、第一支座、第二电动推杆、第二球铰、下平台、控制面板，所述的三个第一支座均布固定安装在上平台下侧，每个第一支座上铰接有一个第二电动推杆；下平台通过均布固定安装在其上的三个第二球铰铰接在三个第二电动推杆上；控制面板固定安装在下平台上侧。
所述的增稳手柄包括六维力传感器、电插头、左壳体、右壳体、半球铰支座、夹持器、增稳防抖云台、第二支座、十字轴、第三支座、弹簧、第二导杆、外伸轴钢球、角位置传感器，所述的左壳体和右壳体固定安装在一起，六维力传感器、电插头及两个半球铰支座固定安装在左壳体和右壳体上；夹持器固定安装在铰接在半球铰支座上的外伸轴钢球的外伸轴段上，该侧轴段上固定安装有一个角位置传感器；增稳防抖云台一端固定安装在左壳体和右壳体内，另一端固定安装有一个第二支座；十字轴铰接在第二支座上，其正交位铰接有第三支座，第三支座有一个外伸的方形导杆***第二导杆内，第二导杆另一端固定安装在外伸轴钢球的外伸轴段上；第三支座与第二导杆之间套有一根弹簧。
所述的夹持器包括法兰盘、不动夹手、螺杆、第四支座、浮动夹手、第三导杆、螺母，所述的不动夹手固定安装在法兰盘上；第四支座固定安装在不动夹手上，其上铰接有一个浮动夹手；螺杆一端铰接在不动夹手上；螺母套在螺杆上，其外伸轴段铰接在第三导杆上，第三导杆***浮动夹手的内孔中，可沿其轴向移动。
所述的增稳防抖云台包括第一无刷电机、第五支座、第二无刷电机、电机座、第六支座、丁字轴、第三无刷电机，所述的第五支座固定安装在第一无刷电机输出轴上；第三无刷电机固定安装在第五支座侧面；丁字轴一字端铰接在第五支座上，且与第三无刷电机输出轴固连；电机座固定安装在丁字轴上另一端，其上固定安装有一个第二无刷电机；第六支座两端分别铰接在丁字轴和第二无刷电机输出轴上。
由于本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下优点：
（1）七自由度混联平台，工作空间大，运动灵活；
（2）增稳手柄内置三自由度增稳防抖云台，通过串联的虎克铰、移动副与球铰，实时调控终端夹持器姿态；
（3）六维力传感器，实时传递操作增稳手柄时的手持作用力方向，驱动并联机构实时随操作者的手移动；
（4）自带旋转式无影灯，可根据需要调节打光位置；
（5）结构简单，成本低，操作简单，降低了医护人员的操作失误率。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2、图3为本发明的串联平台结构示意图。
图4为本发明的并联平台结构示意图。
图5、图6为本发明的增稳手柄结构示意图。
图7为本发明的夹持器结构示意图。
图8为本发明的增稳防抖云台结构示意图。
附图标号：1-串联平台；2-并联平台；3-增稳手柄；101-吊顶法兰；102-第一导架；103-第一导杆；104-第二导架；105-伺服电机；106-无影灯；107-第一球铰；108-第一丝杠；109-第一支架；110-外接法兰；111-第三导架；112-第一电动推杆；201-上平台；202-第一支座；203-第二电动推杆；204-第二球铰；205-下平台；206-控制面板；301-六维力传感器；302-电插头；303-左壳体；304-右壳体；305-半球铰支座；306-夹持器；307-增稳防抖云台；308-第二支座；309-十字轴；310-第三支座；311-弹簧；312-第二导杆；313-外伸轴钢球；314-角位置传感器；30601-法兰盘；30602-不动夹手；30603-螺杆；30604-第四支座；30605-浮动夹手；30606-第三导杆；30607-螺母；30701-第一无刷电机；30702-第五支座；30703-第二无刷电机；30704-电机座；30705-第六支座；30706-丁字轴；30707-第三无刷电机。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例：如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8所示的一种增稳防抖式外科手术仪。
串联平台1的具体结构如图2和图3所示，首先在吊顶法兰101下侧设置第一导架102，采用固定安装的方式，同时在第一导架102两侧平行设置第一导杆103和第一丝杠108，第二导架104上侧分别与第一导杆103和第一丝杠108配合。在吊顶法兰101上铰接安装有第一支架109，并在其下端铰接设置一个第一球铰107，而第一球铰107的作用为固定安装无影灯106。在第二导架104下侧同样铰接设置另外一组第一导杆103和第一丝杠108，第三导架111与之配合，原理同第二导架104。每个第一丝杠108一端均有一个伺服电机105，作为动力来源，驱动第一丝杠108旋转。第三导架111上固定安装有两个第一电动推杆112，且在两个第一电动推杆112的活塞杆端部固定安装有外接法兰110。
并联平台2的具体结构如图4所示，其中在上平台201下侧均布设置三个第一支座202，每个第一支座202与一个第二电动推杆203的缸体端部相互铰接，下平台205上均布设置有三个第二球铰204，三个第二球铰204分别铰接安装在三个第二电动推杆203的活塞杆端部。控制面板206固定安装在下平台205上侧，且其上部设置有操作显示屏以及操作按钮。
增稳手柄3的具体结构如图5和图6所示，其中左壳体303和右壳体304固定安装在一起，形成筒形结构，且在左壳体303和右壳体304形成的筒形结构上设置有六维力传感器301、电插头302及两个半球铰支座305。夹持器306固定安装在铰接在半球铰支座305上的外伸轴钢球313的外伸轴段上，该侧轴段上固定安装有一个角位置传感器314。增稳防抖云台307一端固定安装在左壳体303和右壳体304内，另一端固定安装有一个第二支座308；十字轴309铰接在第二支座308上，其正交位铰接有第三支座310，第三支座310有一个外伸的方形导杆***第二导杆312内，第二导杆312另一端固定安装在外伸轴钢球313的外伸轴段上。第三支座310与第二导杆312之间套有一根弹簧311。
如图7所示为夹持器306的具体结构示意图，其中不动夹手30602固定安装在法兰盘30601上，第四支座30604固定安装在不动夹手30602上，其上铰接有一个浮动夹手30605。螺杆30603一端铰接在不动夹手30602上，螺母30607套在螺杆30603上，其外伸轴段铰接在第三导杆30606上，第三导杆30606***浮动夹手30605的内孔中，可沿其轴向移动。
如图8所示为增稳防抖云台307的具体结构示意图，其中第五支座30702固定安装在第一无刷电机30701输出轴上，第三无刷电机30707固定安装在第五支座30702侧面，丁字轴30706一字端铰接在第五支座30702上，且与第三无刷电机30707输出轴固连。电机座30704固定安装在丁字轴30706上另一端，其上固定安装有一个第二无刷电机30703，第六支座30705两端分别铰接在丁字轴30706和第二无刷电机30703输出轴上。
本发明的串联平台1具有三个方向的移动自由度，并联平台2为3RPS并联机构，具有三个方向的转动和沿竖直方向的移动共四个自由度，二者共同构成七自由度的混联机构。
第一支架109可沿吊顶法兰101做整周转动，其下侧通过第一球铰107铰接的无影灯106，可沿第一支架109下侧做三个方向的转动，共四个自由度，可根据实际外科手术作业的需要，调整无影灯106至需要的位置。
基于Stewart结构的六维力传感器301可实时传递增稳手柄3的受力信息，从而通过混联机构，辅助助力实现增稳手柄3的随动运动，即随着医护人员试图操纵的方向移动。
增稳防抖云台307具有沿三个正交轴的转动自由度，分别通过第一无刷电机30701、第二无刷电机30703和第三无刷电机30707驱动，实时调控第六支座30705的姿态，其姿态控制受固定安装在外伸轴钢球313上的角位置传感器314的直接影响；同时，第二支座308、十字轴309与第三支座310构成的两自由度虎克铰将第六支座30705的位姿通过第二导杆312传递给外伸轴钢球313，从而实现夹持器306与增稳防抖云台307的位姿同步。
螺杆30603、螺母30607、第三导杆30606与浮动夹手30605构成一平面四杆机构，通过正、反向拧螺杆30603，实现浮动夹手30605的闭合与开启。夹持器306可抓夹多种手术刀具，实现多种外科手术作业功能。
必要时，增稳手柄3可自混联平台上取下，直接手持作业，通过电插头302外接电源线供电，更加增加了其灵活度并降低了操作重量，但是降低了一部分稳定性。

Claims (8)

1.一种增稳防抖式外科手术仪，包括串联平台（111）、并联平台2、增稳手柄（3），其特征在于：所述的串联平台（1）固定安装在屋顶；并联平台（2）固定安装在串联平台（1）下侧；增稳手柄（3）固定安装在并联平台（2）下侧；
所述的串联平台（1）包括吊顶法兰（101）、第一导架（102）、第一导杆（103）、第二导架（104）、伺服电机（105）、无影灯（106）、第一球铰（107）、第一丝杠（108）、第一支架（109）、外接法兰（110）、第三导架（111）、第一电动推杆（112），所述的第一导架（102）固定安装在吊顶法兰（101）下侧；第一导杆（103）和第一丝杠（108）分别铰接在第一导架（102）两侧；第二导架（104）上侧分别与第一导杆（103）和第一丝杠（108）配合；第一支架（109）铰接在吊顶法兰（101）上，其下端铰接有第一球铰（107），第一球铰（107）上固定安装有无影灯（106）；第二导架（104）下侧铰接有另外一组第一导杆（103）和第一丝杠（108），第三导架（111）与之配合；两个第一电动推杆（112）固定安装在第三导架（111）上；外接法兰（110）固定安装在两个第一电动推杆（112）上；
所述的并联平台（2）包括上平台（201）、第一支座（202）、第二电动推杆（203）、第二球铰（204）、下平台（205）、控制面板（206），所述的三个第一支座（202）均布固定安装在上平台（201）下侧，每个第一支座（202）上铰接有一个第二电动推杆（203）；下平台（205）通过均布固定安装在其上的三个第二球铰（204）铰接在三个第二电动推杆（203）上；
所述的增稳手柄（3）包括六维力传感器（301）、电插头（302）、左壳体（303）、右壳体（304）、半球铰支座（305）、夹持器（306）、增稳防抖云台（307）、第二支座（308）、十字轴（309）、第三支座（310）、弹簧（311）、第二导杆（312）、外伸轴钢球（313）、角位置传感器（314），六维力传感器（301）、电插头（302）及两个半球铰支座（305）固定安装在左壳体（303）和右壳体（304）上；夹持器（306）固定安装在铰接在半球铰支座（305）上的外伸轴钢球（313）的外伸轴段上，该侧轴段上固定安装有一个角位置传感器（314）；增稳防抖云台（307）一端固定安装在左壳体（303）和右壳体（304）内，另一端固定安装有一个第二支座（308）；十字轴（309）铰接在第二支座（308）上，其正交位铰接有第三支座（310），第三支座（310）有一个外伸的方形导杆***第二导杆（312）内，第二导杆（312）另一端固定安装在外伸轴钢球（313）的外伸轴段上；第三支座（310）与第二导杆（312）之间套有一根弹簧（311）。
2.如权利要求1所述的一种增稳防抖式外科手术仪，其特征在于：所述的第一丝杠（108）一端设置有一个伺服电机（105）。
3.如权利要求1所述的一种增稳防抖式外科手术仪，其特征在于：所述的第一导杆103和第一丝杠108相互平行。
4.如权利要求1所述的一种增稳防抖式外科手术仪，其特征在于：所述的下平台（205）上侧设置有控制面板（206）。
5.如权利要求1所述的一种增稳防抖式外科手术仪，其特征在于：所述的左壳体（303）和右壳体（304）固定安装在一起。
6.如权利要求1所述的一种增稳防抖式外科手术仪，其特征在于：所述的夹持器（306）包括法兰盘（30601）、不动夹手（30602）、螺杆（30603）、第四支座（30604）、浮动夹手（30605）、第三导杆（30606）、螺母（30607），所述的不动夹手（30602）固定安装在法兰盘（30601）上；第四支座（30604）固定安装在不动夹手（30602）上，其上铰接有一个浮动夹手（30605）；螺杆（30603）一端铰接在不动夹手（30602）上；螺母（30607）套在螺杆（30603）上，其外伸轴段铰接在第三导杆（30606）上，第三导杆（30606）***浮动夹手（30605）的内孔中，可沿其轴向移动。
7.如权利要求1所述的一种增稳防抖式外科手术仪，其特征在于：所述的增稳防抖云台（307）包括第一无刷电机（30701）、第五支座（30702）、第二无刷电机（30703）、电机座（30704）、第六支座（30705）、丁字轴（30706）、第三无刷电机（30707），所述的第五支座（30702）固定安装在第一无刷电机（30701）输出轴上；第三无刷电机（30707）固定安装在第五支座（30702）侧面；丁字轴（30706）一字端铰接在第五支座（30702）上，且与第三无刷电机（30707）输出轴固连。
8.如权利要求7所述的一种增稳防抖式外科手术仪，其特征在于：电机座（30704）固定安装在丁字轴（30706）上另一端，其上固定安装有一个第二无刷电机（30703）；第六支座（30705）两端分别铰接在丁字轴（30706）和第二无刷电机（30703）输出轴上。
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