一种血管介入手术机械臂及血管介入手术机器人

摘要

本申请公开了一种血管介入手术机械臂及血管介入手术机器人，涉及医疗器械技术领域。血管介入手术机械臂包括基座、直线推进机构、连接臂机构和多个转动关节；连接臂机构包括多个连接臂，相邻两连接臂之间通过一转动关节转动连接，连接臂机构的一端通过一转动关节与基座转动连接，连接臂机构的另一端通过一转动关节与直线推进机构转动连接；每一转动关节均包括转动连接的固定座和转动座，固定座靠近转动座的一侧设置有第一限位件，转动座靠近固定座的一侧设置有第二限位件，第一限位件与第二限位件配合用于限制固定座与转动座的相对转动行程。本申请提供的血管介入手术机械臂可提升整体的稳定性。

说明书

技术领域

本申请涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种血管介入手术机械臂及血管介入手术机器人。

背景技术

血管介入手术需要在X射线环境下进行，长期暴露于X射线环境下会对医务工作者的身体造成损害。目前，可通过血管介入机器人来辅助进行手术。

然而，现有的血管介入手术机器人的整体稳定性较低，易出现移动过度等问题，影响手术进程。

实用新型内容

本申请提供了一种血管介入手术机械臂及血管介入手术机器人，提升血管介入手术机械臂整体的稳定性。

本申请提供了：

一种血管介入手术机械臂，包括基座、直线推进机构、连接臂机构和多个转动关节；

其中，所述连接臂机构包括多个连接臂，相邻两所述连接臂之间通过一所述转动关节转动连接，所述连接臂机构的一端通过一所述转动关节与所述基座转动连接，所述连接臂机构的另一端通过一所述转动关节与所述直线推进机构转动连接；

每一所述转动关节均包括转动连接的固定座和转动座，所述固定座靠近所述转动座的一侧设置有第一限位件，所述转动座靠近所述固定座的一侧设置有第二限位件，所述第一限位件与所述第二限位件配合用于限制所述固定座与所述转动座的相对转动行程。

在一些可能的实施方式中，在所述第一限位件和所述第二限位件中，其中一限位件为扇环形槽，另一限位件为限位块，所述限位块的一端滑动设置于所述扇环形槽中。

在一些可能的实施方式中，所述连接臂机构包括第一连接臂、第二连接臂和第三连接臂，所述多个转动关节包括第一转动关节、第二转动关节、第三转动关节和第四转动关节；

所述第一连接臂通过所述第一转动关节与所述基座连接，所述第一连接臂与所述第二连接臂通过所述第二转动关节连接，所述第二连接臂与所述第三连接臂通过第三转动关节连接，所述第三连接臂与所述直线推进机构通过第四转动关节连接。

在一些可能的实施方式中，所述第一连接臂与所述第二连接臂的相对转动行程，等于所述第二连接臂与所述第一连接臂的相对转动行程；

所述第三连接臂与所述第二连接臂的相对转动行程，小于所述第二连接臂与所述第一连接臂的相对转动行程。

在一些可能的实施方式中，所述第一连接臂相对于所述基座转动时的转动轴线，所述第二连接臂相对于所述第一连接臂转动时的转动轴线，以及所述第三连接臂相对于所述第二连接臂转动时的转动轴线均平行；

所述直线推进机构相对于所述三连接臂转动时的转动轴线，垂直于所述第一连接臂相对于所述基座转动时的转动轴线。

在一些可能的实施方式中，所述血管介入手术机械臂还包括多组位移检测组件，所述多组位移检测组件用于一一对应地检测所述多个连接臂转动时的振动频率。

在一些可能的实施方式中，所述位移检测组件包括支架组件和位移传感器；

所述位移传感器通过所述支架组件固定安装于所述转动座上，所述位移传感器的信号收发端与所述转动座所相连的所述连接臂相对，且形成有间隙。

在一些可能的实施方式中，所述位移传感器为光纤位移传感器。

在一些可能的实施方式中，所述转动关节还包括电磁制动器和谐波减速器；

其中，所述电磁制动器相对于所述固定座固定安装，所述电磁制动器与所述谐波减速器的波发生器传动连接，所述谐波减速器的柔轮与所述转动座传动连接。

另外，本申请还提供了一种血管介入手术机器人，包括本申请提供的所述血管介入手术机械臂。

本申请的有益效果是：本申请提出一种血管介入手术机械臂及血管介入手术机器人，血管介入手术机器人包括该血管介入手术机械臂。血管介入手术机械臂包括基座、直线推进机构、连接臂机构和多个转动关节，机械臂机构包括多个机械臂，基座、多个机械臂以及直线推进机构之间均可通过转动关节进行转动连接。其中，转动关节包括转动连接的固定座和转动座，固定座与转动座之间设置有相配合的第一限位件和第二限位件，可实现固定座与转动座间的机械限位。可以理解的，每一转动关节位置均可由相应的第一限位件和第二限位件进行机械限位。从而，可提升血管介入手术机械臂整体的稳定性，减少出现移动过度的问题，避免影响手术进程。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1示出了一些实施例中血管介入手术机械臂的结构示意图；

图2示出了图1中A部分的局部放大结构示意图；

图3示出了图1中B部分的局部放大结构示意图；

图4示出了图1中C部分的局部放大结构示意图；

图5示出了图1中D部分的局部放大结构示意图；

图6示出了一些实施例中第一转动关节的剖面结构示意图；

图7示出了一些实施例中第二转动关节的剖面结构示意图；

图8示出了一些实施例中第三转动关节的剖面结构示意图；

图9示出了一些实施例中第四转动关节的结构示意图；

图10示出了一些实施例中第四转动关节的剖面结构示意图。

主要元件符号说明：

100-基座；200-连接臂机构；210-第一连接臂；220-第二连接臂；230-第三连接臂；300-转动关节；301-固定座；302-转动座；310-第一转动关节；311-第一固定座；312-第一转动座；313-电磁制动器；314-谐波减速器；3151-第一转接板；3152-安装座；3161-第一行程槽；3162-第一限位块；317-转接法兰；318-轴承；3191-第一连接轴；3192-第二连接轴；320-第二转动关节；321-第二固定座；322-第二转动座；323-第二限位块；324-第二行程槽；330-第三转动关节；331-第三固定座；332-第三转动座；333-第三限位块；334-第三行程槽；340-第四转动关节；341-第四固定座；342-第四转动座；343-第四限位块；344-第四行程槽；400-直线推进机构；500-位移检测组件；510-支架组件；511-第一固定支架；512-第二固定支架；520-位移传感器；610-连接法兰；620-第二转接板。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例中提供了一种血管介入手术机器人，可用于血管介入手术中。其中，血管介入手术机器人可包括血管介入手术机械臂及从端机构(图未示)，血管介入手术机械臂可带动从端机构移动。

如图1所示，血管介入手术机械臂包括基座100、直线推进机构400、连接臂机构200和多个转动关节300。

其中，连接臂机构200可包括多个依次相连的连接臂。具体的，任意相邻两连接臂之间均可通过一转动关节300实现转动连接，即相邻两连接臂之间可进行相对转动。另外，连接臂机构200的一端可通过一转动关节300与基座100转动连接。连接臂机构200的另一端也可通过一转动关节300与直线推进机构400转动连接。

如图1至图4所示，每一转动关节300均可包括转动连接的固定座301和转动座302。实施例中，固定座301靠近转动座302的一侧设置有第一限位件，转动座302靠近固定座301的一侧设置有第二限位件。其中，第一限位件可与第二限位件配合，以限制固定座301与转动座302间的相对转动行程。可以理解的，每一转动关节300中均包括一对第一限位件和第二限位件。

实施例中，基座100与连接臂机构200间的相对转动行程，相邻两连接臂间的相对转动行程，以及连接臂机构200与直线推进机构400间的相对转动行程均可由其所连接的转动关节300中的第一限位件和第二限位件配合限制。

实施例中，各转动关节300中通过机械结构进行限位，可提升血管介入手术机械臂整体的稳定性，提高工作过程中的可靠性。

如图1所示，在一些实施例中，连接臂机构200可包括第一连接臂210、第二连接臂220和第三连接臂230。其中，第一连接臂210与基座100之间可通过第一转动关节310连接。第一连接臂210与第二连接臂220之间可通过第二转动关节320连接。第二连接臂220与第三连接臂230之间通过第三转动关节330连接。相应的，第三连接臂230与直线推进机构400之间可通过第四转动关节340连接。

在另一些实施例中，连接臂机构200还可包括两个、四个、五个等数量的连接臂，相邻两连接臂之间均可通过转动关节300进行连接。

如图1所示，基座100可作为血管介入手术机械臂中的安装载体，可为连接臂机构200和直线推进机构400提供支撑作用。在一些实施例中，基座100的一端可通过螺栓连接、卡接等方式固定安装于手术床、操作台等结构上，可使血管介入手术机械臂保持稳定。实施例中，第一连接臂210可通过第一转动关节310转动安装于基座100的另一端。

再一并结合图6，第一转动关节310可包括第一固定座311和第一转动座312。其中，第一固定座311的一端设置有法兰结构，第一固定座311可通过螺栓固定连接于基座100上。另外，第一固定座311的另一端可插设于基座100内。

实施例中，第一转动关节310还包括电磁制动器313和谐波减速器314。第一固定座311远离其自身法兰结构的一端可通过螺栓连接方式固定安装有第一转接板3151。第一转接板3151远离第一固定座311的一侧通过螺栓固定安装有安装座3152，电磁制动器313可固定安装于安装座3152远离第一转接板3151的一侧。

谐波减速器314可设置于安装座3152内。其中，谐波减速器314中的钢轮可通过螺栓固定连接于第一转接板3151上。谐波减速器314的波发生器可通过第一连接轴3191与电磁制动器313连接。具体的，第一连接轴3191的一端可通过顶丝与波发生器固定连接，第一连接轴3191的另一端可与电磁制动器313中的非圆形装配孔固定连接。

谐波减速器314的柔轮可通过第二连接轴3192与第一转动座312连接。具体的，第二连接轴3192的一端可通过螺栓固定连接于一转接法兰317，转接法兰317可通过螺栓固定连接于柔轮。第二连接轴3192的另一端可通过螺栓与第一转动座312固定连接。实施例中，第一连接轴3191和第二连接轴3192同轴，且垂直于水平方向。

可以理解的，第二连接轴3192用于连接第一转动座312的一端可穿设于第一固定座311，并相对于第一固定座311远离基座100的一端凸出，以便与第一转动座312连接。实施例中，第一固定座311与第二连接轴3192之间可设置有两个轴承318，即第二连接轴3192可通过轴承318与第一固定座311转动连接，同时，也可为第二连接轴3192提供相应的支撑作用，提升第二连接轴3192的稳定性。

在另一些实施例中，第一固定座311与第二连接轴3192之间还可设置成一个、三个等数量的轴承318。

如图1和图6所示，第二连接轴3192远离谐波减速器314的一端也可设置有法兰结构。第一转动座312可通过螺栓固定连接于第二连接轴3192上。实施例中，第一连接臂210可通过连接法兰610与第一转动座312固定连接。其中，连接法兰610的一端与第一转动座312通过螺栓固定连接。连接法兰610的另一端与第一连接臂210通过螺栓固定连接。在一些实施例中，第一连接臂210的延伸方向可垂直于第二连接轴3192的轴向，即第一连接臂210平行于水平方向。

可以理解的，当电磁制动器313通电时，可解除对第一连接轴3191的限制，即第一连接轴3191可相对于第一固定座311转动，相应的，谐波减速器314也可进行动作，第二连接轴3192和第一转动座312可相对于第一固定座311进行转动，进而，第一连接臂210可相对于基座100进行转动。当电磁制动器313断电后，可对第一连接轴3191进行限制，相应的，谐波减速器314、第二连接轴3192和第一转动座312均相对于第一固定座311固定，进而使第一连接臂210与基座100保持相对固定。

实施例中，谐波减速器314中的柔轮作为输出端，可为第一连接臂210提供较大的扭矩。

如图2和图6所示，第一转动关节310可包括第一限位件和第二限位件。其中，第一限位件可为开设于第一固定座311上第一行程槽3161。第二限位件可为凸设于第一转动座312上的第一限位块3162。实施例中，第一限位块3162可通过过盈配合、螺栓连接等方式固定安装于第一转动座312上。第一限位块3162远离第一转动座312的一端可滑动设置于第一行程槽3161中。

实施例中，第一行程槽3161可为扇环形槽。第一行程槽3161可与第一限位块3162配合，限制第一转动座312相对于第一固定座311的转动角度(即转动行程)。在一些实施例中，第一行程槽3161对应的圆心角可为120°，即第一转动座312可相对于第一固定座311进行120°转动。

当然，在另一些实施例中，第一行程槽3161所对应的圆形角还可设置成95°、100°、110°等。

在另一些实施例中，第一限位件可为凸设于第一固定座311上的限位块。第二限位件可为开设于第一转动座312上的行程槽，且与第一固定座311上的限位块相配合。

如图1和图7所示，第二转动关节320的结构及安装方式可与第一转动关节310的结构及安装方式相近。在第二转动关节320中，第二固定座321可通过一连接法兰610固定连接于第一连接臂210远离基座100的一端，第二转动座322也可通过一连接法兰610与第二连接臂220固定连接。

另外，在第二转动关节320中，电磁制动器313可安装于第二固定座321中并通过第一连接轴3191与谐波减速器314的波发生器连接。谐波减速器314的钢轮可通过螺栓固定连接于第二固定座321，谐波减速器314的柔轮可直接通过螺栓与第二转动座322固定连接。实施例中的，第二连接臂220相对于第一连接臂210转动时的转动轴线，可平行于第一连接臂210相对于基座100转动时的转动轴线。

另一些实施例中，在第二转动关节320中，谐波减速器314中的柔轮也可通过第二连接轴3192与第二转动座322连接。

再一并结合图3，在第二转动关节320中，第一限位件可为凸设于第二固定座321一侧的第二限位块323。第二限位件可为开设于第二转动座322上的第二行程槽324，第二行程槽324也可为扇环形槽。第二限位块323远离第二固定座321的一端与第二行程槽324滑动配合。在一些实施例中，第二行程槽324所对应的圆心角可等于第一行程槽3161所对应的圆心角。实施例中，第二行程槽324所对应的圆心角为120°。即，第二连接臂220与第一连接臂210间可进行120°相对转动。

当然，在另一些实施例中，第二行程槽324所对应的圆形角也可设置成95°、100°、110°等。

如图1、图4和图8所示，第三转动关节330的结构可与第二转动关节320的结构相近。其不同点包括：

第一限位件可为凸设于第三固定座331上的第三限位块333。第二限位件可为开设于第三转动座332上第三行程槽334，第三行程槽334也可为扇环形槽。其中，第三行程槽334所对应的圆心角可小于第二行程槽324所对应的圆心角。实施例中，第三行程槽334所对应的圆心角可为90°。相应的，第三转动座332相对于第三固定座331转动范围为90°，即第三连接臂230可相对于第二连接臂220进行90°转动。实施例中，第三连接臂230相对于第二连接臂220转动时的转动轴线，平行于第二连接臂220相对于第一连接臂210转动时的转动轴线。

当然，在另一些实施中，第三行程槽334所对应的圆心角还可为50°、60°、75°等。

如图1、图9和图10所示，第四转动关节340的结构及安装方式可与第三转动关节330的结构及安装方式相近。其不同点包括：

第一限位件可为凸设于第四固定座341上的第四限位块343。第二限位件可为开设于第四转动座342上的第四行程槽344，第四行程槽也可为扇环形槽。实施例中，第四行程槽344所对应的圆心角可为45°。第四转动座342相对于第四固定座341的转动范围为45°，即直线推进机构400可相对于第三连接臂230进行45°转动。

在另一些实施例中，第四行程槽344所对应的圆心角还可设置为25°、30°、60°等。

实施例中，直线推进机构400相对于第三连接臂230转动时的转动轴线，可垂直于第三连接臂230相对于第二连接臂220转动时的转动轴线。相应的，直线推进机构400可在竖直平面上相对于第三连接臂230进行转动。

第四转动座342可通过螺栓固定安装有第二转接板620，直线推进机构400可安装于第二转接板620远离第四转动座342的一侧。另外，从端机构可安装于直线推进机构400上，直线推进机构400可用于带动从端机构进行直线运动。实施例中，直线推进机构400的具体结构不在本申请的保护范围内，在此不再赘述。使用中，从端机构可用于驱动导丝、导管等介入器械移动，以推送入患者体内。

如图1所示，在一些实施例中，血管介入手术机械臂还可包括三组位移检测组件500，三组位移检测组件500可用于一一对应地检测三个连接臂在转动时的振动频率。

在另一些实施例中，位移检测组件500还可设置成两组、四组等数量，且位移检测组件500可与连接臂的数量相等。

可以理解的，在血管介入手术机械臂的使用过程中，血管介入手术机械臂中的各电性部件可连接至血管介入手术机器人中的控制器，可由控制器统一控制血管介入手术机械臂中各电性部件的工作。相应的，三组位移检测组件500可电连接至控制器，并可将采集的数据发送至控制器，以便后续根据三组位移检测组件500采集的数据对血管介入手术机械臂进行处理、优化，提高血管介入手术机械臂的动作精度。

实施例中，三组位移检测组件500的结构可设置为相同，以检测第一连接臂210的一组位移检测组件500为例进行详细说明。

如图5所示，位移检测组件500可包括支架组件510和位移传感器520。其中，支架组件510可包括第一固定支架511和第二固定支架512。第一固定支架511的一端固定连接于第一转动座312上。第二固定支架512的一端固定连接第一固定支架511远离第一转动座312的一端，且第二固定支架512远离第一固定支架511的一端可向靠近第一连接臂210的方向延伸。位移传感器520可固定安装于第二固定支架512远离第一固定支架511的一端，且位移传感器520的信号收发端与第一连接臂210相对并形成有间隙，以便对第一连接臂210的实时位置进行检测。

可以理解的，当第一连接臂210发生振动时，第一连接臂210与位移传感器520间的垂直距离会发生相应变化。由此，位移传感器520可对第一连接臂210的振动进行检测。在一些实施例中，位移传感器520可选用光纤位移传感器。

当然，在另一些实施例中，位移传感器520不排除选用磁敏式位移传感器520、光电式位移传感器520等。

实施例中提供的血管介入手术机械臂的各零件均可通过螺栓进行装配连接，一方面，可避免通过焊接带来的零件变形等问题，进而可确保血管介入手术机械臂工作时的精度。另一方面，也可降低装配难度，提高装配效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。