一种用于胃肠镜手术的带力反馈的两自由度主手转让专利
申请号 : CN201911361173.5
文献号 : CN110897724B
文献日 : 2021-07-02
发明人 : 潘博 , 付宜利
申请人 : 哈尔滨工业大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种用于胃肠镜手术的带力反馈的两自由度主手,所述主手包括基座(1)、旋转关节(3)、主动轮机构(4)、进给带(6)、被动轮机构(7)和两个张紧机构(5),所述旋转关节(3)固接在基座(1)的一侧,旋转关节(3)中的转动端穿过基座(1)并设置在基座(1)的另一侧,主动轮机构(4)设置在基座(1)的另一侧,且主动轮机构(4)与旋转关节(3)的转动端固定连接,被动轮机构(7)通过两个张紧机构(5)固接在主动轮机构(4)上,进给带(6)与主动轮机构(4)和被动轮机构(7)传动连接;其特征在于:所述旋转关节(3)包括预紧螺栓(34)、锁紧螺母二(35)、固定座(36)、阻尼块(37)、读数头固定板二(38)、编码器二读数头(39)、读数头安装板二(40)、磁环(41)、调整垫片(42)、两个轴承一(43)、精密U型螺母(44)和轴三(45),所述固定座(36)通过螺钉固接在基座(1)的一侧,固定座(36)的上表面上加工有阻尼块放置槽,阻尼块(37)设置在阻尼块放置槽中,阻尼块放置槽的底部加工有连接通孔,预紧螺栓(34)设置在连接通孔中,锁紧螺母二(35)设置在固定座(36)的下方,锁紧螺母二(35)套设在预紧螺栓(34)的螺纹段上,且锁紧螺母二(35)与预紧螺栓(34)螺纹连接,轴三(45)的一端的外圆面与阻尼块(37)的顶端贴合设置,轴三(45)的另一端穿过基座(1)并设置在基座(1)的另一侧,轴三(45)的另一端加工有螺纹,精密U型螺母(44)与轴三(45)的另一端螺纹连接,轴三(45)与基座(1)之间设有两个轴承一(43),每个轴承一(43)的内圈与轴三(45)的外圆面固定连接,每个轴承一(43)的外圈与基座(1)中通孔内壁固定连接,磁环(41)设置在基座(1)的一侧,磁环(41)套设在轴三(45)上,且磁环(41)与轴三(45)过盈配合,读数头安装板二(40)设置两个轴承一(43)的上方,且读数头安装板二(40)通过螺钉与基座(1)固定连接,读数头安装板二(40)和基座(1)之间设有调整垫片(42),读数头固定板二(38)通过螺钉与读数头安装板二(40)的下表面固定连接,编码器二读数头(39)安装在读数头安装板二(40)和读数头固定板二(38)之间。
2.根据权利要求1中所述的一种用于胃肠镜手术的带力反馈的两自由度主手,其特征在于:所述阻尼块(37)的上表面加工有弧形槽,轴三(45)的一端外圆面设置在弧形槽中。
3.根据权利要求1中所述的一种用于胃肠镜手术的带力反馈的两自由度主手,其特征在于:所述主动轮机构(4)包括电机(8)、轴承二(9)、主动轮(10)、垫片一(11)、轴承端盖(12)、读数头安装板一(13)、磁石安装块(14)、磁石(15)、编码器一读数头(16)、读数头固定板一(17)、主动轮支架(19)、轴一(20)和两个轴套一(21),所述主动轮支架(19)安装在轴三(45)的另一端上,且主动轮支架(19)设置在精密U型螺母(44)和基座(1)之间,且主动轮支架(19)与轴三(45)转动连接,电机(8)设置在主动轮支架(19)的外侧,电机(8)的壳体通过螺钉固接在主动轮支架(19)的一个侧壁上,电机(8)的输出轴插装在轴一(20)的一端上,轴一(20)插装在主动轮支架(19)上,且轴一(20)与主动轮支架(19)中每个侧壁之间均设有一个轴承二(9),每个轴承二(9)的轴承内圈与轴一(20)的外圆面固定连接,每个轴承二(9)的轴承外圈与主动轮支架(19)中每个侧壁上的通孔内壁固定连接,轴承端盖(12)设置在主动轮支架(19)外侧,且轴承端盖(12)套装在轴一(20)的另一端上,轴承端盖(12)与主动轮支架(19)之间设有垫片一(11),主动轮(10)设置在主动轮支架(19)中,且主动轮(10)套装在轴一(20)上,主动轮(10)与主动轮支架(19)中每个侧壁之间设有一个轴套一(21),且每个轴套一(21)套设在轴一(20)上,磁石安装块(14)通过螺钉固接在轴一(20)的另一端的端面上,磁石(15)嵌装在磁石安装块(14)上,磁石安装块(14)的外侧设有读数头安装板一(13),读数头安装板一(13)与主动轮支架(19)固定连接,读数头固定板一(17)固接在读数头安装板一(13)的外侧,编码器一读数头(16)安装在读数头固定板一(17)和读数头安装板一(13)之间。
4.根据权利要求3中所述的一种用于胃肠镜手术的带力反馈的两自由度主手,其特征在于:所述磁石安装块(14)和轴一(20)之间设有垫片二(18)。
5.根据权利要求1中所述的一种用于胃肠镜手术的带力反馈的两自由度主手,其特征在于:所述被动轮机构(7)包括被动轮支架(22)、轴套二(23)、轴套三(25)、两个轴承三(26)、轴二(27)和被动轮(28),所述轴二(27)插装在被动轮支架(22)上,且轴二(27)与被动轮支架(22)中每个侧壁之间均设有一个轴承三(26),每个轴承三(26)的轴承内圈与轴二(27)的外圆面固定连接,每个轴承三(26)的轴承外圈与被动轮支架(22)中一个侧壁上的通孔内壁固定连接,被动轮(28)设置在被动轮支架(22)内部,且被动轮(28)套装在轴二(27)的外圆面上,被动轮(28)与被动轮支架(22)中的一个侧壁之间设有轴套二(23),轴套二(23)套装在轴二(27)上,被动轮(28)与被动轮支架(22)中的另一个侧壁之间设有轴套三(25),轴套三(25)套装在轴二(27)上,进给带(6)与主动轮(10)和被动轮(28)传动连接。
6.根据权利要求5中所述的一种用于胃肠镜手术的带力反馈的两自由度主手,其特征在于:所述轴二(27)的一端设有台阶,台阶设置在被动轮支架(22)中一个侧壁的外侧,且台阶与一个轴承三(26)紧密贴合,轴二(27)的另一端加工有螺纹盲孔,螺纹盲孔中设有一个紧定螺钉,且紧定螺钉与轴二(27)螺纹连接,垫片三(24)设置在被动轮支架(22)中另一个侧壁的外侧,且垫片三(24)套设在紧定螺钉上,紧定螺钉通过垫片三(24)与被动轮支架(22)中另一个侧壁紧密贴合。
7.根据权利要求1中所述的一种用于胃肠镜手术的带力反馈的两自由度主手,其特征在于:所述张紧机构(5)包括张紧轴(29)、紧固件(30)、锁紧螺母一(31)和张紧螺栓(32),所述张紧轴(29)的扁平端通过紧固件(30)固接在主动轮支架(19)侧壁的下部,张紧轴(29)的圆柱端穿过被动轮支架(22)并与被动轮支架(22)过渡配合,主动轮支架(19)下部对称加工有两个螺纹孔,张紧螺栓(32)设置在一个螺纹孔中,且张紧螺栓(32)与主动轮支架(19)螺纹连接,锁紧螺母一(31)设置在主动轮支架(19)的外侧,锁紧螺母一(31)套设在张紧螺栓(32)上,锁紧螺母一(31)与张紧螺栓(32)螺纹连接。
8.据权利要求3中所述的一种用于胃肠镜手术的带力反馈的两自由度主手,其特征在于:所述固定座(36)的下方设有驱动器(33),且驱动器(33)与基座(1)固定连接,驱动器(33)通过导线与电机(8)相连。
9.据权利要求1中所述的一种用于胃肠镜手术的带力反馈的两自由度主手,其特征在于:所述主手还包括外壳一(46)、外壳二(47)、外壳三(48)、外壳四(49)、外壳五(50)和外壳六(51),所述外壳一(46)和外壳二(47)设置在基座(1)的一侧,且外壳一(46)和外壳二(47)扣装在旋转关节(3)上,外壳三(48)和外壳四(49)扣装在主动轮机构(4)上,外壳五(50)和外壳六(51)扣装在被动轮机构(7)上。
说明书 :
一种用于胃肠镜手术的带力反馈的两自由度主手
技术领域
背景技术
引进,现在已经可以通过胃肠内镜手术辅助医生了解患者肠胃内的情况,帮助医生进行准
确的诊断,传统对肠胃内镜进行手术的操作对医生的技术水平,体力和精力消耗大。内窥镜
输送机器人精度高,可以有效提高诊疗效率,极大地降低医护人员的劳动强度。现有的内窥
镜输送机器人的主手可以精确的控制内镜的输送,但是医生在输送内镜时无法感知到患者
的感觉,仅仅是凭借经验输送,人体内部又十分脆弱,医生如果在控制内镜运输时无法实时
感受到患者体内受到的阻力,极容易对人体内部造成损害,使患者产生不适感,因此研发一
种用于胃肠镜手术的带力反馈的两自由度主手是很符合实际需要的
发明内容
镜手术的带力反馈的两自由度主手;
关节中的转动端穿过基座并设置在基座的另一侧,主动轮机构设置在基座的另一侧,且主
动轮机构与旋转关节的转动端固定连接,被动轮机构通过两个张紧机构固接在主动轮机构
上,进给带与主动轮机构和被动轮机构传动连接;
三,所述固定座通过螺钉固接在基座的一侧,固定座的上表面上加工有阻尼块放置槽,阻尼
块设置在阻尼块放置槽中,阻尼块放置槽的底部加工有连接通孔,预紧螺栓设置在连接通
孔中,锁紧螺母二设置在固定座的下方,锁紧螺母二套设在预紧螺栓的螺纹段上,且锁紧螺
母二与预紧螺栓螺纹连接,轴三的一端的外圆面与阻尼块的顶端贴合设置,轴三的另一端
穿过基座并设置在基座的另一侧,轴三的另一端加工有螺纹,精密U型螺母与轴三的另一端
螺纹连接,轴三与基座之间设有两个轴承一,每个轴承一的内圈与轴三的外圆面固定连接,
每个轴承一的外圈与基座中通孔内壁固定连接,磁环设置在基座的一侧,磁环套设在轴三
上,且磁环与轴三过盈配合,读数头安装板二设置两个轴承一的上方,且读数头安装板二通
过螺钉与基座固定连接,读数头安装板二和基座之间设有调整垫片,读数头固定板二通过
螺钉与读数头安装板二的下表面固定连接,编码器二读数头安装在读数头安装板二和读数
头固定板二之间;
轴套一,所述主动轮支架安装在轴三的另一端上,且主动轮支架设置在精密U型螺母和基座
之间,且主动轮支架与轴三转动连接,电机设置在主动轮支架的外侧,电机的壳体通过螺钉
固接在主动轮支架的一个侧壁上,电机的输出轴插装在轴一的一端上,轴一插装在主动轮
支架上,且轴一与主动轮支架中每个侧壁之间均设有一个轴承二,每个轴承二的轴承内圈
与轴一的外圆面固定连接,每个轴承二的轴承外圈与主动轮支架中每个侧壁上的通孔内壁
固定连接,轴承端盖设置在主动轮支架外侧,且轴承端盖套装在轴一的另一端上,轴承端盖
与主动轮支架之间设有垫片一,主动轮设置在主动轮支架中,且主动轮套装在轴一上,主动
轮与主动轮支架中每个侧壁之间设有一个轴套一,且每个轴套一套设在轴一上,磁石安装
块通过螺钉固接在轴一的另一端的端面上,磁石嵌装在磁石安装块上,磁石安装块的外侧
设有读数头安装板一,读数头安装板一与主动轮支架固定连接,读数头固定板一固接在读
数头安装板一的外侧,编码器一读数头安装在读数头固定板一和读数头安装板一之间;
轴承三,每个轴承三的轴承内圈与轴二的外圆面固定连接,每个轴承三的轴承外圈与被动
轮支架中一个侧壁上的通孔内壁固定连接,被动轮设置在被动轮支架内部,且被动轮套装
在轴二的外圆面上,被动轮与被动轮支架中的一个侧壁之间设有轴套二,轴套二套装在轴
二上,被动轮与被动轮支架中的另一个侧壁之间设有轴套三,轴套三套装在轴二上,进给带
与主动轮和被动轮传动连接;
螺钉,且紧定螺钉与轴二螺纹连接,垫片三设置在被动轮支架中另一个侧壁的外侧,且垫片
三套设在紧定螺钉上,紧定螺钉通过垫片三与被动轮支架中另一个侧壁紧密贴合;
与被动轮支架过渡配合,主动轮支架下部对称加工有两个螺纹孔,张紧螺栓设置在一个螺
纹孔中,且张紧螺栓与主动轮支架螺纹连接,锁紧螺母一设置在主动轮支架的外侧,锁紧螺
母一套设在张紧螺栓上,锁紧螺母一与张紧螺栓螺纹连接;
和外壳四扣装在主动轮机构上,外壳五和外壳六扣装在被动轮机构;
体内受到的阻力,察觉到输送过程中对患者的腔道造成损害,便于更加精准地控制内镜地
输送,并实时感知内镜在患者体内受到的阻力。
附图说明
为磁石安装块,15为磁石,16为编码器一读数头,17为读数头固定板一,18为垫片二,19为主
动轮支架,20为轴一,21为轴套一,22为被动轮支架,23为轴套二,24为垫片三,25为轴套三,
26为轴承三,27为轴二,28为被动轮,29为张紧轴,30为紧固件,31为锁紧螺母一,32为张紧
螺栓,33为驱动器,34为预紧螺栓,35为锁紧螺母二,36为固定座,37为阻尼块,38为读数头
固定板二,39为编码器二读数头,40为读数头安装板二,41为磁环,42为调整垫片,43轴承
一,44为精密U型螺母,45为轴三,46为外壳一,47为外壳二,48为外壳三,49为外壳四,50为
外壳五,51为外壳六。
具体实施方式
动轮机构7和两个张紧机构5,所述旋转关节3固接在基座1的一侧,旋转关节3中的转动端穿
过基座1并设置在基座1的另一侧,主动轮机构4设置在基座1的另一侧,且主动轮机构4与旋
转关节3的转动端固定连接,被动轮机构7通过两个张紧机构5固接在主动轮机构4上,进给
带6与主动轮机构4和被动轮机构7传动连接。
紧螺母二35、固定座36、阻尼块37、读数头固定板二38、编码器二读数头39、读数头安装板二
40、磁环41、调整垫片42、两个轴承一43、精密U型螺母44和轴三45,所述固定座36通过螺钉
固接在基座1的一侧,固定座36的上表面上加工有阻尼块放置槽,阻尼块37设置在阻尼块放
置槽中,阻尼块放置槽的底部加工有连接通孔,预紧螺栓34设置在连接通孔中,锁紧螺母二
35设置在固定座36的下方,锁紧螺母二35套设在预紧螺栓34的螺纹段上,且锁紧螺母二35
与预紧螺栓34螺纹连接,轴三45的一端的外圆面与阻尼块37的顶端贴合设置,轴三45的另
一端穿过基座1并设置在基座1的另一侧,轴三45的另一端加工有螺纹,精密U型螺母44与轴
三45的另一端螺纹连接,轴三45与基座1之间设有两个轴承一43,每个轴承一43的内圈与轴
三45的外圆面固定连接,每个轴承一43的外圈与基座1中通孔内壁固定连接,磁环41设置在
基座1的一侧,磁环41套设在轴三45上,且磁环41与轴三45过盈配合,读数头安装板二40设
置两个轴承一43的上方,且读数头安装板二40通过螺钉与基座1固定连接,读数头安装板二
40和基座1之间设有调整垫片42,读数头固定板二38通过螺钉与读数头安装板二40的下表
面固定连接,编码器二读数头39安装在读数头安装板二40和读数头固定板二38之间。其它
组成及连接方式与具体实施方式一相同。
动轮支架19转动,从而带动轴三45转动。编码器二读数头39可以通过磁环41读取轴三45的
转速,内窥镜输送机器人的控制器以此可以控制内镜输送机器人前端带动内镜在患者体内
以相同转速转动,读数头安装板40和基座1之间设置有调整垫片42,用于调整编码器二读数
头39与磁环41之间的径向距离和轴向间隙,如图6和图7所示,当松开锁紧螺母35时,正反向
拧预紧螺栓34可以调节阻尼块37与轴三45之间的正压力,以调整阻尼块37与轴三45之间的
摩擦力,使两者之间产生一定的阻尼,当医生握住进给带6时沿轴三45的轴线可以转动,而
当医生松开进给带6时,阻尼可以保持进给带6的位置不因重力发生转动,从而能够在手术
过程中保持进给带6的角度。调整完成后,拧紧锁紧螺母二35可以起到防松作用。
槽,轴三45的一端外圆面设置在弧形槽中。其它组成及连接方式与具体实施方式二相同。
轮10、垫片一11、轴承端盖12、读数头安装板一13、磁石安装块14、磁石15、编码器一读数头
16、读数头固定板一17、主动轮支架19、轴一20和两个轴套一21,所述主动轮支架19安装在
轴三45的另一端上,且主动轮支架19设置在精密U型螺母44和基座1之间,且主动轮支架19
与轴三45转动连接,电机8设置在主动轮支架19的外侧,电机8的壳体通过螺钉固接在主动
轮支架19的一个侧壁上,电机8的输出轴插装在轴一20的一端上,轴一20插装在主动轮支架
19上,且轴一20与主动轮支架19中每个侧壁之间均设有一个轴承二9,每个轴承二9的轴承
内圈与轴一20的外圆面固定连接,每个轴承二9的轴承外圈与主动轮支架19中每个侧壁上
的通孔内壁固定连接,轴承端盖12设置在主动轮支架19外侧,且轴承端盖12套装在轴一20
的另一端上,轴承端盖12与主动轮支架19之间设有垫片一11,主动轮10设置在主动轮支架
19中,且主动轮10套装在轴一20上,主动轮10与主动轮支架19中每个侧壁之间设有一个轴
套一21,且每个轴套一21套设在轴一20上,磁石安装块14通过螺钉固接在轴一20的另一端
的端面上,磁石15嵌装在磁石安装块14上,磁石安装块14的外侧设有读数头安装板一13,读
数头安装板一13与主动轮支架19固定连接,读数头固定板一17固接在读数头安装板一13的
外侧,编码器一读数头16安装在读数头固定板一17和读数头安装板一13之间。其它组成及
连接方式与具体实施方式一相同。
内窥镜输送机器人的控制器,控制器控制内镜输送机器人前端输送内镜的速度,控制器根
据设置在内镜输送机器人前端的测力传感器测得的内镜在患者体内受到的阻力,控制驱动
器33驱动电机8,提供反方向力矩,并通过轴一20、主动轮10以及进给带6实时反馈到医生右
手,医生据此可以感知内镜在患者体内受到的阻力大小,实现力反馈过程,本实施方式中电
机8的输出轴通过紧定螺钉与轴一20相连,轴一20通过紧定螺钉与主动轮10相连。
设有垫片二18。其它组成及连接方式与具体实施方式四相同。
23、轴套三25、两个轴承三26、轴二27和被动轮28,所述轴二27插装在被动轮支架22上,且轴
二27与被动轮支架22中每个侧壁之间均设有一个轴承三26,每个轴承三26的轴承内圈与轴
二27的外圆面固定连接,每个轴承三26的轴承外圈与被动轮支架22中一个侧壁上的通孔内
壁固定连接,被动轮28设置在被动轮支架22内部,且被动轮28套装在轴二27的外圆面上,被
动轮28与被动轮支架22中的一个侧壁之间设有轴套二23,轴套二23套装在轴二27上,被动
轮28与被动轮支架22中的另一个侧壁之间设有轴套三25,轴套三25套装在轴二27上,进给
带6与主动轮10和被动轮28传动连接。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。
架22中一个侧壁的外侧,且台阶与一个轴承三26紧密贴合,轴二27的另一端加工有螺纹盲
孔,螺纹盲孔中设有一个紧定螺钉,且紧定螺钉与轴二27螺纹连接,垫片三24设置在被动轮
支架22中另一个侧壁的外侧,且垫片三24套设在紧定螺钉上,紧定螺钉通过垫片三24与被
动轮支架22中另一个侧壁紧密贴合。其它组成及连接方式与具体实施方式六相同。
螺母一31和张紧螺栓32,所述张紧轴29的扁平端通过紧固件30固接在主动轮支架19侧壁的
下部,张紧轴29的圆柱端穿过被动轮支架22并与被动轮支架22过渡配合,主动轮支架19下
部对称加工有两个螺纹孔,张紧螺栓32设置在一个螺纹孔中,且张紧螺栓32与主动轮支架
19螺纹连接,锁紧螺母一31设置在主动轮支架19的外侧,锁紧螺母一31套设在张紧螺栓32
上,锁紧螺母一31与张紧螺栓32螺纹连接。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。
张紧螺栓32,由于张紧轴29的导向作用,被动轮支架22将沿着张紧轴29的轴向滑动,进而可
以调整进给带6的张紧和放松,调整完毕后,拧紧锁紧螺母一31从而锁紧张紧机构,本实施
方式中紧固件30为螺钉
所述固定座36的下方设有驱动器33,且驱动器33与基座1固定连接,驱动器33通过导线与电
机8相连。其它组成及连接方式与具体实施方式一相同。
手还包括所述外壳一46、外壳二47、外壳三48、外壳四49、外壳五50和外壳六51,所述外壳一
46和外壳二47设置在基座1的一侧,且外壳一46和外壳二47扣装在旋转关节3上,外壳三48
和外壳四49扣装在主动轮机构4上,外壳五50和外壳六51扣装在被动轮机构7上。
出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例,但是凡是未脱离本发明技术方案的内
容,依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属
本发明技术方案范围。
动主动轮10旋转,从而带动轴一20旋转。编码器一读数头16可以通过磁石15读取轴一20的
转速并发送给内窥镜输送机器人的控制器,控制器控制内镜输送机器人前端输送内镜的速
度,控制器根据设置在内镜输送机器人前端的测力传感器测得的内镜在患者体内受到的阻
力,控制驱动器33驱动电机8,提供反方向力矩,并通过轴一20、主动轮10以及进给带6实时
反馈到医生手部,医生据此可以感知内镜在患者体内受到的阻力大小,实现力反馈过程。
窥镜输送机器人的控制器以此可以控制内镜输送机器人前端带动内镜在患者体内以相同
转速转动,读数头安装板40和基座1之间设置有调整垫片42,用于调整编码器二读数头39与
磁环41之间的径向距离和轴向间隙。当松开锁紧螺母二35时,正反向拧预紧螺栓34可以调
节阻尼块37与轴三45之间的正压力,以调整阻尼块37与轴三45之间的摩擦力,使两者之间
产生一定的阻尼,当医生握住进给带6时沿轴三45的轴线可以转动,而当医生松开进给带6
时,阻尼可以保持进给带6的位置不因重力发生转动,从而能够在手术过程中保持进给带6
的角度。调整完成后,拧紧锁紧螺母二35可以起到防松作用。
紧螺母一31从而锁紧张紧机构。