專利名稱：光動(dòng)力治療中具有主被動(dòng)自由度相結(jié)合特征的醫(yī)用機(jī)械臂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)療用具領(lǐng)域，特別涉及
特征的醫(yī)用機(jī)械臂。
種光動(dòng)力治療中具有主被動(dòng)自由度相結(jié)合
背景技術(shù)：
激光光動(dòng)力療法治療鮮紅斑痣的手術(shù)過程 1)病人躺下，盡量使紅斑區(qū)朝上，醫(yī)生觀察病人紅斑部位，對(duì)紅斑區(qū)按平面劃分治療區(qū)，并用白膠布將治療區(qū)外的部分遮擋起來； 2)用厚布將病人面部非病灶區(qū)保護(hù)起來，以防被激光灼傷； 3)注射光敏劑，至此，術(shù)前準(zhǔn)備工作全部結(jié)束，接下來是手術(shù)治療過程； 4)手術(shù)過程長達(dá)數(shù)十分鐘甚至一小時(shí)以上，在治療過程中醫(yī)生需要不斷地調(diào)整激
光的照射位置與角度； 5)照射結(jié)束后，拆掉厚布和膠布，即完成了本次手術(shù)的治療。 在治療中，主要依靠醫(yī)生手拿激光光纖，根據(jù)病灶分級(jí)、位置、反應(yīng)進(jìn)行調(diào)整照射，醫(yī)生長時(shí)間進(jìn)行人工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度極大。當(dāng)前的手術(shù)方案中，存在以下影響手術(shù)治療效果的因素 1)手術(shù)對(duì)醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)要求較高，從術(shù)前照射平面的劃分到術(shù)中入射位置與角度的不斷調(diào)整都需要操作醫(yī)生有較豐富的經(jīng)驗(yàn)，這嚴(yán)重影響了治療的效果和治療方法的普及；
2)治療過程時(shí)間較長，而且治療過程中醫(yī)生需要一直拿著激光筆，并不斷調(diào)整照射角度和位置，同時(shí)這是一項(xiàng)很枯燥的勞動(dòng)，醫(yī)生容易疲勞、困倦，影響治療效果，甚至導(dǎo)致醫(yī)療事故； 3)手術(shù)中，為減輕醫(yī)生勞動(dòng)強(qiáng)度而使用支架，但支架用久以后會(huì)出現(xiàn)鎖不緊的現(xiàn)象，而且利用支架時(shí)，激光筆是停止不動(dòng)的，這樣勢(shì)必會(huì)降低照射效果。 為了使光動(dòng)力治療標(biāo)準(zhǔn)化，提高治療精確性，須將該技術(shù)建立在更精確、更穩(wěn)定和程序化的基礎(chǔ)上，減少人為因素和經(jīng)驗(yàn)因素的影響，減輕醫(yī)生勞動(dòng)強(qiáng)度，以此保證整個(gè)治療的精確均勻?qū)嵤?。因此現(xiàn)有技術(shù)中開展了機(jī)器人輔助光動(dòng)力治療手術(shù)，此方法雖然能解決上述的技術(shù)問題，但又存在系統(tǒng)復(fù)雜，難于控制，不能起到精確定位和治療過程精確均勻?qū)嵤┑淖饔谩?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供了一種結(jié)構(gòu)簡單、易于控制、能夠起到精確定位和治療過程精確均勻?qū)嵤┑淖饔玫墓鈩?dòng)力治療中具有主被動(dòng)自由度相結(jié)合特征的醫(yī)用機(jī)械臂。 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種光動(dòng)力治療中具有主被動(dòng)自由度相結(jié)合特征的醫(yī)用機(jī)械臂，包括導(dǎo)航臂，所述導(dǎo)航臂上依次設(shè)置被動(dòng)式關(guān)節(jié)A、被動(dòng)式關(guān)節(jié)B、被動(dòng)式關(guān)節(jié)C、被動(dòng)式關(guān)節(jié)D、主動(dòng)式關(guān)節(jié)E、主動(dòng)式關(guān)節(jié)F，所述導(dǎo)航臂上設(shè)有控制被動(dòng)式關(guān)節(jié)的通斷電開關(guān)，所述主動(dòng)式關(guān)節(jié)E能夠?qū)崿F(xiàn)圓周上的轉(zhuǎn)動(dòng)，所述主動(dòng)式關(guān)節(jié)F能夠?qū)?現(xiàn)半徑方向的擺動(dòng)。 所述被動(dòng)式關(guān)節(jié)A與被動(dòng)式關(guān)節(jié)B之間通過伸縮臂關(guān)節(jié)相連。
所述伸縮臂關(guān)節(jié)與被動(dòng)式關(guān)節(jié)B之間設(shè)有所述通斷電開關(guān)。 所述被動(dòng)式關(guān)節(jié)A —端連接接口管，所述被動(dòng)式關(guān)節(jié)A包括外套筒，所述外套筒一
端設(shè)有軸承外端蓋，另一端設(shè)有接口管，所述外套筒內(nèi)部設(shè)有制動(dòng)器定子，所述制動(dòng)器定子
與外套筒接觸的側(cè)壁設(shè)有調(diào)整墊圈，所述制動(dòng)器定子一端與所述接口管固定連接，另一端
設(shè)有制動(dòng)器轉(zhuǎn)子，所述制動(dòng)器轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定連接，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸設(shè)置在軸承上。 所述被動(dòng)式關(guān)節(jié)A通過接頭與伸縮固定臂相連，所述伸縮固定臂內(nèi)連接伸縮臂，
所述伸縮固定臂與伸縮臂為階梯結(jié)構(gòu)，所述伸縮固定臂與所述伸縮臂的接頭設(shè)有固定套。 所述被動(dòng)式關(guān)節(jié)B包括相對(duì)設(shè)置的套筒I、套筒II和諧波減速器，所述的諧波減速
器由諧波發(fā)生器、諧波柔輪、諧波剛輪組成，所述諧波發(fā)生器與所述諧波柔輪配合，所述諧
波柔輪與所述諧波剛輪配合，所述套筒I 一端設(shè)有定子支撐，所述定子支撐與固定臂相連，
所述套筒II與轉(zhuǎn)動(dòng)臂相連；所述定子支撐固定連接制動(dòng)器定子，所述制動(dòng)器定子一邊設(shè)有
制動(dòng)器轉(zhuǎn)子，所述制動(dòng)器轉(zhuǎn)子固定在轉(zhuǎn)子支撐件上，所述轉(zhuǎn)子支撐件固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，所述
轉(zhuǎn)動(dòng)軸設(shè)置在軸承支撐上，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸與設(shè)置在套筒II內(nèi)的諧波發(fā)生器相連，所述諧波柔
輪與套筒II相連，所述的諧波剛輪與連接件、軸承支撐固定在一起； 所述被動(dòng)式關(guān)節(jié)C與所述被動(dòng)式關(guān)節(jié)B的結(jié)構(gòu)相同。 所述被動(dòng)式關(guān)節(jié)D包括與臂相連的支撐件及制動(dòng)器定子，所述制動(dòng)器定子一邊設(shè) 有制動(dòng)器轉(zhuǎn)子，所述制動(dòng)器轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)動(dòng)軸相連，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸設(shè)置在軸承上，所述軸承設(shè)置在 支撐件上，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸上設(shè)有接頭。 所述主動(dòng)式關(guān)節(jié)E包括與臂相連的電機(jī)支撐件，所述電機(jī)支撐件上固定電機(jī)組 件，所述電機(jī)組件與轉(zhuǎn)動(dòng)軸一端相連，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸另一端設(shè)有螺紋，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸設(shè)置在軸承
上，所述軸承固定在套筒ni，所述套筒ni上固定霍爾定位盤，所述套筒iii與電機(jī)支撐件
以及臂連接在一起。 所述主動(dòng)式關(guān)節(jié)F包括套筒VI、電機(jī)支撐件，所述電機(jī)支撐件上固定電機(jī)組件，所 述電機(jī)組件與轉(zhuǎn)動(dòng)軸一端相連，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸另一端設(shè)有外螺紋，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸設(shè)置在軸承上， 所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過所述的外螺紋連接夾持器，所述套筒VI分別與轉(zhuǎn)臂、電機(jī)支撐件和霍爾安 裝盤相連。
本發(fā)明技術(shù)方案帶來的有益效果 (1)將"主動(dòng)"自由度與"被動(dòng)"自由度有機(jī)結(jié)合可降低對(duì)控制系統(tǒng)的要求，控制系 統(tǒng)復(fù)雜度降低，從而提高了系統(tǒng)控制精度； (2)"被動(dòng)"自由度實(shí)現(xiàn)粗定位，可進(jìn)行大范圍運(yùn)動(dòng)，"主動(dòng)"自由度可實(shí)現(xiàn)精確定 位，提高手術(shù)治療精度，保證治療的精確實(shí)施，減輕醫(yī)生勞動(dòng)強(qiáng)度，提高手術(shù)效果；
(3)被動(dòng)自由度可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)任意位置自鎖，提高了系統(tǒng)剛度和可靠性。
本發(fā)明主要應(yīng)用于光動(dòng)力療法(Photodynamic ther即y， PDT)治療手術(shù)中。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的裝置示意4
圖2為圖1中的I處放大圖；
圖3為圖1的俯視圖； 圖4為本發(fā)明實(shí)施例被動(dòng)式關(guān)節(jié)A的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖5為圖4中的A-A向視圖； 圖6為本發(fā)明實(shí)施例被動(dòng)式關(guān)節(jié)A插入激光器接口的示意圖；
圖7為本發(fā)明實(shí)施例伸縮臂的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8為本發(fā)明實(shí)施例被動(dòng)式關(guān)節(jié)B的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖9為本發(fā)明實(shí)施例被動(dòng)式關(guān)節(jié)C的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖10為圖9中的A向視圖； 圖11為本發(fā)明實(shí)施例主動(dòng)式關(guān)節(jié)D的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖12為本發(fā)明實(shí)施例主動(dòng)式關(guān)節(jié)E的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖13為圖12的俯視圖； 圖14為本發(fā)明實(shí)施例機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡圖；圖15為機(jī)器人典型手臂結(jié)構(gòu)及性 能。 圖中01內(nèi)六角圓柱螺釘，02六角鎖緊螺母，03開槽沉頭螺釘，04開槽長圓柱緊定 螺釘； 1被動(dòng)式關(guān)節(jié)A， 2被動(dòng)式關(guān)節(jié)B， 3被動(dòng)式關(guān)節(jié)C， 4被動(dòng)式關(guān)節(jié)D， 5主動(dòng)式關(guān)節(jié)E，
6主動(dòng)式關(guān)節(jié)F， 7伸縮臂關(guān)節(jié)，8通斷電開關(guān)，9接頭，10伸縮臂，11擺動(dòng)臂，12腕部，13制動(dòng)
器定子，14制動(dòng)器轉(zhuǎn)子，15轉(zhuǎn)動(dòng)軸，16軸承，17調(diào)整墊圈；18軸承內(nèi)擋圈，19軸承外擋圈； 1. 4燈臂內(nèi)護(hù)管，1. 1接口管，1. 2外套筒，1. 3軸承外端蓋； 1-1伸縮固定臂，1-2固定套，1-3按鈕安裝件，1-4按鈕組件； 20套筒1，21套筒II， 22定子支撐，23軸承支撐，24諧波發(fā)生器，25諧波柔輪，26
諧波剛輪，27連接件，28轉(zhuǎn)子支撐件； 30電機(jī)支撐件，31電機(jī)組件； 40臂，41支撐件，42接頭； 50轉(zhuǎn)動(dòng)臂，51套筒III，52霍爾定位盤；60套筒，61霍爾安裝盤，62夾持器1，63激光組件，64夾持器11，65轉(zhuǎn)臂。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。 參見圖1、圖2和圖3，一種光動(dòng)力治療中具有主被動(dòng)自由度相結(jié)合特征的醫(yī)用機(jī) 械臂，包括導(dǎo)航臂，導(dǎo)航臂上依次設(shè)置被動(dòng)式關(guān)節(jié)A1、伸縮臂關(guān)節(jié)7、控制被動(dòng)式關(guān)節(jié)的通 斷電開關(guān)8、被動(dòng)式關(guān)節(jié)B2、被動(dòng)式關(guān)節(jié)C3、被動(dòng)式關(guān)節(jié)D4、主動(dòng)式關(guān)節(jié)E5、主動(dòng)式關(guān)節(jié)F6， 被動(dòng)式關(guān)節(jié)Al通過接頭9連接伸縮臂關(guān)節(jié)7，伸縮臂關(guān)節(jié)7通過伸縮臂10連接被動(dòng)式關(guān) 節(jié)B2，被動(dòng)式關(guān)節(jié)B2通過擺動(dòng)臂11連接被動(dòng)式關(guān)節(jié)C3，被動(dòng)式關(guān)節(jié)D4通過內(nèi)六角圓柱螺 釘01連接腕部12，腕部12連接主動(dòng)式關(guān)節(jié)E5，主動(dòng)式關(guān)節(jié)E5通過六角鎖緊螺母02連接 主動(dòng)式關(guān)節(jié)F6 ;主動(dòng)式關(guān)節(jié)E5能夠?qū)崿F(xiàn)半徑方向的擺動(dòng)，主動(dòng)式關(guān)節(jié)F6能夠?qū)崿F(xiàn)圓周上 的轉(zhuǎn)動(dòng)。 被動(dòng)式關(guān)節(jié)由制動(dòng)裝置控制，通電時(shí)各個(gè)被動(dòng)式關(guān)節(jié)可以很方便地被拉動(dòng)，可使
5主動(dòng)部分被置于病灶上方適當(dāng)位置，斷電后每個(gè)被動(dòng)式關(guān)節(jié)都被自動(dòng)鎖緊，保證系統(tǒng)安全 可靠。主動(dòng)式關(guān)節(jié)由電機(jī)經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)照射動(dòng)作；該機(jī)器人的主要技術(shù)參數(shù)描述如 表l。 表1機(jī)器人參數(shù)表
被動(dòng)自由度4主動(dòng)自由度2各關(guān)節(jié)臂長度( )500-1000可調(diào)長度、300、 200、 150、 40總重量2.5kg0057]驅(qū)動(dòng)方式步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源12V直流制動(dòng)方式屯磁制動(dòng)器制動(dòng)電源24V直流關(guān)節(jié)數(shù)單軸最大工作范圍最大單軸速度
被動(dòng)式關(guān)節(jié)A90° (-45°到+45。)人手緩慢拉動(dòng)
被動(dòng)式關(guān)節(jié)B90° (-60。到+30° )人手緩慢拉動(dòng)
被動(dòng)式關(guān)節(jié)c180° (-90°到+90° )人手緩慢拉動(dòng)
被動(dòng)式關(guān)節(jié)D180° (-90°到+90° )人手緩慢拉動(dòng)
主動(dòng)式關(guān)節(jié)E360° (-180°到+180° )90。 /s
主動(dòng)式關(guān)節(jié)F30° (-丄5°到+15° )90° /s 在光動(dòng)力治療中，被動(dòng)的手臂的作用是將主動(dòng)的手腕置于病灶區(qū)域的上方合適位 置處。被動(dòng)的手臂可隨時(shí)手工調(diào)整，調(diào)整后自動(dòng)鎖死不動(dòng)；主動(dòng)的手腕的作用是帶動(dòng)光纖 固定桿按預(yù)定的治療模式進(jìn)行動(dòng)作，以達(dá)到均勻照射的目的。被動(dòng)的手臂是指由所有被動(dòng) 式關(guān)節(jié)(4個(gè))組成部分，主動(dòng)的手腕是指由所有主動(dòng)式關(guān)節(jié)(2個(gè))組成部分。治療過程 中，被動(dòng)式關(guān)節(jié)不動(dòng)，激光筆放置在機(jī)械臂末端的主動(dòng)式關(guān)節(jié)F上，兩個(gè)主動(dòng)式關(guān)節(jié)通過運(yùn) 動(dòng)合成帶動(dòng)激光筆運(yùn)動(dòng)。 本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)械臂應(yīng)用目的是在激光光動(dòng)力治療鮮紅斑痣手術(shù)過程中用機(jī) 器人代替醫(yī)生完成重復(fù)性勞動(dòng)，并利用機(jī)器人定位精度高，運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確等特點(diǎn)提高治療效果。 因此，根據(jù)醫(yī)生實(shí)際的治療過程，本發(fā)明設(shè)計(jì)了 4個(gè)被動(dòng)自由度，2個(gè)主動(dòng)自由度，4個(gè)被動(dòng) 自由度起初步定位作用，主要將2個(gè)主動(dòng)自由度置于病灶部位上方，然后通過程序控制兩 個(gè)主動(dòng)自由度的電機(jī)，使其中一個(gè)主動(dòng)自由度做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，另一個(gè)主動(dòng)自由度做來回的擺 動(dòng)運(yùn)動(dòng)，兩個(gè)運(yùn)動(dòng)合成后即可實(shí)現(xiàn)醫(yī)生實(shí)際治療中的治療模式，以此實(shí)現(xiàn)病灶區(qū)域的均勻 照射，精確治療，以提高治療效果。 當(dāng)按下被動(dòng)自由度通斷電開關(guān)后，被動(dòng)自由度便可被隨意拖動(dòng)，當(dāng)松開按鈕后被 動(dòng)自由度就自動(dòng)鎖死，不能再被拖動(dòng)，被動(dòng)自由度通過制動(dòng)器實(shí)現(xiàn)自鎖功能，主動(dòng)自由度通 過步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)主動(dòng)式驅(qū)動(dòng)，可編程控制電機(jī)運(yùn)動(dòng)，在治療過程中被動(dòng)式關(guān)節(jié)調(diào)整好位置 后鎖死不動(dòng)，主動(dòng)自由度通過設(shè)定好的程序完成一定軌跡的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)不同治療模式。因
6此，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求和目的，本發(fā)明將2個(gè)主動(dòng)自由度放置在機(jī)械臂末端。 本發(fā)明的被動(dòng)自由度采用關(guān)節(jié)坐標(biāo)型結(jié)構(gòu)形式，主動(dòng)自由度采用轉(zhuǎn)動(dòng)+擺動(dòng)的關(guān)
節(jié)型結(jié)構(gòu)。本發(fā)明機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)簡圖如圖14所示。 參見圖4和圖5，被動(dòng)式關(guān)節(jié)A為水平擺動(dòng)關(guān)節(jié)，沒有重力矩的作用，采用單制動(dòng)器 的定位方式。被動(dòng)式關(guān)節(jié)A包括外套筒1. 2，外套筒1. 2 —端通過開槽沉頭螺釘03與軸承 外端蓋1. 3連接，另一端連接接口管1. l，接口管1. 1為階梯軸，可以實(shí)現(xiàn)軸向平動(dòng)的定位， 外套筒1. 2內(nèi)部設(shè)有制動(dòng)器定子13，制動(dòng)器定子13 —端與接口管1. 1通過內(nèi)六角圓柱螺釘 01固定，另一端設(shè)有制動(dòng)器轉(zhuǎn)子14，制動(dòng)器定子13與制動(dòng)器轉(zhuǎn)子14通電時(shí)吸附在一起，不 通電時(shí)兩個(gè)中間有間隙，制動(dòng)器轉(zhuǎn)子14通過內(nèi)六角圓柱螺釘01與轉(zhuǎn)動(dòng)軸15固定連接，轉(zhuǎn) 動(dòng)軸15通過兩個(gè)軸承16支撐，兩個(gè)軸承16之間設(shè)有軸承內(nèi)擋圈18，被動(dòng)式關(guān)節(jié)A整個(gè)結(jié) 構(gòu)裝在外套筒1. 2的內(nèi)部，并由軸承外端蓋1. 3封住。制動(dòng)器定子13與外套筒1. 2接觸的 側(cè)壁設(shè)有調(diào)整墊圈17，其中調(diào)整墊圈17用來調(diào)整外套筒1. 2的位置。在制動(dòng)器斷電的狀態(tài) 下，轉(zhuǎn)動(dòng)軸15便可以帶動(dòng)制動(dòng)器轉(zhuǎn)子14轉(zhuǎn)動(dòng)；通電后鎖死。 機(jī)器人的被動(dòng)式關(guān)節(jié)A作為機(jī)器人的固定端，要與激光器相連接并固定。激光器 接口如圖6所示。機(jī)器人插入激光器的燈臂內(nèi)護(hù)管1. 4中，需要固定軸向的轉(zhuǎn)動(dòng)和平動(dòng)。在 激光器的燈臂內(nèi)護(hù)管1. 4和接口管1. 1的配合處打一個(gè)徑向通孔，用銷將兩者固定，即可實(shí) 現(xiàn)接口管1. 1在軸向的轉(zhuǎn)動(dòng)和平動(dòng)定位。 參見圖7，被動(dòng)式關(guān)節(jié)A1通過內(nèi)六角圓柱螺釘Ol固定連接接頭9，接頭9通過內(nèi) 六角圓柱螺釘Ol與伸縮固定臂1-1相連，伸縮固定臂1-1與伸縮臂io均為階梯孔結(jié)構(gòu)，可 以實(shí)現(xiàn)互鎖，伸縮臂10只能先從伸縮固定臂i-i的左側(cè)裝入，伸縮固定臂i-i與伸縮臂10 的接頭通過六角鎖緊螺母02固定有固定套l-2，按鈕安裝件1-3和按鈕組件1-4通過內(nèi)六 角圓柱螺釘01安裝在伸縮臂10上。固定套1-2為橡膠結(jié)構(gòu)，當(dāng)六角鎖緊螺母02擰緊時(shí)， 固定套l-2軸向受壓縮，徑向必然膨脹，與伸縮臂IO摩擦力增大，實(shí)現(xiàn)規(guī)定作用。
可調(diào)整的伸縮臂使機(jī)器人可以適用不同的工作環(huán)境，在空間比較大的病房，激光 器可以離病人遠(yuǎn)一些，在空間比較小的病房，只能將激光器置于病床跟前。這樣，機(jī)械臂設(shè) 計(jì)為可伸縮的就能夠滿足上述要求，即長度是可以調(diào)整的，長度調(diào)整后便固定不變，使用時(shí) 不用再次調(diào)整，因此機(jī)器人仍只有四個(gè)被動(dòng)自由度，而且還不增加關(guān)節(jié)制動(dòng)時(shí)的制動(dòng)力矩。
參見圖8，被動(dòng)式關(guān)節(jié)B的結(jié)構(gòu)示意圖，被動(dòng)式關(guān)節(jié)B是從被動(dòng)式關(guān)節(jié)A開始的第 二個(gè)關(guān)節(jié)，軸向?yàn)樗剑惺苤亓?，是所有關(guān)節(jié)中所需制動(dòng)力矩最大的關(guān)節(jié)。因此被動(dòng)式 關(guān)節(jié)B的可靠制動(dòng)，是整個(gè)機(jī)器人的關(guān)鍵。由于制動(dòng)器的制動(dòng)力矩小于所需的制動(dòng)力矩，因 此采用制動(dòng)器+諧波減速器的制動(dòng)方案。 被動(dòng)式關(guān)節(jié)B包括相對(duì)設(shè)置的套筒120和套筒1121，套筒120 —端通過開槽沉頭 螺釘03連接定子支撐22，套筒120與定子支撐22接觸處設(shè)有調(diào)整墊圈17，定子支撐22上 面加工有兩圈的螺釘固定孔，內(nèi)圈的固定孔和制動(dòng)器的定子固定，外圈的固定孔和套筒120 固定，套筒120與前向的固定臂是一體的，套筒1121與后向轉(zhuǎn)動(dòng)臂是一體的；定子支撐22 通過內(nèi)六角圓柱螺釘01固定連接制動(dòng)器定子13，制動(dòng)器定子13 —邊設(shè)有制動(dòng)器轉(zhuǎn)子14， 斷電時(shí)，制動(dòng)器定子13與制動(dòng)器轉(zhuǎn)子14之間有一定的間隙，通電時(shí)，制動(dòng)器定子13將制動(dòng) 器轉(zhuǎn)子14緊緊地吸附在一起，制動(dòng)器轉(zhuǎn)子14與轉(zhuǎn)子支撐件28通過內(nèi)六角圓柱螺釘01連 接固定，轉(zhuǎn)子支撐件28與轉(zhuǎn)動(dòng)軸15通過內(nèi)六角圓柱螺釘01連接固定，圖8中共有兩組軸圈與連接件27內(nèi)表面配合，內(nèi)圈與轉(zhuǎn)動(dòng)軸15配合，轉(zhuǎn)動(dòng)軸15在連 接件27內(nèi)孔中通過里面的兩個(gè)軸承形成相互轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)系，此組軸承中上面的軸承內(nèi)圈與轉(zhuǎn) 動(dòng)軸15中間部分的階梯形成定位關(guān)系，下面的軸承外圈與連接件27形成定位關(guān)系，兩個(gè)軸 承之間設(shè)有軸承內(nèi)擋圈18 ;諧波減速器為一個(gè)零件，由三個(gè)部分組成，包括諧波發(fā)生器24， 諧波柔輪25，諧波剛輪26，轉(zhuǎn)動(dòng)軸15與諧波發(fā)生器24相連，諧波發(fā)生器24設(shè)置在套筒I121 內(nèi)，諧波柔輪25通過內(nèi)六角圓柱螺釘01與套筒1121相連，諧波剛輪24通過內(nèi)六角圓柱螺 釘01與連接件27、軸承支撐23固定在一起，即，諧波剛輪24、連接件27、軸承支撐23這三 個(gè)零件通過內(nèi)六角圓柱螺釘Ol緊固成一體；轉(zhuǎn)動(dòng)軸15通過內(nèi)六角圓柱螺釘01和彈簧墊圈 29固定連接，套筒1121通過開槽沉頭螺釘03和軸承外擋圈19連接，套筒120通過內(nèi)六角 圓柱螺釘01和連接件27連接固定。 斷電后，在后向轉(zhuǎn)動(dòng)臂轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過套筒1121帶動(dòng)諧波柔輪25轉(zhuǎn)動(dòng)，諧波柔輪25
增速帶動(dòng)諧波發(fā)生器24高速轉(zhuǎn)動(dòng)，諧波發(fā)生器24通過轉(zhuǎn)動(dòng)軸15帶動(dòng)制動(dòng)器轉(zhuǎn)子14運(yùn)動(dòng)。
通電后，制動(dòng)力矩通過相反的方向傳遞，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)力矩的放大。 被動(dòng)式關(guān)節(jié)C與被動(dòng)式關(guān)節(jié)B相連，其結(jié)構(gòu)與被動(dòng)式關(guān)節(jié)B的相同。 被動(dòng)式關(guān)節(jié)D是承受重力矩的，經(jīng)計(jì)算采用單制動(dòng)器的制動(dòng)方案即可滿足要求。
詳細(xì)結(jié)構(gòu)如圖9所示。 參見圖9和圖10，被動(dòng)式關(guān)節(jié)D包括支撐件41及制動(dòng)器定子13，支撐件41通過內(nèi) 六角圓柱螺釘01連接臂40，制動(dòng)器定子13連接制動(dòng)器轉(zhuǎn)子14，制動(dòng)器轉(zhuǎn)子14通過內(nèi)六角 圓柱螺釘01與轉(zhuǎn)動(dòng)軸15相連，轉(zhuǎn)動(dòng)軸15設(shè)置在軸承16上，軸承16上設(shè)有軸承內(nèi)擋圈18 和軸承外擋圈19，軸承16設(shè)置在支撐件41上，轉(zhuǎn)動(dòng)軸15上設(shè)有接頭42，轉(zhuǎn)動(dòng)軸15通過內(nèi) 六角圓柱螺釘01和接頭42連接固定，開槽沉頭螺釘03連接軸承外擋圈19和支撐件41。
參見圖ll，主動(dòng)式關(guān)節(jié)E是機(jī)器人的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，主要負(fù)責(zé)與被動(dòng)部分的連接，以及 帶動(dòng)擺動(dòng)關(guān)節(jié)。轉(zhuǎn)動(dòng)臂50通過內(nèi)六角圓柱螺釘01與電機(jī)支撐件30相連，電機(jī)支撐件30 上通過內(nèi)六角圓柱螺釘01固定電機(jī)組件31，電機(jī)組件31與轉(zhuǎn)動(dòng)軸15 —端相連，用開槽長 圓柱緊定螺釘04頂緊，轉(zhuǎn)動(dòng)軸15另一端設(shè)有螺紋，負(fù)責(zé)與主動(dòng)式關(guān)節(jié)F連接，S卩兩個(gè)主動(dòng) 關(guān)節(jié)之間通過螺紋連接，外螺紋設(shè)計(jì)在主動(dòng)式關(guān)節(jié)E上，即轉(zhuǎn)動(dòng)軸15右端，內(nèi)螺紋設(shè)計(jì)在主 動(dòng)式關(guān)節(jié)F上，轉(zhuǎn)動(dòng)軸15設(shè)置在軸承16上，軸承16固定在套筒11151，套筒III51上通過 開槽沉頭螺釘03固定霍爾定位盤52，套筒III51與電機(jī)支撐件30以及轉(zhuǎn)動(dòng)臂50通過內(nèi)六 角圓柱螺釘01連接在一起。 參見圖12和圖13，主動(dòng)式關(guān)節(jié)F是機(jī)器人的末端關(guān)節(jié)，即擺動(dòng)關(guān)節(jié)，主要負(fù)責(zé)與 主動(dòng)式關(guān)節(jié)E連接，并夾持激光筆。主動(dòng)式關(guān)節(jié)F包括套筒60、電機(jī)支撐件30，電機(jī)支撐件 30通過內(nèi)六角圓柱螺釘Ol固定電機(jī)組件31，電機(jī)組件31與轉(zhuǎn)動(dòng)軸15—端相連，用開槽長 圓柱緊定螺釘04頂緊，轉(zhuǎn)動(dòng)軸15另一端設(shè)有外螺紋，負(fù)責(zé)連接夾持器，轉(zhuǎn)動(dòng)軸15設(shè)置在軸 承16上，軸承16上設(shè)有軸承外擋圈19，夾持器分為兩部分，夾持器162和夾持器1164，將 激光組件63夾在夾持器162和夾持器1164中間，并通過螺釘連接。轉(zhuǎn)臂65通過內(nèi)六角圓 柱頭螺釘01與套筒60連接，套筒60通過內(nèi)六角圓柱頭螺釘01連接電機(jī)支撐件30，通過開 槽沉頭螺釘03連接霍爾安裝盤61，并支撐整個(gè)主動(dòng)式關(guān)節(jié)F。調(diào)整墊圈17設(shè)置在轉(zhuǎn)動(dòng)軸
815與夾持器162之間，用來調(diào)劑激光筆的空間位置。 同樣是四個(gè)被動(dòng)自由度和兩個(gè)主動(dòng)自由度組成的柔性醫(yī)療機(jī)械臂，如果改變手臂 關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)形式同樣可以實(shí)現(xiàn)本方案的目的。典型的手臂結(jié)構(gòu)及性能的比較如圖15所示
本方案結(jié)合光動(dòng)力療法治療手術(shù)現(xiàn)場的工作情況與工作空間要求，采用了關(guān)節(jié)坐 標(biāo)型結(jié)構(gòu)形式，如果采用其他坐標(biāo)形式，以及四主動(dòng)自由度和兩被動(dòng)自由度相結(jié)合的形式， 也可實(shí)現(xiàn)同樣的發(fā)明目的。 以上所述的實(shí)施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實(shí)施方式
的一種，本領(lǐng)域的技術(shù)人 員在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種光動(dòng)力治療中具有主被動(dòng)自由度相結(jié)合特征的醫(yī)用機(jī)械臂，包括導(dǎo)航臂，其特征在于，所述導(dǎo)航臂上設(shè)有4個(gè)被動(dòng)式關(guān)節(jié)與2個(gè)主動(dòng)式關(guān)節(jié)，所述2個(gè)主動(dòng)式關(guān)節(jié)位于導(dǎo)航臂末端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的醫(yī)用機(jī)械臂，其特征在于，所述導(dǎo)航臂上依次設(shè)置被動(dòng)式關(guān) 節(jié)A、被動(dòng)式關(guān)節(jié)B、被動(dòng)式關(guān)節(jié)C、被動(dòng)式關(guān)節(jié)D、主動(dòng)式關(guān)節(jié)E、主動(dòng)式關(guān)節(jié)F，所述導(dǎo)航臂 上設(shè)有控制被動(dòng)式關(guān)節(jié)的通斷電開關(guān)，所述主動(dòng)式關(guān)節(jié)E能夠?qū)崿F(xiàn)圓周上的轉(zhuǎn)動(dòng)，所述主 動(dòng)式關(guān)節(jié)F能夠?qū)崿F(xiàn)半徑方向的擺動(dòng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的醫(yī)用機(jī)械臂，其特征在于，所述被動(dòng)式關(guān)節(jié)A與被動(dòng)式關(guān)節(jié)B 之間通過伸縮臂關(guān)節(jié)相連。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的醫(yī)用機(jī)械臂，其特征在于，所述伸縮臂關(guān)節(jié)與被動(dòng)式關(guān)節(jié)B之 間設(shè)有所述通斷電開關(guān)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1 、2或3所述的醫(yī)用機(jī)械臂，其特征在于，所述被動(dòng)式關(guān)節(jié)A —端連接 接口管，所述被動(dòng)式關(guān)節(jié)A包括外套筒，所述外套筒一端設(shè)有軸承外端蓋，另一端設(shè)有接口 管，所述外套筒內(nèi)部設(shè)有制動(dòng)器定子，所述制動(dòng)器定子與外套筒接觸的側(cè)壁設(shè)有調(diào)整墊圈， 所述制動(dòng)器定子一端與所述接口管固定連接，另一端設(shè)有制動(dòng)器轉(zhuǎn)子，所述制動(dòng)器轉(zhuǎn)子與 轉(zhuǎn)動(dòng)軸固定連接，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸設(shè)置在軸承上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的醫(yī)用機(jī)械臂，其特征在于，所述被動(dòng)式關(guān)節(jié)A通過接頭與伸縮 固定臂相連，所述伸縮固定臂內(nèi)連接伸縮臂，所述伸縮固定臂與伸縮臂為階梯結(jié)構(gòu)，所述伸 縮固定臂與所述伸縮臂的接頭設(shè)有固定套。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1 、2或3所述的醫(yī)用機(jī)械臂，其特征在于，所述被動(dòng)式關(guān)節(jié)B包括相對(duì) 設(shè)置的套筒1、套筒II和諧波減速器，所述的諧波減速器由諧波發(fā)生器、諧波柔輪、諧波剛 輪組成，所述諧波發(fā)生器與所述諧波柔輪配合，所述諧波柔輪與所述諧波剛輪配合，所述套 筒I一端設(shè)有定子支撐，所述定子支撐與固定臂相連，所述套筒II與轉(zhuǎn)動(dòng)臂相連；所述定子 支撐固定連接制動(dòng)器定子，所述制動(dòng)器定子一邊設(shè)有制動(dòng)器轉(zhuǎn)子，所述制動(dòng)器轉(zhuǎn)子固定在 轉(zhuǎn)子支撐件上，所述轉(zhuǎn)子支撐件固定在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸設(shè)置在軸承支撐上，所述轉(zhuǎn)動(dòng) 軸與設(shè)置在套筒II內(nèi)的諧波發(fā)生器相連，所述諧波柔輪與套筒II相連，所述的諧波剛輪與 連接件、軸承支撐固定在一起；所述被動(dòng)式關(guān)節(jié)C與所述被動(dòng)式關(guān)節(jié)B的結(jié)構(gòu)相同。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1 、2或3所述的醫(yī)用機(jī)械臂，其特征在于，所述被動(dòng)式關(guān)節(jié)D包括與臂 相連的支撐件及制動(dòng)器定子，所述制動(dòng)器定子一邊設(shè)有制動(dòng)器轉(zhuǎn)子，所述制動(dòng)器轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn) 動(dòng)軸相連，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸設(shè)置在軸承上，所述軸承設(shè)置在支撐件上，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸上設(shè)有接頭。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1 、2或3所述的醫(yī)用機(jī)械臂，其特征在于，所述主動(dòng)式關(guān)節(jié)E包括與臂 相連的電機(jī)支撐件，所述電機(jī)支撐件上固定電機(jī)組件，所述電機(jī)組件與轉(zhuǎn)動(dòng)軸一端相連，所 述轉(zhuǎn)動(dòng)軸另一端設(shè)有螺紋，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸設(shè)置在軸承上，所述軸承固定在套筒III，所述套筒 III上固定霍爾定位盤，所述套筒III與電機(jī)支撐件以及臂連接在一起。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1、2或3所述的醫(yī)用機(jī)械臂，其特征在于，所述主動(dòng)式關(guān)節(jié)F包括套 筒VI、電機(jī)支撐件，所述電機(jī)支撐件上固定電機(jī)組件，所述電機(jī)組件與轉(zhuǎn)動(dòng)軸一端相連，所 述轉(zhuǎn)動(dòng)軸另一端設(shè)有外螺紋，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸設(shè)置在軸承上，所述轉(zhuǎn)動(dòng)軸通過所述的外螺紋連 接夾持器，所述套筒VI分別與轉(zhuǎn)臂、電機(jī)支撐件和霍爾安裝盤相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光動(dòng)力治療中具有主被動(dòng)自由度相結(jié)合特征的醫(yī)用機(jī)械臂，包括導(dǎo)航臂，所述導(dǎo)航臂上依次設(shè)置被動(dòng)式關(guān)節(jié)A、被動(dòng)式關(guān)節(jié)B、被動(dòng)式關(guān)節(jié)C、被動(dòng)式關(guān)節(jié)D、主動(dòng)式關(guān)節(jié)E、主動(dòng)式關(guān)節(jié)F，所述導(dǎo)航臂上設(shè)有控制被動(dòng)式關(guān)節(jié)的通斷電開關(guān)，所述主動(dòng)式關(guān)節(jié)E能夠?qū)崿F(xiàn)圓周上的轉(zhuǎn)動(dòng)，所述主動(dòng)式關(guān)節(jié)F能夠?qū)崿F(xiàn)半徑方向的擺動(dòng)。所述被動(dòng)式關(guān)節(jié)A與被動(dòng)式關(guān)節(jié)B之間通過伸縮臂關(guān)節(jié)相連。所述伸縮臂關(guān)節(jié)與被動(dòng)式關(guān)節(jié)B之間設(shè)有所述通斷電開關(guān)。本發(fā)明將“主動(dòng)”自由度與“被動(dòng)”自由度有機(jī)結(jié)合可降低對(duì)控制系統(tǒng)的要求，控制系統(tǒng)復(fù)雜度降低，從而提高了系統(tǒng)控制精度、提高手術(shù)效果及系統(tǒng)剛度和可靠性。
文檔編號(hào)A61N5/01GK101703826SQ20091009234
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月10日
發(fā)明者段星光, 王興濤, 邊桂彬, 黃強(qiáng) 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)