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CN100398270C - 具有四个自由度的微创手术建腔机械手 - Google Patents

具有四个自由度的微创手术建腔机械手 Download PDF

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CN100398270C CNB2006100518529A CN200610051852A CN100398270C CN 100398270 C CN100398270 C CN 100398270C CN B2006100518529 A CNB2006100518529 A CN B2006100518529A CN 200610051852 A CN200610051852 A CN 200610051852A CN 100398270 C CN100398270 C CN 100398270C
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Abstract

本发明公开了一种具有四个自由度的微创手术建腔机械手。把直线步进电机从挂桶上端放入挂桶中，露出在挂桶一端的直线步进电机与下吊钩连接，直线步进电机沿Z轴移动；机械手上分别装有第一减速步进电机，带动整个机械手沿X轴转动；第二减速步进电机，带动整个机械手沿Y轴转动；第三减速步进电机，带动整个机械手沿Z轴转动。本发明用于微创手术中小切口提吊建腔，其由四个步进电机驱动整个装置来控制吊起患者皮肤的吊钩实现空间调节。克服了传统人用手拉吊钩引起的一些问题，比如疲劳和不稳定，本机械手也实现了腔室空间的灵活自动调节，实现四个自由度的运动。

Description

具有四个自由度的微创手术建腔机械手
技术领域
本发明涉及机械手，尤其涉及一种具有四个自由度的微创手术建腔机械手。
背景技术
目前，国内外已研制出众多各式各样的医疗用机器人，但还没有用于微创手术建腔自动调节的机器人。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有四个自由度的微创手术建腔机械手。利用多个自由度调节腔室空间，适用于微创小切口手术建腔。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案包括：
1)把直线步进电机从挂桶上端放入挂桶中，露出在挂桶一端的直线步进电机与下吊钩连接，直线步进电机沿Z轴移动；
2)挂桶上端的法兰与中间板连接，中间板一侧开有圆孔，第一铜圈装入圆孔中，中间板套入中框，一端带轴的第一贴板固定在中框第一侧面，第一贴板上的轴与装入中间板的第一铜圈为间隙配合，第二减速步进电机固定在与中间板开有圆孔的一侧为180°的中框第三侧面，第二减速步进电机的扁轴通过中框第三侧面的通孔与中间板开有圆孔一侧成180°的侧面所开的槽连接，第二减速步进电机的转动能使中间板转动，带动整个机械手沿Y轴转动；
3)与中间板开有圆孔一侧为90°的中框第二侧面开有圆孔，第二铜圈装入圆孔中，倒U形外框从上面套在中框，一端带轴的第二贴板固定在与第一贴板为90°的外框第一侧面，第二贴板上的轴与装入中框的第二铜圈为间隙配合，第一减速步进电机固定在与第二贴板成180°的外框第二侧面，第一减速步进电机的扁轴通过外框第二侧面的通孔与和第二贴板成180°的中框第四侧面所开的槽连接，第一减速步进电机的转动能使中框转动，带动整个机械手沿X轴转动；
4)提吊圆桶的小端孔与连接轴转动配合，连接轴开有螺纹端与外框固定连接，连接轴另一端中心开有槽，并与第三减速步进电机的扁轴连接，第三减速步进电机的转动能使外框转动，带动整个机械手沿Z轴转动。
中框的转动范围在+20°与-20°之间；中间板的转动范围在+20°与-20°之间；外框的转动范围在整个圆周即360°。
本发明具有的有益效果是：用于微创手术中小切口提吊建腔，其由四个步进电机驱动整个装置来控制吊起患者皮肤的吊钩实现空间调节。克服了传统人用手拉吊钩引起的一些问题，比如疲劳和不稳定，本机械手也实现了腔室空间的灵活自动调节。
附图说明
图1是本发明的装配主视图；
图2是图1的A-A剖视图；
图3是图2的C局部放大图；
图4是图1的仰视图；
图5是图1的左视图；
图6是图5的B-B剖视图；
图7是图6的D局部放大图；
图8是图1的后视图.
图中：1、下吊钩；2、直线步进电机；3、挂桶；4.1、4.2、4.3、减速步进电机；5、中框；6、上提吊圆筒；7、外框；8、弹簧垫圈；9、贴板；10、螺钉；11、螺钉；12、中间板；13、弹簧垫圈；14、轴承；15、连接轴；16、轴承罩盖；17、螺钉；18、平垫圈8；19、螺母；20、贴板；21、铜圈；22、螺栓；23、铜圈。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
如图1，2，3，4，5，6，7，8所示，
1)把直线步进电机2从挂桶3上端放入挂桶3中，露出在挂桶3一端的直线步进电机2与下吊钩1连接，直线步进电机2沿Z轴移动；
2)挂桶3上端的法兰与中间板12连接，中间板12一侧开有圆孔，第一铜圈21装入圆孔中，中间板12套入中框5，一端带轴的第一贴板20固定在中框5侧面，第一贴板20上的轴与装入中间板12的第一铜圈21为间隙配合，第二减速步进电机4.2固定在与中间板12一侧为180°的中框5侧面，第二减速步进电机4.2的扁轴通过中框5的侧面的通孔与中间板12侧面所开的槽连接，第二减速步进电机4.2的转动能使中间板12转动，带动整个机械手沿Y轴转动；
3)与中间板12一侧为90°的中框5侧面开有圆孔，第二铜圈23装入圆孔中，倒U形外框7从上面套在中框5，一端带轴的第二贴板9固定在与第一贴板20为90°的外框7侧面，第二贴板9上的轴与装入中框5的第二铜圈23为间隙配合，第一减速步进电机4.1固定在与第二贴板9成180°的外框7侧面，第一减速步进电机4.1的扁轴通过外框7的侧面的通孔与中框5侧面所开的槽连接，第一减速步进电机4.1的转动能使中框5转动，带动整个机械手沿X轴转动；
4)提吊圆桶6的小端孔与连接轴15转动配合，连接轴15开有螺纹端与外框7固定连接，连接轴15另一端中心开有槽，并与第三减速步进电机4.3的扁轴连接，第三减速步进电机4.3的转动能使外框7转动，带动整个机械手沿Z轴转动。
中框5的转动范围在+20°与-20°之间；中间板12的转动范围在+20°与-20°之间；外框7的转动范围在整个圆周即360°。
本发明的具体装配关系：如图1，图2所示，把直线步进电机2从挂桶3上端放入挂桶中3，在放入后，在电机底端通过四个螺钉11把直线步进电机2与挂桶3连接固定，螺钉11与挂筒之间加弹簧垫圈13，下吊钩1与直线步进电机2连接处加工有螺纹，可以使下吊钩1与直线步进电机2通过电机直线伸缩底端固有的螺纹连接固定在一起。三者连接在一起后，通过挂桶3上端的法兰与中间板12上相对应开有的圆孔用四个螺栓22连接固定在一起。如图3所示，中间板12一侧开有圆孔，把第一铜圈21敲入，其与圆孔通过过盈配合关系固定在一起。中间板12套入中框5，一端带轴的第一贴板20用两个螺钉固定在中框5侧面，第一贴板20上的轴与装入中间板12的第一铜圈21为间隙配合，如图2所示，第二减速步进电机4.2通过两个螺钉10固定在与中间板12一侧为180°的中框5侧面，第二减速步进电机4.2的扁轴通过中框5的侧面的通孔与中间板12侧面所开的槽连接，，带动中间板转动，如图6，图7所示，与中间板12一侧为90°的中框5侧面开有圆孔，其与第二铜圈23通过过盈配合关系固定，然后，倒U形外框7从上面套在中框5，一端带轴的第二贴板9通过两个螺钉固定在与第一贴板20为90°的外框7侧面，螺钉与外框7之间加弹簧垫圈8，第二贴板9上的轴与装入中框5的第二铜圈23为间隙配合，第一减速步进电机4.1通过两个螺钉固定在与第二贴板9成180°的外框7侧面，，第一减速步进电机4.1的扁轴通过外框7的侧面的通孔与中框5侧面所开的槽连接，使电机轴能带动整个中框5转动。
如图2，图6所示，在上端，先把一轴承14放入上提吊圆筒6中间的孔中，然后把连接轴15加工有螺纹的一段朝下放入轴承中，再把另一个轴承14套入连接轴15。把轴承罩盖16突出端朝下放入提吊圆筒6中间的孔，顶住轴承，用两个螺钉17把轴承罩盖16与提吊圆筒6固定，轴承罩盖16起到固定轴承和连接轴15的目的。然后放入减速步进电机4.3，使它的轴与连接轴15上端开有的槽配合，使电机4.3能带动连接轴15转动，减速步进电机4.3通过两个螺钉与提吊圆筒6固定。
如图2，图6所示，外框7上部有一加工有螺纹的孔，其与连接轴15下端的螺纹连接在一起，再加螺母19使之固定，螺母19与外框7之间加平垫圈18，这样，在提吊圆筒6内的减速步进电机4.3可以通过连接轴15带动整个结构转动。整个装置也装配完成。
根据实际工作时的情况，外框允许的运动范围为整个圆周(360°)，中框的转动范围在+20°与-20°之间。同样，中间板的转动范围为+20°与-20°之间，本机械手的功能部分，根据手术需要的不同，可以加工系列吊钩1；
实际工作时，先把机械手组装好，然后与手术台横杆连接固定。在放入病人切口前，调整机械手的各个角度，高度和底部伸缩端的长度。调整好后放入病人切口内拉起皮肤。在手术进行中，可以根据实际需要对机械手进行微调，以便适应手术过程中的需要。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (2)

1.具有四个自由度的微创手术建腔机械手，其特征在于：
1)把直线步进电机(2)从挂桶(3)上端放入挂桶(3)中，露出在挂桶(3)一端的直线步进电机(2)与下吊钩(1)连接，直线步进电机(2)沿Z轴移动；
2)挂桶(3)上端的法兰与中间板(12)连接，中间板(12)一侧开有圆孔，第一铜圈(21)装入圆孔中，中间板(12)套入中框(5)，一端带轴的第一贴板(20)固定在中框(5)第一侧面，第一贴板(20)上的轴与装入中间板(12)的第一铜圈(21)为间隙配合，第二减速步进电机(4.2)固定在与中间板(12)开有圆孔的一侧为180°的中框(5)第三侧面，第二减速步进电机(4.2)的扁轴通过中框(5)第三侧面的通孔与中间板(12)开有圆孔一侧成180°的侧面所开的槽连接，第二减速步进电机(4.2)的转动能使中间板(12)转动，带动整个机械手沿Y轴转动；
3)与中间板(12)开有圆孔一侧为90°的中框(5)第二侧面开有圆孔，第二铜圈(23)装入圆孔中，倒U形外框(7)从上面套在中框(5)，一端带轴的第二贴板(9)固定在与第一贴板(20)为90°的外框(7)第一侧面，第二贴板(9)上的轴与装入中框(5)的第二铜圈(23)为间隙配合，第一减速步进电机(4.1)固定在与第二贴板(9)成180°的外框(7)第二侧面，第一减速步进电机(4.1)的扁轴通过外框(7)第二侧面的通孔与和第二贴板(9)成180°的中框(5)第四侧面所开的槽连接，第一减速步进电机(4.1)的转动能使中框(5)转动，带动整个机械手沿X轴转动；
4)提吊圆桶(6)的小端孔与连接轴(15)转动配合，连接轴(15)开有螺纹端与外框(7)固定连接，连接轴(15)另一端中心开有槽，并与第三减速步进电机(4.3)的扁轴连接，第三减速步进电机(4.3)的转动能使外框(7)转动，带动整个机械手沿Z轴转动。
2.根据权利要求1所述的一种具有四个自由度的微创手术建腔机械手，其特征在于：中框(5)的转动范围在+20°与-20°之间；中间板(12)的转动范围在+20°与-20°之间；外框(7)的转动范围在整个圆周即360°。
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