一種可實現快速拆裝的醫療機器人接口裝置的製作方法
2023-10-18 09:03:09 2
專利名稱：一種可實現快速拆裝的醫療機器人接口裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及機器人輔助血管介入手術裝置，特別是用於血管介入手術的醫療機器 人的接口裝置。
背景技術：
血管介入手術是指醫生在數字減影血管造影成像(DSA)系統的導引下，操控導管 (一種帶有剛性的軟管)在人體血管內運動，將導管推進到目標位置，然後對病灶進行相關 治療，達到栓塞畸形血管、溶解血栓、擴張狹窄血管等目的。與傳統手術相比，本方法無需開 刀，具有出血少、創傷小、併發症少、安全可靠、術後恢復快等優點。目前醫生進行血管介入手術的主要步驟如圖Ia-If所示A、穿刺針按照適合位姿穿透皮膚進入血管內，並將導絲插入針管；B、將血管鞘順著導絲並在其支撐下送入血管，將導管順著血管鞘導入血管，緩緩 向前推進。血管鞘起到引導導管進入血管以及防止導管抽出血管時動脈血液流出的作用；C、醫生在DSA圖像的引導下，觀察導管的路徑以及管尖的位置，並手工旋轉和推 進導管，調整其位置與方向，直至導管到達病灶部位；D、手術1 在DSA圖像監控下，施行導管診斷及治療操作，於室間隔缺損處放置室 間隔缺損封堵器；E、手術2 在DSA圖像監控下，於動脈狹窄處放置支架；F、手術3 在DSA圖像監控下，行動脈瘤⑶C栓塞。根據上述手術流程，血管介入手術存在的突出問題是1)醫生始終在高強度射線環境下工作，長期操作對身體損害很大；2)手術操作可控性差，時間長，醫生疲勞和人手操作不穩定等因素會直接影響手 術質量；3)手術操作複雜，技巧性強，風險性高，醫生難於掌握，手術培訓時間長。針對以上問題和醫生需求，人們將機器人技術引進了血管介入手術，開展機器人 輔助醫生進行血管介入手術的研究。如圖2所示，輔助機器人包括定位把持機器臂100、末 端推進機構300和接口裝置200，該接口裝置連接了定位把持機械臂和末端推進機構。在血 管介入手術機器人的設計過程中，要考慮到手術對末端推進機構的功能需求，進而設計出 符合實際的接口。在手術過程中，末端推進機構推動介入導管進入患者血管內部，因此，在 每次手術之前和手術之後，都需要對末端推進機構進行殺菌消毒處理，以保證病人的安全 和末端推進機構的清潔，如果使用固定式連接方式連接機器人和推進機構，每次拆卸都需 要扳手、改錐等拆卸安裝工具，對操作者產生極大的不便。為了保證末端推進機構能夠快速 方便地安裝與拆卸，縮短手術準備時間，方便醫生使用，需要設計一種可實現快速拆裝的醫 療機器人接口，
發明內容
針對現有技術中的上述技術問題，本發明的目的在於提供一種可實現快速拆裝的 醫療機器人接口裝置。本發明通過如下的技術方案實現。一種醫療機器人接口裝置，其特徵在於，包括機械臂連接座、執行機構連接座、楔 緊螺栓和橫插銷，其中所述楔緊螺栓具有擠壓部，所述橫插銷具有滑動結合部；所述滑動結合部與所述 擠壓部相接觸，並且具有與所述擠壓部的外表面相匹配的曲面外形；所述楔緊螺栓和所述機械臂連接座之間通過螺紋連接，所述橫插銷和所述機械臂 連接座之間可滑動地連接，所述機械臂連接座和所述執行機構連接座之間可滑動地連接， 並能夠相對直線運動；所述楔緊螺栓旋入時，所述橫插銷相對於所述機械臂連接座發生相對運動，向外 頂緊所述執行機構連接座。根據上述技術方案的接口裝置，其特徵在於，所述橫插銷包括第一橫插銷和第二 橫插銷，二者對稱地置於所述楔緊螺栓兩側，並與所述楔緊螺栓垂直。根據上述技術方案的接口裝置，其特徵在於，所述擠壓部的外表面為圓錐面。根據上述技術方案的接口裝置，其特徵在於，所述楔緊螺栓位於所述機械臂連接 座外部的一端具有螺栓接頭。根據上述技術方案的接口裝置，其特徵在於，所述橫插銷和所述機械臂連接座之 間通過圓孔光滑連接。根據上述技術方案的接口裝置，其特徵在於，所述機械臂連接座和所述執行機構 連接座之間通過燕尾槽接口連接。根據上述技術方案的接口裝置，其特徵在於，所述執行機構連接座用於連接血管 介入手術的末端推進機構。與現有技術相比，本發明實現了兩個部件之間方便快速的安裝和拆卸，而且結構 簡單，工作可靠，緊固力大。
圖Ia-If是血管介入手術操作流程圖；圖2是醫療機器人總體組成；圖3a_3c是本發明的接口裝置總體結構圖；圖4a4c是本發明的接口裝置的楔緊螺栓結構圖；圖5a_5d是本發明的接口裝置的橫插銷結構圖；圖6a_6d是本發明的接口裝置的推進機構連接座結構圖；圖7a_7f是本發明的接口裝置的機械臂連接座結構圖。
具體實施例方式本發明所設計完成的接口裝置總體結構圖如圖3a_3c所示。如圖3a_3c所示，機械臂連接座2通過螺栓固定在定位把持臂上，推進機構連接座43通過螺栓固定在末端推進機構上。楔緊螺栓1和第一橫插銷4、第二橫插銷5之間通過圓 錐面接觸，楔緊螺栓1和機械臂連接座2之間通過螺紋連接，橫插銷4、橫插銷5和機械臂連 接座2之間通過圓孔光滑連接，機械臂連接座2和推進機構連接座3之間通過燕尾槽接口 連接，在燕尾槽內可實現相對直線運動。使用過程中，向內旋轉擰緊楔緊螺栓1，通過圓錐面之間的相對運動，橫插銷4和 橫插銷5的錐形面受到楔緊螺栓錐形面的擠壓作用，使得橫插銷4和橫插銷5相對於機械 臂連接座2發生相對運動，向外頂緊推進機構連接座3，在和推進機構連接座3接觸的平面 上產生壓力，從而產生摩擦力，該摩擦力可防止機械臂連接座2和推進機構連接座3之間發 生相對運動，以實現將末端推進機構穩固地安裝在定位把持機械臂上的目的。反方向旋轉鬆開楔緊螺栓1，楔緊螺栓對兩個橫插銷的擠壓作用消失，活動一下推 進機構連接座，橫插銷4和5在推進機構連接座的作用下，相對於機械臂連接座2發生反方 向相對運動，減小橫插銷4、橫插銷5與推進機構連接座3在接觸平面上的壓力，從而減小摩 擦力，以至機械臂連接座2可以在推進機構連接座3中自由靈活地移動，以實現將末端推進機 構方便快速地從定位把持機械臂上拆卸的目的。此外，還可以在橫插銷4和5與機械臂連接 座2之間設置一彈性元件(圖中未示出)，例如彈簧，以提供其向所述反方向運動的回覆力。各零部件詳細結構設計(1)楔緊螺栓設計
楔緊螺栓1是摩擦力產生的主動部件，其通過螺紋8和機械臂連接座2連接，通過 圓錐外表面6與橫插銷4、橫插銷5接觸，一端設計有外六角螺栓接頭7，使用通用扳手旋轉 楔緊螺栓，可實現楔緊螺栓相對於機械臂連接座2的移動，通過圓錐不同徑向切面直徑的 增大，在圓錐表面6楔緊螺栓擠壓橫插銷4、橫插銷5，進而將橫插銷4、橫插銷5頂出一定距 離，增大橫插銷4、橫插銷5與推進機構連接座3之間的摩擦力，反之，則減小摩擦力，詳細設 計如圖如-如所示。(2)橫插銷設計橫插銷4、橫插銷5是摩擦力產生的被動部件，其通過圓柱10與和機械臂連接座2 的圓柱孔連接，通過圓錐內表面9與楔緊螺栓1的圓錐外表面6接觸，當楔緊螺栓1向內運 動時，通過圓錐不同徑向切面直徑的增大，在圓錐表面楔緊螺栓1擠壓橫插銷4、橫插銷5， 將兩端的橫插銷頂出一定距離，增大橫插銷4、橫插銷5與推進機構連接座3之間的摩擦力， 反之，則減小摩擦力，詳細設計如圖5a-5d所示。(3)推進機構連接座設計推進機構連接座3其上設計有四個圓孔11，相應地在末端推進機構上設計有四個 螺紋孔，通過四個螺栓將推進機構連接座3固定在末端推進機構上。設計有燕尾槽接口 13， 連接機械臂連接座2，起到定位與引導機械臂連接座2的作用，機械臂連接座2可在燕尾槽 13內移動；其末端兩側設計有通氣槽14，防止因機械臂連接座2在燕尾槽13內的運動而產 生內部氣壓變化帶來的壓力；其末端設計有縮進槽12，防止楔緊螺栓1在擰緊過程中和推 進機構連接座3發生幹涉。如圖6a-6d所示。此外，根據醫療機器人具體需求，還可以將所述推進機構連接座替換為其它醫療 過程的執行機構連接座。(4)機械臂連接座設計5
機械臂連接座2是楔緊螺栓1和橫插銷4、橫插銷5的固定支架，其上設計有四個 圓孔15，相應地在機械臂上設計有四個螺紋孔，通過四個螺栓將機械臂連接座2固定在定 位把持機械臂上。其上設計有螺紋孔18，和楔緊螺栓1連接；其上設計有圓柱孔16、圓柱孔 17,分別和橫插銷4、橫插銷5連接，同時起到定位引導橫插銷4、橫插銷5的作用；在螺紋孔 18的對側設計有圓柱孔19，起到定位引導楔緊螺栓1的作用，如圖7a-7f所示。以上所述的實施例，只是本發明較優選的具體實施方式
的一種，本領域的技術人 員在本發明技術方案範圍內進行的通常變化和替換都應包含在本發明的保護範圍內。
權利要求
1.一種醫療機器人接口裝置，其特徵在於，包括機械臂連接座、執行機構連接座、楔 緊螺栓和橫插銷，其中所述楔緊螺栓具有擠壓部，所述橫插銷具有滑動結合部；所述滑動結合部與所述擠壓 部相接觸，並且具有與所述擠壓部的外表面相匹配的曲面外形；所述楔緊螺栓和所述機械臂連接座之間通過螺紋連接，所述橫插銷和所述機械臂連接 座之間可滑動地連接，所述機械臂連接座和所述執行機構連接座之間可滑動地連接，並能 夠相對直線運動；所述楔緊螺栓旋入時，所述橫插銷相對於所述機械臂連接座發生相對運動，向外頂緊 所述執行機構連接座。
2.根據權利要求1所述的接口裝置，其特徵在於，所述橫插銷包括第一橫插銷和第二 橫插銷，二者對稱地置於所述楔緊螺栓兩側，並與所述楔緊螺栓垂直。
3.根據權利要求1或2所述的接口裝置，其特徵在於，所述擠壓部的外表面為圓錐面。
4.根據權利要求1或2所述的接口裝置，其特徵在於，所述楔緊螺栓位於所述機械臂連 接座外部的一端具有螺栓接頭。
5.根據權利要求1或2所述的接口裝置，其特徵在於，所述橫插銷和所述機械臂連接座 之間通過圓孔光滑連接。
6.根據權利要求1或2所述的接口裝置，其特徵在於，所述機械臂連接座和所述執行機 構連接座之間通過燕尾槽接口連接。
7.根據權利要求1或2所述的接口裝置，其特徵在於，所述執行機構連接座是用於血管 介入手術的推進機構連接座。
全文摘要
本發明公開了一種可實現快速拆裝的醫療機器人接口裝置，所述接口裝置包括機械臂連接座、執行機構連接座、楔緊螺栓和橫插銷，其中所述楔緊螺栓具有擠壓部，所述橫插銷具有滑動結合部；所述滑動結合部與所述擠壓部相接觸，並且具有與所述擠壓部的外表面相匹配的曲面外形；使得楔緊螺栓旋入時，橫插銷相對於機械臂連接座發生相對運動，向外頂緊執行機構連接座。本發明解決了兩個部件之間方便快速的安裝和拆卸的技術問題，並且結構簡單，工作可靠，緊固力大。
文檔編號A61B19/00GK102048585SQ20101054053
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月11日 優先權日2010年11月11日
發明者段星光, 王興濤, 趙洪華, 陳悅, 黃強 申請人:北京理工大學