一种介入机器人用变长轴微型扭转传动机构制造技术

本发明专利技术为一种介入机器人用变长轴微型扭转传动机构，所述变长轴微型扭转传动机构由两个长轴、两个锥齿轮组、两个短轴、以及由四个短杆组成的四杆机构；短轴为横向轴，长轴为纵向轴，每一个长轴和一个短轴呈垂直方式布置，两个短轴之间连接四杆机构，在远离四杆机构的两个短轴上分别套接一个锥齿轮，在两个长轴上部也套接有一个锥齿轮，一个长轴和相邻短轴上的两个锥齿轮为一个锥齿轮组，一个锥齿轮组内的两个锥齿轮相互啮合；四杆机构由四个短杆两两铰接形成，两个短轴的另一端分别铰接四杆机构的两个对角铰接点。本发明专利技术能获得一组同步的反方向且间距可变的扭转运动，且在传递扭转运动的同时，仍然可以随时改变这组运动的间距。仍然可以随时改变这组运动的间距。仍然可以随时改变这组运动的间距。

【技术实现步骤摘要】
一种介入机器人用变长轴微型扭转传动机构


[0001]本专利技术属于高端医疗装备制造
，涉及一种医疗器械具，具体涉及一种(介入机器人用)变长轴微型扭转传动机构。

技术介绍

[0002]日益高发的心脑血管疾病严重影响国民健康和社会生活，给中国社会医疗体系带来了巨大的压力和挑战。心血管病死亡率居于首位，高于肿瘤及其他疾病中国心血管病负担日渐加重，已成为重大的公共卫生问题，防治心血管病刻不容缓。心脑血管微创介入疗法是针对心脑血管疾病的主要治疗手段，能减少传统开颅、开胸手术给患者带来的创伤及痛苦，术后恢复时间短，能够有效提高医疗资源利用率。然而，传统心脑血管介入手术由医生手动将导管、导丝以及支架等器械送入病患体内。一方面，手术过程中，由于放射线影响，医生体力下降较快，注意力及稳定性随之降低，导致操作精度下降，易发生因推送力不当而引起的血管内膜损伤、血管穿孔破裂等事故，导致病人生命危险。另一方面，长期电离辐射的累积伤害会大幅地增加术者罹患白血病、癌症以及急性白内障的几率。”吃线”问题已经成为损害医生职业生命、制约介入手术发展不可忽视的问题。借助机器人技术进行导管、导丝遥操作的手术方法能够有效应对这一问题，可以大幅提高手术操作的精度与稳定性，同时能有效降低放射线对主刀医生的伤害，降低术中事故的发生几率。因此，心脑血管介入手术辅助机器人越来越多的被人们所关注，逐渐成为当今各科技强国在医疗机器人领域的重点研发对象。
[0003]目前血管介入手术机器人为防止医疗人员与放射线直接接触，一般采用主从结构，主端控制装置通过检测医护人员的相关动作并转换为相应的信号传输给从端装置，从而实现对导管导丝的远程控制。从端机构在夹紧导管导丝时，夹紧机构间中心距的减小是通过两个输出轴间中心距的减小来实现的，而其中一个输出轴是通过另一个轴通过传动机构带动从而实现扭转运动的，因此从端机构中需要一种变长轴扭转传动机构使其在夹紧导管导丝的同时保证高效稳定的扭转传动。
[0004]现有的变长轴传动机构主要有滚珠花键副与万向节。滚动花键副是一种直线运动系统，当花键套利用其中的钢球在经过精密磨削的花键轴上直线运动时，可以传递扭矩。花键副具有较紧凑的结构，能够传递超额的载荷及动力，并且具有较长的寿命。滚珠花键副在现有技术中存在着以下问题：(1)传动效率差，摩擦力较大导致扭矩传递过程中有较大的损耗，同时阻力较大也会影响对扭矩的测量；(2)滚珠花键副的结构复杂，导致结构尺寸较大，会导致从端机构尺寸过大。
[0005]万向节传动装置是用来在工作过程中相对位置不断改变的两根轴间传递动力的装置。其作用是连接不在同一直线上的输出轴和输入轴，并保证在两轴之间的夹角和距离经常变化的情况下，仍能可靠地传递动力。万向节的问题主要集中于：(1)主从轴之间的转速不同步，容易引起附加动载荷导致传动不平稳，从而导致夹紧模块无法平稳推动导管导丝；(2)万向节同时也存在着机构体积过大导致整体结构增大的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种结构简单、体积较小、传动稳定的变长轴微型扭转传动机构。
[0007]本专利技术是通过下述技术方案实现的：
[0008]一种介入机器人用变长轴微型扭转传动机构，其特征在于，所述变长轴微型扭转传动机构由两个长轴、两个锥齿轮组、两个短轴、以及由四个短杆组成的四杆机构；短轴为横向轴，长轴为纵向轴，每一个长轴和一个短轴呈垂直方式布置，两个短轴之间连接四杆机构，在远离四杆机构的两个短轴上分别套接一个锥齿轮，在两个长轴上部也套接有一个锥齿轮，一个长轴和相邻短轴上的两个锥齿轮为一个锥齿轮组，一个锥齿轮组内的两个锥齿轮相互啮合；四杆机构由四个短杆两两铰接形成，两个短轴的另一端分别铰接四杆机构的两个对角铰接点。
[0009]两个长轴分别是第四轴2
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13和第三轴2
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17，两个短轴分别是第一四杆轴2
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2和第二四杆轴2
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4，所述第四轴2
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13与第一四杆轴2
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2通过一个锥齿轮组传动，该锥齿轮组中的两个锥齿轮分别与第四轴2
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13、第一四杆轴2
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2通过螺柱固定连接；所述第三轴2
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17与第二四杆轴2
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4通过另一个锥齿轮组传动，该锥齿轮组中的两个锥齿轮也分别与第三轴2
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17、第二四杆轴2
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4通过螺柱固定连接；
[0010]所述第四轴2
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13与第三轴2
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17的端部为四棱柱结构，用于输出动力给外部需要控制的部件；所述第一四杆轴2
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2与第二四杆轴2
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4均为阶梯轴，中部有环状凸起用于对相应锥齿轮进行轴向固定，一段末端具有扁状方形结构，且该扁状方形结构上有通孔用于连接四杆机构2
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3；另一段末端设置细轴，用于安装固定轴承，通过固定轴承使扭转传动机构的横向轴与外界水平固定，进而限制其横向轴的轴向位置；
[0011]所述四杆机构2
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3由四个长度相等的短杆通过螺栓螺母来连接组成，四个短杆两两铰接，第一四杆轴2
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2与第二四杆轴2
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4的扁状方形结构连接于四杆机构中两个对顶的铰接处；
[0012]每个短杆两端有两个通孔，用于与相邻短杆铰接，短杆中间部分两侧向内凹陷以避免工作中与相对立位置的短杆互相发生干涉。
[0013]在第四轴2
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13或第三轴2
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17任一轴中部安装动力输入机构，所述动力输入机构为齿轮传动；当通过第四轴2
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13输入动力带动第四轴扭转时第四轴通过一个锥齿轮组带动第一四杆轴2
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2、四杆机构2
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3、第二四杆轴2
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4发生扭转，最终通过另一个锥齿轮组带动第三轴2
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17扭转，从而输出一组同步的反方向的扭转运动。
[0014]该变长轴微型扭转传动机构是通过四杆机构2
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3的伸缩来实现改变第四轴2
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13与第三轴2
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17之间的中心距的，在工作时，第一四杆轴2
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2与第二四杆轴2
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4通过端部安装的固定轴承连接外部结构，其中一个连接的外部结构需为完全固定，另一个端部连接的外部结构为可伸缩装置来满足变长轴微型扭转传动机构的伸缩；
[0015]设置四杆机构2
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3能在行程内任意长度改变，并通过锥齿轮稳定传递扭转运动；由于四杆机构2
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3的变形与扭转运动的传递不会相互影响，所以该变长轴微型扭转传动机构能在输入一组同步反向的扭转运动的同时，第四轴2
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13与第三轴2
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种介入机器人用变长轴微型扭转传动机构，其特征在于，所述变长轴微型扭转传动机构由两个长轴、两个锥齿轮组、两个短轴、以及由四个短杆组成的四杆机构；短轴为横向轴，长轴为纵向轴，每一个长轴和一个短轴呈垂直方式布置，两个短轴之间连接四杆机构，在远离四杆机构的两个短轴上分别套接一个锥齿轮，在两个长轴上部也套接有一个锥齿轮，一个长轴和相邻短轴上的两个锥齿轮为一个锥齿轮组，一个锥齿轮组内的两个锥齿轮相互啮合；四杆机构由四个短杆两两铰接形成，两个短轴的另一端分别铰接四杆机构的两个对角铰接点。2.根据权利要求1所述的传动机构，其特征在于，两个长轴分别是第四轴和第三轴，两个短轴分别是第一四杆轴和第二四杆轴，所述第四轴与第一四杆轴通过一个锥齿轮组传动，该锥齿轮组中的两个锥齿轮分别与第四轴、第一四杆轴通过螺柱固定连接；所述第三轴与第二四杆轴通过另一个锥齿轮组传动，该锥齿轮组中的两个锥齿轮也分别与第三轴、第二四杆轴通过螺柱固定连接；所述第四轴与第三轴的端部为四棱柱结构，用于输出动力给外部需要控制的部件；所述第一四杆轴与第二四杆轴均为阶梯轴，中部有环状凸起用于对相应锥齿轮进行轴向固定，一段末端具有扁状方形结构，且该扁状方形结构上有通孔用于连接四杆机构；另一段末端设置细轴，用于安装固定轴承，通过固定轴承使扭转传动机构的横向轴与外界水平固定，进而限制其横向轴的轴向位置；所述四杆机构由四个长度相等的短杆通过螺栓螺母来连接组成，四个短杆两两铰接，第一四杆轴与第二四杆轴的扁状方形结构连接于四杆机构中两个对顶的铰接处；每个短杆两端有两个通孔，用于与相邻短杆铰接，短杆中间部分两侧向内凹陷以避免工作中与相对立位置的短杆互相发生干涉。3.根据权利要求2所述的传动机构，其特征在于，在第四轴或第三轴任一轴中部安装动力输入机构，所述动力输入机构为齿轮传动；当通过第四轴输入动力带动第四轴扭转时第四轴通过一个锥齿轮组带动第一四杆轴、四杆机构、第二四杆轴发生扭转，最终通过另一个锥齿轮组带动第三轴扭转，从而输出一组同步的反方向的扭转运动。4.根据权利要求2所述的传动机构，其特征在于，该变长轴微型扭转传动机构是通过四杆机构的伸缩来实现改变第四轴与第三轴之间的中心距的，在工作时，第一四杆轴与第二四杆轴通过端部安装的固定轴承连接外部结构，其中一个连接的外部结构需为完全固定，另一个端部连接的外部结构为可伸缩装置来满足变长轴微型扭转传动机构的伸缩；设置四杆机构能在行程内任意长度改变，并通过锥齿轮稳定传递扭转运动；由于四杆机构的变形与扭转运动的传递不会相互影响，所以该变长轴微型扭转传动机构能在输入一组同步反向的扭转运动的同时，第四轴与第三轴的中心距也能随时变化，且整体结构占用空间较小。5.一种介入手术机器人，其特征在于，该机器人中应用权利要求1
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4任一所述的传动机构。6.根据权利要求5所述的介入手术机器人，其特征在于，介入手术机器人包括：递送运动控制机构、夹持力检测机构、回转夹持连续递送模块、底座与外壳；所述递送运动控制机构用于控制导管与导丝的递送；所述夹持力检测机构用于控制导管与导丝的夹紧与放松；
所述回转夹持连续递送模块是用于夹紧导管与导丝的手术器械；回转夹持连续递送模块包括盒盖、盒箱、第一夹持部件和第二夹持部件；两个夹持部件结构形式相同，不同之处在于其中一个夹持部件位置固定不动，另一个夹持部件的位置能沿左右方向调整；每个夹持部件均包括上盖、支撑架、齿形皮带、平面直线轴承和两个相同的递送轴；所述支撑架为左右对称的倒T型结构，包括水平底面和中间竖直部分，水平底面上以中间竖直部分为对称轴对称设置轴承孔，用于递送轴上相应轴承的安装定位；中间竖直部分的上部用来安装支撑上盖，中间竖直部分的侧面固定安装平面直线轴承；每个递送轴的上部和下部分别通过相应轴承安装有齿轮，递送轴上的两个齿轮之间具有一定间距；两个相同的递送轴下端通过相应轴承对称安装在支撑架两侧的轴承孔中；齿形皮带为上下两侧内圈有齿，中间没有齿的皮带；上下两侧内圈的齿和递送轴上下的两个齿轮相互啮合传动；齿形皮带的中间光滑部分和平面直线轴承上的滚针接触，齿形皮带从上向下放置，使得两个递送轴和平面直线轴承均位于齿形皮带的内侧，齿形皮带旋转运动过程中，与其接触的滚针能在不增加摩擦力的前提下向齿形皮带提供支撑；两个夹持部件在安装时注意保持各自平面直线轴承处于面对面位置关系，管丝从两夹持部件中间穿过。所述能沿左右方向调整位置的夹持部件，在上盖和支撑架下方的前后侧面上均设置有两个突起，两个突起上安装有轴承，在盒箱上安装该支持部件的相应位置的前后内壁上设置有与突起上轴承配合的轴承轨道，该夹持部件放置在轴承轨道上，能带动该夹持部件在轴承轨道上沿左右...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建华，赵岩，王唱，李辉，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：