器械悬臂装置

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体地，涉及一种器械悬臂装置。

背景技术

近年来，随着机器人手术的发展，对手术器械的摆放固定多用机器人手臂，但有一些手术器械摆放好位置后不需要再移动，这种情况就可以使用普通的悬臂。

目前的悬臂方案，多数是采用阻尼摩擦、气弹簧等方式，但这些方式移动时阻力大，固定时力小不可靠。即现有普通悬臂设计主要困难是对悬臂移动时的阻力不能太大，对摆放器械后的固定力不能太小，一般的方式很难取得这两者的平衡。如果再在普通悬臂上增加机械刹车等部件进行固定，则需要每个关节都增加，不但增加了结构的复杂度，且会导致操作不便。

鉴于普通悬臂使用过程中的痛点，亟待设计一种新的器械悬臂装置以满足实际使用的需求。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种器械悬臂装置。

根据本发明提供的一种器械悬臂装置，能够在完全伸展和完全折叠两种状态之间切换并能够停止在位于所述完全伸展状态和完全折叠状态之间的任一位置，包括支撑座以及多个依次连接的连接管，每相邻的两个所述连接管之间通过关节体转动配合；

在完全伸展状态下，距离所述支撑座最近的一个连接管的近端通过一个关节体与所述支撑座转动配合，距离所述支撑座最远的一个连接管的远端通过一个关节体连接有末端器械；其中，多个所述关节体中至少包括一个绕第一方向旋转的关节和一个绕第二方向旋转的关节，所述第一方向垂直于第二方向。

优选地，所述关节体包括关节外壳、部分或全部位于所述关节外壳内部并与所述关节外壳转动配合的内支撑体、布置在所述内支撑体上的电磁铁、布置在所述关节外壳内部的谐波减速机以及连接所述谐波减速机的转盘；

所述转盘具有转盘孔，所述电磁铁中设置有铁心，所述铁心上套装有第一弹簧，当所述电磁铁断电时所述铁心在第一弹簧弹力的驱使下轴向正向运动进而插入到所述转盘孔中，此时所述关节体处于刹车状态，所述关节外壳和内支撑体不能发生相对转动；

当所述电磁铁通电时所述铁心在磁力的驱使下轴向负向运动进而离开所述转盘孔，此时所述关节体处于离合状态，所述关节外壳和内支撑体能够发生相对转动。

优选地，所述谐波减速机包括钢轮、柔轮、波发生器，所述柔轮连接所述关节外壳上并与关节外壳同步转动，所述钢轮连接所述内支撑体，所述柔轮通过所述波发生器连接所述转盘。

优选地，所述关节体还包括手动刹车机构，所述手动刹车机构能够通过手动将所述关节体从刹车状态调节至离合状态。

优选地，所述手动刹车机构包括压杆、压圈、压块以及弹簧座，所述压杆的端部固定在所述铁心上，所述压圈布置在所述关节外壳的内部，所述压块位于所述关节外壳的外部并通过连接件连接所述压圈，所述弹簧座与所述压块间隙布置并通过弹簧套与所述压块弹性配合；

当外力朝向弹簧座的方向按压所述压块时所述压圈同步运动并推动压杆带动铁心离开所述转盘孔使得所述关节体处于离合状态；当松开所述压块时在所述弹簧套弹力的作用下驱使所述压块远离所述弹簧座运动进而使得压圈离开压杆，在所述第一弹簧弹力的驱使下所述铁心进入到所述转盘孔中此时所述关节体处于刹车状态。

优选地，所述连接管为周向设置有通孔的空腔结构。

优选地，所述关节外壳连接所述连接管，所述内支撑体与支撑座、连接管或末端器械相连。

优选地，与所述末端器械相连的关节体上的所述谐波减速机以及连接所述谐波减速机的转盘布置在关节体的一端，其他的关节体上的谐波减速机以及连接所述谐波减速机的转盘布置在装置的另一端。

优选地，所述电磁铁延伸到关节外壳一端的外部。

优选地，具有防护壳，所述防护壳套装在如下至少一个结构的外部：

支撑座；

连接管；

关节体；

一个连接管以及一个关节体；

一个连接管以及两个关节体；

所述防护壳上配置有凹槽，所述凹槽用于容纳所述压块且所述凹槽具有允许压块运动的空间。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明摒弃了传统的阻尼方式，通过采用包括谐波减速机和电磁铁控制的关节体，移动摆放时几乎没有阻力，对摆放后的刹车固定力可以根据所选的谐波减速机的减速比达到相应的放大倍数，非常适合手术医疗器械的摆放控制，再结合电磁弹簧装置同时控制多个关节的刹车，可以轻松地任意摆放医疗器械在病床边的位置和角度，摆放到位后稳定固定，操作方便，具有很大的实际应用价值。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的结构示意图；

图2为关节体的结构剖面示意图；

图3为悬臂装置中手动按压释放刹车相关部件的结构示意图；

图4为连接末端器械的关节体的结构示意图；

图5为悬臂装置处于中间状态时的结构示意图；

图6为悬臂装置处于完全伸展状态时的结构示意图。

图中示出：

关节体1

支撑座2

连接管3

末端器械4

电磁铁8

铁心81

轴承9

第一弹簧10

压杆11

转盘12

转盘孔121

钢轮13

柔轮14

波发生器15

压圈16

压块17

弹簧座18

弹簧套19

关节外壳101

内支撑体102

防护壳200

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提供了一种器械悬臂装置，能够在完全伸展和完全折叠两种状态之间切换并能够停止在位于完全伸展状态和完全折叠状态之间的任一位置，该位置对应的状态命名为中间状态，如图1所示，包括支撑座2以及多个依次连接的连接管3，支撑座2起到整个装置的支撑作用，底部可固定在地面上，根据需要多个连接管3可布置在支撑座2的顶部或者支撑座2上的某一高度位置，以满足实际需求，每相邻的两个连接管3之间通过关节体1相连，关节体1可转动，使得每相邻的两个连接管3之间可实现转动配合，以实现位置的调整。

进一步地，在完全伸展状态下，如图6所示，距离支撑座2最近的一个连接管3的近端通过一个关节体1与支撑座2转动配合，距离支撑座2最远的一个连接管3的远端通过一个关节体1连接有末端器械4，末端器械4处于距离支撑座2最远的位置；在完全折叠状态下，末端器械4处于距离支撑座2最近的位置。需要说明的是，末端器械4用于放置手术器械，末端器械4根据需要承载的器械而变，对于不同的手术器械，可选择不同外形的末端器械4以满足场景的需求。其中，多个关节体1中至少包括一个绕第一方向旋转的关节和一个绕第二方向旋转的关节，第一方向垂直于第二方向。在一个可能的实施例中，第一方向为纵向方向，第二方向为横向方向，器械悬臂装置包括三个绕纵向方向旋转的关节体1和一个绕横向方向旋转的关节体1，三个绕纵向方向旋转的关节体1可以使得末端器械4在平面内进行位置的调整，一个绕横向方向旋转的关节体1可以使得末端器械4在垂直于平面的方向上进行位置的调整，使得末端器械4具有多个自由度，满足实际手术的需求。

需要注意的是，器械悬臂装置设置关节体1和连接管3的数量可根据实际的应用场景进行调整，以满足实际产品的需求，根据不同的应用场景，关节外壳101连接连接管3，内支撑体102可以与支撑座2、连接管3或末端器械4相连。连接管3为周向设置有通孔的空腔结构，便于走线，使得整个线束都隐藏在内部，增加了整个装置的美观度。

如图2所示，关节体1包括关节外壳101、部分或全部位于关节外壳101内部并与关节外壳101转动配合的内支撑体102、布置在内支撑体102上的电磁铁8、布置在关节外壳101内部的谐波减速机以及连接谐波减速机的转盘12，关节外壳101与内支撑体102之间通过四个轴承9转动配合，即关节外壳101内上下各设置有轴承9。转盘12上具有的转盘孔121，电磁铁8中设置有铁心81，铁心81上套装有第一弹簧10，当电磁铁8断电时铁心81在第一弹簧10弹力的驱使下沿轴向正向运动进而插入到转盘孔121中，此时关节体1处于刹车状态，关节外壳101和内支撑体102不能发生相对转动，第一弹簧10弹性伸长；当电磁铁8通电时铁心81在磁力的驱使下沿轴向负向运动进而离开转盘孔121，此时关节体1处于离合状态，关节外壳101和内支撑体102能够发生相对转动，第一弹簧10压缩变短。本发明通孔控制电磁铁8的通断电即可实现关节体1在刹车状态和离合状态之间的切换，通过采用电磁铁控制刹车的开关，实现多关节一起控制，简单可靠，操作便捷。

具体地，如图2所示，谐波减速机包括钢轮13、柔轮14、波发生器15，柔轮14连接关节外壳101上并与关节外壳101同步转动，钢轮13连接内支撑体102，柔轮14通过波发生器15连接转盘12，波发生器15与转盘12刚性连接，发生器15能够使柔轮14按一定变形规律产生周期性弹性变形波实现相应的刹车力放大效果，本发明采用谐波减速机加倍放大摆放后的刹车力。例如减速比如果选1比50的减速机，则刹车力可以放大50倍。

为了应对突然停电的紧急情况，关节体1还包括手动刹车机构，手动刹车机构能够通过手动将关节体1从刹车状态调节至离合状态，具体地，如图3所示，手动刹车机构包括压杆11、压圈16、压块17以及弹簧座18，压杆11的端部固定在铁心81上，压圈16布置在关节外壳101的内部，压块17位于关节外壳101的外部并通过连接件连接压圈16，连接件可采用连接杆或连接片等结构，弹簧座18与压块17间隙布置并通过弹簧套19与压块17弹性配合，当外力朝向弹簧座18的方向按压压块17时压圈16同步运动并推动压杆11带动铁心81离开转盘孔121使得关节体1处于离合状态；当松开压块17时在弹簧套19内部的第二弹簧在自身弹力的作用下驱使压块17远离弹簧座18运动进而使得压圈16离开压杆11，在第一弹簧10弹力的驱使下铁心81进入到转盘孔121中，此时关节体1处于刹车状态，本发明通过手动刹车机构，可以实现停电后的人工释放刹车，不影响整个装置状态的调整，实用性强。

为增加装置的外形的体验感，提升防护效果，器械悬臂装置具有防护壳200，防护壳200的设置具有多种形式，例如在支撑座2上单独套装有防护壳200，例如在连接管3或关节体1上单独套装有防护壳200。如图6所示，在一个连接管3以及一个关节体1上套装有防护壳200，在一个连接管3以及两个关节体1上套装有防护壳200，套装防护壳200后的设备外形更加美观。需要说明的是，防护壳200上配置有凹槽，凹槽用于容纳压块17且凹槽具有允许压块17运动的空间。

需要说明的是，与末端器械4相连的关节体1与其他关节体1的结构不同，与末端器械4相连的关节体1上的谐波减速机以及连接谐波减速机的转盘12布置在关节体1的一端，电磁铁8延伸到关节外壳101一端的外部，其他的关节体1上的谐波减速机以及连接谐波减速机的转盘12布置在装置的另一端，电磁铁8隐藏到关节外壳101的内部，如图2、图4所示。

本发明中的器械悬臂装置涉及手术器械的悬浮固定，主要用于机器人手术医疗器械在病床边的任意位置、角度调整摆放，已经摆放后的固定。具体的，通过一种多个谐波减速机作为传动机构，控制悬臂的位置和角度，通过电磁铁8和手动刹车机构实现刹车固定，达到任意摆放固定器械的目的。

本发明中关节体1的工作原理如下：

如图2、图3所示，悬臂在人工调整姿态时，连接管3带动关节外壳101，关节外壳101连接柔轮14，钢轮13不动，柔轮14带动波发生器15某倍数旋转，波发生器15连接转盘12旋转。

电磁铁8里面的铁心81，在电磁铁8通电时，铁心81被电磁力吸引往下离开转盘孔121转盘12可以转动，当电磁铁8关电时，铁心81被第一弹簧10顶起，插入转盘12所具有的转盘孔121中，防止转盘12转动，起到刹车的作用。

以上运行是在一切正常的情况下，万一遇到停电等特殊情况，由于刹车转盘12一直被铁心81插入，所以悬臂不动，可以防止停电时的意外移动。如果停电时也有要人工移动的情况，这时可以通过手动按压释放刹车的压块17。压块17带动压圈16，压圈16带动压杆11，压杆11连着铁心81往下走，铁心81脱离转盘12，进而使得悬臂可以转动。需要说明的是，一般情况不需要按压块17，这时弹簧套19里面的第二弹簧会顶起压块17，铁心81的刹车动作完全由电磁铁8控制。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。