CN217218963U - 一种磁控关节臂及应用其的内窥镜机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磁控关节臂，包括第一驱动部、第二驱动部、回转部和驱动板，其中第一驱动部为中空结构，且内部设有第一电机，第一电机的转子可绕第一轴线转动，回转部固定连接于第一驱动部的第一法兰端面，并可随第一法兰绕第一轴线转动，第二驱动部设置于第一驱动部上方，第二驱动部内置的输出轴穿过第一驱动部的中空结构连接于回转部中的第一锥齿轮，并可驱动回转部中的永磁体组件绕垂直于第一轴线的第二轴线转动。本发明公开的磁控关节臂，采用电机叠加安装于顶部固定位置，最大限度的减小了回转半径，同时无需设置电滑环装置，因此外观简洁，可靠性高，体积及回转半径小。

Description

一种磁控关节臂及应用其的内窥镜机器人

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种磁控关节臂及应用其的内窥镜机器人。

背景技术

目前，使用胶囊式内窥镜对人体消化道进行检查，正逐渐成为一种新的趋势，相较于传统的插管式电子内镜，胶囊式内窥镜更加便捷、舒适，受检者仅需吞服胶囊药丸大小的电子摄像装置，即可对整个消化道进行全方位检查，不会对受检者造成身体上的不适，同时减小交叉感染的风险。

使用磁控胶囊式胃镜系统对人体胃部进行检查时，在吞服胶囊内镜后，需在人体外配合使用磁控设备，利用磁场对胶囊内镜内部的小磁体的作用力，对胶囊内镜的姿态和位置进行操控，以便对整个胃腔内壁进行无死角检查。

磁控设备中的磁控装置，需满足可操控大磁铁沿两个互相垂直的旋转轴任意转动的要求，同时，受检者躺在病床上进行胃镜检查时，磁控装置将在人体上方往复移动和旋转，若磁控装置外形体积较大，将对受检者的视觉和心理上产生压迫感和不适感。

中国专利公开号CN111643039A和CN111657826A公开的磁控装置，采用的均为传统设计思路，即两个电机分别安装于固定位置和回转部，分别控制磁体绕两个互相垂直的旋转轴转动，当回转部旋转时，其中一个电机同回转部一起转动，因此回转半径较大；同时，为防止旋转时电机线缆和回零用光电传感器线缆缠绕拉断，需设置电滑环用于旋转导电及传输信号，电滑环结构复杂、成本高、工艺要求高、寿命短，在传输敏感信号时易受干扰，导致磁控装置可靠性较差。

有鉴于现有技术的上述缺陷，亟待开发一种外形小巧、外观简洁、可靠性高的磁控关节臂及应用其的内窥镜机器人。

实用新型内容

第一方面，本发明提供一种磁控关节臂，包括第一驱动部、第二驱动部、回转部和驱动板，所述第一驱动部为中空结构，所述第一驱动部进一步设置第一法兰，所述回转部固定连接于第一驱动部的第一法兰端面，所述回转部进一步包括第一锥齿轮和永磁体组件，所述回转部可随第一法兰绕第一轴线转动，所述第二驱动部设置于第一驱动部上方，第二驱动部进一步设置输出轴，所述输出轴穿过第一驱动部的中空结构连接于回转部中的第一锥齿轮，并驱动回转部中的永磁体组件绕垂直于第一轴线的第二轴线转动。

进一步的，所述第一驱动部进一步包括第一辅助轴、第一套筒、第一电机、第一转轴、第一电机座、第一轴承、第一法兰及第一盖板，所述第一电机进一步包括第一定子和第一转子，所述第一转子可绕第一轴线转动，所述第一定子固定设置于第一电机座和第一套筒之间，第一转子固定于第一转轴外侧。

进一步的，所述第一转轴通过第一轴承转动连接于第一电机座内侧。

进一步的，所述第一轴承的外圈固定连接于第一盖板和第一电机座之间，第一轴承的内圈固定连接于第一转轴和第一法兰之间。

进一步的，所述第一辅助轴固定连接于第一转轴上端面，第一转子带动第一辅助轴、第一转轴和第一法兰绕第一轴线转动。

进一步的，所述第二驱动部还包括第二套筒、第二辅助轴、第二电机、第二盖板、第二转轴、第二轴承、第二电机座、内圈压板、谐波减速机、紧固螺母、第二法兰及输出轴，所述第二电机进一步包括第二定子及第二转子，所述第二定子固定设置于第二电机座和第二套筒之间，第二转子固定于第二转轴外侧，第二转轴通过第二轴承转动连接于第二电机座内侧。

进一步的，所述第二轴承的外圈固定连接于第二电机座和第二盖板之间，第二轴承的内圈固定连接于第二转轴和内圈压板之间。

进一步的，所述第二辅助轴固定连接于第二转轴上方，第二转子驱动第二辅助轴、第二转轴及谐波减速机绕所述第一轴线转动，经减速后由谐波减速机带动输出轴绕第一轴线转动。

进一步的，所述驱动板用于驱动第一电机和第二电机。

进一步的，所述回转部进一步包括上支架及固定设置于上支架两侧的左支架和右支架，永磁体组件转动连接于左支架和右支架之间。

进一步的，所述回转部进一步包括换向轴、第一同步轮、同步带、张紧轮及第二同步轮，所述第一同步轮、同步带、张紧轮和第二同步轮组成的同步带传动机构，所述换向轴进一步通过所述同步带传动机构带动永磁体组件绕第二轴线转动。

第二方面，本发明提供一种内窥镜机器人，其特征在于，所述内窥镜机器人包括第一方面任一项所述的磁控关节臂，所述内窥镜机器人进一步包括底座、第一旋转关节、横向悬臂、第二旋转关节、第三旋转关节、纵向悬臂、辅助杆、末端套筒及防护罩，所述第一旋转关节、第二旋转关节和第三旋转关节内部均设置机器人关节，所述横向悬臂的一端通过第一旋转关节转动连接于底座上，第一旋转关节内的机器人关节驱动横向悬臂在水平面上转动，第二旋转关节转动连接于横向悬臂的另一端，第二旋转关节内的机器人关节驱动第三旋转关节及纵向悬臂在水平面上转动，纵向悬臂转动连接于第三旋转关节，第三旋转关节内的机器人关节驱动纵向悬臂在竖直面上转动，末端套筒转动连接于纵向悬臂末端。

进一步的，所述磁控关节臂固定安装于末端套筒内，所述回转部的外部设有防护罩。

进一步的，其特征在于，所述防护罩外侧设置距离传感器及薄膜传感器。

本发明公开的磁控关节臂，采用电机叠加安装于顶部固定位置，最大限度的减小了回转半径，同时无需设置电滑环装置，外观简洁，可靠性高，体积及回转半径小。

附图说明

图1：本发明第一实施例中磁控关节臂的整体结构示意图。

图2：本发明第一实施例的磁控关节臂的分解结构示意图。

图3：本发明第一实施例磁控关节臂的第一驱动部局部剖视结构示意图。

图4：本发明第一实施例第一驱动部的局部分解结构示意图。

图5：本发明第一实施例磁控关节臂中的第二驱动部局部剖视结构示意图。

图6：本发明第一实施例第二驱动部的局部分解结构示意图。

图7：本发明第一实施例磁控关节臂中万向旋转部的结构示意图。

图8：本发明第二实施例中磁控内窥镜机器人的整体结构示意图及局部剖视图。各序号及对应的名称分别为：底座1，第一旋转关节2，横向悬臂3，第二旋转关节4，第三旋转关节5，纵向悬臂6，辅助杆7，末端套筒8，防护罩9，第一驱动部10，第二驱动部20，回转部30，驱动板40，第一轴线11，第一编码器101，第一辅助轴102，第一套筒103，第一电机104，第一转轴105，第一电机座106，第一轴承107，第一法兰108，第一盖板109，第二编码器201，第二套筒202，第二辅助轴203，第二电机204，第二盖板205，第二转轴206，第二轴承207，第二电机座208，内圈压板209，谐波减速机210，紧固螺母211，第二法兰212，输出轴213，第二轴线22，上支架301，左支架302，右支架303，轴承座304，支撑轴承305，第一锥齿轮306，第二锥齿轮307，换向轴308，第一同步轮309，同步带310，张紧轮311，第二同步轮312，永磁体组件313。

具体实施方式

请参见图1本发明第一实施例中磁控关节臂的整体结构示意图、图2磁控关节臂的分解结构示意图、图3本发明第一实施例磁控关节臂的第一驱动部局部剖视结构示意图及图4本发明第一实施例第一驱动部的局部分解结构示意图，本发明的磁控关节臂包括第一驱动部10、第二驱动部20、回转部30和驱动板40，其中第一驱动部10为中空结构，且内部设有第一电机104，第一电机104进一步包括第一定子（图中未示出）和第一转子（图中未示出），第一转子可绕第一旋转轴转动，回转部30固定连接于第一驱动部10的第一法兰108端面，并可随第一法兰108绕第一旋转轴转动。

所述第一定子固定设置于第一电机座106和第一套筒103之间，第一转子固定于第一转轴105外侧，同时第一转轴105通过第一轴承107转动连接于第一电机座106内侧。

优选的，第一轴承107的外圈固定连接于第一盖板109和第一电机座106之间，第一轴承107的内圈固定连接于第一转轴105和第一法兰108之间。

优选的，第一辅助轴102固定连接于第一转轴105上端面，第一转子带动第一辅助轴102、第一转轴105和第一法兰108绕第一轴线11转动。

优选的，第一编码器101进一步包括第一传感器板和第一码盘（图中未示出），所述第一传感器板固定连接于第一套筒103上端，所述第一码盘固定连接于第一辅助轴102上端，并随第一辅助轴102绕第一轴线11转动。

进一步参考图5本发明第一实施例磁控关节臂中的第二驱动部局部剖视结构示意图、图6第二驱动部的局部分解结构示意图及图7本发明第一实施例磁控关节臂中万向旋转部的结构示意图，第二驱动部20设置于第一驱动部10上方，第二驱动部20的输出轴213穿过第一驱动部10的中空结构连接于回转部30中的第一锥齿轮306，并可驱动回转部30中的永磁体组件313绕垂直于第一轴线11的第二轴线22转动。

第二驱动部20包括谐波减速机210，所述谐波减速机210进一步包括固定端、输入端及输出端（图中未示出），所述固定端固定连接于第二法兰212和第二电机座208之间，第二法兰212固定连接于第一驱动部10的第一套筒103上方，所述输入端固定连接于第二转轴206和紧固螺母211之间，所述输出端固定连接于输出轴213，所述输入端及输出端均可绕第一轴线11转动。

第二驱动部20还包括第二电机204，所述第二电机204进一步包括第二定子（图中未示出）和第二转子（图中未示出），第二定子固定设置于第二电机座208和第二套筒202之间，第二转子固定于第二转轴206外侧，同时第二转轴206通过第二轴承207转动连接于第二电机座208内侧。

优选的，第二轴承207的外圈固定连接于第二电机座208和第二盖板205之间，第二轴承207的内圈固定连接于第二转轴206和内圈压板209之间。

优选的，第二辅助轴203固定连接于第二转轴206上方，第二转子驱动第二辅助轴203、第二转轴206及谐波减速机210的输入端绕第一轴线11转动，经减速后由谐波减速机210的输出端带动输出轴213绕第一轴线11转动。

优选的，第二编码器201包括第二传感器板和第二码盘（图中未示出），所述第二传感器板固定连接于第二套筒202上端，所述第二码盘固定连接于第二辅助轴203上端，并随第二辅助轴203绕第一轴线11转动。

进一步地，所述磁控关节臂还包括固定于第二驱动部20上方的驱动板40，所述驱动板40用于驱动第一电机104和第二电机204。

回转部30包括上支架301以及固定设置于上支架301两侧的左支架302和右支架303，永磁体组件313转动连接于左支架302和右支架303之间，并可绕与第一轴线11垂直的第二轴线22转动。

优选的，支撑轴承305外圈固定于上支架301中，内圈与输出轴213连接，输出轴213通过第一锥齿轮306和第二锥齿轮307组成的齿轮副带动与轴承座304转动连接的换向轴308旋转。

优选的，换向轴308进一步通过由第一同步轮309、同步带310、张紧轮311和第二同步轮312组成的同步带传动机构，带动永磁体组件313绕第二轴线22转动。

参考图8本发明第二实施例中磁控内窥镜机器人的整体结构示意图及局部剖视图，本发明还提供一种应用上述磁控关节臂的内窥镜机器人，所述内窥镜机器人包括底座1、第一旋转关节2、横向悬臂3、第二旋转关节4、第三旋转关节5、纵向悬臂6、辅助杆7、末端套筒8及防护罩9，所述第一旋转关节2、第二旋转关节4和第三旋转关节5内部均设有机器人关节，横向悬臂3的一端通过第一旋转关节2转动连接于底座1上，第一旋转关节2内的机器人关节驱动横向悬臂3在水平面上转动，第二旋转关节4转动连接于横向悬臂3的另一端，第二旋转关节4内的机器人关节驱动第三旋转关节5及纵向悬臂6在水平面上转动，纵向悬臂6转动连接于第三旋转关节5，第三旋转关节5内的机器人关节驱动纵向悬臂6在竖直面上转动，末端套筒8转动连接于纵向悬臂6末端。

优选的，底座1与第一旋转关节2连接的另一侧设有辅助支撑轴承（图中未示出），所述辅助支撑轴承用于加强第一旋转关节2内的机器人关节对于偏载的承受力。

优选的，所述磁控关节臂固定安装于末端套筒8内，并且在回转部30的外部设有防护罩9。

优选的，防护罩9外侧设有距离传感器及薄膜传感器，用于判断机器人末端与人体的距离，并且在机器人误触人体时及时停止，防止对人体造成伤害。

优选的，辅助杆7与纵向悬臂6组成平行四边形连杆机构，机器人做升降运动时可始终保持末端为竖直方向。

本发明公开的磁控关节臂，不同于传统磁控装置中将电机直接安装于回转部的方案，而是采用电机叠加安装于顶部固定位置，最大限度的减小了回转部的回转半径，同时，由于采用绝对式编码器的定位方案，取消了传统方案中的光电回零机构，避免了回转部线缆缠绕问题，进而取消了昂贵的电滑环装置。因此，本发明公开的磁控关节臂相较于传统方案外观简洁，可靠性高，体积及回转半径更小，应用所述磁控关节臂的内窥镜机器人外形小巧、成本低。

Claims (14)

1.一种磁控关节臂，其特征在于，包括第一驱动部、第二驱动部、回转部和驱动板，所述第一驱动部为中空结构，所述第一驱动部进一步设置第一法兰，所述回转部固定连接于第一驱动部的第一法兰端面，所述回转部进一步包括第一锥齿轮和永磁体组件，所述回转部可随第一法兰绕第一轴线转动，所述第二驱动部设置于第一驱动部上方，第二驱动部进一步设置输出轴，所述输出轴穿过第一驱动部的中空结构连接于回转部中的第一锥齿轮，并驱动回转部中的永磁体组件绕垂直于第一轴线的第二轴线转动。

2.如权利要求1所述的磁控关节臂，其特征在于，所述第一驱动部进一步包括第一辅助轴、第一套筒、第一电机、第一转轴、第一电机座、第一轴承、第一法兰及第一盖板，所述第一电机进一步包括第一定子和第一转子，所述第一转子可绕第一轴线转动，所述第一定子固定设置于第一电机座和第一套筒之间，第一转子固定于第一转轴外侧。

3.如权利要求2所述的磁控关节臂，其特征在于，所述第一转轴通过第一轴承转动连接于第一电机座内侧。

4.如权利要求2所述的磁控关节臂，其特征在于，所述第一轴承的外圈固定连接于第一盖板和第一电机座之间，第一轴承的内圈固定连接于第一转轴和第一法兰之间。

5.如权利要求2所述的磁控关节臂，其特征在于，所述第一辅助轴固定连接于第一转轴上端面，第一转子带动第一辅助轴、第一转轴和第一法兰绕第一轴线转动。

6.如权利要求1所述的磁控关节臂，其特征在于，所述第二驱动部还包括第二套筒、第二辅助轴、第二电机、第二盖板、第二转轴、第二轴承、第二电机座、内圈压板、谐波减速机、紧固螺母、第二法兰及输出轴，所述第二电机进一步包括第二定子及第二转子，所述第二定子固定设置于第二电机座和第二套筒之间，第二转子固定于第二转轴外侧，第二转轴通过第二轴承转动连接于第二电机座内侧。

7.如权利要求6所述的磁控关节臂，其特征在于，所述第二轴承的外圈固定连接于第二电机座和第二盖板之间，第二轴承的内圈固定连接于第二转轴和内圈压板之间。

8.如权利要求6所述的磁控关节臂，其特征在于，所述第二辅助轴固定连接于第二转轴上方，第二转子驱动第二辅助轴、第二转轴及谐波减速机绕所述第一轴线转动，经减速后由谐波减速机带动输出轴绕第一轴线转动。

9.如权利要求6所述的磁控关节臂，其特征在于，所述驱动板用于驱动第一电机和第二电机。

10.如权利要求1所述的磁控关节臂，其特征在于，所述回转部进一步包括上支架及固定设置于上支架两侧的左支架和右支架，永磁体组件转动连接于左支架和右支架之间。

11.如权利要求10所述的磁控关节臂，其特征在于，所述回转部进一步包括换向轴、第一同步轮、同步带、张紧轮及第二同步轮，所述第一同步轮、同步带、张紧轮和第二同步轮组成的同步带传动机构，所述换向轴进一步通过所述同步带传动机构带动永磁体组件绕第二轴线转动。

12.一种内窥镜机器人，其特征在于，所述内窥镜机器人包括权利要求1～11任一项所述的磁控关节臂，所述内窥镜机器人进一步包括底座、第一旋转关节、横向悬臂、第二旋转关节、第三旋转关节、纵向悬臂、辅助杆、末端套筒及防护罩，所述第一旋转关节、第二旋转关节和第三旋转关节内部均设置机器人关节，所述横向悬臂的一端通过第一旋转关节转动连接于底座上，第一旋转关节内的机器人关节驱动横向悬臂在水平面上转动，第二旋转关节转动连接于横向悬臂的另一端，第二旋转关节内的机器人关节驱动第三旋转关节及纵向悬臂在水平面上转动，纵向悬臂转动连接于第三旋转关节，第三旋转关节内的机器人关节驱动纵向悬臂在竖直面上转动，末端套筒转动连接于纵向悬臂末端。

13.如权利要求12所述的内窥镜机器人，其特征在于，所述磁控关节臂固定安装于末端套筒内，所述回转部的外部设有防护罩。

14.如权利要求12所述的内窥镜机器人，其特征在于，所述防护罩外侧设置距离传感器及薄膜传感器。

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