专利名称：一种可实现快速拆装的医疗机器人接口装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及机器人辅助血管介入手术装置，特别是用于血管介入手术的医疗机器 人的接口装置。
背景技术：
血管介入手术是指医生在数字减影血管造影成像(DSA)系统的导引下，操控导管 (一种带有刚性的软管)在人体血管内运动，将导管推进到目标位置，然后对病灶进行相关 治疗，达到栓塞畸形血管、溶解血栓、扩张狭窄血管等目的。与传统手术相比，本方法无需开 刀，具有出血少、创伤小、并发症少、安全可靠、术后恢复快等优点。目前医生进行血管介入手术的主要步骤如图Ia-If所示A、穿刺针按照适合位姿穿透皮肤进入血管内，并将导丝插入针管；B、将血管鞘顺着导丝并在其支撑下送入血管，将导管顺着血管鞘导入血管，缓缓 向前推进。血管鞘起到引导导管进入血管以及防止导管抽出血管时动脉血液流出的作用；C、医生在DSA图像的引导下，观察导管的路径以及管尖的位置，并手工旋转和推 进导管，调整其位置与方向，直至导管到达病灶部位；D、手术1 在DSA图像监控下，施行导管诊断及治疗操作，于室间隔缺损处放置室 间隔缺损封堵器；E、手术2 在DSA图像监控下，于动脉狭窄处放置支架；F、手术3 在DSA图像监控下，行动脉瘤⑶C栓塞。根据上述手术流程，血管介入手术存在的突出问题是1)医生始终在高强度射线环境下工作，长期操作对身体损害很大；2)手术操作可控性差，时间长，医生疲劳和人手操作不稳定等因素会直接影响手 术质量；3)手术操作复杂，技巧性强，风险性高，医生难于掌握，手术培训时间长。针对以上问题和医生需求，人们将机器人技术引进了血管介入手术，开展机器人 辅助医生进行血管介入手术的研究。如图2所示，辅助机器人包括定位把持机器臂100、末 端推进机构300和接口装置200，该接口装置连接了定位把持机械臂和末端推进机构。在血 管介入手术机器人的设计过程中，要考虑到手术对末端推进机构的功能需求，进而设计出 符合实际的接口。在手术过程中，末端推进机构推动介入导管进入患者血管内部，因此，在 每次手术之前和手术之后，都需要对末端推进机构进行杀菌消毒处理，以保证病人的安全 和末端推进机构的清洁，如果使用固定式连接方式连接机器人和推进机构，每次拆卸都需 要扳手、改锥等拆卸安装工具，对操作者产生极大的不便。为了保证末端推进机构能够快速 方便地安装与拆卸，缩短手术准备时间，方便医生使用，需要设计一种可实现快速拆装的医 疗机器人接口，
发明内容
针对现有技术中的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种可实现快速拆装的 医疗机器人接口装置。本发明通过如下的技术方案实现。一种医疗机器人接口装置，其特征在于，包括机械臂连接座、执行机构连接座、楔 紧螺栓和横插销，其中所述楔紧螺栓具有挤压部，所述横插销具有滑动结合部；所述滑动结合部与所述 挤压部相接触，并且具有与所述挤压部的外表面相匹配的曲面外形；所述楔紧螺栓和所述机械臂连接座之间通过螺纹连接，所述横插销和所述机械臂 连接座之间可滑动地连接，所述机械臂连接座和所述执行机构连接座之间可滑动地连接， 并能够相对直线运动；所述楔紧螺栓旋入时，所述横插销相对于所述机械臂连接座发生相对运动，向外 顶紧所述执行机构连接座。根据上述技术方案的接口装置，其特征在于，所述横插销包括第一横插销和第二 横插销，二者对称地置于所述楔紧螺栓两侧，并与所述楔紧螺栓垂直。根据上述技术方案的接口装置，其特征在于，所述挤压部的外表面为圆锥面。根据上述技术方案的接口装置，其特征在于，所述楔紧螺栓位于所述机械臂连接 座外部的一端具有螺栓接头。根据上述技术方案的接口装置，其特征在于，所述横插销和所述机械臂连接座之 间通过圆孔光滑连接。根据上述技术方案的接口装置，其特征在于，所述机械臂连接座和所述执行机构 连接座之间通过燕尾槽接口连接。根据上述技术方案的接口装置，其特征在于，所述执行机构连接座用于连接血管 介入手术的末端推进机构。与现有技术相比，本发明实现了两个部件之间方便快速的安装和拆卸，而且结构 简单，工作可靠，紧固力大。
图Ia-If是血管介入手术操作流程图；图2是医疗机器人总体组成；图3a_3c是本发明的接口装置总体结构图；图4a4c是本发明的接口装置的楔紧螺栓结构图；图5a_5d是本发明的接口装置的横插销结构图；图6a_6d是本发明的接口装置的推进机构连接座结构图；图7a_7f是本发明的接口装置的机械臂连接座结构图。
具体实施例方式本发明所设计完成的接口装置总体结构图如图3a_3c所示。如图3a_3c所示，机械臂连接座2通过螺栓固定在定位把持臂上，推进机构连接座43通过螺栓固定在末端推进机构上。楔紧螺栓1和第一横插销4、第二横插销5之间通过圆 锥面接触，楔紧螺栓1和机械臂连接座2之间通过螺纹连接，横插销4、横插销5和机械臂连 接座2之间通过圆孔光滑连接，机械臂连接座2和推进机构连接座3之间通过燕尾槽接口 连接，在燕尾槽内可实现相对直线运动。使用过程中，向内旋转拧紧楔紧螺栓1，通过圆锥面之间的相对运动，横插销4和 横插销5的锥形面受到楔紧螺栓锥形面的挤压作用，使得横插销4和横插销5相对于机械 臂连接座2发生相对运动，向外顶紧推进机构连接座3，在和推进机构连接座3接触的平面 上产生压力，从而产生摩擦力，该摩擦力可防止机械臂连接座2和推进机构连接座3之间发 生相对运动，以实现将末端推进机构稳固地安装在定位把持机械臂上的目的。反方向旋转松开楔紧螺栓1，楔紧螺栓对两个横插销的挤压作用消失，活动一下推 进机构连接座，横插销4和5在推进机构连接座的作用下，相对于机械臂连接座2发生反方 向相对运动，减小横插销4、横插销5与推进机构连接座3在接触平面上的压力，从而减小摩 擦力，以至机械臂连接座2可以在推进机构连接座3中自由灵活地移动，以实现将末端推进机 构方便快速地从定位把持机械臂上拆卸的目的。此外，还可以在横插销4和5与机械臂连接 座2之间设置一弹性元件(图中未示出)，例如弹簧，以提供其向所述反方向运动的回复力。各零部件详细结构设计(1)楔紧螺栓设计
楔紧螺栓1是摩擦力产生的主动部件，其通过螺纹8和机械臂连接座2连接，通过 圆锥外表面6与横插销4、横插销5接触，一端设计有外六角螺栓接头7，使用通用扳手旋转 楔紧螺栓，可实现楔紧螺栓相对于机械臂连接座2的移动，通过圆锥不同径向切面直径的 增大，在圆锥表面6楔紧螺栓挤压横插销4、横插销5，进而将横插销4、横插销5顶出一定距 离，增大横插销4、横插销5与推进机构连接座3之间的摩擦力，反之，则减小摩擦力，详细设 计如图如-如所示。(2)横插销设计横插销4、横插销5是摩擦力产生的被动部件，其通过圆柱10与和机械臂连接座2 的圆柱孔连接，通过圆锥内表面9与楔紧螺栓1的圆锥外表面6接触，当楔紧螺栓1向内运 动时，通过圆锥不同径向切面直径的增大，在圆锥表面楔紧螺栓1挤压横插销4、横插销5， 将两端的横插销顶出一定距离，增大横插销4、横插销5与推进机构连接座3之间的摩擦力， 反之，则减小摩擦力，详细设计如图5a-5d所示。(3)推进机构连接座设计推进机构连接座3其上设计有四个圆孔11，相应地在末端推进机构上设计有四个 螺纹孔，通过四个螺栓将推进机构连接座3固定在末端推进机构上。设计有燕尾槽接口 13， 连接机械臂连接座2，起到定位与引导机械臂连接座2的作用，机械臂连接座2可在燕尾槽 13内移动；其末端两侧设计有通气槽14，防止因机械臂连接座2在燕尾槽13内的运动而产 生内部气压变化带来的压力；其末端设计有缩进槽12，防止楔紧螺栓1在拧紧过程中和推 进机构连接座3发生干涉。如图6a-6d所示。此外，根据医疗机器人具体需求，还可以将所述推进机构连接座替换为其它医疗 过程的执行机构连接座。(4)机械臂连接座设计5
机械臂连接座2是楔紧螺栓1和横插销4、横插销5的固定支架，其上设计有四个 圆孔15，相应地在机械臂上设计有四个螺纹孔，通过四个螺栓将机械臂连接座2固定在定 位把持机械臂上。其上设计有螺纹孔18，和楔紧螺栓1连接；其上设计有圆柱孔16、圆柱孔 17,分别和横插销4、横插销5连接，同时起到定位引导横插销4、横插销5的作用；在螺纹孔 18的对侧设计有圆柱孔19，起到定位引导楔紧螺栓1的作用，如图7a-7f所示。以上所述的实施例，只是本发明较优选的具体实施方式
的一种，本领域的技术人 员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。
权利要求
1.一种医疗机器人接口装置，其特征在于，包括机械臂连接座、执行机构连接座、楔 紧螺栓和横插销，其中所述楔紧螺栓具有挤压部，所述横插销具有滑动结合部；所述滑动结合部与所述挤压 部相接触，并且具有与所述挤压部的外表面相匹配的曲面外形；所述楔紧螺栓和所述机械臂连接座之间通过螺纹连接，所述横插销和所述机械臂连接 座之间可滑动地连接，所述机械臂连接座和所述执行机构连接座之间可滑动地连接，并能 够相对直线运动；所述楔紧螺栓旋入时，所述横插销相对于所述机械臂连接座发生相对运动，向外顶紧 所述执行机构连接座。
2.根据权利要求1所述的接口装置，其特征在于，所述横插销包括第一横插销和第二 横插销，二者对称地置于所述楔紧螺栓两侧，并与所述楔紧螺栓垂直。
3.根据权利要求1或2所述的接口装置，其特征在于，所述挤压部的外表面为圆锥面。
4.根据权利要求1或2所述的接口装置，其特征在于，所述楔紧螺栓位于所述机械臂连 接座外部的一端具有螺栓接头。
5.根据权利要求1或2所述的接口装置，其特征在于，所述横插销和所述机械臂连接座 之间通过圆孔光滑连接。
6.根据权利要求1或2所述的接口装置，其特征在于，所述机械臂连接座和所述执行机 构连接座之间通过燕尾槽接口连接。
7.根据权利要求1或2所述的接口装置，其特征在于，所述执行机构连接座是用于血管 介入手术的推进机构连接座。
全文摘要
本发明公开了一种可实现快速拆装的医疗机器人接口装置，所述接口装置包括机械臂连接座、执行机构连接座、楔紧螺栓和横插销，其中所述楔紧螺栓具有挤压部，所述横插销具有滑动结合部；所述滑动结合部与所述挤压部相接触，并且具有与所述挤压部的外表面相匹配的曲面外形；使得楔紧螺栓旋入时，横插销相对于机械臂连接座发生相对运动，向外顶紧执行机构连接座。本发明解决了两个部件之间方便快速的安装和拆卸的技术问题，并且结构简单，工作可靠，紧固力大。
文档编号A61B19/00GK102048585SQ20101054053
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月11日 优先权日2010年11月11日
发明者段星光, 王兴涛, 赵洪华, 陈悦, 黄强 申请人:北京理工大学