本发明属于医疗器械领域，具体涉及一种悬吊式多操作臂系统。
背景技术：
医疗手术中，由于手术中需要使用多种器械，医生不能够独立完成外科手术任务，也不能够同时操作多个器械，所以需要额外的助手医生进行辅助才可以完成手术。由于助手医生的存在，所以主治医生需要与助手进行沟通才能够让助手把器械移动到指定的位置，沟通环节一旦不清晰将会延长手术时间，另外助手医生长时间工作后会存在器械定位不稳定的问题，因此需要一种能够稳定定位的能帮助医生定位和操作手术器械定位装置，提高手术质量。
专利cn201710683947.0公开了一种医用辅助器具方案，方案中采用螺旋副挤压球关节的构型方式锁紧，但是不能同时锁紧和同时解锁所有的运动关节，也不能对手术器械进行大范围部署和定位。
技术实现要素：
本发明针对医疗手术中存在医生不能够大范围定位手术器械的和同时操作多个手术器械问题，提出了一种能够在手术室内大范围定位手术器械的悬吊式多操作臂系统，由悬吊定位臂和轻载操作臂组成，手术时可以利用悬吊定位臂把手术器械和轻载操作臂定位到工作区域，然后手术中医生可以不间断的操作轻载操作臂将手术工具移动到理想的位置。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种悬吊式多操作臂系统，主要特征在于，包括悬吊式定位臂和轻载操作臂组成，所述的轻载操作臂安装在悬吊式定位臂上，所述悬吊定位臂由升降关节、旋转关节、伸缩关节、横杆调节装置组成，所述旋转关节的旋转关节基座安装在升降关节升降梁的上端，所述的伸缩关节的伸缩关节外壳固定安装在旋转关节的旋转关节外壳上，所述横杆调节装置的竖杆与伸缩关节的伸缩梁连接，所述横杆调节装置的固定夹与轻载操作臂相接；
所述升降关节由升降梁、升降关节外壳、底座外壳、基座板、带刹车轮子、气泵系统、升降电机、直线运动关节基座a、联轴器a、滚珠丝杠a、滚珠丝母、滑块、导轨基座a、导轨、导套、导套座、导轨基座b组成，气泵系统安装在基座板上，所述底座外壳安装在基座板上，底座外壳罩在气泵系统外，升降关节外壳垂直安装在基座板上，升降关节外壳中固定有直线运动关节基座a、联轴器a、升降电机、滚珠丝杆a、滚珠丝母、滑块、导轨基座a、导轨、导套、导套座和导轨基座b；直线运动关节基座a为中空壳状结构，直线运动关节基座a的下端固定连接升降电机，中间铰接固定滚珠丝杠a，滚珠丝杠a与升降电机通过联轴器a连接，直线运动关节基座a两侧镶嵌有圆柱光轴，圆柱光轴与滑块的轴承配合，所述滑块与滚珠丝母固连配合，所述的滚珠丝杠a与滚珠丝母适配，升降电机通过滚珠丝杠a驱动滑块沿直线往复运动；所述升降关节外壳上部固定导轨及其附属结构，导轨基座a固定于基座，导轨也固定在基座上，导套套在导轨上并与导套座固连；升降梁分别固定连接滑块和导套座，升降电机驱动滑块，升降梁沿着导轨和直线运动关节基座a中的导轨运动；
所述旋转关节由旋转关节上盖、旋转关节外壳、交叉滚子轴承、旋转关节基座、旋转关节阶梯轴、电磁离合器下爪盘、电磁离合器主体和上爪盘、离合器固定盖构成，所述交叉滚子轴承的内圈套在旋转关节阶梯轴上并且固定在旋转关节基座上，所述交叉滚子轴承的外圈与旋转关节外壳连接，旋转关节外壳与电磁离合器下爪盘连接，所述离合器固定盖分别与阶梯轴、电磁离合器主体和上爪盘固定连接；
所述伸缩关节由伸缩梁、伸缩关节外壳、伸缩关节上盖、滚珠丝母、滑块、驱动电机、联轴器b、直线运动关节基座b、滚珠丝杠b组成，所述伸缩关节外壳与旋转关节外壳连接，所述直线运动关节基座b安装在伸缩外壳中，直线运动关节基座b中间装有滚珠丝杠b，滚珠丝杠b与驱动电机通过联轴器b连接，所述直线运动关节基座b的两侧镶有圆柱光轴，圆柱光轴与滑块上的轴承配合，滑块与滚珠丝母固定连接，滑块还固定连接伸缩梁，驱动电机的输出轴与通过联轴器b与滚珠丝杠b连接，驱动电机驱动滚珠丝杠b和滚珠丝母带动滑块移动，伸缩梁沿着直线运动关节基座b中的导轨做伸缩运动，调整轻载操作臂的工作区域；
轻载操作臂由模块化锁紧关节、模块连接杆和关节连接杆组成；
优选的，所述横杆调节装置由固定夹、齿形调向横杆、齿形锁紧盘、竖杆、锁紧把手组成；所述锁紧把手与齿形锁紧盘连接，齿形锁紧盘连接在竖杆的下端，竖杆的上端与伸缩关节的伸缩梁连接；所述齿形锁紧盘为中心轴和法兰盘状组合的结构，齿形调向横杆上设有和齿形锁紧盘中心轴相适配的圆筒结构，齿形锁紧盘上的中心轴穿过齿形调向横杆上的圆筒结构与锁紧把手连接，所述的锁紧把手用于与齿形锁紧盘连接，使的齿形调向横杆与齿形锁紧盘不相对转动；固定夹安装在齿形调向横杆上，固定夹上设有两个相互垂直正交的圆孔，所述的圆孔用于安装操作臂关节连接杆。
优选的，模块化锁紧关节由外壳体、模块连接杆、关节连接杆、球关节、球关节外套、压块、内杠、推杆、弹簧、前活塞、后活塞、缸体塞、气管接头、气管、内缸内外密封圈、活塞内外密封圈、内密封圈、外密封圈、接头密封圈组成；所述球关节为球体且上设通心孔，球关节外套内腔为部分球面设计，球关节安装在球关节外套内，球关节与压块为内凹球面设计的一端相接，压块的另一端围绕中心轴线等距离设有圆孔，所述圆孔与推杆相适配，推杆穿过内缸体与压块的圆孔，弹簧套在推杆上，推杆与前活塞和后活塞固定连接为一体，活塞与密封圈适配，所述内缸体为圆柱阶梯轴结构，内部中空，所述内缸体长轴端深入缸体塞内腔并由密封圈密封，缸体塞内设有密封圈，后端为外螺纹，缸体塞中心设有一贯通缸体塞的内腔，内腔设有气管接头和接头密封圈，气管接头与气管相接，所述缸体塞偏离中心轴处设有贯通孔，内缸体长轴伸入缸体塞内腔并由内密封圈密封，气管接头可在缸体塞的内腔中移动。
优选的，所述齿形调向横杆的中心轴线可为有直线性、弧形、折线形，其横截面为圆形或其他多边形结构；相应的固定夹的夹紧孔特征随横杆的横截面变化。
优选的，所述齿形锁紧盘可为用旋转关节中的电磁离合器主体和上爪盘替换，将齿形调向横杆用电磁离合器下爪盘替换，并把锁紧把手更换为离合器固定盖，竖杆末端与旋转关节阶梯轴固定，齿形调向横杆与离合器下爪盘固定。
优选的，所述气泵系统可为液压泵，气泵替换成液压泵时，本装置中工作流体从气体变为液体。
本发明的有益效果在于可以实现对多个手术工具和手术器械的定位，大范围布置手术器械可以避免与其他仪器干涉；操作臂定位手术器械可以减轻医生的劳动强度，医生操作长时间不疲劳，减少主治医生和辅助医生的沟通环节，能够提高手术效率。
附图说明
图1为本发明一种悬吊式多操作臂系统整体结构。
图2为本发明一种悬吊式多操作臂系统升降关节组成。
图3为本发明一种悬吊式多操作臂系统旋转关节组成。
图4为本发明一种悬吊式多操作臂系统伸缩关节组成。
图5为本发明一种悬吊式多操作臂系统末端双操作臂构型组合方式。
图6为本发明一种悬吊式多操作臂系统齿形锁紧盘结构。
图7为本发明一种悬吊式多操作臂系统齿形调向横杆结构。
图8为本发明一种悬吊式多操作臂系统齿形调向横杆调向原理。
图9为本发明一种悬吊式多操作臂系统固定夹结构与安装图。
图10为本发明一种悬吊式多操作臂系统气动锁紧关节结构图。
图中，1轻载操作臂；2轻载操作臂；3固定夹；4齿形调向横杆；5齿形锁紧盘；6竖杆；7锁紧把手；8伸缩梁；9伸缩关节外壳；10伸缩关节上盖；11旋转关节上盖；12旋转关节外壳；13交叉滚子轴承；14旋转关节基座；15升降梁；16升降关节外壳；17底座外壳；18基座板；19带刹车轮子；20气泵系统；21升降电机；22直线运动关节基座a；23联轴器a；24滚珠丝杠a；25滚珠丝母；26滑块；27导轨基座a；28导轨；29导套；30导套座；31导轨基座b；32旋转关节阶梯轴；33电磁离合器下爪盘；34电磁离合器主体和上爪盘；35离合器固定盖；36驱动电机；37联轴器b；38直线运动关节基座b；39滚珠丝杠b；40伸缩关节；41旋转关节；42升降关节；43模块化锁紧关节；3-1夹紧圆孔；3-2圆孔；3-3圆孔；4-1齿形结构；5-1齿形结构；5-2外螺纹；5-3挡圈；43锁紧关节模块；44气阀开关；1-1外壳体；1-2模块连接杆；1-3关节连接杆；1-4球关节；1-5球关节外套；1-6压块；1-7内缸；1-8推杆；1-9弹簧；1-10前活塞；1-11后活塞；1-12缸体塞；1-13气管接头；1-14气管；1-15内缸内外密封圈；1-16活塞内外密封圈；1-17内密封圈；1-18外密封圈；1-19接头密封圈；1-20密封腔。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
实施例一：
参照图1，悬吊式多操作臂系统由升降关节42、旋转关节41、伸缩关节40、轻载操作臂构成，轻载操作臂设有两条，轻载操作臂包括轻载操作臂a1和轻载操作臂b2。两条轻载操作臂固定于悬吊定位臂末端，悬吊定位臂可对整个末端进行升降，推拉和旋转；在轻载操作臂末端固定手术器械，可以定位控制手术器械的姿态和位置所述升降关节42用于调节吊臂整体的高度，所述旋转关节41用于调整伸缩关节40的摆动角度，伸缩关节40用于调节与之相连的轻载操作臂相对手术台的工作范围；所述轻载操作臂是相对于悬吊式定位臂能够承受的大负载而言，轻载操作臂的负载主要由压缩气体压力决定，因此不意味着轻载操作臂的负载很轻；两条轻载操作臂可用来定位手术器械，带刹车的轮子19可以在需要时移动整个操作臂系统；四个轮子19保持锁紧时，可使整个系统在地面保持稳定。
参照图2，升降关节42由基座板18以及固定在基座板18下面的四个带刹车轮19构成移动平台基座部分，基座板18上固定有气泵系统20，所述气泵系统20由气泵和气罐装置以及其他气动零件（阀，气管等）组成，底座外壳17安装在基座板18上。基座板18上固定有升降关节外壳16，升降关节外壳16中固定安装有直线运动关节基座a22、联轴器a23、升降电机21、滚珠丝杆a24、滚珠丝母25、滑块26、导轨基座a27、导轨28、导套29、导套座30和导轨基座b31。所述直线运动关节基座a22为中空壳状结构，直线运动关节基座a22一端固定连接升降电机21，中间铰接固定滚珠丝杠a24，滚珠丝杠a24与升降电机21通过联轴器a23连接，基座a22两侧镶嵌有圆柱光轴，与滑块26上轴承配合，滑块26与滚珠丝母25固连配合，升降电机21可驱动滑块26直线往复运动。升降关节外壳16上部固定导轨28及其附属结构，导轨基座a27和导轨基座b31固定于基座a22，导轨28也固定在基座a22上，导套29套在导轨28上并与导套座30固连。升降梁15与滑块26和导套座30固定，升降电机21通过驱动滑块26，升降梁15可沿着导套29实现稳定的升降。
参见图3，旋转关节41可以调整伸缩关节40的摆动角度。旋转关节基座14与升降梁15固连，交叉滚子轴承13的内圈固定于旋转关节基座14，交叉滚子轴承13的外圈与旋转关节外壳12固定，旋转关节外壳上盖11固定在旋转关节外壳12上，轴承13内圈套在旋转关节阶梯轴32上，阶梯轴32的上固定安装有离合器固定盖35，离合器固定盖35上固定有电磁离合器主体和上爪盘34，旋转关节外壳12上固定电磁离合器下爪盘33。电磁离合器断电时，离合器主体和上爪盘34将离合器下爪盘33锁死，旋转关节外壳12及其伸缩关节40不能与升降关节42发生相对转动。电磁离合器通电时，离合器主体和上爪盘34中的锁紧爪盘被吸开，离合器下爪盘33和离合器主体和上爪盘34分离，旋转关节外壳12与伸缩关节40可以相对升降关节42发生转动。
参见图4，伸缩关节外壳9与旋转关节外壳12固连，伸缩关节上盖10固定在伸缩关节外壳9上面，直线运动关节基座b38为中空壳状构件，驱动电机36固定在基座b38上，中间装有滚珠丝杠b39，滚珠丝杠b39与驱动电机36通过联轴器b37连接，基座b38两侧镶有圆柱光轴，并与滑块26上的轴承配合，滑块26与滚珠丝母25固连，伸缩关节40上的滑块26与伸缩梁8固连，驱动电机36转动滚珠丝杠a39驱动丝母25，滑块26和伸缩梁8实现伸缩运动，调整轻载操作臂的工作区域。
参见图5，竖杆6固连在伸缩梁8上，竖杆6为中空轴结构，其中部两侧布置有气管接头，可以将气泵产生中的气体传输至轻载操作臂a1和轻载操作臂b2中；齿形锁紧盘5固定在竖杆6末端。
参见图6和图7，齿形锁紧盘5是中心轴和法兰盘状结构，其法兰盘外圆端用拉刀加工有梯形齿结构5-1；齿形调向横杆4中央有和齿形锁紧盘5相同直径的圆筒结构，圆筒两侧各伸出圆柱状的长轴结构，在长轴中央即圆筒中心处，开有圆孔结构，该圆孔套在齿形锁紧盘5的中心轴上；齿形调向横杆4具有与锁紧盘5互补的齿形结构4-1，可相互啮合；锁紧盘5的中心轴末端具有外螺纹5-2，锁紧把手7的中心为内螺纹，锁紧把手7可与外螺纹5-2旋合，挡圈5-3防止锁紧把手7掉落。
参见图8，当锁紧把手7内螺纹与锁紧盘5中心轴上的螺纹脱离时，齿形调向横杆4与锁紧盘5的齿形结构完全脱离，操作者可以手握齿形调向横杆4的横杆结构4-2旋转调节杆到达合适位置，再拧紧锁紧把手7，当锁紧把手7的螺纹与锁紧盘7中心轴的螺纹旋紧，齿形调向横杆4和锁紧盘5之间再次相互啮合，限制调向杆4和锁紧盘5相对转动。
参见图9，齿形调向横杆4两端的横杆上安装有外形为长方体的固定夹3，固定夹3具有夹紧圆孔特征3-1，可以夹紧在调向杆4两端的圆柱横杆上，固定夹3在夹紧前可调节与调向杆4横杆的倾斜角度；固定夹3另一端开有两个相互垂直正交的圆孔，圆孔中可以放入操作臂关节连接杆，使用螺纹和螺钉使轻载操作臂末端与固定夹3固定；轻载操作臂可以垂直于固定夹3固定，也可以选择与固定夹3的中心轴线同轴固定，可参见图5中显示了两条操作臂与固定夹3的固定方式。
参见图10，锁紧关节43由外壳体1-1、模块连接杆1-2、关节连接杆1-3、球关节1-4、球关节外套1-5、压块1-6、内缸1-7、推杆1-8、弹簧1-9、前活塞1-10、后活塞1-11、缸体塞1-12、气管接头1-13、气管1-14、内缸内外密封圈1-15、活塞内外密封圈1-16、内密封圈1-17、外密封圈1-18、接头密封圈1-19。外壳体1-1为圆柱空心腔体；球关节1-4外形为球体且在中心轴处有空心杆套筒结构，套筒外表面有外螺纹可以与关节连接杆1-3连接，球关节1-4的中空部分允许气管1-14穿过；球关节外套1-5内腔底部为一部分球面，压块1-6外表面为圆柱面，端部具有内凹球面形状并且围绕柱面轴线均布有圆孔；内缸体1-7为圆柱阶梯轴结构，中心有通孔，大端轴上均布有圆孔，外表面装有密封圈1-15；推杆1-8与前活塞1-10固定，并穿过内缸体1-7与压块1-6的圆孔，弹簧1-9套在推杆1-8上并顶住压块1-6；关节外套1-5通过螺纹拧紧在外壳体1-1上将球关节1-4、压块1-6和内缸体1-7封入外壳体1-1内。
进一步的，前活塞1-10后端固定后活塞1-11，两个活塞外圆周和套在内缸体上的圆环上都装有密封圈1-16（统称活塞内外密封圈1-16）；前活塞1-10、后活塞1-11和推杆1-8，可以内缸体1-7长轴表面和外壳体1-1的内腔之间滑动；缸体塞1-12前端为圆轴上面装有外密封圈1-18，后端有外螺纹，拧紧在外壳体1-1上，中心有一内腔放置有内密封圈1-17，内密封圈1-17后端放置有气管接头1-13和接头密封圈1-19，内腔底部有一个小孔贯通，在缸体塞1-12偏离中心轴处有一个贯通孔，通向后活塞1-11与外壳体1-1围成的密闭空间；内缸体1-7的长轴端深入缸体塞1-12的内腔中，并由内密封圈1-17密封。
进一步的，通过连接杆1-3和模块连接杆1-2可以组成轻载操作臂a1和轻载操作臂b2，参见图5。当气泵系统20的压缩气体经过气路和气管1-14送入密封腔1-20后，气体经过缸体塞1-12的偏心通孔进入后活塞1-11与外壳体1-1形成的密闭空间并推动后活塞1-11、前活塞1-10和推杆1-8一起向着球关节1-4移动；推杆1-8前部为锥体，压紧所有球关节1-4，轻载操作臂a1和轻载操作臂b2末端的手术工具将保持静态不动。气阀开关44与最末端的球关节模块相连接，当按下气阀开关44时，气体卸载，操作者可以重新转动球关节1-4，轻载操作臂a1和轻载操作臂b2可以变换位姿，重新定位手术工具。卸载时的转动阻力由弹簧1-10和压块1-6共同决定。
实施例二：
本实施例是在实施例一的基础上变换得到的，本实施例中升降关节和伸缩关节中的滚珠丝杆和丝母更换成滑动丝杠和丝母，其他零件和结构不变，同样可以完成对工具和器械的定位功能。
实施例三：
本实施例将实施例一中的齿形调向横杆4的两端直线圆柱横杆的中心轴线更换成具有弧形或者折线形状的轮廓，其截面为圆形或者其他多边形结构，其他零件保持不变。也能够调节气动操作臂1和2的相对安装位置和安装方向。
实施例四：
本实施例将实施例一中的齿形锁紧盘5用旋转关节41中的电磁离合器主体和上爪盘34替换，将齿形调向横杆4和锁紧把手7用电磁离合器下爪盘33替换，并把锁紧把手7变更为离合器固定盖35，竖杆6末端与旋转关节阶梯轴32固定，齿形调向横杆4横杆和其余部分与离合器下爪盘33相固定，可以同样实现齿形调节杆的调节角度功能。
实施例五：
本实施例将实施例一中最末端的排气阀44更换成密封塞，将最后一个球关节的气管1-14密封，将气泵20更换成液压泵，将压缩气体变为液体，通过通断开关控制液压流体在1-20腔内的压力，整个系统也可实现相同的定位功能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。