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Patent Searching and Data


Title:
3D MECHANICAL PROBE AND CABLE TRANSMISSION DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2014/201888
Kind Code:
A1
Abstract:
A 3D mechanical probe, comprising a handheld part (10) and an extension part (20), the handheld part (10) comprising a cable transmission device; the cable transmission device comprises a drive shaft (100), a first cable (200) and a second cable (300); the drive shaft (100) is provided with a first fixed point (120) and a second fixed point (140); the first fixed point (120) and the second fixed point (140) are located on different diametral planes of the drive shaft (100); the first cable (200) and the second cable (300) are connected respectively to the first fixed point (120) and to the second fixed point (140), and are wound on the drive shaft (100) along the circumference thereof; a first reversing wheel (400) comprises a first pulley (420) and a second pulley (440); the extension part (20) comprises a driven shaft (500), the first cable (200) and the second cable (300) being wound on the driven shaft (500) after passing respectively via the first pulley (420) and the second pulley (440). The drive shaft of the present 3D mechanical probe is capable of linear transfer within a relatively large range.

Inventors:
TANG MING (CN)
CHEN ZHENYU (CN)
BAI LEYUN (CN)
Application Number:
PCT/CN2014/074198
Publication Date:
December 24, 2014
Filing Date:
March 27, 2014
Export Citation:
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Assignee:
SHENZHEN MINDRAY BIO MED ELECT (CN)
International Classes:
A61B8/12
Foreign References:
CN1791362A2006-06-21
CN102087122A2011-06-08
US5167221A1992-12-01
CN102018531A2011-04-20
CN1720006A2006-01-11
JP2000237986A2000-09-05
US20080161694A12008-07-03
US5255684A1993-10-26
Other References:
See also references of EP 3011908A4
Attorney, Agent or Firm:
ADVANCE CHINA IP LAW OFFICE (CN)
广州华进联合专利商标代理有限公司 (CN)
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Claims:
权利要求书

1、 一种 3D机械探头, 包括手持部和与所述手持部相连的伸入部, 其特征在 于,

所述手持部包括:

绳索传动装置, 所述绳索传动装置包括主动轴、 第一绳索和第二绳索, 所 述主动轴上设置有第一固定点和第二固定点, 所述第一固定点和所述第二固定点 位于所述主动轴的不同径面; 所述第一绳索连接于所述第一固定点, 沿所述主动 轴的圆周缠绕于所述主动轴; 所述第二绳索连接于所述第二固定点, 沿所述主动 轴的圓周缠绕于所述主动轴; 及

第一换向轮组, 包括第一滑轮和第二滑轮;

所述伸入部包括:

被动轴, 所述第一绳索经由所述第一滑轮与所述被动轴相连, 所述第二绳 索经由所述第二滑轮与所述被动轴相连。

2、 根据权利要求 1所述的 3D机械探头, 其特征在于, 所述第一固定点和所 述第二固定点均位于所述主动轴的中轴线所在的平面上。

3、 根据权利要求 1所述的 3D机械探头, 其特征在于, 所述主动轴位于所述 第一固定点处开设有第一孔, 所述第一绳索的一端固定于所述第一孔内; 所述主 动轴位于所述第二固定点处开设有第二孔, 所述第二绳索的一端固定于所述第二 孔内。

4、 根据权利要求 1所述的 3D机械探头, 其特征在于, 所述第一绳索经由所 述第一滑轮之前的线段与经由所述第一滑轮之后的线段相互垂直, 所述第二绳索 经由所述第二滑轮之前的线段与经由所述第二滑轮之后的线段相互垂直。

5、 根据权利要求 1所述的 3D机械探头, 其特征在于, 所述主动轴的中轴线 和所述被动轴的中轴线相互垂直。

6、 根据权利要求 1所述的 3D机械探头, 其特征在于, 所述第一绳索和所述 第二绳索分别沿所述被动轴圓周缠绕所述被动轴。

7、 根据权利要求 1所述的 3D机械探头, 其特征在于, 所述被动轴上设有第 三固定点和第四固定点; 所述第一绳索的一端固定于所述被动轴上的第三固定点 , 所述第二绳索的一 端固定于所述被动轴上的第四固定点。

8、 根据权利要求 7所述的 3D机械探头, 其特征在于, 所述被动轴位于所述 第三固定点处开设有第三孔, 所述第一绳索的一端固定于所述第三孔内; 所述被 动轴位于所述第四固定点处开设有第四孔, 所述第二绳索的一端固定于所述第四 孔内。

9、 根据权利要求 1所述的 3D机械探头, 其特征在于, 在靠近所述被动轴的 一端还设有第二换向轮组;

所述第二换向轮组包括相对设置的第三滑轮和第四滑轮, 所述第三滑轮的转 动轴和第四滑轮的转动轴均与所述被动轴中轴线平行;

所述第一绳索从所述第三滑轮靠近所述第四滑轮的侧面缠绕所述被动轴; 所述第二绳索从所述第四滑轮靠近所述第三滑轮的侧面缠绕所述被动轴。

10、 根据权利要求 9所述的 3D机械探头, 其特征在于, 所述第一绳索和所 述第二绳索位于所述第三滑轮和第四滑轮之间的距离小于所述第一绳索和所述 第二绳索位于第一滑轮和所述第二滑轮之间的距离。

11、 根据权利要求 9所述的 3D机械探头, 其特征在于, 所述第一绳索与所 述第二绳索位于所述第一换向轮组和所述第二换向轮组之间的夹角与所述第一 滑轮的转动轴和所述第二滑轮的转动轴之间的夹角相等。

12、 根据权利要求 1所述的 3D机械探头, 其特征在于, 在靠近所述被动轴 的一端还设有第三换向轮, 所述第三换向轮的转动轴与所述被动轴的中轴线平 行, 所述第一绳索和所述第二绳索经由所述第三换向轮后相互交叉, 并缠绕在所 述被动轴上。

13、根据权利要求 12所述的 3D机械探头, 所述第一绳索和所述第二绳索经 由所述第三换向轮的不同径面。

14、 根据权利要求 12所述的 3D机械探头, 其特征在于, 所述第三换向轮的 直径与所述主动轴直径相等。

15、 一种绳索传动装置, 其特征在于, 所述绳索传动装置包括:

主动轴, 设置有第一固定点和第二固定点, 所述第一固定点和所述第二固定 点位于所述主动轴的不同径面;

第一绳索,连接于所述第一固定点,沿所述主动轴的圆周缠绕于所述主动轴; 第二绳索,连接于所述第二固定点,沿所述主动轴的圆周缠绕于所述主动轴。

16、 根据权利要求 1 5所述的绳索传动装置, 其特征在于, 所述第一固定点 和所述第二固定点均位于所述主动轴中轴线所在的平面上。

17、 根据权利要求 15所述的绳索传动装置, 其特征在于, 所述被动轴位于 所述第一固定点处开设有第一孔, 所述第一绳索的一端固定于所述第一孔内; 所 述被动轴位于所述第二固定点处开设有第二孔, 所述第二绳索的一端固定于所述 第二孔内。

Description:
说明书

发明名称: 3D机械探头及绳索传动装置

技术领域

本发明涉及医疗仪器领域, 特别是涉及一种 3D机械探头及绳索传动装置。 背景技术

具有 3维成像功能的超声波探头叫做 3D机械探头, 其内部一般有作为发射 和接收信号的换能器单元。 步进电机作为驱动动力源, 在信号控制下驱动换能器 单元在一定角度内摆动。 在每一个摆动角度, 换能器单元都可以发射超声波并接 收带有人体组织信息的回波, 因而可以在摆动范围之内的每个角度对人体组 织进 行成像, 从而构建人体组织的 3维图像。

3D机械探头分为体表 3D机械探头和腔内 3D机械探头。 腔内 3D机械探头 传动方式包括锥齿轮, 绳索等方式。锥齿轮传动对于材料、加工和装 配要求较高。 由于腔内 3D机械探头的外形尺寸较小 , 伸入人体部分直径通常在 25mm左右, 其内部结构复杂, 釆用锥齿轮传动, 其加工及装配难度 ^艮大。

而一般的绳索传动, 两根绳索固定在主动轴一个点。 在主动轴正负 90。旋转 的范围内, 主动轴与被动轴的传动为线性传递。 当超过 90°后, 绳索与竖直方向 将会形成一个角度 Θ, 并且随着主动轴的继续旋转, Θ值越来越大, 这样主动轴与 被动轴的传动为非线性传递, 大大加大了控制的难度。 发明内容

基于此, 有必要提供一种可在较大的旋转角度内实现线 性传递的 3D机械探 头及绳索传动装置。

一种 3D机械探头, 包括手持部和伸入部, 所述手持部的体积大于所述伸入 部的体积, 所述手持部包括:

绳索传动装置, 包括主动轴、 第一绳索和第二绳索, 所述主动轴设置有第一 固定点和第二固定点, 所述第一固定点和所述第二固定点位于所述主 动轴的不同 径面; 所述第一绳索连接于所述第一固定点, 沿所述主动轴的圆周缠绕于所述主 动轴; 所述第二绳索连接于所述第二固定点 , 沿所述主动轴的圆周缠绕于所述主 动轴; 及

第一换向轮组, 包括第一滑轮和第二滑轮;

所述伸入部包括:

被动轴, 所述第一绳索经由所述第一滑轮与所述被动轴 相连, 所述第二绳索 经由所述第二滑轮与所述被动轴相连。

一种绳索传动装置, 所述绳索传动装置包括:

主动轴, 设置有第一固定点和第二固定点, 所述第一固定点和所述第二固定 点位于所述主动轴的不同径面;

第一绳索,连接于所述第一固定点,沿所述主 动轴的圆周缠绕于所述主动轴; 第二绳索,连接于所述第二固定点,沿所述主 轴的圆周缠绕于所述主动轴。 上述的 3D机械探头及其绳索传动装置, 第一绳索连接于第一固定点, 沿主 动轴的圆周缠绕于主动轴, 第二绳索连接于第一固定点, 沿主动轴的圆周缠绕于 主动轴。 主动轴转动, 通过第一绳索和第二绳索传动, 经由第一换向轮组带动被 动轴转动。 由于第一固定点和第二固定点位于不同的径面 , 第一绳索和第二绳索 缠绕于主动轴的不同径面, 避免绳索间互相干涉; 而且保证了第一绳索、 第二绳 索与主动轴有较大的包角, 使主动轴可在大于 90° 的旋转角度内实现线性传递, 使被动轴直径的选择范围较大, 同时主动轴与被动轴之间的减速比的选择范围 也 较大。 附图说明

在附图中,类似的附图标记表示相同的、功能 上类似的和 /或结构上类似的元 件。 应该理解, 这些附图仅用于描绘各具体实施例, 而不应被认为是对范围的限 制。

图 1为一实施方式的腔内超声设备的 3D机械探头的透视示意图;

图 2为一实施方式的 3D机械探头的绳索传动装置的结构示意图;

图 3为一实施方式的 3D机械探头的绳索传动装置的第一绳索、 第二绳索缠 绕主动轴的结构示意图;

图 4为一实施方式的 3D机械探头的绳索传动装置的第一绳索、 第二绳索缠 绕主动轴的侧示图;

图 5为一实施方式的 3D机械探头的绳索传动装置的第一绳索、 第二绳索以 主动轴轴心为交点的投射角的示意图;

图 6和图 7分别为一实施方式的 3D机械探头的绳索传动装置的第一绳索、 第二绳索的起始位置示意图;

图 8a和图 8b分别为一实施方式的 3D机械探头的绳索传动装置的主动轴顺 时针旋转 90。+ 1/2δ角度时, 第一绳索、 第二绳索与主动轴的位置关系示意图; 图 9a和图 %分别为一实施方式的 3D机械探头的绳索传动装置的主动轴顺 时针旋转大于 90。+ 1/2δ角度时, 第一绳索、 第二绳索与主动轴的位置关系示意 图;

图 10a和图 10b分别为另一实施方式的 3D机械探头的绳索传动装置的第一 绳索、 第二绳索的起始位置示意图;

图 11a和图 l i b分别为另一实施方式的 3D机械探头的绳索传动装置的主动 轴顺时针旋转 180。时, 第一绳索、 第二绳索与主动轴的位置关系示意图;

图 12a和图 12b分别为另一实施方式的 3D机械探头的绳索传动装置的主动 轴顺时针旋转大于 180。时, 第一绳索、 第二绳索与主动轴的位置关系示意图; 图 13a和图 13b分别为另一实施方式的 3D机械探头的绳索传动装置的主动 轴逆时针旋转 180。时, 第一绳索、 第二绳索与主动轴的位置关系示意图;

图 14为一实施方式的 3D机械探头的被动轴的结构示意图;

图 15为一实施方式的 3D机械探头的第二换向轮组的结构示意图; 图 16为一实施方式的 3D机械探头的第一换向轮组的滑轮之间的位置 系示 意图;

图 17为又一实施方式的 3D机械探头的第三换向轮的结构示意图; 图 18为又一实施方式的 3D机械探头的第三换向轮的侧面结构示意图。 具体实施方式 为 T便于理解本发明 , 下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面 的描 述。 附图中给出了本实用新型的首选实施例。 但是, 本实用新型可以以许多不同 的形式来实现, 并不限于本文所描述的实施例。 相反地, 提供这些实施例的目的 是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是, 当元件被称为 "固设于"另一个元件, 它可以直接在另一个元 件上或者也可以存在居中的元件。 当一个元件被认为是"连接"另一个元件, 它可 以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在 居中元件。 本文所使用的术语"垂 直的"、 "水平的"、 "左"、 "右"以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义, 本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本 实用新型的技 术领域的技术人员通常理解的含义相同。 本文中在本实用新型的说明书中所使用 的术语只是为了描述具体的实施例的目的, 不是旨在于限制本实用新型。 本文所 使用的术语"及 /或"包括一个或多个相关的所列项目的任意的 所有的组合。

一实施方式 3D机械探头的绳索传动装置, 如图 1和图 2所示, 绳索传动装 置包括主动轴 100、 第一绳索 200和第二绳索 300。 主动轴 100设置有第一固定 点 120和第二固定点 140。 第一固定点 120和第二固定点 140位于主动轴 100的 不同径面。 第一绳索 200连接于第一固定点 120沿主动轴 100的圆周缠绕于主动 轴 100。 第二绳索 300连接于第二固定点 140沿主动轴 100的圆周缠绕于主动轴 100。

在其中一个实施例中, 如图 3所示, 第一固定点 120、 第二固定点 140分别 开设有第一孔 122和第二孔 142, 第一绳索 200的端头、 第二绳索 300的端头分 别固定于第一孔 122和第二孔 142内, 绳索固定在孔内, 主动轴 100的表面可以 省略突起的元件, 可避免绳索与元件之间发生干涉, 提高了传递的精密度。

在上述绳索传动装置中, 由于第一绳索 200、 第二绳索 300沿主动轴 100的 圆周缠绕主动轴 100, 第一绳索 200的第一固定点 120和第二绳索 300的第二固 定点 140位于主动轴 100的不同径面, 从而, 在主动轴 100的旋转过程中, 在较 大的角度范围内, 绳索与主动轴 100的圆周相切, 不会相对主动轴 100摆动, 保 证传动过程为线性传递。 而且第一绳索 200从第一固定点 120向第二固定点 140 方向缠绕固定轴 100, 第二绳索 300从第二固定点 140朝向第一固定点 120方向 缠绕固定轴 100, 使得第一绳索 200、 第二绳索 300与主动轴 100有较大的包角, 使主动轴 100在较大的范围内实现线性传递。

第一绳索 200与第二绳索 300与主动轴 100的缠绕方式如图 3及图 4所示, 由于第一固定点 120和第二固定点 140位于不同的径面, 第一绳索 200和第二绳 索 300缠绕于主动轴 100的不同径面, 主动轴 100在旋转过程中, 两根绳索在各 自所在的径面内旋转, 相互之间不影响, 不会产生千涉。 如图 5、 图 6、 图 7所 示, 第一绳索 200与第二绳索 300在各自径面内处于起始位置, 分别从第一固定 点 120、 第二固定点 140延伸至主动轴 100的中轴线获得两条直线, 两条直线形 成的夹角投影在主动轴 100的横截面形成的投射角为记 δ。

以主动轴 100顺时针旋转为例, 在旋转过程中, 第一绳索 200的包角逐渐变 小, 第二绳索 300的包角度则逐渐变大。 当主动轴 100顺时针旋转至 90。 + 1/2δ 时, 如图 8a和图 8b所示, 第一绳索 200没有缠绕主动轴 100, 第二绳索 300缠 绕住主动轴 100的大部分。 即在 + 90° + 1/2δ的旋转角度内, 主动轴 100能保持 线性传递。 如图 9a和图 9b所示, 只有当主动轴 100继续旋转, 第一绳索 200缠 绕部分将完全释放并超过第一固定点 120, 第一绳索 200未缠绕部分与图示竖直 方向将产生夹角 σ, 传动将不再是线性。

同样的, 当主动轴 100逆时针旋转时, 在旋转过程中, 第一绳索 200的包角 逐渐变大,第二绳索 300的包角度则逐渐变小。当主动轴 100逆时针旋转 90 + 1/2δ 时, 第二绳索 300没有缠绕主动轴 100, 第一绳索 200缠绕住主动轴 100的大部 分。 若主动轴 100继续旋转, 第二绳索 300缠绕部分将完全释放并超过第二固定 点 140, 第二绳索 300未缠绕部分与图示竖直方向将产生夹角 δ, 传动将不再是 线性, 即在- (90° + 1/2δ ) 的旋转角度内, 主动轴 100能保持线性传递。

可见在本实施方式中, 主动轴 100与被动轴可在- ( 90°+1/2δ ) 〜 + 90。 + 1/2δ 的旋转角度内实现线性传递, 相对现有的 3D机械探头的只有在 ±90。的旋转角度 才能保持线性传递, 有了较大提高。

上述的绳索传动装置, 第一绳索 200连接于第一固定点 120, 沿主动轴 100 的圆周缠绕于主动轴 100, 第二绳索 300连接于第二固定点 140, 沿主动轴 100 的圆周缠绕于主动轴 100, 由于第一固定点 120和第二固定点 140位于不同的径 面, 第一绳索 200和第二绳索 300缠绕于主动轴 100的不同径面, 避免绳索间互 相干涉。 而且保证第一绳索 200、 第二绳索 3()()与主动轴 100有较大的包角 , 使 主动轴 100在较大的范围内实现线性传递, 使被动轴 500直径的选择范围较大, 同时主动轴 100与被动轴之间的减速比的选择范围也较大。

具体的, 第一固定点 120和第二固定点 140位于过主动轴 100中轴线的同一 个平面上, 此时第一固定点 120、 第二固定点 140延伸至主动轴 100中轴线形成 的直线形成一个夹角, 该夹角投射在主动轴 100的横截面上的投射角 δ最大, 为 180。。 此时主动轴 100与被动轴可在 -180〜 + 180的旋转角度内实现线性传递。 如 图 10a和图 10b所示, 第一绳索 200与第二绳索 300处于起始位置, 均缠绕了主 动轴 100的半周。 图 l l a和图 l i b为主动轴 100沿逆时针方向旋转约 180度后的 情形, 可以看到, 第一绳索 200几乎缠绕了主动轴 100的整周, 第二绳索 300则 几乎没有缠绕主动轴 100。 若主动轴 100继续旋转, 如图 12a和图 12b所示, 则 第一绳索 200缠绕于主动轴 100上的部分将与未缠绕部分干涉。可见在 -180。的旋 转角度内 , 主动轴 100与被动轴 500的传动为线性传递。

如图 13a和图 13b所示, 在 + 180°的旋转角度内, 主动轴 100与被动轴 500 的传动也为线性传递。

由上述分析可知, 主动轴可在士 180度旋转角度内保持线性传递 , 因此被动轴 直径的选择范围更大, 被动轴可具有比主动轴 2〜3倍的直径, 同时主动轴与被动 轴之间的减速比的选择范围也更大。

如图 1和图 2所示, 一实施方式的 3D机械探头包括手持部 10和伸入部 20, 手持部的体积大于伸入部的体积。 手持部 10 包括: 绳索传动装置、 第一换向轮 组 400。 伸入部 20包括被动轴 500和第二换向轮组 600。 绳索传动装置包括主动 轴 100、 第一绳索 200、 第二绳索 300。 主动轴 100设置有第一固定点 120和第二 固定点 140, 第一固定点 120和第二固定点 140位于主动轴 100的不同径面。 第 一绳索 200连接于第一固定点 100沿主动轴 100的圆周缠绕于主动轴 100。 第二 绳索 300连接于第二固定点 140沿主动轴 100的圆周缠绕于主动轴 100。

在一实施方式中, 第一换向轮组 400包括第一滑轮 420和第二滑轮 440, 第 一绳索 200经过第一滑轮 420前后的两端绳索相互垂直, 第二绳索 300经过第二 滑轮 440前后的两端绳索相互垂直。第一绳索 200经由第一滑轮 420与被动轴 500 缠绕, 第二绳索 300经由第二滑轮 440后与被动轴 500缠绕, 主动轴 100的中轴 线与被动轴 500的中轴线相互垂直。

第一绳索 200、 第二绳索 300分别沿主动轴 100的圆周缠绕主动轴 100。 第 一固定点 120和第二固定点 140位于主动轴 100的不同径面, 第一绳索 200和第 二绳索 300缠绕在主动轴 100的不同径面。 从而主动轴 100在旋转过程中, 在较 大的角度方位内, 绳索与主动轴 100的圆周相切, 不会相对主动轴 100摆动, 保 证传动过程为线性传递。而且第一绳索 200从第一固定点 120朝向第二固定点 140 方向缠绕固定轴 100, 第二绳索 300从第二固定点 140朝向第一固定点 120方向 缠绕固定轴 100, 使得第一绳索 200、 第二绳索 3()()与主动轴 100有较大的包角 , 使主动轴 100在较大的范围内实现线性传递。

第一绳索 200与第二绳索 300与主动轴 100的缠绕方式如图 3及图 4所示, 由于第一固定点 120和第二固定点 140位于不同的径面, 第一绳索 200和第二绳 索 300缠绕于主动轴 100的不同径面, 主动轴 100在旋转过程中, 两根绳索在各 自所在的径面内旋转, 相互之间不影响, 不会产生干涉。 如图 5、 图 6、 图 7所 示, 第一绳索 200与第二绳索 300在各自径面内处于起始位置, 第一固定点 120、 第二固定点 140以主动轴 100轴心为交点的投射角为 δ。

以主动轴 100顺时针旋转为例, 在旋转过程中, 第一绳索 200的包角逐渐变 小, 第二绳索 300的包角度则逐渐变大。 当主动轴 100顺时针旋转至 90。 + 1/2δ 时, 如图 8a和图 8b所示, 第一绳索 200没有缠绕主动轴 100, 第二绳索 300缠 绕住主动轴 100的大部分, 即在 + 90° + 1/26的旋转角度内 , 主动轴 100能保持 线性传递。 如图 9a和图%所示, 只有当主动轴 100继续旋转, 第一绳索 200缠 绕部分将完全释放并超过第一固定点 120, 第一绳索 200未缠绕部分与图示竖直 方向将产生夹角 σ, 传动将不再是线性。

同样的, 当主动轴 100逆时针旋转时, 在旋转过程中, 第一绳索 200的包角 逐渐变小,第二绳索 300的包角度则逐渐变大。当主动轴 100逆时针旋转 90 + 1/2δ 时, 第二绳索 300没有缠绕主动轴 100, 第一绳索 200缠绕住主动轴 100的大部 分。 若主动轴 100继续旋转, 第二绳索 300缠绕部分将完全释放并超过第二固定 点 140, 第二绳索 300未缠绕部分与图示竖直方向将产生夹角, 传动将不再是线 性, 即在- ( 90° + 1/26 ) 的旋转角度内 , 主动轴 100能保持线性传递。

可见在本实施方式中, 主动轴 100 与被动轴可在- ( 90°+ 1 /26 )〜+90。 + 1/2δ 的旋转角度内实现线性传递, 相对现有的 3D机械探头的只有在 ±90。的旋转角度 才能保持线性传递, 有了较大提高。

本实施方式的 3D机械探头包括手持部和伸入部, 手持部的体积大于伸入部 的体积, 换能器单元安装于被动轴 500。 使用时, 将伸入部伸入体内, 通过控制 主动轴 100的转动角度使得被动轴 500在一定角度内摆动。 在每一个摆动角度, 换能器单元都可以发射超声波并接收带有人体 组织信息的回波, 因而可以在摆动 范围之内的每个角度对人体组织进行成像, 从而构建人体组织的 3维图像。

上述 3D机械探头的绳索传动装置, 第一绳索 200连接于第一固定点 120, 且沿主动轴 100的圆周缠绕于主动轴 100。 第二绳索 300连接于第二固定点 140, 且沿主动轴 100的圆周缠绕于主动轴 100。 在主动轴 100的转动下, 通过第一绳 索 200和第二绳索 300传动,经由第一滑轮 420和第二滑轮 440,带动被动轴 500 相应转动。由于第一固定点 120和第二固定点 140位于不同的径面,第一绳索 200 和第二绳索 300缠绕于主动轴 100的不同径面, 避免绳索间互相干涉。 而且保证 第一绳索 200、 第二绳索 3()()与主动轴 100有较大的包角 , 使主动轴 100在较大 的范围内实现线性传递, 使被动轴 500直径的选择范围较大, 同时主动轴 100与 被动轴之间的减速比的选择范围也较大。

此外, 相比传统的 3D机械探头, 本实施例的被动轴 500有较大的转动角度, 转动速度和转动角度以及传动精度控制都得到 了相应的提高。 由于被动轴 500可 有较大的直径, 制作和装配换能器单元也更为便捷和容易。

进一步地,在一实施方式中,第一固定点 120和第二固定点 140与主动轴 100 中轴线在同一个平面上, 此时第一固定点 120、 第二固定点 140以主动轴 100轴 心为交点的投射角为 δ最大, 为 180。。 此时主动轴 100与被动轴可在 - 180〜+ 180 的旋转角度内实现线性传递。 如图 10a和图 l ()b所示, 第一绳索 200与第二绳索 300处于起始位置, 均缠绕了主动轴 100的半个周长。 图 1 1 a和图 l i b为主动轴 100沿逆时针方向旋转约 1 80度后的情形, 可以看到, 第一绳索 200几乎缠绕了 主动轴 100的整个圆周, 第二绳索 300则几乎没有缠绕主动轴 100。 可见在 -180。 的旋转角度内 , 主动轴 100与被动轴 500的传动为线性传递。

如图 13a和图 13b所示, 显然在 + 180°的旋转角度内, 主动轴 100与被动轴 500的传动也为线性传递。

由上述分析可知,主动轴可在 ±180度旋转角度内保持线性传递, 因此被动轴 直径的选择范围更大, 被动轴可具有比主动轴大 2〜3倍的直径, 同时主动轴与被 动轴之间的减速比的选择范围也更大。

在其中一个实施例中, 如图 3所示, 第一固定点 120、 第二固定点 140分别 开设有第一孔 122和第二孔 142, 第一绳索 200的端头、 第二绳索 300的端头分 别固定于第一孔 122和第二孔 142内, 绳索固定在孔内, 主动轴 100的表面可以 省略突起的元件, 可避免绳索与元件之间发生干涉, 提高了传递的精密度。

在其中一个实施例中, 如图 14所示, 被动轴 500上设有第三固定点 520和 第四固定点 540。 第一绳索 200的一端固定于被动轴 500的第三固定点 520, 第 二绳索 300的一端固定于被动轴 500的第四固定点 540。 第一绳索 200和第二绳 索 300可通过固定螺钉、 销钉和卡扣等其他固定方式固定在被动轴 500上。 当绳 索仅通过缠绕连接被动轴 500时, 绳索与被动轴 500之间的作用力为摩擦力, 作 用力较小, 且容易发生相对位移。 而绳索与被动轴 500之间固定连接时, 两者间 通过摩擦力和绳索拉力作用, 作用力大, 相对位置固定, 因此传递的效率更高。

在本实施例中, 第一绳索 200连接于第三固定点 520并沿被动轴 500的圆周 缠绕于被动轴 500。 第二绳索 300连接于第四固定点 540并沿被动轴 500的圆周 缠绕于被动轴 500。 这样被动轴 500在旋转过程中 , 绳索不会相对被动轴 500摆 动, 保证传动过程始终为线性。 而且第一绳索 200从第三固定点 520朝向第四固 定点 540方向缠绕被动轴 500,第二绳索 300从第四固定点 540向第三固定点 520 方向缠绕被动轴 500, 使得第一绳索 200、 第二绳索 300与被动轴 500有较大的 包角, 使被动轴 500在较大的范围内实现线性传递。

具体的, 第三固定点 520处可以开设有第三孔, 第一绳索 200的一端固定于 第三孔内。 第四固定点 540处可以开设有第四孔, 第二绳索 300的一端固定于第 四孔内。绳索固定于孔内, 固定元件位于被动轴 500内部,被动轴 500表面光滑, 避免 T绳索与被动轴 500表面元件发生干涉。

在其中一个实施例中, 如图 2所示, 在靠近被动轴 5()()的位置还设有第二换 向轮组 600。 第二换向轮组 600包括相对设置的第三滑轮 620和第四滑轮 640, 第三滑轮 620的转动轴和第四滑轮 640的转动轴与被动轴 500中轴线平行。 第一 绳索 200和第二绳索 300位于第三滑轮 620和第四滑轮 640之间的距离小于第一 绳索 200和第二绳索 300位于第一滑轮 420和第二滑轮 440之间的距离, 即小于 被动轴 500的直径。 第一绳索 200缠绕于第三滑轮 620靠近第四滑轮 640的侧面 后与被动轴 500连接, 第二绳索 300缠绕于第四滑轮 640靠近第三滑轮 620的侧 面后与被动轴 500连接。

由于第一绳索 200和第二绳索 300位于第三滑轮 620和第四滑轮 640之间的 距离小于被动轴 500的直径,可使第一绳索 200和第二绳索 300缠绕在被动轴 500 上的绳索更长, 增大了第一绳索 200、 第二绳索 300与被动轴 500之间的包角。 从而, 增大了第一绳索 200、 第二绳索 300与被动轴 500之间的摩擦力, 进而增 大了传动效率。

具体的, 在第三滑轮 620和第四滑轮 640的挤压下, 如图 15所示, 第一绳 索 200与第二绳索 300之间形成一个夹角 α。 α的大小取决于第三滑轮 620和第 四滑轮 640之间的距离, 以及第一滑轮 420和第二滑轮 440之间的距离。 第一滑 轮 420的转动轴和第二滑轮 440的转动轴之间形成一个夹角 β。如图 16所示, 当 α=β时, 第一绳索 200在第三滑轮 620的缠绕方向与第三滑轮 620的转动方向一 致, 第二绳索 300在第四滑轮 640的缠绕方向与第四滑轮 640的转动方向一致。 这样可保证主动轴 100与被动轴 500之间为线性传递, 减少控制难度, 且减少了 绳索与滑轮之间的摩擦力, 增强了传递效率。

在其中一个实施例中, 如图 17所示, 在靠近被动轴 500的位置可以用第三 换向轮 700替换第二换向轮组 600, 第三换向轮 700的转动轴与被动轴 500中轴 线平行。 第一绳索 200、 第二绳索 300经由第三换向轮 700后相互交叉, 并缠绕 在被动轴 500上。第一绳索 200、 第二绳索 300位于第三换向轮 700的不同径面 , 从而可以保证第一绳索 200、 第二绳索 300之间不产生千涉。 在第三换向轮 700 的作用下, 第一绳索 200和第二绳索 300缠绕在被动轴 500上的线段更长, 第一 绳索 200、 第二绳索 300与被动轴 500之间的包角增大, 第一绳索 200、 第二绳 索 300与被动轴 500之间的摩擦力增大, 使传动效率更高。

具体的, 第一绳索 200、 第二绳索 300在第三换向轮 7()()上的缠绕的方向与 第三换向轮 700的转动方向一致, 可保证第三换向轮 700与主动轴 100之间为线 性传递, 减少控制难度, 且减少了绳索与滑轮之间的摩擦力, 增强了传递效率。

在其中一个实施例中, 如图 18所示, 第三换向轮 700的直径与主动轴 100 直径相等。 第一绳索 200和第二绳索 300在经过第一换向轮组 400后始终保持平 行, 因此第一滑轮 420的转动轴和第二滑轮 440的转动轴平行。 这种设计安装方 便, 不需要调整第一滑轮 420的转动轴和第二滑轮 440的转动轴形成的角度。 但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限 制。 应当指出的是, 对于本领域的 普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前 提下,还可以做出若干变形和改进, 这些都属于本发明的保护范围。 因此, 本发明专利的保护范围应以所附权利要求 为准。