CN113491580A - 丝传动结构、手术器械及手术机器人 - Google Patents
丝传动结构、手术器械及手术机器人 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种丝传动结构、手术器械及手术机器人,丝传动结构包括基座、第一驱动轴、第二驱动轴、第三驱动轴、第一牵引体组、第二牵引体组、第一导向件、第二导向件、第三导向件以及第四导向件;所述基座具有一基准面;每个牵引体组中包括两根连接在一个驱动轴上的牵引体,通过驱动轴的转动,可带动与其对应的两根牵引体沿相反的方向运动,从而分别用于驱动器械末端组件的一个关节运动。进而,第一牵引体组和第二牵引体组分别作为一个整体,通过第一导向件和第二导向件的作用,可驱动器械末端组件的第三个关节运动。由此,实现了通过四根牵引体驱动器械末端组件的三个关节的运动,传动结构简单,占用空间小,有利于提高传动效率。
Description
技术领域
本发明涉及手术器械领域,特别涉及一种丝传动结构、手术器械及手术机器人。
背景技术
近年来,随着机器人相关技术的应用和发展,特别是计算技术的发展,医用手术机器人在临床中的作用越来越受到人们的重视。其中,微创伤手术机器人***可以通过介入治疗的方式减轻医生在手术过程中的体力劳动,同时达到精准手术目的,使患者创伤小、失血少、术后感染少、术后恢复快。而手术机器人用手术器械的设计优劣直接决定了微创伤手术机器人***的成败与否,手术器械的性能是影响微创伤手术机器人***性能水平的关键因素。
虽然本领域已经存在一些丝传动结构,但是本领域还需要一种传动效率、空间利用率大,能够承载较大力矩输出的传动机构以驱动末端的器械实现三个自由度的运动。
发明内容
本发明的目的在于提供一种丝传动结构、手术器械及手术机器人,以解决现有的手术器械中,传动结构复杂,占用空间大等问题中的一个或多个。
因此,根据本发明的一个方面,提供了一种丝传动结构,其包括:
基座,所述基座具有一基准面;
第一驱动轴,可转动地设置于所述基座;
第二驱动轴,可转动地设置于所述基座,且与所述第一驱动轴分别置于所述基准面的两侧;
第三驱动轴,可转动地设置于所述基座;
第一牵引体组,包括第一牵引体和第二牵引体,所述第一牵引体的一端与所述第二牵引体的一端均连接所述第一驱动轴,所述第一牵引体的另一端与所述第二牵引体的另一端均用以驱动外部的器械末端组件;所述第一牵引体和第二牵引体被配置为,在所述第一驱动轴转动的驱动下,所述第一牵引体和第二牵引体以相反的方向运动;
第二牵引体组,包括第三牵引体和第四牵引体,所述第三牵引体的一端与所述第四牵引体的一端均连接所述第二驱动轴,所述第三牵引体的另一端与所述第四牵引体的另一端均用以驱动所述器械末端组件;所述第三牵引体和第四牵引体被配置为,在所述第二驱动轴转动的驱动下,所述第三牵引体和第四牵引体以相反的方向运动;
第一导向件和第二导向件,所述第一导向件用以改变所述第一牵引体组的延伸方向,所述第二导向件用以改变所述第二牵引体组的延伸方向,且所述第一导向件和第二导向件位于所述基准面的两侧,所述第一导向件和所述第二导向件均沿所述基准面方向可移动地设置于所述基座;
第三导向件,所述第三导向件和所述第一驱动轴位于所述基准面的同侧,且所述第三导向件相对于所述第一驱动轴位于所述基座的远端,所述第三导向件用于在所述第一导向件之后进一步改变所述第一牵引体组的延伸方向;以及
第四导向件,所述第四导向件和所述第二驱动轴位于所述基准面的同侧,且所述第四导向件相对于所述第二驱动轴位于所述基座的远端,所述第四导向件用于在所述第二导向件之后进一步改变所述第二牵引体组的延伸方向;
所述第一导向件和第二导向件还被配置为,所述第一导向件和所述第二导向件在所述第三驱动轴的驱动下,以相反的方向同步移动,使所述第一牵引体组于所述第一驱动轴与所述第三导向件之间所限定的部分,和所述第二牵引体组于所述第二驱动轴与所述第四导向件之间所限定的部分的长度增减相反。
可选的,所述丝传动结构还包括:
滑块组,包括第一滑块和第二滑块,所述第一滑块和第二滑块可移动地设置于所述基座,且所述第一滑块和所述第二滑块的移动轴线位于所述基准面上;所述第一导向件通过所述第一滑块设置于所述基座,所述第二导向件通过所述第二滑块设置于所述基座;所述第一滑块和第二滑块在所述第三驱动轴的驱动下沿相反的方向运动,并使所述第一导向件和所述第二导向件以相反的方向同步移动。
可选的,所述第一驱动轴的转动轴线、所述第二驱动轴的转动轴线关于所述基准面对称布置,和/或,
所述第三导向件与所述第四导向件关于所述基准面对称布置,和/或,
在所述丝传动结构处于初始状态时,所述第一导向件和所述第二导向件关于所述基准面对称布置。
可选的,在所述丝传动结构处于初始状态时,所述第一导向件和所述第二导向件位于所述第一驱动轴与所述第二驱动轴之转动轴线连线的近端侧。
可选的,
所述第一导向件包括:
第一导向轮,用以改变所述第一牵引体的延伸方向;以及
第二导向轮,用以改变所述第二牵引体的延伸方向;
所述第二导向件包括:
第三导向轮,用以改变所述第三牵引体的延伸方向;以及
第四导向轮,用以改变所述第四牵引体的延伸方向;
其中,所述第一导向轮和所述第二导向轮同轴布置,所述第三导向轮和所述第四导向轮同轴布置。
可选的,
所述第三导向件包括:
第五导向轮,用以进一步改变所述第一牵引体的延伸方向;以及
第六导向轮,用以进一步改变所述第二牵引体的延伸方向;
所述第四导向件包括:
第七导向轮,用以进一步改变所述第三牵引体的延伸方向;以及
第八导向轮,用以进一步改变所述第四牵引体的延伸方向;
其中,所述第五导向轮和所述第六导向轮同轴布置,所述第七导向轮和所述第八导向轮同轴布置。
可选的,
所述第三导向件被配置为使所述第一导向件和所述第三导向件之间的所述第一牵引体组的两根牵引体与所述基座之间的夹角的范围分别在0°~10°之间;以及
所述第四导向件被配置为使所述第二导向件和所述第四导向件之间的所述第二牵引体组的两根牵引体与所述基座之间的夹角的范围分别在0°~10°之间。
可选的,所述第一导向件的轴线、所述第二导向件的轴线、所述第一驱动轴的转动轴线、所述第二驱动轴的转动轴线以及所述第三驱动轴的转动轴线互相平行,且均垂直于所述基座;所述第三导向件的轴线、所述第四导向件的轴线、所述第一滑块的移动轴线以及所述第二滑块的移动轴线均与所述基座平行。
可选的,所述基座具有第一通孔,所述第一牵引体组被配置为,自所述第一驱动轴延伸经过所述第一导向件后,经由所述第三导向件改变延伸方向,穿过所述第一通孔延伸至远端;所述第二牵引体组被配置为,自所述第二驱动轴延伸经过所述第二导向件后,经由所述第四导向件改变延伸方向,穿过所述第一通孔延伸至远端。
可选的,所述丝传动结构还包括设置于基座上的限位座,所述限位座具有两个限位轨道,所述两个限位轨道沿平行于所述基准面的方向间隔设置;所述第一滑块和所述第二滑块分别与一个所述限位轨道相适配,以沿所述限位轨道所限定的方向移动。
可选的,所述丝传动结构还包括第五导向件与第六导向件,所述第五导向件与第六导向件均设置于所述基座上,且所述第五导向件与所述第六导向件关于所述基准面对称布置;所述第五导向件位于所述第一驱动轴的远端,所述第六导向件位于所述第二驱动轴的远端。
可选的,
所述第五导向件包括:
第九导向轮,用以在所述第一导向件之前改变所述第一牵引体的延伸方向;以及
第十导向轮,用以在所述第一导向件之前改变所述第二牵引体的延伸方向;
所述第六导向件包括:
第十一导向轮,用以在所述第二导向件之前改变所述第三牵引体的延伸方向;以及
第十二导向轮,用以在所述第二导向件之前改变所述第四牵引体的延伸方向;
其中,所述第九导向轮和所述第十导向轮同轴布置,所述第十一导向轮和所述第十二导向轮同轴布置。
可选的,在所述丝传动结构处于初始状态时,所述第五导向件和所述第六导向件均位于所述第一驱动轴与所述第二驱动轴之转动轴线连线的远端侧;所述第一导向件和所述第二导向件均位于所述第五导向件和所述第六导向件之轴线连线的近端侧。
可选的,所述第一牵引体组自所述第一驱动轴起始,延伸经过所述第五导向件并与所述第五导向件的离开切点,于所述基座所在的平面的投影点为Q点,进而所述第一牵引体组继续延伸经过所述第一导向件并与所述第一导向件的进入切点,于所述基座所在的平面的投影点为P点;所述第二牵引体组自所述第二驱动轴起始,延伸经过所述第六导向件并与所述第六导向件的离开切点,于所述基座所在的平面的投影点为Q’点,进而所述第二牵引体组继续延伸经过所述第二导向件并与所述第二导向件的进入切点,于所述基座所在的平面的投影点为P’点;所述P点、P’点、Q点及Q’点满足:在所述丝传动结构处于初始状态时,所述P点与所述P'点关于所述基准面对称布置;且所述Q点与所述Q’点关于所述基准面对称布置。
可选的,所述第三导向件包括同轴布置的第五导向轮及第六导向轮,所述第四导向件包括同轴布置的第七导向轮及第八导向轮;
所述第一牵引体组自所述第一驱动轴起始,延伸经过所述第一导向件并与所述第一导向件的离开切点,于所述基座所在的平面的投影点为F点;进而所述第一牵引体继续延伸经过所述第五导向轮,并与所述第五导向轮的进入切点,于所述基座所在的平面的投影点为H点;所述第二牵引体继续延伸经过所述第六导向轮,并与所述第六导向轮的进入切点,于所述基座所在的平面的投影点为I点;
所述第二牵引体组自所述第二驱动轴起始,延伸经过所述第二导向件并与所述第二导向件的离开切点,于所述基座所在的平面的投影点为F’点;进而所述第三牵引体继续延伸经过所述第七导向轮,并与所述第七导向轮的进入切点,于所述基座所在的平面的投影点为I’点;所述第四牵引体继续延伸经过所述第八导向轮,并与所述第八导向轮的进入切点,于所述基座所在的平面的投影点为H’点;
在所述丝传动结构处于初始状态时,PQ连线与所述基准面的夹角、P'Q'连线与所述基准面的夹角、第一牵引体的HF段与所述基准面的夹角、第二牵引体的IF段与所述基准面的夹角、第三牵引体的I'F'段所述基准面的夹角、以及第四牵引体的H'F'段与所述基准面之间的夹角均小于10°。
可选的,在所述丝传动结构处于初始状态时,所述PQ连线及所述P'Q'连线均平行于所述基准面。
可选的,所述第一滑块具有第二通孔,所述第二滑块具有第三通孔,所述丝传动结构还包括传动杆,所述传动杆被配置为在所述第三驱动轴的驱动下转动;所述传动杆包括第一外螺纹段与第二外螺纹段;所述第二通孔和第三通孔分别具有与所述第一外螺纹段与第二外螺纹段相匹配的内螺纹;所述第一滑块和第二滑块被配置为,在所述第一外螺纹段与第二外螺纹段转动的驱动下,所述第一滑块和第二滑块沿平行于所述基准面的方向,以相反的方向运动,且位移量相等。
可选的,所述第一外螺纹段与第二外螺纹段的螺旋方向相反且螺距相同;所述第一外螺纹段与第二外螺纹段同轴固定连接,所述第二通孔与第三通孔同轴间隔布置。
可选的,所述传动杆包括相平行的第一子传动杆和第二子传动杆,所述第一外螺纹段固定设置于所述第一子传动杆上,所述第二外螺纹段固定设置于所述第二子传动杆上,所述第二通孔与第三通孔相平行;所述第一外螺纹段与第二外螺纹段的螺旋方向相同,且所述两个子传动杆的转动方向相反;或者,所述第一外螺纹段与第二外螺纹段的螺旋方向相反,且所述两个子传动杆的转动方向相同。
可选的,所述丝传动结构还包括第一传动组件,所述第一传动组件包括第一齿轮和第二齿轮,所述第一齿轮与所述第一子传动杆固定连接,所述第二齿轮与所述第二子传动杆固定连接;所述第一子传动杆用以通过所述第一齿轮与第二齿轮驱动所述第二子传动杆转动;其中,所述第一齿轮与所述第二齿轮相啮合,或者所述第一传动组件还包括变向齿轮,所述第一齿轮与所述第二齿轮通过所述变向齿轮相啮合。
可选的,所述第一齿轮和所述第二齿轮的传动比,与所述第二外螺纹段和所述第一外螺纹段的螺距比相等。
可选的,所述丝传动结构还包括第二传动组件,所述第二传动组件包括第三齿轮和与所述第三齿轮相啮合的第四齿轮,所述第三齿轮与所述第三驱动轴固定连接,所述第四齿轮与所述传动杆固定连接,所述第三驱动轴用以通过所述第三齿轮与所述第四齿轮驱动所述传动杆转动,其中,所述第三齿轮与所述第四齿轮的传动比的范围在6:1~2:1之间。
可选的,所述丝传动结构还包括第三传动组件,所述第三传动组件包括第一丝轮和第二丝轮,所述第一丝轮与所述第二丝轮之间通过第一传动丝连接;所述第一丝轮与所述第三驱动轴固定连接;所述第一丝轮的转动轴线垂直于所述第二丝轮的转动轴线;所述第二丝轮与所述传动杆固定连接;所述第三驱动轴用以通过所述第一丝轮、所述第一传动丝及所述第二丝轮驱动所述传动杆转动,其中,所述第一丝轮与所述第二丝轮的传动比的范围在6:1~2:1之间。
可选的,所述第三驱动轴的转动轴线与所述传动杆的转动轴线相垂直。
可选的,所述丝传动结构还包括转动部件、第一传动件以及第二传动件,所述转动部件可转动地设置于所述基座上,且被配置为在所述第三驱动轴的驱动下转动;所述第一滑块与所述第一传动件连接,所述第二滑块与所述第二传动件连接,所述第一传动件和所述第二传动件均与所述转动部件相连接;所述第一传动件和第二传动件在所述转动部件的驱动下运动;所述第一滑块和所述第二滑块在所述第一传动件和所述第二传动件的作用下以相反的方向同步移动。
可选的,所述第一传动件包括第一齿条,所述第二传动件包括第二齿条,所述转动部件包括第五齿轮,所述第一齿条和第二齿条均与所述第五齿轮相啮合,所述第一齿条和所述第二齿条相平行且相对设置;所述第一齿条和所述第二齿条被配置为,在所述第五齿轮转动的驱动下,所述第一齿条和所述第二齿条沿相反的方向同速运动;所述第一滑块和所述第二滑块在所述第一齿条和所述第二齿条的带动下沿相反的方向移动,且位移量相等。
可选的,所述第一传动件包括第一传动臂,所述第二传动件包括第二传动臂,所述转动部件包括转动盘;所述第一传动臂的一端可转动地连接于所述第一滑块,所述第一传动臂的另一端可转动地连接于所述转动盘;所述第二传动臂的一端可转动地连接于所述第二滑块,所述第二传动臂的另一端可转动地连接于所述转动盘;所述第一滑块和所述第二滑块被配置为,在所述第一传动臂和所述第二传动臂的驱动下,沿相反的方向同步移动。
可选的,在所述丝传动结构处于初始状态时,所述第一传动臂与所述转动盘的连接点相对于所述基准面的距离大于所述第一传动臂与所述第一滑块的连接点相对于所述基准面的距离;所述第二传动臂与所述转动盘的连接点相对于所述基准面的距离大于所述第二传动臂与所述第二滑块的连接点相对于所述基准面的距离。
可选的,在所述丝传动结构处于初始状态时,所述第一传动臂和所述第二传动臂关于所述基准面对称。
可选的,在所述丝传动结构处于初始状态时,所述第一传动臂与所述转动盘的连接点、所述第二传动臂与所述转动盘的连接点与所述转动盘的转动轴线在同一平面上。
可选的,所述第一传动件包括第一传动丝段,所述第二传动件包括第二传动丝段,所述转动部件包括第三丝轮以及第四丝轮,所述第三丝轮与所述第四丝轮间隔设置于所述基座,所述第三丝轮被配置为在所述第三驱动轴的驱动下转动;所述第一传动丝段与所述第二传动丝段环绕设置于所述第三丝轮与所述第四丝轮,所述第一滑块固定连接于所述第一传动丝段,所述第二滑块固定连接于所述第二传动丝段;所述第一传动丝段和所述第二传动丝段被配置为,在所述第三丝轮的驱动下,环绕所述第三丝轮和所述第四丝轮运动;所述第一滑块和所述第二滑块在所述一传动丝段和所述第二传动丝段的驱动下沿相反的方向移动,且位移量相等。
可选的,所述第四丝轮可转动地设置于所述基座,所述第三丝轮的直径与所述第四丝轮的直径相等,所述第三丝轮的转动轴线与所述第四丝轮的转动轴线均位于所述基准面上。
可选的,所述丝传动结构包括第四传动组件,所述第四传动组件包括第六齿轮和与所述第六齿轮相啮合的第七齿轮,所述第六齿轮与所述第三驱动轴同轴固定连接;所述第七齿轮与所述转动部件同轴固定连接;所述第三驱动轴通过所述第六齿轮与所述第七齿轮驱动所述转动部件转动,所述第六齿轮与所述第七齿轮的传动比的范围在6:1~2:1之间。
可选的,所述丝传动结构还包括:第四驱动轴,可转动地设置于所述基座,用于驱动外部的器械杆自转。
可选的,所述丝传动结构还包括第五传动组件,所述第五传动组件包括第八齿轮和与所述第八齿轮相啮合的第九齿轮,所述第八齿轮与所述第四驱动轴同轴固定连接,所述第九齿轮用于与所述器械杆同轴固定连接,所述第四驱动轴用以通过所述第八齿轮与所述第九齿轮驱动所述器械杆转动。
根据本发明的另一个方面,还提供了一种手术器械,其包括如上所述的丝传动结构以及一器械末端组件;所述丝传动结构用于驱动所述器械末端组件运动。
可选的,所述器械末端组件包括第一关节,第二关节和第三关节,所述第三关节位于第一关节和第二关节的近端;
所述第一牵引体组的远端与所述第一关节连接;
所述第二牵引体组的远端与所述第二关节连接。
可选的,所述第三导向件被配置为使所述第三导向件和所述第一关节之间的所述第一牵引体组的两根牵引体与所述手术器械的轴线之间的夹角的范围分别在0°~10°之间;
所述第四导向件被配置为使所述第四导向件和所述第二关节之间的所述第二牵引体组的两根牵引体与所述手术器械的轴线之间的夹角的范围分别在0°~10°之间。
可选的,所述器械末端组件包括一器械末端基座和末端执行器,所述末端执行器与所述器械末端基座通过第二转轴转动连接;所述末端执行器包括两个可分别围绕第一转轴转动的开合臂,所述两个开合臂分别与所述第一牵引体组和第二牵引体组连接,所述两个开合臂被配置为,在所述第一牵引体组和第二牵引体组的驱动下分别围绕第一转轴转动;所述两个开合臂还被配置为,在所述第一牵引体组和第二牵引体组的共同驱动下围绕第二转轴转动。
可选的,所述手术器械还包括器械杆,所述器械杆用以供所述第一牵引体组和第二牵引体组穿设;所述器械杆的近端可转动地连接于所述基座,所述器械末端组件连接于所述器械杆的远端;所述丝传动结构还包括第四驱动轴,所述第四驱动轴可转动地设置于所述基座,用于驱动所述器械杆转动。
根据本发明的再一个方面,还提供了一种手术机器人,其包括至少一个机械臂,所述机械臂的末端与如上所述的手术器械可拆卸地连接。
综上所述,在本发明提供的丝传动结构、手术器械中及手术机器人中,丝传动结构包括基座、第一驱动轴、第二驱动轴、第三驱动轴、第一牵引体组、第二牵引体组、第一导向件、第二导向件、第三导向件以及第四导向件;所述第一驱动轴、第二驱动轴及第三驱动轴分别可转动地设置于所述基座,且第一驱动轴与第二驱动轴关于基座的基准面对称布置;每个牵引体组中包括两根连接在一个驱动轴上的牵引体,通过驱动轴的转动,可驱动与其对应的两根牵引体沿相反的方向运动,从而分别用于驱动器械末端组件的一个关节运动;所述第一导向件和第二导向件位于基准面的两侧,均沿基准面方向可移动地设置于所述基座,所述第一导向件和第二导向件被配置为在所述第三驱动轴的驱动下,以相反的方向同步移动,使所述第一牵引体组于所述第一驱动轴与所述第三导向件之间所限定的部分,和所述第二牵引体组于所述第二驱动轴与所述第四导向件之间所限定的部分的长度增减相反。
由此,第一牵引体组和第二牵引体组分别作为一个整体,通过第一导向件和第二导向件的作用,可驱动器械末端组件的第三个关节运动。如此配置,丝传动结构适于驱动具有多个自由度的器械末端组件的手术器械,特别适于具有三个及以上自由度的器械末端组件的手术器械,更特别适于具有三个及以上自由度的器械末端组件。而且,仅通过第一导向件和第二导向件的设置,即可实现同时对第一牵引体组和第二牵引体组进行驱动,传动结构简单,占用空间小;导向件数量较少,有利于提高传动效率。此外,通过驱动轴和导向件的结构和相对位置关系设置,可以实现丝传动结构的牵引体与第一导向件、第二导向件的包角小,有利于提高传动效率;第三导向件与第四导向件之间良好的对称结构,有利于改善三根驱动轴及结构件的受力状况,提高相关结构件的寿命,提高丝传动过程的准确性。
附图说明
本领域的普通技术人员将会理解,提供的附图用于更好地理解本发明,而不对本发明的范围构成任何限定。其中:
图1是本发明实施例一提供的手术器械的整体构成示意图;
图2是本发明实施例一提供的器械末端的示意图;
图3是本发明实施例一提供的丝传动结构的内部结构示意图;
图4是图3所示的丝传动结构的分解图;
图5是本发明实施例一提供的手术器械的传动示意简图;
图6是本发明实施例一提供的丝传动结构的俯视图;
图7是本发明实施例一提供的手术器械的传动示意图;
图8是本发明实施例一提供的手术器械的立体图;
图9是本发明实施例二提供的手术器械的传动示意简图;
图10是本发明实施例三提供的丝传动结构的内部结构示意图;
图11是本发明实施例三提供的手术器械的传动示意图;
图12是本发明实施例四提供的丝传动结构的内部结构示意图;
图13是图12所示的丝传动结构的分解图;
图14是本发明实施例四提供的手术器械的传动示意图;
图15是本发明实施例五提供的丝传动结构的内部结构示意图;
图16是图15所示的丝传动结构的分解图;
图17是本发明实施例五提供的手术器械的传动示意图;
图18是本发明实施例六提供的丝传动结构的内部结构示意图;
图19是图18所示的丝传动结构的分解图;
图20是本发明实施例六提供的手术器械的传动示意图;
图21是本发明实施例一提供的手术机器人的示意图。
附图中:
1-手术器械;2-医生控制台;3-主操作手;4-手术台车;5-侧手推车;6-机械臂;
10-丝传动结构;101-第一驱动轴;102-第二驱动轴;103-第三驱动轴;104-第四驱动轴;105-基座;107-第一通孔;108-基准面;111-第一牵引体;112-第二牵引体;113-第三牵引体;114-第四牵引体;115-第一牵引体固定块;116-第二牵引体固定块;117-第三牵引体固定块;118-第四牵引体固定块;121-第一导向轮;122-第二导向轮;123-第三导向轮;124-第四导向轮;125-第九导向轮;126-第十导向轮;127-第十一导向轮;128-第十二导向轮;129-第五导向轮;130-第六导向轮;131-第七导向轮;132-第八导向轮;141-第一滑块;1410-第二通孔;142-第二滑块;1420-第三通孔;143-传动杆;1431-第一外螺纹段;1432-第二外螺纹段;151-第三齿轮;152-第四齿轮;153-第一齿轮;154-第二齿轮;155-第五齿轮;156-第六齿轮;157-第七齿轮;158-第八齿轮;159-第九齿轮;161-第一丝轮;162-第二丝轮;163-第三丝轮;164-第四丝轮;165-第一传动丝;166-第二传动丝;1661-第一传动丝段;1662-第二传动丝段;167-第一凹槽;168-第二凹槽;171-第一齿条;172-第二齿条;181-第一传动臂;182-第二传动臂;183-转动盘;
20-器械杆;30-器械末端组件;301-第一开合臂;302-第二开合臂;303-俯仰座;304-器械末端基座;305-第一转轴;306-第二转轴;307-第三转轴。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚,以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是,附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外,附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的,各附图需要展示的侧重点不同,有时会采用不同的比例。
如在本说明书中所使用的,单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象,除非内容另外明确指出外。如在本说明书中所使用的,术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的,除非内容另外明确指出外,术语“近端”通常是靠近操作者的一端,术语“远端”通常是靠近手术器械之操作对象的一端。如果没有特别限定,在本说明书中,“近端”、“近侧”、“后部”、“后端”是指相对远离手术器械***作对象的一侧;相应的,“远端”、“远侧”、“前部”、“前端”是指相对靠近手术器械***作对象的一侧。
本发明的核心思想在于提供一种丝传动结构,其包括基座、第一驱动轴、第二驱动轴、第三驱动轴、第一牵引体组、第二牵引体组、第一导向件、第二导向件、第三导向件以及第四导向件;所述基座包括一基准面;所述第一牵引体组包括第一牵引体和第二牵引体,所述第一牵引体的一端与所述第二牵引体的一端均连接所述第一驱动轴,所述第一牵引体的另一端与所述第二牵引体的另一端均用以驱动外部的器械末端组件;所述第一牵引体和第二牵引体被配置为,在所述第一驱动轴转动的驱动下,所述第一牵引体和第二牵引体以相反的方向运动,优选,所述第一牵引体和第二牵引体的长度变化量相等;所述第二牵引体组包括第三牵引体和第四牵引体,所述第三牵引体的一端与所述第四牵引体的一端均连接所述第二驱动轴,所述第三牵引体的另一端与所述第四牵引体的另一端均用以驱动所述器械末端组件;所述第三牵引体和第四牵引体被配置为,在所述第二驱动轴转动的驱动下,所述第三牵引体和第四牵引体以相反的方向运动,优选,所述第三牵引体和第四牵引体的长度变化量相等;所述第一导向件用以改变所述第一牵引体组的延伸方向,所述第二导向件用以改变所述第二牵引体组的延伸方向,且所述第一导向件和第二导向件位于所述基准面的两侧,所述第一导向件和所述第二导向件均沿所述基准面方向可移动地设置于所述基座;所述第三导向件和所述第一驱动轴位于所述基准面的同侧,且所述第三导向件相对于所述第一驱动轴位于所述基座的远端,所述第三导向件用于在所述第一导向件之后进一步改变所述第一牵引体组的延伸方向;所述第四导向件和所述第二驱动轴位于所述基准面的同侧,且所述第四导向件相对于所述第二驱动轴位于所述基座的远端,所述第四导向件用于在所述第二导向件之后进一步改变所述第二牵引体组的延伸方向;所述第一导向件和第二导向件还被配置为,所述第一导向件和所述第二导向件在所述第三驱动轴的驱动下,以相反的方向同步移动,使所述第一牵引体组于所述第一驱动轴与所述第三导向件之间所限定的部分,和所述第二牵引体组于所述第二驱动轴与所述第四导向件之间所限定的部分的长度增减相反。
如此配置,丝传动结构适于驱动具有多个自由度的器械末端组件的手术器械,特别适于具有三个及以上自由度的器械末端组件的手术器械,更特别适于具有三个及以上自由度的器械末端组件。每个牵引体组中包括两根连接在一个驱动轴上的牵引体,通过驱动轴的转动,可带动与其对应的两根牵引体沿相反的方向运动,优选长度变化量相等,从而分别用于驱动手术器械的器械末端组件的一个关节运动。进而,第一牵引体组和第二牵引体组分别作为一个整体,分别通过第一导向件和第二导向件相反方向的移动的作用,使得第一牵引体组于所述第一驱动轴与所述第三导向件之间所限定的部分,和所述第二牵引体组于所述第二驱动轴与所述第四导向件之间所限定的部分长度增减相反,从而用于驱动手术器械的器械末端组件的第三个关节运动。由此,实现了通过四根牵引体驱动的器械末端组件的三个关节的运动。如此,仅通过第一导向件和第二导向件的设置,即可实现同时对第一牵引体组和第二牵引体组进行驱动,传动结构简单,占用空间小;导向件数量较少,有利于提高传动效率。
以下参考附图进行描述。
【实施例一】
请参考图1至图8,以及图21,其中,图1是本发明实施例一提供的手术器械的整体构成示意图,图2是本发明实施例一提供的器械末端的示意图,图3是本发明实施例一提供的丝传动结构的内部结构示意图,图4是图3所示的丝传动结构的分解图,图5是本发明实施例一提供的手术器械的传动示意简图,图6是本发明实施例一提供的丝传动结构的俯视图,图7是本发明实施例一提供的丝传动结构的传动示意图,图8是本发明实施例一提供的手术器械的立体图,图21是本发明实施例一提供的手术机器人的示意图。
如图1所示,本发明实施例一提供一种手术器械,其包括:丝传动结构10、器械杆20与器械末端组件30,所述丝传动结构10通过所述器械杆20与所述器械末端30组件连接。所述丝传动结构10用以驱动所述器械末端组件30运动。在一个示范性实施例中,所述手术器械中的丝传动结构10与一外部动力装置(如电机)卡接。在动力装置的驱动下,实现器械末端组件30的运动,进而实现对人体组织器官的手术操作。
下面参考图2至图8,对本发明实施例提供的丝传动结构10进行说明。丝传动结构10包括基座105、第一驱动轴101、第二驱动轴102、第三驱动轴103、第一牵引体组、第二牵引体组、第一导向件、第二导向件、第三导向件以及第四导向件。
其中,所述第一驱动轴101、第二驱动轴102及第三驱动轴103分别可转动地设置于所述基座105。所述基座105具有一基准面108,所述第一驱动轴101、第二驱动轴102分别置于基准面108的两侧,优选关于基准面108对称布置。所述第一牵引体组包括第一牵引体111和第二牵引体112,所述第一牵引体111的一端与所述第二牵引体112的一端均连接所述第一驱动轴101,所述第一牵引体111的另一端与所述第二牵引体112的另一端均用以驱动器械末端组件30;所述第一牵引体111和第二牵引体112被配置为,在所述第一驱动轴101转动的驱动下,所述第一牵引体111和第二牵引体112以相反的方向运动,优选,所述第一牵引体111和第二牵引体112的长度变化量相等。由此,第一牵引体组的两个牵引体(第一牵引体111和第二牵引体112)能够用于驱动手术器械的器械末端组件30的一个关节运动。这里的“基准面”可以是一个实体的组件,也可以是一个虚拟的组件,以便于说明驱动轴、导向件等相对位置关系。
所述第二牵引体组包括第三牵引体113和第四牵引体114,所述第三牵引体113的一端与所述第四牵引体114的一端均连接所述第二驱动轴102,所述第三牵引体113的另一端与所述第四牵引体114的另一端均用以驱动所述器械末端组件30;所述第三牵引体113和第四牵引体114被配置为,在所述第二驱动轴102转动的驱动下,所述第三牵引体113和第四牵引体114以相反的方向运动,优选,所述第三牵引体113和第四牵引体114的长度变化量相等。由此,第二牵引体组的两个牵引体(第三牵引体113和第四牵引体114)能够用于驱动手术器械的器械末端组件30的另一个关节运动。第一牵引体111和第二牵引体112的长度变化量、所述第三牵引体113和第四牵引体114的长度变化量可以稍许不相等。此时需要整个***,例如牵引体的弹性伸长,来补偿第一牵引体111和第二牵引体112之间、所述第三牵引体113和第四牵引体114之间长度变化量的差异。
所述第一导向件用以改变所述第一牵引体组的延伸方向,所述第二导向件用以改变所述第二牵引体组的延伸方向。所述第一导向件、第二导向件位于基准面108两侧,例如所述第一导向件与所述第一驱动轴101位于同侧,所述第二导向件与所述第二驱动轴102位于同侧。优选,所述第一导向件、第二导向件相对于基准面108的距离相同。且所述第一导向件、第二导向件被配置为,在第三导向轮103的驱动下,沿平行于基准面的方向可移动地设置于所述基座,且第一导向件、第二导向件以相反的方向同步移动。在本实施例中,所述丝传动结构10包括滑块组。所述滑块组包括第一滑块141和第二滑块142,所述第一导向件位于所述第一滑块141上,所述第二导向件位于所述第二滑块142上。为了实现所述第一导向件、第二导向件能在第三导向轮103的驱动下,沿基准面延伸方向可移动地设置于所述基座,且第一导向件、第二导向件以相反的方向同步移动,所述第一滑块141和第二滑块142均被配置为可移动地设置于所述基座105;且所述第一滑块141和所述第二滑块142沿所述基准面108的方向移动;所述第一滑块141和第二滑块142在所述第三驱动轴103的驱动下沿相反的方向运动。在其它的一些实施例中,传动结构1也可以不包括滑块组,而第一导向件和第二导向件直接可移动地设置于基座105上。
所述第三导向件和第四导向件均设置于所述基座105。其中,第三导向件相对于第一驱动轴101位于基座105的远端,所述第三导向件用于在所述第一导向件之后进一步改变第一牵引体组的延伸方向;第四导向件相对于第二驱动轴102位于基座105的远端,所述第四导向件用于在所述第二导向件之后进一步改变第二牵引体组的延伸方向。所述第一导向件和所述第二导向件被配置为,随着所述第一导向件和所述第二导向件的移动,所述第一牵引体组于所述第一驱动轴101与所述第三导向件之间所限定的部分,和所述第二牵引体组于所述第二驱动轴102与所述第四导向件之间所限定的部分的长度增减相反。这里所述的长度增减相反是指,若第一牵引体组于第一驱动轴101与所述第三导向件之间所限定的部分长度增加,则第二驱动轴102与所述第四导向件之间所限定的部分的长度减少;反之若第一牵引体组于第一驱动轴101与所述第三导向件之间所限定的部分长度减少,则第二驱动轴102与所述第四导向件之间所限定的部分的长度增加。如此配置,第一牵引体组和第二牵引体组分别作为一个整体,通过第一导向件和第二导向件的作用,于第三导向件和第四导向件至器械末端组件30之间部分的长度增减相反,从而用于驱动手术器械的器械末端组件30的第三个关节运动。优选的,所述第一牵引体组和第二牵引体组于第三导向件和第四导向件至器械末端组件30之间部分的长度增减量相等。所述第一牵引体组和第二牵引体组于第三导向件和第四导向件至器械末端组件30之间部分的长度增减量可以稍许不相等。此时需要整个***,例如牵引体的弹性伸长,来补偿两个牵引体组长度增减量之间的差异。
在一个示范性的实施例中,基座105为一板状件,第一驱动轴101的转动轴线、第二驱动轴102的转动轴线以及第三驱动轴103的转动轴线均垂直于所述基座105设置。所述第一驱动轴101、第二驱动轴102位于基座105的近端。所述第一驱动轴101、第二驱动轴102关于基准面108对称布置于基座105。即所述基准面108与所述第一驱动轴101、第二驱动轴102轴线形成的平面垂直,且基准面108上任一点到第一驱动轴101、第二驱动轴102轴线的距离相等。所述第三驱动轴103位于第一驱动轴101、第二驱动轴102的远端。在一个示例中,所述第三驱动轴103与第一驱动轴101位于所述基准面108的同侧。优选,所述第三驱动轴103的转动轴线与第一驱动轴101的转动轴线形成的平面与基准面108平行。当然在另外的示例中,所述第三驱动轴103也可以与第二驱动轴102位于基准面108的同侧。此时,所述第三驱动轴103的转动轴线与第二驱动轴102的转动轴线形成的平面优选与基准面108平行。所述第一牵引体组与第二牵引体组用以驱动器械末端组件30的一端位于所述第一驱动轴101与所述第二驱动轴102之转动轴线连线的远端侧。
优选的,在所述丝传动结构处于初始状态时,所述第一导向件和所述第二导向件位于所述第一驱动轴101与所述第二驱动轴102之转动轴线连线的远端侧。优选的,在丝传动结构处于初始状态时,所述第一导向件和所述第二导向件关于基准面108对称布置。优选的,所述丝传动结构还包括第五导向件与第六导向件,所述第五导向件与第六导向件均设置于所述基座105上,且所述第五导向件与所述第六导向件关于所述基准面108对称布置,所述第五导向件用以在第一导向件之前改变第一牵引体组的延伸方向,所述第六导向件用以在第二导向件之前改变第二牵引体组的延伸方向。所述第五导向件和所述第六导向件分别位于所述第一驱动轴101与所述第二驱动轴102的远端。而且,在丝传动结构处于初始状态时,所述第一导向件和所述第二导向件均位于所述第五导向件和所述第六导向件的近端侧,所述第一导向件和所述第二导向件可以位于所述第一驱动轴101与所述第二驱动轴102之转动轴线连线的远端侧,也可以位于所述第一驱动轴101与所述第二驱动轴102之转动轴线连线的近端侧。这里,当丝传动结构处于“初始状态”,是指被第一牵引体组和第二牵引体组共同驱动的器械末端组件30的第三个关节处于零位时丝传动结构的状态。零位为人为设定的基准点,作为关节在其他位置下位置描述的基准。此时,所述第一牵引体组于所述第一驱动轴101与所述第三导向件之间所限定的部分,和所述第二牵引体组于所述第二驱动轴102与所述第四导向件之间所限定的部分的长度相等。丝传动结构处于“初始状态”时,还可以进一步限制所述第一牵引体组内的第一牵引体和第二牵引体的长度相等;所述第二牵引体组内的第三牵引体和第四牵引体的长度相等时丝传动结构。相应地,被第一牵引体组驱动的器械末端组件30的第一个关节没有偏摆,被第二牵引体组驱动的器械末端组件30的第二个关节没有偏摆。
优选的,如图3所示,所述第一导向件包括可转动的第一导向轮121和可转动的第二导向轮122,所述第一导向轮121和第二导向轮122同轴布置。第一导向轮121和第二导向轮122的转动轴线垂直于基座105。第一导向轮121和第二导向轮122两者相对于基座105的距离不同,即第一导向轮121和第二导向轮122这两个导向轮相对于基座105而言是上下叠置的。其中,第一导向轮121用以改变第一牵引体111的延伸方向,第二导向轮122用以改变第二牵引体112的延伸方向。所述第二导向件包括可转动的第三导向轮123和可转动的第四导向轮124,所述第三导向轮123和第四导向轮124同轴布置。第三导向轮123和第四导向轮124的转动轴线垂直于基座105。第三导向轮123和第四导向轮124两者相对于基座105的距离不同。第三导向轮123用以改变第三牵引体113的延伸方向,第四导向轮124用以改变第四牵引体114的延伸方向。第一导向件的轴线(例如,所述第一导向轮121和所述第二导向轮122的转动轴线)、以及第二导向件的轴线(例如,所述第三导向轮123和所述第四导向轮124的转动轴线)即垂直于基座105。较佳的,第一导向轮121相对于基座105的距离小于第二导向轮122相对于基座105的距离;第三导向轮123相对于基座105的距离小于第四导向轮124相对于基座105的距离。如此,第一导向件的两个导向轮(第一导向轮121和第二导向轮122)适配于第一驱动轴101的两个牵引体固定块(第一牵引体固定块115和第二牵引体固定块116,下文具体描述);同样的,第二导向件的两个导向轮适配于第二驱动轴102的两个牵引体固定块(第三牵引体固定块117和第四牵引体固定块118,下文具体描述),能有效避免第一牵引体111和第二牵引体112之间及第三牵引体113和第四牵引体114之间发生交错和剐蹭。在一替代性实施例中,所述第一驱动轴101的第一牵引体固定块115距离基座105的距离大于第二牵引体固定块116距离基座105的距离,相应的,第一导向轮121相对于基座105的距离大于第二导向轮122相对于基座105的距离。同样的,第三牵引体固定块117距离基座105的距离大于第四牵引体固定块118距离基座105的距离,相应的,第二导向件的第三导向轮123相对于基座105的距离大于第四导向轮124相对于基座105的距离。需理解,本实施例对第一导向件、第二导向件的具体形式没有特别的限制,第一导向件和第二导向件可为导向轮组成的导向轮组,还可以为柱体或导向沟,优选为表面光滑的柱体或导向沟以降低摩擦力。第一牵引体组和第二牵引体组通过围绕在所述柱体或导向沟上滑动而改变延伸方向等。
所述第三导向件和第四导向件位于基座105的远端。优选,所述第三导向件与所述第四导向件关于所述基准面108对称布置。更优选,所述第三导向件与第一驱动轴101位于所述基准面108的一侧,所述第四导向件与第二驱动轴102位于所述基准面108的另一侧。第一驱动轴101与第二驱动轴102之间、第三导向件与第四导向件之间、第一导向件与第二导向件之间良好的对称结构,以及滑块组的第一滑块141和第二滑块142的移动轴线位于基准面108上等设置,有利于改善三根驱动轴及结构件的受力状况,提高相关结构件寿命,提高丝传动过程的准确性。进一步,基座105上还开设有第一通孔107,第一通孔107的轴线置于所述基准面108上,优选,第一通孔107的轴线垂直于所述基座105。第三导向件和第四导向件位于第一通孔107靠近所述第一驱动轴101、第二驱动轴102的一侧。第一牵引体组自第一驱动轴101延伸经过第一导向件后,经由所述第三导向件改变延伸方向,穿过所述第一通孔107;第二牵引体组自第二驱动轴102延伸经过第二导向件后,经由所述第四导向件改变延伸方向,亦穿过所述第一通孔107。进而第一牵引体组和第二牵引体组延伸通过器械杆20,后与器械末端组件30连接。当然,第一牵引体组和第二牵引体组在分别延伸经过第三导向件、第四导向件后还可以经过其他组件,例如第一牵引体组和第二牵引体组在其它导向件约束后再与器械末端组件30连接。本实施例对此不作限定。优选的,第三导向件被配置为使第一导向件和第三导向件之间的第一牵引体组的两根牵引体(第一牵引体111和第二牵引体112)与基座105之间的夹角的范围分别在0°~10°之间,优选在0°~5°之间,进一步优选为0°;第四导向件被配置为使第二导向件和第四导向件之间的第二牵引体组的两根牵引体(第三牵引体113和第四牵引体114)与基座105之间的夹角的范围分别在0°~10°之间,优选在0°~5°之间,进一步优选为0°。例如,所述丝传动结构10还包括导向件支承座,用于调整第三导向件、第四导向件的高度,以调整导向件之间的牵引体与基座105之间的夹角。进一步,所述第三导向件包括可转动的第五导向轮129和可转动的第六导向轮130,第五导向轮129用以在第一导向轮121之后进一步改变第一牵引体111的延伸方向,第六导向轮130用以在第二导向轮122之后进一步改变第二牵引体112的延伸方向;所述第四导向件包括可转动的第七导向轮131和可转动的第八导向轮132,第七导向轮131用以在第三导向轮123之后进一步改变第三牵引体113的延伸方向,第八导向轮132用以在第四导向轮124之后进一步改变第四牵引体114的延伸方向。优选,所述第五导向轮129和所述第六导向轮130同轴向布置,所述第七导向轮131和所述第八导向轮132同轴向布置。优选的,所述第三导向件的轴线(例如第五导向轮129和第六导向轮130的转动轴线)和第四导向件的轴线(例如第七导向轮131和第八导向轮132的转动轴线)均平行于所述基座105。如此配置,能将第一牵引体组和第二牵引体组的延伸方向改变为垂直于基座105方向延伸,便于连接器械末端组件30。器械杆20为中空的管状体,其一端垂直连接于所述基座105,另一端连接器械末端组件30,所述器械杆20用以供所述第一牵引体组和第二牵引体组穿设。较佳的,器械杆20的轴线与第一通孔107的轴线重合。
进一步的,所述第五导向件包括可转动的第九导向轮125及可转动的第十导向轮126,所述第六导向件包括可转动的第十一导向轮127及可转动的第十二导向轮128。其中,第九导向轮125用以在所述第一导向轮121之前改变所述第一牵引体111的延伸方向;第十导向轮126用以在第二导向轮122之前改变所述第二牵引体112的延伸方向;第十一导向轮127用以在第三导向轮123之前改变第三牵引体113的延伸方向;第十二导向轮128用以在第四导向轮124之前改变第四牵引体114的延伸方向。例如,所述第一牵引体111在第九导向轮125的约束下先向远端延伸,绕过第九导向轮125后向近端延伸,通过第一导向轮121后再向远端延伸。其余的牵引体采用类似方式延伸。优选,第九导向轮125和第十导向轮126同轴布置,第十一导向轮127和第十二导向轮128同轴布置。优选的,所述第五导向件的轴线(例如第九导向轮125和第十导向轮126的转动轴线)和第六导向件的轴线(例如第十一导向轮127和第十二导向轮128的转动轴线)均垂直于所述基座105。如此配置,在牵引体组由驱动轴延伸至第一导向件和第二导向件之前,利用第五导向件和第六导向件改变方向,可以实现丝传动结构中的第一牵引体组与第一导向件之间、第二牵引体组与第二导向件之间的包角增大,可使得牵引体组围绕于第一导向件和第二导向件时具有更大的接触面(即牵引体与导向轮的接触周长更长),进一步提高了第一导向件和第二导向件对第一牵引体组和第二牵引体组的引导可靠性,同时可充分利用基座105的空间来自由布置第一驱动轴101和第二驱动轴102,有利于缩小整个丝传动结构10的体积。
以下对驱动轴与牵引体的关系进行说明,所述第一牵引体111与所述第一驱动轴101的连接点与所述基座105之间的距离不同于所述第二牵引体112与所述第一驱动轴101的连接点与所述基座105之间的距离;所述第三牵引体113与所述第二驱动轴102的连接点与所述基座105之间的距离不同于所述第四牵引体114与所述第二驱动轴102的连接点与所述基座105之间的距离。以第一驱动轴101为例,第一驱动轴101上设有第一牵引体固定块115和第二牵引体固定块116,该第一牵引体固定块115和第二牵引体固定块116即分别被配置为第一牵引体111与第一驱动轴101的连接点,以及第二牵引体112与第一驱动轴101的连接点。优选,其中第一牵引体固定块115距离基座105的距离小于第二牵引体固定块116距离基座105的距离。第一牵引体111和第二牵引体112分别以不同的方向卷绕连接于第一驱动轴101上。具体的,第一牵引体111的一端固定于第一牵引体固定块115,并正向(如顺时针)卷绕于第一驱动轴101上,第一牵引体111的另一端用以驱动器械末端组件30;第二牵引体112的一端固定于第二牵引体固定块116,并反向(如逆时针)卷绕于第一驱动轴101上,第二牵引体112的另一端用以驱动器械末端组件30。第一牵引体111,第二牵引体112缠绕的圈数根据器械末端组件30的行程等来确定。当第一驱动轴101正向转动时,带动第二牵引体112围绕第一驱动轴101的轴线正向转动(如顺时针转动)而卷绕于第一驱动轴101上,同时带动第一牵引体111围绕第一驱动轴101的轴线正向转动而从第一驱动轴101上解绕(此处第一牵引体111可预先在第一驱动轴101卷绕有若干圈);而当第一驱动轴101反向转动时,则带动第一牵引体111围绕第一驱动轴101的轴线反向转动(如逆时针转动)而卷绕于第一驱动轴101上,同时带动第二牵引体112围绕第一驱动轴101的轴线反向转动而从第一驱动轴101上解绕(同样此处第二牵引体112可预先在第一驱动轴101卷绕有若干圈)。如此,第一牵引体111和第二牵引体112即以相反的方向运动且长度变化量相等。需要说明的是,这里围绕驱动轴之轴线的正向和反向仅代表相反的两个方向,并不限于正向为顺时针,反向为逆时针。如此配置,通过第一驱动轴101的转动,第一牵引体组的两根牵引体(即第一牵引体111和第二牵引体112)能够实现以相反的方向相对于第一驱动轴101一来一回运动,进而驱动手术器械的器械末端组件30的一关节运动。同样的,第二驱动轴102上设有第三牵引体固定块117和第四牵引体固定块118,并将第三牵引体固定块117和第四牵引体固定块118分别配置为第三牵引体113与第二驱动轴102的连接点,以及第四牵引体114与第二驱动轴102的连接点。优选,第三牵引体固定块117距离基座105的距离小于第四牵引体固定块118距离基座105的距离。第三牵引体113和第四牵引体114分别以不同的方向卷绕连接于第三牵引体固定块117和第四牵引体固定块118,其原理和结构与第一牵引体组和第一驱动轴101的连接方式相同。由此,通过第二驱动轴102的转动,第二牵引体组的两根牵引体能够实现以相反的方向相对于第二驱动轴102一来一回的运动,进而驱动手术器械的器械末端组件30的另一关节运动。需理解,本领域技术人员也可根据实际情况对牵引体固定块和牵引体的排布顺序和排布方式进行调整,如将第一牵引体固定块115和第二牵引体固定块116的上下位置交换等,本实施例对此不限。
进一步的,请参考图6,第一导向件的轴线在基座105所在的平面的投影设定为投影点A(例如,第一导向轮121,第二导向轮122同轴设置,且轴线垂直于基座105,两个导向轮轴线在基座105上投影重叠,形成投影点A),第二导向件的轴线在基座105所在的平面的投影设定为投影点A’(例如,第三导向轮123,第四导向轮124同轴设置,且轴线垂直于基座105,两个导向轮轴线在基座105上投影重叠,形成投影点A’),第五导向件的轴线在基座105所在的平面的投影设定为投影点B(例如,第九导向轮125,第十导向轮126同轴设置,且轴线垂直于基座105,两个导向轮轴线在基座105上投影重叠,形成投影点B),第六导向件的轴线在基座105所在的平面的投影设定为投影点B’(例如,第十一导向轮127,第十二导向轮128同轴设置,且轴线垂直于基座105,两个导向轮轴线在基座105上投影重叠,形成投影点B’)。自第一驱动轴101起始,第一牵引体组首先经过第五导向件,第一牵引体组的两根牵引体分别与第五导向件相切后,均围绕第五导向件并改变延伸方向,直至第一牵引体组与第三导向件再次相切于Q点(需理解,准确而言Q点为第一牵引体组与第五导向件再次相切的离开切点于基座105所在的平面的投影点)并离开第五导向件;进而,第一牵引体组延伸经过第一导向件并与第一导向件相切于P点(类似的,P点为第一牵引体组与第一导向件首次相切的进入切点于基座105所在的平面的投影点)后,围绕第一导向件并改变延伸方向,直至第一牵引体组与第一导向件再次相切于F点(类似的,F点为第一牵引体组与第一导向件再次相切的离开切点于基座105所在的平面的投影点)并离开第一导向件。类似的,自第二驱动轴102起始,第二牵引体组首先经过第六导向件,第二牵引体组的两根牵引体分别与第六导向件相切后,均围绕第六导向件并改变延伸方向,直至第二牵引体组与第六导向件再次相切于Q’点(类似的,Q’点为第二牵引体组与第六导向件再次相切的离开切点于基座105所在的平面的投影点)并离开第六导向件;进而,第二牵引体组延伸经过第二导向件并与第二导向件相切于P’点(类似的,P’点为第二牵引体组与第二导向件首次相切的进入切点于基座105所在的平面的投影点)后,围绕第二导向件并改变延伸方向,直至第二牵引体组与第二导向件再次相切于F’点(类似的,F’点为第二牵引体组与第二导向件再次相切的离开切点于基座105所在的平面的投影点)并离开第二导向件。在经过第一导向件变向后,第一牵引体组的第一牵引体111延伸经过第三导向件并与第五导向轮129相切于H点,第二牵引体112延伸经过第三导向件并与第六导向轮130相切于I点;在经过第二导向件变向后,第二牵引体组的第三牵引体113延伸经过第四导向件并与第七导向轮131相切于I’点,第四牵引体114延伸经过第四导向件并与第八导向轮132相切于H’点。需理解,H和I点为第一牵引体组与第三导向件首次相切的进入切点于基座105所在的平面的投影点,H’和I’点为第二牵引体组与第四导向件首次相切的进入切点于基座105所在的平面的投影点。所述第一至第六导向件的配置关系为:图中点Q与点Q',点H与点H',点I与点I'以及点B与点B'分别关于基准面108对称布置,当丝传动结构处于初始状态时,点P与点P',点F与点F’以及点A与点A'分别关于基准面108对称布置。优选的,满足如下几何关系:点P与点Q的连线PQ以及点P'与点Q'的连线P'Q'与基准面的夹角均小于10°;第一牵引体111上的HF段(即第一牵引体111被点H与点F所限定的部分);第二牵引体112上的IF段(即第二牵引体112被点I与点F所限定的部分);第三牵引体113上的I'F'段(即第三牵引体113被点I'与点F'所限定的部分);第四牵引体114上的H'F'段(即第四牵引体114被点H'与点F'所限定的部分)与基准面之间的夹角均小于10°。优选的,PQ连线平行于P'Q'连线,且平行于基准面108。
滑块组的第一滑块141和第二滑块142均可移动地设置于所述基座105,第一滑块141和第二滑块142沿平行于基准面108方向运动,即第一滑块141和第二滑块142的移动轴线位于所述基准面108上,且第一滑块141和第二滑块142在所述第三驱动轴103的驱动下沿相反的方向运动。优选,第一滑块141和第二滑块142的位移量相等。第一导向件和第二导向件分别设置于第一滑块141和第二滑块142。当第一滑块141向第一方向运动(如从远端向近端方向移动,如图6中向右)且第二滑块142向第一方向的相反的方向运动(如从近端向远端方向移动,如图6中向左)时,使第一导向件驱动由所述第一驱动轴101与所述第三导向件之间所限定的所述第一牵引体组,第二导向件驱动由所述第二驱动轴107与所述第四导向件之间所限定的第二牵引体组运动。当第一滑块141和第二滑块142运动时,第一牵引体组中的每个牵引体整体长度不发生变化,而第一驱动轴101至第一导向件的距离和第一导向件至第三导向件的距离发生了变化,导致了每个牵引体被第一驱动轴101至第三导向件所限定的部分长度发生变化,每个牵引体从第三导向件至远端(即与器械末端组件30连接的一端)的长度相应的也发生变化,产生第一长度变化量。另一方面与第一牵引体组类似的,第二牵引体组中的两根牵引体从第二驱动轴至第四导向件的长度也发生变化,产生第二长度变化量。进一步,所述第一导向件和第二导向件被配置为使第一长度变化量与第二长度变化量增减相反,即长度变化增减的趋势相反(例如,一个变长,一个变短)。在第一长度变化量与第二长度变化相反(例如,一个变长,一个变短)时,所述第一牵引体组和第二牵引体组能够作为一组相配合的牵引体对,实现驱动外部的器械末端组件30相应的第三个关节运动。由此,通过第三驱动轴103的转动,第一牵引体组和第二牵引体组能够实现一来一回的运动,进而驱动手术器械之器械末端组件30的第三个关节运动。需理解,本实施例对第一导向件、第二导向件的具体形式没有特别的限制,第一导向件和第二导向件可为导向轮组成的导向轮组,还可以为柱体或导向沟,优选为表面光滑的柱体或导向沟以降低摩擦力。第一牵引体组和第二牵引体组通过围绕在所述柱体或导向沟上滑动而改变延伸方向等。优选的,所述丝传动结构还包括设置于基座105上的限位座。所述限位座具有两个限位轨道,所述两个限位轨道沿平行于所述基准面108的方向间隔设置,优选相对于所述基准面108的距离相同。所述第一滑块141和所述第二滑块142分别与一个所述限位轨道相适配,以在限位轨道所限定的方向移动。如此配置,保证了第一滑块141和第二滑块142只具有沿平行于基准面108方向的移动自由度,而被限定了其它方向的自由度和转动自由度,避免了第一滑块141和第二滑块142在运动中滑脱。进一步,所述第五导向件和第六导向件分别设置于一个限位轨道上,通过限位轨道支撑第五导向件和第六导向件。
进一步,请参考图3至图5,在本实施例中,所述第一滑块141具有第二通孔1410,所述第二滑块142具有第三通孔1420,所述第二通孔1410与第三通孔1420同轴间隔布置,所述丝传动结构10还包括传动杆143,所述传动杆143被配置为在所述第三驱动轴103的驱动下转动,所述传动杆143包括同轴固定连接的第一外螺纹段1431与第二外螺纹段1432,所述第一外螺纹段1431与第二外螺纹段1432的螺旋方向相反且螺距相同。所述第二通孔1410和第三通孔1420分别具有与所述第一外螺纹段1431与第二外螺纹段1432相匹配的内螺纹。所述第一滑块141和第二滑块142被配置为,在所述第一外螺纹段1431与第二外螺纹段1432转动的驱动下,通过外螺纹与内螺纹的啮合传动,所述第一滑块141和第二滑块142沿平行于所述基准面108的方向,以相反的方向运动,且位移量相等。优选,所述传动杆143的轴线、第二通孔1410与第三通孔1420位于基准面108上,更优选的,传动杆143的轴线、第二通孔1410与第三通孔1420均平行于基座105。可选的,所述丝传动结构还包括第二传动组件,所述第二传动组件包括第三齿轮151和与所述第三齿轮151相啮合的第四齿轮152,所述第三齿轮151与所述第三驱动轴103固定连接,所述第四齿轮152与所述传动杆143固定连接,所述第三驱动轴103用以通过所述第三齿轮151与所述第四齿轮152驱动所述传动杆143转动,其中,所述第三齿轮151与所述第四齿轮152的传动比的范围在6:1~2:1之间。发明人惊讶的发现,在第一驱动轴101和第二驱动轴102驱动器械末端组件30中的两个关节工作时,第三驱动轴103在驱动第三个关节运动时,该第三个关节的运动较为困难。经过分析,发明人发现在第一驱动轴101、第二驱动轴102驱动器械末端组件30中的两个关节工作时,第一牵引体组、第二牵引体组中的一根牵引体处于绷紧状态。如果此时第三驱动轴103再驱动第三个关节运动时,需要使已经处于绷紧状态的牵引体再产生位移,这需要对牵引体施加较大的作用力。在外部驱动手术器械的电机选型不变的情况下,发明人创造性的通过第三齿轮151与第四齿轮152之间高传动比的传动连接,可实现对器械末端组件30增力的效果,从而解决了第三个关节运动困难的问题。考虑到丝传动结构的空间紧凑性,优选第三齿轮151与第四齿轮152之间的传动比大于2,更优选为2~6,进一步优选为3~5。
优选的,第三齿轮151与第四齿轮152均为斜齿轮,第三齿轮151与第三驱动轴103同轴固定连接,第四齿轮152与传动杆143同轴固定连接。通过第三齿轮151与第四齿轮152两者的啮合,第三驱动轴103的转动轴线与传动杆143的转动轴线(即第一外螺纹段1431与第二外螺纹段1432的转动轴线)相垂直。第二通孔1410与第三通孔1420的设置方向均平行于传动杆143的转动轴线,第一滑块141和第二滑块142均被限制了相对于传动杆143的转动自由度,即第一滑块141和第二滑块142只能产生相对于传动杆143的平移自由度,而无法围绕传动杆143的转动轴线进行转动,传动杆143则被限制了沿轴向和径向的移动自由度,其仅能围绕自身的转动轴线转动。所述第一外螺纹段1431与第二外螺纹段1432的螺旋方向相反,第二通孔1410与第三通孔1420中的内螺纹的螺旋方向亦相反,如此配置,当传动杆143转动时,第一滑块141和第二滑块142即产生方向相反的平移运动。进而即可通过驱动第一牵引体组和第二牵引体组实现手术器械的一个自由度。
需要说明的,在其它一些可替代的实施例中,第三驱动轴103与传动杆143之间不限于仅采用两个斜齿轮进行传动,如还可以采用更多的齿件进行传动,或采用伞型齿轮或蜗轮蜗杆的形式等进行传动,其均为本领域技术人员容易实现的替换。
通过上述配置,实现了仅通过四根牵引体驱动器械末端组件30的三个关节的运动。此外,仅通过滑块组和导向件的设置,即可实现同时对第一牵引体组和第二牵引体组进行驱动,传动结构简单,占用空间小,导向件数量较少,有利于提高传动效率。
进一步,所述丝传动结构10还包括第四驱动轴104,第四驱动轴104可转动地设置于所述基座105。较佳的,第四驱动轴104垂直于基座105。较佳的,第三驱动轴103与第四驱动轴104关于所述基准面108对称布置。较佳的,第二传动轴102的轴线与第四驱动轴104的轴线形成的平面与所述基准面108平行。器械杆20可转动的设置于基座105,器械杆20被配置为在所述第四驱动轴104的驱动下转动。具体而言,所述丝传动结构还包括第五传动组件。所述第四驱动轴104通过第五传动组件与所述器械杆20连接,以使所述器械杆20被所述第四驱动轴104驱动。例如,所述第五传动组件包括第八齿轮158,所述第八齿轮158与所述第四驱动轴104同轴固定连接。所述第五传动组件还包括与所述第八齿轮158相啮合的第九齿轮159,所述第九齿轮159用于与所述器械杆20同轴固定连接。所述第四驱动轴104用以通过所述第八齿轮158与第九齿轮159驱动所述器械杆20围绕自身的轴线转动。如此配置,第四驱动轴104围绕其转动轴线转动时,器械末端组件30能够绕器械杆20的轴线相对于基座105转动,以形成手术器械的转动自由度。需理解,在其它一些可替代的实施例中,所述第四驱动轴104还可以通过其他传动方式与所述器械杆20连接,例如可通过同步带传动、丝传动、链条传动或通过包括更多齿轮的齿轮组进行传动等。
请参考图2,其示出了本实施例提供的器械末端组件30,所述器械末端组件30具有三个自由度。所述器械末端组件包括第一关节,第二关节和第三关节,所述第三关节位于第一关节和第二关节的近端。所述第一牵引体组的远端与第一关节连接;所述第二牵引体组的远端与第二关节连接。具体而言,器械末端组件30包括一器械末端基座304和末端执行器。所述器械末端基座304与末端执行器通过第二转轴306转动连接,形成一俯仰自由度。所述末端执行器具有两个开合自由度。更具体的,所述末端执行器包括两个可分别围绕第一转轴305转动的开合臂,分别为第一开合臂301与第二开合臂302。进一步,所述丝传动结构10的第一牵引体组和第二牵引体组分别与所述第一开合臂301与第二开合臂302连接,用以驱动所述第一开合臂301与第二开合臂302围绕第一转轴305转动,所述第一牵引体组和第二牵引体组还用以共同驱动所述器械末端组件30相对于所述器械末端基座304围绕第二转轴306的做俯仰运动。优选,所述第一转轴305的旋转轴线与所述第二转轴306相垂直。在该实施例中,所述第一关节,第二关节分别由所述第一开合臂301、第二开合臂302与第一转轴形成,而第三关节则由器械末端基座304、末端执行器和第二转轴306形成。
进一步,器械末端组件30的器械末端基座304的近端与所述器械杆20固定连接,且近端端部开设有四个通道,分别用以供丝传动结构10的四根牵引体穿设。优选,所述第一牵引体组和第二牵引体组经过所述第三导向件和第四导向件导向后,延伸方向与第一通孔107的轴线大致平行,例如每个牵引体与手术器械的轴线之间的夹角的范围在0°~10°之间。更优选,这部分的第一牵引体组和第二牵引体组被配置位于第一通孔107的轴线附近,然后与所述器械末端组件30连接,以免第一牵引体组和第二牵引体组互相发生干扰,提高传递效率。器械末端基座304的远端形成有一支撑臂,用于与所述末端执行器可转动连接。进一步,所述末端执行器还包括一俯仰座303,所述俯仰座303通过第二转轴306套设于所述支撑臂,且俯仰座303相对于所述器械末端基座304可转动。第一开合臂301和第二开合臂302均通过第一转轴305装设于俯仰座303的远端,且第一开合臂301和第二开合臂302均可围绕第一转轴305转动。进一步,第一牵引体组的两根牵引体(第一牵引体111和第二牵引体112)在穿过器械末端基座304后,位于第二转轴306的转动轴线的同一侧(为便于叙述,称为第一侧),并分别由沿第二转轴306轴向依次设置两个末端导向轮引导变向进入第二转轴306的转动轴线的另一侧(称为第二侧),而后第一牵引体组的两根牵引体(第一牵引体111和第二牵引体112)以第一转轴305的周向不同侧的方式通过,并以不同的方向与第一开合臂301连接;而第二牵引体组的两根牵引体(第三牵引体113和第四牵引体114)在穿过器械末端基座304后,位于第二转轴306的第二侧,并分别由沿第二转轴306轴向依次设置另外两个末端导向轮引导变向至第二转轴306的第一侧,而后第二牵引体组的两根牵引体以第一转轴305的周向不同侧的方式通过,并以不同的方向与第二开合臂302连接。优选,在第一轴线与第二轴线之间,俯仰座303还设有第三轴线307,所述第三轴线307与第二轴线平行。俯仰座303还包括四个防滑导向轮,所述防滑导向轮的转动轴线即为第三轴线307,所述防滑导向轮用于防止牵引体从开合臂中滑脱。如此,当第一牵引体组中的两根牵引体以相反的方向运动时,第一牵引体组驱动第一开合臂301转动;第二牵引体组中的两根牵引体以相反的方向运动时,第二牵引体组驱动第二开合臂302转动;当第一牵引体组和第二牵引体组整体运动(即其一伸长,另一缩短)时,第一牵引体组和第二牵引体组能够驱动俯仰座303围绕第二转轴306转动。
以下结合附图7和附图8,对手术器械实现俯仰运动进行详细描述。
请参考图7(A)以及图8(A),其为本实施例提供的手术器械丝传动结构10处于初始状态,各个关节处于零位。此时,丝传动结构10的第一导向件、第二导向件处于初始位置。在此位置,第一导向件和第二导向件关于所述基准面108对称,第一牵引体组在所述第三导向件与器械末端组件30之间的长度与第二牵引体组在所述第四导向件与器械末端组件30之间的长度相等。进一步,第二牵引体112的长度与第四牵引体114的长度相等,第一牵引体111的长度与第三牵引体113的长度相等。例如,如图7(A)所示,器械末端组件30的俯仰座303相对于器械末端基座304无俯仰偏转的位置为零位。第一开合臂301和第二开合臂302没有开合转动时的位置为零位。此时,所述第一开合臂301和第二开合臂302的基准面为垂直第二轴线306且经过第一轴线305的平面。
请参考图7(B)以及图8(B),其为本实施例提供的手术器械处于向第二方向摆动时的状态。此时,滑块组中的第一滑块141被驱动向远离第一通孔107的方向移动,第二滑块142被驱动向朝向第一通孔107的方向移动。在此状态下,第一牵引体组在所述第三导向件与第一驱动轴101之间的长度大于第二牵引体组在所述第四导向件与第二驱动轴102之间的长度,相应的,第一牵引体组在所述第三导向件与第一开合臂301之间的长度小于第二牵引体组在所述第四导向件与第二开合臂302之间的长度。因此,器械末端组件30的俯仰座303围绕第二转轴306产生向第二方向(如沿图7(B)中围绕第二转轴306顺时针方向)的转动,进而俯仰座303相对于器械末端基座304向外侧偏转。
请参考图7(C)以及图8(C),其为本实施例提供的手术器械处于向第三方向摆动时的状态。此时,滑块组中的第一滑块141被驱动向朝向第一通孔107的方向移动,第二滑块142被驱动向远离第一通孔107的方向移动,在此状态下,第一牵引体组在所述第三导向件与第一驱动轴101之间的长度小于第二牵引体组在所述第四导向件与第二驱动轴102之间的长度,相应的,第一牵引体组在所述第三导向件与第一开合臂301之间的长度大于第二牵引体组在所述第四导向件与第二开合臂302之间的长度。因此,器械末端组件30的俯仰座303围绕第二转轴306产生向第三方向(如沿图7(C)中围绕第二转轴306逆时针方向)的转动,进而俯仰座303相对于器械末端基座304向内侧偏转。
需要说明的是,上述描述中的第二方向和第三方向仅代表相反的两个转动方向,并不限于第二方向为顺时针方向,第三方向为逆时针方向;而外侧与内侧仅代表相反的两个偏转方向,并非限定实际的内外关系,当俯仰座303产生内侧或外侧的偏转时,即为产生俯仰,其即实现了俯仰自由度。此外,上述的器械末端组件30的构型介绍只是为了便于解释丝传动结构和手术器械的原理,并不构成对本发明的限制。本领域技术人员可以根据手术器械的使用需求调整自由度的排布以及具体的构型。
进一步的,请参考图4,并结合图8(A)至图8(C),所述器械杆20的一端可转动地连接于所述基座101,所述器械末端组件30连接于所述器械杆20的另一端。即所述手术器械还包括一个转动自由度,所述器械末端组件30被配置为通过所述器械杆20相对于所述基座101的转动,形成所述转动自由度。具体的,当第四驱动轴104围绕其转动轴线转动时,通过第八齿轮158与第九齿轮159的传动,可驱动器械杆20围绕自身的轴线转动,进而带动与器械杆20固定连接的器械末端组件30围绕器械杆20的轴线转动,即形成所述转动自由度。
基于上述手术器械,本发明还提供一种手术机器人,其包括至少一个机械臂,所述机械臂6的末端与如上所述的手术器械1可拆卸地连接。具体如图21所示,所述手术机器人包括控制端和执行端,所述控制端包括设置有主操作手3的医生控制台2,所述执行端包括手术台车4和侧手推车5等设备,其中患者躺在手术台车4上进行手术。所述侧手推车5上设置有用于挂载手术器械1的机械臂6,所述机械臂6、手术器械1与所述主操作手3具有预定的映射关系,从而两者形成主从关系,机械臂6、手术器械1依据主操作手3的运动来操控手术器械实现各个方向的动作进而完成手术操纵。由于所述手术机器人包括如上所述的手术器械,故而也具备上述手术器械所带来的有益效果。本领域技术人员可根据现有技术对手术机器人的其它组件进行配置,本发明对此不再详述。
【实施例二】
本发明实施例二的丝传动结构及手术器械与实施例一基本相同,对于相同部分不再叙述,以下仅针对不同点进行描述。
请参考图9,其是本发明实施例二提供的手术器械的传动示意简图。
在本实施例二中,第三驱动轴103与传动杆143之间的传动方式与实施例一不同。具体的,如图9所示,所述丝传动结构还包括第三传动组件,用于将所述第三驱动轴103的驱动力传递至所述传动杆143。所述第三传动组件包括第一丝轮161和第二丝轮162,所述第一丝轮161与所述第二丝轮162之间通过第一传动丝165连接;所述第一丝轮161与所述第三驱动轴103固定连接;第一丝轮161的转动轴线垂直于第二丝轮162的转动轴线。所述第二丝轮162与所述传动杆143固定连接;所述第三驱动轴103用以通过所述第一丝轮161、所述第一传动丝165及所述第二丝轮162驱动所述传动杆143转动,其中,所述第一丝轮161与所述第二丝轮162的传动比的范围在6:1~2:1之间。优选的,第一丝轮161的转动轴线垂直于基座105,第二丝轮162的转动轴线平行于基座105,更优选的,第二丝轮162的转动轴线位于所述基准面108上。第一传动丝165沿第一丝轮161的周向缠绕后,延伸至第二丝轮162,并沿第二丝轮162的周向缠绕后,再以相反的方向缠绕于第一丝轮161,如此配置构成的丝传动形式,即可代实施例一中第三齿轮151与第四齿轮152构成的斜齿轮传动形式。而第一丝轮161与第二丝轮162之间较大的传动比,可实现对器械末端组件30之俯仰关节的增力效果。
【实施例三】
本发明实施例三的丝传动结构及手术器械与实施例一基本相同,对于相同部分不再叙述,以下仅针对不同点进行描述。
请参考图10和图11,其中,图10是本发明实施例三提供的丝传动结构的内部结构示意图,图11是本发明实施例三提供的手术器械的传动示意图。
在本实施例三中,传动杆143的设置形式与实施例一不同。具体的,如图10和图11所示,所述传动杆143包括平行布置的第一子传动杆和第二子传动杆,所述第一外螺纹段1431固定设置于所述第一子传动杆上,所述第二外螺纹段1432固定设置于所述第二子传动杆上,所述第二通孔与第三通孔相平行,其内部亦具有与对应的外螺纹段相适配的内螺纹,以与两个外螺纹段相适配;所述第一外螺纹段1431与第二外螺纹段1432的螺旋方向相同,且所述两个子传动杆的转动方向相反;或者,所述第一外螺纹段1431与第二外螺纹段1432的螺旋方向相反,且所述两个子传动杆的转动方向相同。可以理解的,以上两种螺旋配置情况,都可以使得第一子传动杆和第二子传动杆在同步转动时,驱动第一滑块141和第二滑块142沿相反的方向运动。
进一步的,所述丝传动结构还包括第一传动组件,所述第一传动组件包括第一齿轮153和第二齿轮154,所述第一齿轮153与所述第一子传动杆固定连接,所述第二齿轮154与所述第二子传动杆固定连接;所述第一子传动杆用以通过所述第一齿轮153与第二齿轮154驱动所述第二子传动杆转动;其中,所述第一齿轮153与所述第二齿轮154相啮合;或者所述第一传动组件还包括变向齿轮(未图示),所述第一齿轮153与所述第二齿轮154通过所述变向齿轮相啮合。当第一齿轮153与第二齿轮154相啮合时,第一子传动杆与第二子传动杆沿相反的方向转动,此时适配于第一外螺纹段1431与第二外螺纹段1432的螺旋方向相同的配置。需理解,这里第一齿轮153与第二齿轮154相啮合应广义理解为,第一齿轮153与第二齿轮154之间还可以包括偶数个传动齿轮,以实现传动。当第一齿轮153与第二齿轮154不直接啮合,而通过变向齿轮(可理解变向齿轮为奇数个)相啮合时,第一子传动杆与第二子传动杆沿相同的方向转动,此时适配于第一外螺纹段1431与第二外螺纹段1432的螺旋方向相反的配置。
更进一步,所述第一齿轮153和所述第二齿轮154的传动比,与所述第二外螺纹段1432和所述第一外螺纹段1431的螺距比相等。如此配置,可保证第一滑块141和第二滑块142在运动方向相反的前提下,以相同的速率运动,两者的位移量相等。优选的,第一齿轮153和第二齿轮154均为外啮合齿轮,第一齿轮153和第二齿轮154的结构参数相同,第一外螺纹段1431和第二外螺纹段1432的螺距亦相同。
可选的,第三驱动轴103可选择性地与第一子传动杆和第二子传动杆中的任一个传动连接,以实现对两个子传动杆的驱动。第三驱动轴103与任一个子传动杆之间的传动可采用与实施例一相类似的第二传动组件,例如第三驱动轴103与第三齿轮151同轴固定连接,第一子传动杆与第四齿轮152同轴固定连接,第三驱动轴103通过第三齿轮151和第四齿轮152的啮合驱动第一子传动杆转动,也可以采用与实施例二相类似的第三传动组件。当然,第三驱动轴103与第一子传动杆之间的传动、以及两个子传动杆之间的传动还可以采用蜗轮蜗杆传动,丝传动等传动形式进行等效替换,本实施例对此不限。
在一些替代性实施例中,所述丝传动结构还包括转动部件、第一传动件以及第二传动件。所述转动部件可转动地设置于所述基座105上,且被配置为在所述第三驱动轴103的驱动下转动;所述第一滑块141与所述第一传动件固定连接,所述第二滑块142与所述第二传动件固定连接,所述第一传动件和所述第二传动件均与所述转动部件相连接,所述第一导向件通过所述第一滑块141设置于所述基座105,所述第二导向件通过所述第二滑块142设置于所述基座105;所述第一传动件和第二传动件在所述转动部件的驱动下运动;所述第一滑块141和所述第二滑块142在所述第一传动件和所述第二传动件的作用下以相反的方向同步移动,以实现所述第一导向件和所述第二导向件的反向同步移动。以下实施例,对第三驱动轴103与滑块组之间具体的驱动方式做进一步描述。
【实施例四】
本发明实施例四的丝传动结构及手术器械与实施例一基本相同,对于相同部分不再叙述,以下仅针对不同点进行描述。
请参考图12至图14,其中,图12是本发明实施例四提供的丝传动结构的内部结构示意图,图13是图12所示的丝传动结构的分解图,图14是本发明实施例四提供的手术器械的传动示意图。
在本实施例四中,第三驱动轴103与滑块组之间的驱动形式与实施例一不同。所述丝传动结构还包括转动部件、第一传动件以及第二传动件,所述转动部件可转动地设置于所述基座105上,且被配置为在所述第三驱动轴103的驱动下转动;所述第一滑块141与所述第一传动件固定连接,所述第二滑块142与所述第二传动件固定连接,所述第一传动件和所述第二传动件均与所述转动部件传动连接,所述第一导向件通过所述第一滑块141设置于所述基座105,所述第二导向件通过所述第二滑块142设置于所述基座105;所述第一传动件和第二传动件在所述转动部件的驱动下移动;所述第一滑块141和所述第二滑块142在所述第一传动件和所述第二传动件的带动下以相反的方向同步移动,以实现所述第一导向件和所述第二导向件的反向同步移动,且位移量相等。
具体的,与实施例一不同,本实施例四中,第一滑块141和第二滑块142上并不开设第二通孔1410和第三通孔1420,也不设置传动杆143进行传动,第三驱动轴103与滑块组之间是通过一个转动部件和两个传动件进行传动的。
在一个示范性的实施例中,如图12至图14所示,所述第一传动件包括第一齿条171,所述第二传动件包括第二齿条172,所述转动部件包括第五齿轮155,所述第一齿条171和第二齿条172均与所述第五齿轮155相啮合,所述第一齿条171和所述第二齿条172相平行且相对设置,所述第一齿条171和第二齿条172被配置为,在所述第五齿轮155转动的驱动下,通过所述第一齿条171、第二齿条172与所述第五齿轮155的啮合传动,所述第一齿条171和第二齿条172沿相反的方向同速移动;所述第一滑块141和所述第二滑块142在所述第一齿条171和所述第二齿条172的带动下沿相反的方向移动,且位移量相等。
优选的,第五齿轮155的转动轴线位于基准面108上,在所述丝传动结构处于初始状态时,第一齿条171和第二齿条172关于基准面108对称。较佳的,第一齿条171与第一滑块141固定连接,第二齿条172与第二滑块142固定连接,第一齿条171和第二齿条172的设置方向均与基准面108平行,且与基座105平行,第一齿条171和第二齿条172之间的距离与第五齿轮155的尺寸相匹配。如此,第一齿条171和第二齿条172均与第五齿轮155相啮合,当第五齿轮155转动时,即可带动第一齿条171和第二齿条172沿相反的方向同速移动。
更优选的,所述丝传动结构包括第四传动组件,所述第四传动组件包括第六齿轮156和与所述第六齿轮156相啮合的第七齿轮157,所述第六齿轮156与所述第三驱动轴103固定连接;所述第七齿轮157与所述第五齿轮155同轴固定连接;所述第三驱动轴103通过所述第六齿轮156与所述第七齿轮157驱动所述第五齿轮155转动,所述第六齿轮156与所述第七齿轮157的传动比的范围在6:1~2:1之间,以便能对由第三驱动轴103至齿条的传动进行减速,提供更大的驱动力,同时能提高驱动的精确度。
较佳的,第六齿轮156与第三驱动轴103同轴,第三驱动轴103的转动轴线与第五齿轮155的转动轴线均垂直于基座105。可选的,第六齿轮156与第七齿轮157均为外啮合齿轮。如此配置,当第三驱动转轴103转动时,通过第六齿轮156驱动第七齿轮157以及第五齿轮155一同转动,进而第五齿轮155通过驱动第一齿条171和第二齿条172,带动第一滑块141和第二滑块142沿相反的方向以相同的速率移动,并由此通过驱动第一牵引体组和第二牵引体组实现手术器械的俯仰自由度。
需要说明的,第三驱动轴103与第五齿轮155之间的传动、以及第五齿轮155与第一齿条171和第二齿条172之间的传动还可以采用蜗轮蜗杆传动,丝传动等传动形式进行等效替换,本实施例对此不限。
【实施例五】
本发明实施例五的丝传动结构及手术器械与实施例一基本相同,对于相同部分不再叙述,以下仅针对不同点进行描述。
请参考图15至图17,其中,图15是本发明实施例五提供的丝传动结构的内部结构示意图,图16是图15所示的丝传动结构的分解图,图17是本发明实施例五提供的手术器械的传动示意图。
在本实施例五中,第三驱动轴103与滑块组之间的驱动形式与实施例一不同,而是与实施例四相似,均采用了传动件及转动部件的形式进行传动,具体可参考实施例四,类似之处不再赘述。
与实施例四不同的,请参考15至图17,在本实施例五中,所述第一传动件包括第一传动臂181,所述第二传动件包括第二传动臂182,所述转动部件包括转动盘183;所述第一传动臂181的一端可转动地连接于所述第一滑块141,另一端可转动地连接于所述转动盘183;所述第二传动臂182的一端可转动地连接于所述第二滑块142,另一端可转动地连接于所述转动盘183;所述第一滑块141和第二滑块142被配置为,在所述第一传动臂181与第二传动臂182的驱动下,沿相反的方向同步移动。如此配置,上述部件形成两个类似的曲柄滑块结构。
在一个示范性的实施例中,转动盘183的转动轴线D位于基准面108上,第一传动臂181的一端与转动盘183铰接于C点,另一端与第一滑块141铰接;第二传动臂181的一端与转动盘183铰接于E点,另一端与第二滑块142铰接。可选的,在所述丝传动结构处于初始状态时,C点相对于基准面108的距离大于第一传动臂181与第一滑块141之连接点相对于基准面108的距离,E点相对于基准面108的距离大于第二传动臂182与第二滑块142之连接点相对于基准面108的距离。较佳的,在所述丝传动结构处于初始状态时,第一传动臂181和第二传动臂182关于基准面108对称,CD=ED。更佳的,所述C点、E点与所述转动盘的转动轴线在同一平面上,即C点在基座上的投影点、E点在基座上的投影点以及转动盘183的转动轴线在基座上的投影点D在一条直线上。由于第一滑块141和第二滑块142均被限定了只能沿第一方向平移,且第一方向平行于基准面108和基座105。如此配置,转动盘183、第一传动臂181与第一滑块141形成了一套曲柄滑块的传动结构,转动盘183、第二传动臂182与第二滑块142形成了另一套曲柄滑块的传动结构,通过转动盘183的转动,即可带动第一滑块141和第二滑块142沿相反的方向运动。需理解,由于采用曲柄滑块的传动结构,在转动盘183转动一预定角度的情况下,第一滑块141和第二滑块142的位移量略有不同,但由于第一滑块141和第二滑块142之位移量的差异相比驱动器械末端组件30的第一牵引体组和第二牵引体组的长度变化量而言,要微小数个数量级,此外由于牵引体自身具有一定的弹性,因此并不会对驱动器械末端组件30造成影响。
与实施例四类似,本实施例五也可以采用第四传动组件实现第三驱动轴103与转动盘183之间的传动。优选的,所述第三驱动轴103的转动轴线与所述转动盘183的转动轴线相平行。需要说明的,第三驱动轴103与转动盘183之间的传动还可以采用蜗轮蜗杆传动,丝传动等传动形式进行等效替换,本实施例对此不限。
【实施例六】
本发明实施例六的丝传动结构及手术器械与实施例一基本相同,对于相同部分不再叙述,以下仅针对不同点进行描述。
请参考图18至图20,其中,图18是本发明实施例六提供的丝传动结构的内部结构示意图,图19是图18所示的丝传动结构的分解图,图20是本发明实施例六提供的手术器械的传动示意图。
在本实施例六中,第三驱动轴103与滑块组之间的驱动形式与实施例一不同,而是与实施例四相似,均采用了传动件及转动部件的形式进行传动,具体可参考实施例四,类似之处不再赘述。
与实施例四不同的,请参考18至图20,在本实施例六中,所述第一传动件包括第一传动丝段1661,所述第二传动件包括第二传动丝段1662,所述转动部件包括第三丝轮163以及第四丝轮164,所述第三丝轮163与所述第四丝轮164间隔设置于所述基座,所述第三丝轮163被配置为在所述第三驱动轴103的驱动下转动,并通过第四丝轮164,第一传动丝段1661,第二传动丝段1662形成的转动回路,来实现第一滑块141和第二滑块142的移动。优选,所述第三丝轮163的直径与所述第四丝轮164的直径相等,第三丝轮163的转动轴线与第四丝轮164的转动轴线均位于基准面108上。优选,所述第四丝轮164可转动地设置于所述基座105,第三丝轮163与第四丝轮164的转动轴线均垂直于基座105。在一些实施例中,第四丝轮164也可以被配置为固定不可转动,而第四丝轮164的表面设置光滑的周向滑槽,以供传动丝段于其上滑动。优选,所述第一传动丝段1661与所述第二传动丝段1662可以分别缠绕于所述第三丝轮163与所述第四丝轮164,形成转动回路。又例如,所述第一传动丝段1661与所述第二传动丝段1662首尾相连形成第二传动丝166,环绕设置于所述第三丝轮163与所述第四丝轮164,形成转动回路。所述第一滑块141固定连接于所述第一传动丝段1661,所述第二滑块142固定连接于所述第二传动丝段1662。如此,所述第一滑块141和所述第二滑块142在所述第一传动丝段1661和所述第二传动丝段1662的驱动下沿相反的方向同速移动,以实现所述第一滑块141和所述第二滑块142的位移量相等。
如图20所示,在一个示范性的实施例中,第三丝轮163的转动轴线J位于基准面108上,且相对于第一滑块141和第二滑块142更靠近第一通孔107;第四丝轮164的转动轴线K亦位于基准面108上,相对于第一滑块141和第二滑块142更远离第一通孔107,即第三丝轮163和第四丝轮164分布于第一滑块141和第二滑块142之运动方向的两端。较佳的,第三丝轮163和第四丝轮164的直径相等,如此,第一传动丝段1661与第二传动丝段1662均平行于基准面108。优选的,第一滑块141具有与第一传动丝段1661的直径相适配的第一凹槽167,第二滑块142具有与第二传动丝段1662的直径相适配的第二凹槽168,第一传动丝段1661卡设于第一凹槽167中并与第一滑块141固定连接(如可采用胶结、焊接或通过固定片压接等),第二传动丝段1662卡设于第二凹槽168中并与第二滑块142固定连接。当所述丝传动结构处于初始状态时,第一滑块141和第二滑块142关于基准面108对称。如此配置,当第三丝轮163转动时,通过第二传动丝166的传动,可带动第四丝轮164同向等速转动,在此过程中,第一传动丝段1661与第二传动丝段1662沿相反的方向同速运动,进而驱动第一滑块141和第二滑块142沿相反的方向同速移动。
与实施例四类似,本实施例六也可以采用第四传动组件实现第三驱动轴103与第三丝轮163之间的传动。优选的,所述第三驱动轴103的转动轴线与所述第三丝轮163的转动轴线相平行。需要说明的,第三驱动轴103与第三丝轮163之间的传动还可以采用蜗轮蜗杆传动,丝传动等传动形式进行等效替换,本实施例对此不限。
需要说明的,本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可,此外,各个实施例之间不同的部分也可互相组合使用,本发明对此不作限定。此外,上述若干实施例仅为对本发明的示范性描述而非对本发明的限定,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(诸如把其中的基座零件进行合并或拆分,变换若干驱动轴的相对位置,变换空间中导向轮的空间位置等),均属于权利要求书的保护范围。
Claims (41)
1.一种丝传动结构,其特征在于,包括:
基座,所述基座具有一基准面;
第一驱动轴,可转动地设置于所述基座;
第二驱动轴,可转动地设置于所述基座,且与所述第一驱动轴分别置于所述基准面的两侧;
第三驱动轴,可转动地设置于所述基座;
第一牵引体组,包括第一牵引体和第二牵引体,所述第一牵引体的一端与所述第二牵引体的一端均连接所述第一驱动轴,所述第一牵引体的另一端与所述第二牵引体的另一端均用以驱动外部的器械末端组件;所述第一牵引体和第二牵引体被配置为,在所述第一驱动轴转动的驱动下,所述第一牵引体和第二牵引体以相反的方向运动;
第二牵引体组,包括第三牵引体和第四牵引体,所述第三牵引体的一端与所述第四牵引体的一端均连接所述第二驱动轴,所述第三牵引体的另一端与所述第四牵引体的另一端均用以驱动所述器械末端组件;所述第三牵引体和第四牵引体被配置为,在所述第二驱动轴转动的驱动下,所述第三牵引体和第四牵引体以相反的方向运动;
第一导向件和第二导向件,所述第一导向件用以改变所述第一牵引体组的延伸方向,所述第二导向件用以改变所述第二牵引体组的延伸方向,且所述第一导向件和第二导向件位于所述基准面的两侧,所述第一导向件和所述第二导向件均沿所述基准面方向可移动地设置于所述基座;
第三导向件,所述第三导向件和所述第一驱动轴位于所述基准面的同侧,且所述第三导向件相对于所述第一驱动轴位于所述基座的远端,所述第三导向件用于在所述第一导向件之后进一步改变所述第一牵引体组的延伸方向;以及
第四导向件,所述第四导向件和所述第二驱动轴位于所述基准面的同侧,且所述第四导向件相对于所述第二驱动轴位于所述基座的远端,所述第四导向件用于在所述第二导向件之后进一步改变所述第二牵引体组的延伸方向;
所述第一导向件和第二导向件还被配置为,所述第一导向件和所述第二导向件在所述第三驱动轴的驱动下,以相反的方向同步移动,使所述第一牵引体组于所述第一驱动轴与所述第三导向件之间所限定的部分,和所述第二牵引体组于所述第二驱动轴与所述第四导向件之间所限定的部分的长度增减相反。
2.根据权利要求1所述的丝传动结构,其特征在于,所述丝传动结构还包括:
滑块组,包括第一滑块和第二滑块,所述第一滑块和第二滑块可移动地设置于所述基座,且所述第一滑块和所述第二滑块的移动轴线位于所述基准面上;所述第一导向件通过所述第一滑块设置于所述基座,所述第二导向件通过所述第二滑块设置于所述基座;所述第一滑块和第二滑块在所述第三驱动轴的驱动下沿相反的方向运动,并使所述第一导向件和所述第二导向件以相反的方向同步移动。
3.根据权利要求1或2所述的丝传动结构,其特征在于,所述第一驱动轴的转动轴线、所述第二驱动轴的转动轴线关于所述基准面对称布置,和/或,
所述第三导向件与所述第四导向件关于所述基准面对称布置,和/或,
在所述丝传动结构处于初始状态时,所述第一导向件和所述第二导向件关于所述基准面对称布置。
4.根据权利要求1或2所述的丝传动结构,其特征在于,在所述丝传动结构处于初始状态时,所述第一导向件和所述第二导向件位于所述第一驱动轴与所述第二驱动轴之转动轴线连线的近端侧。
5.根据权利要求1或2所述的丝传动结构,其特征在于,
所述第一导向件包括:
第一导向轮,用以改变所述第一牵引体的延伸方向;以及
第二导向轮,用以改变所述第二牵引体的延伸方向;
所述第二导向件包括:
第三导向轮,用以改变所述第三牵引体的延伸方向;以及
第四导向轮,用以改变所述第四牵引体的延伸方向;
其中,所述第一导向轮和所述第二导向轮同轴布置,所述第三导向轮和所述第四导向轮同轴布置。
6.根据权利要求1或2所述的丝传动结构,其特征在于,
所述第三导向件包括:
第五导向轮,用以进一步改变所述第一牵引体的延伸方向;以及
第六导向轮,用以进一步改变所述第二牵引体的延伸方向;
所述第四导向件包括:
第七导向轮,用以进一步改变所述第三牵引体的延伸方向;以及
第八导向轮,用以进一步改变所述第四牵引体的延伸方向;
其中,所述第五导向轮和所述第六导向轮同轴布置,所述第七导向轮和所述第八导向轮同轴布置。
7.根据权利要求1或2所述的丝传动结构,其特征在于,
所述第三导向件被配置为使所述第一导向件和所述第三导向件之间的所述第一牵引体组的两根牵引体与所述基座之间的夹角的范围分别在0°~10°之间;以及
所述第四导向件被配置为使所述第二导向件和所述第四导向件之间的所述第二牵引体组的两根牵引体与所述基座之间的夹角的范围分别在0°~10°之间。
8.根据权利要求2所述的丝传动结构,其特征在于,所述第一导向件的轴线、所述第二导向件的轴线、所述第一驱动轴的转动轴线、所述第二驱动轴的转动轴线以及所述第三驱动轴的转动轴线互相平行,且均垂直于所述基座;所述第三导向件的轴线、所述第四导向件的轴线、所述第一滑块的移动轴线以及所述第二滑块的移动轴线均与所述基座平行。
9.根据权利要求1或2所述的丝传动结构,其特征在于,所述基座具有第一通孔,所述第一牵引体组被配置为,自所述第一驱动轴延伸经过所述第一导向件后,经由所述第三导向件改变延伸方向,穿过所述第一通孔延伸至远端;所述第二牵引体组被配置为,自所述第二驱动轴延伸经过所述第二导向件后,经由所述第四导向件改变延伸方向,穿过所述第一通孔延伸至远端。
10.根据权利要求2所述的丝传动结构,其特征在于,所述丝传动结构还包括设置于基座上的限位座,所述限位座具有两个限位轨道,所述两个限位轨道沿平行于所述基准面的方向间隔设置;所述第一滑块和所述第二滑块分别与一个所述限位轨道相适配,以沿所述限位轨道所限定的方向移动。
11.根据权利要求1或2所述的丝传动结构,其特征在于,所述丝传动结构还包括第五导向件与第六导向件,所述第五导向件与第六导向件均设置于所述基座上,且所述第五导向件与所述第六导向件关于所述基准面对称布置;所述第五导向件位于所述第一驱动轴的远端,所述第六导向件位于所述第二驱动轴的远端。
12.根据权利要求11所述的丝传动结构,其特征在于,
所述第五导向件包括:
第九导向轮,用以在所述第一导向件之前改变所述第一牵引体的延伸方向;以及
第十导向轮,用以在所述第一导向件之前改变所述第二牵引体的延伸方向;
所述第六导向件包括:
第十一导向轮,用以在所述第二导向件之前改变所述第三牵引体的延伸方向;以及
第十二导向轮,用以在所述第二导向件之前改变所述第四牵引体的延伸方向;
其中,所述第九导向轮和所述第十导向轮同轴布置,所述第十一导向轮和所述第十二导向轮同轴布置。
13.根据权利要求11所述的丝传动结构,其特征在于,在所述丝传动结构处于初始状态时,所述第五导向件和所述第六导向件均位于所述第一驱动轴与所述第二驱动轴之转动轴线连线的远端侧;所述第一导向件和所述第二导向件均位于所述第五导向件和所述第六导向件之轴线连线的近端侧。
14.根据权利要求11所述的丝传动结构,其特征在于,所述第一牵引体组自所述第一驱动轴起始,延伸经过所述第五导向件并与所述第五导向件的离开切点,于所述基座所在的平面的投影点为Q点,进而所述第一牵引体组继续延伸经过所述第一导向件并与所述第一导向件的进入切点,于所述基座所在的平面的投影点为P点;所述第二牵引体组自所述第二驱动轴起始,延伸经过所述第六导向件并与所述第六导向件的离开切点,于所述基座所在的平面的投影点为Q’点,进而所述第二牵引体组继续延伸经过所述第二导向件并与所述第二导向件的进入切点,于所述基座所在的平面的投影点为P’点;所述P点、P’点、Q点及Q’点满足:在所述丝传动结构处于初始状态时,所述P点与所述P'点关于所述基准面对称布置;且所述Q点与所述Q’点关于所述基准面对称布置。
15.根据权利要求14所述的丝传动结构,其特征在于,所述第三导向件包括同轴布置的第五导向轮及第六导向轮,所述第四导向件包括同轴布置的第七导向轮及第八导向轮;
所述第一牵引体组自所述第一驱动轴起始,延伸经过所述第一导向件并与所述第一导向件的离开切点,于所述基座所在的平面的投影点为F点;进而所述第一牵引体继续延伸经过所述第五导向轮,并与所述第五导向轮的进入切点,于所述基座所在的平面的投影点为H点;所述第二牵引体继续延伸经过所述第六导向轮,并与所述第六导向轮的进入切点,于所述基座所在的平面的投影点为I点;
所述第二牵引体组自所述第二驱动轴起始,延伸经过所述第二导向件并与所述第二导向件的离开切点,于所述基座所在的平面的投影点为F’点;进而所述第三牵引体继续延伸经过所述第七导向轮,并与所述第七导向轮的进入切点,于所述基座所在的平面的投影点为I’点;所述第四牵引体继续延伸经过所述第八导向轮,并与所述第八导向轮的进入切点,于所述基座所在的平面的投影点为H’点;
在所述丝传动结构处于初始状态时,PQ连线与所述基准面的夹角、P'Q'连线与所述基准面的夹角、第一牵引体的HF段与所述基准面的夹角、第二牵引体的IF段与所述基准面的夹角、第三牵引体的I'F'段所述基准面的夹角、以及第四牵引体的H'F'段与所述基准面之间的夹角均小于10°。
16.根据权利要求15所述的丝传动结构,其特征在于,在所述丝传动结构处于初始状态时,所述PQ连线及所述P'Q'连线均平行于所述基准面。
17.根据权利要求2所述的丝传动结构,其特征在于,所述第一滑块具有第二通孔,所述第二滑块具有第三通孔,所述丝传动结构还包括传动杆,所述传动杆被配置为在所述第三驱动轴的驱动下转动;所述传动杆包括第一外螺纹段与第二外螺纹段;所述第二通孔和第三通孔分别具有与所述第一外螺纹段与第二外螺纹段相匹配的内螺纹;所述第一滑块和第二滑块被配置为,在所述第一外螺纹段与第二外螺纹段转动的驱动下,所述第一滑块和第二滑块沿平行于所述基准面的方向,以相反的方向运动,且位移量相等。
18.根据权利要求17所述的丝传动结构,其特征在于,所述第一外螺纹段与第二外螺纹段的螺旋方向相反且螺距相同;所述第一外螺纹段与第二外螺纹段同轴固定连接,所述第二通孔与第三通孔同轴间隔布置。
19.根据权利要求17所述的丝传动结构,其特征在于,所述传动杆包括相平行的第一子传动杆和第二子传动杆,所述第一外螺纹段固定设置于所述第一子传动杆上,所述第二外螺纹段固定设置于所述第二子传动杆上,所述第二通孔与第三通孔相平行;所述第一外螺纹段与第二外螺纹段的螺旋方向相同,且所述两个子传动杆的转动方向相反;或者,所述第一外螺纹段与第二外螺纹段的螺旋方向相反,且所述两个子传动杆的转动方向相同。
20.根据权利要求19所述的丝传动结构,其特征在于,所述丝传动结构还包括第一传动组件,所述第一传动组件包括第一齿轮和第二齿轮,所述第一齿轮与所述第一子传动杆固定连接,所述第二齿轮与所述第二子传动杆固定连接;所述第一子传动杆用以通过所述第一齿轮与第二齿轮驱动所述第二子传动杆转动;其中,所述第一齿轮与所述第二齿轮相啮合,或者所述第一传动组件还包括变向齿轮,所述第一齿轮与所述第二齿轮通过所述变向齿轮相啮合。
21.根据权利要求20所述的丝传动结构,其特征在于,所述第一齿轮和所述第二齿轮的传动比,与所述第二外螺纹段和所述第一外螺纹段的螺距比相等。
22.根据权利要求17~21中任一项所述的丝传动结构,其特征在于,所述丝传动结构还包括第二传动组件,所述第二传动组件包括第三齿轮和与所述第三齿轮相啮合的第四齿轮,所述第三齿轮与所述第三驱动轴固定连接,所述第四齿轮与所述传动杆固定连接,所述第三驱动轴用以通过所述第三齿轮与所述第四齿轮驱动所述传动杆转动,其中,所述第三齿轮与所述第四齿轮的传动比的范围在6:1~2:1之间。
23.根据权利要求17~21中任一项所述的丝传动结构,其特征在于,所述丝传动结构还包括第三传动组件,所述第三传动组件包括第一丝轮和第二丝轮,所述第一丝轮与所述第二丝轮之间通过第一传动丝连接;所述第一丝轮与所述第三驱动轴固定连接;所述第一丝轮的转动轴线垂直于所述第二丝轮的转动轴线;所述第二丝轮与所述传动杆固定连接;所述第三驱动轴用以通过所述第一丝轮、所述第一传动丝及所述第二丝轮驱动所述传动杆转动,其中,所述第一丝轮与所述第二丝轮的传动比的范围在6:1~2:1之间。
24.根据权利要求17~21中任一项所述的丝传动结构,其特征在于,所述第三驱动轴的转动轴线与所述传动杆的转动轴线相垂直。
25.根据权利要求2所述的丝传动结构,其特征在于,所述丝传动结构还包括转动部件、第一传动件以及第二传动件,所述转动部件可转动地设置于所述基座上,且被配置为在所述第三驱动轴的驱动下转动;所述第一滑块与所述第一传动件连接,所述第二滑块与所述第二传动件连接,所述第一传动件和所述第二传动件均与所述转动部件相连接;所述第一传动件和第二传动件在所述转动部件的作用下运动;所述第一滑块和所述第二滑块在所述第一传动件和所述第二传动件的驱动下以相反的方向同步移动。
26.根据权利要求25所述的丝传动结构,其特征在于,所述第一传动件包括第一齿条,所述第二传动件包括第二齿条,所述转动部件包括第五齿轮,所述第一齿条和第二齿条均与所述第五齿轮相啮合,所述第一齿条和所述第二齿条相平行且相对设置;所述第一齿条和所述第二齿条被配置为,在所述第五齿轮转动的驱动下,所述第一齿条和所述第二齿条沿相反的方向同速运动;所述第一滑块和所述第二滑块在所述第一齿条和所述第二齿条的带动下沿相反的方向移动,且位移量相等。
27.根据权利要求25所述的丝传动结构,其特征在于,所述第一传动件包括第一传动臂,所述第二传动件包括第二传动臂,所述转动部件包括转动盘;所述第一传动臂的一端可转动地连接于所述第一滑块,所述第一传动臂的另一端可转动地连接于所述转动盘;所述第二传动臂的一端可转动地连接于所述第二滑块,所述第二传动臂的另一端可转动地连接于所述转动盘;所述第一滑块和所述第二滑块被配置为,在所述第一传动臂和所述第二传动臂的驱动下,沿相反的方向同步移动。
28.根据权利要求27所述的丝传动结构,其特征在于,在所述丝传动结构处于初始状态时,所述第一传动臂与所述转动盘的连接点相对于所述基准面的距离大于所述第一传动臂与所述第一滑块的连接点相对于所述基准面的距离;所述第二传动臂与所述转动盘的连接点相对于所述基准面的距离大于所述第二传动臂与所述第二滑块的连接点相对于所述基准面的距离。
29.根据权利要求27所述的丝传动结构,其特征在于,在所述丝传动结构处于初始状态时,所述第一传动臂和所述第二传动臂关于所述基准面对称。
30.根据权利要求27所述的丝传动结构,其特征在于,在所述丝传动结构处于初始状态时,所述第一传动臂与所述转动盘的连接点、所述第二传动臂与所述转动盘的连接点与所述转动盘的转动轴线在同一平面上。
31.根据权利要求25所述的丝传动结构,其特征在于,所述第一传动件包括第一传动丝段,所述第二传动件包括第二传动丝段,所述转动部件包括第三丝轮以及第四丝轮,所述第三丝轮与所述第四丝轮间隔设置于所述基座,所述第三丝轮被配置为在所述第三驱动轴的驱动下转动;所述第一传动丝段与所述第二传动丝段环绕设置于所述第三丝轮与所述第四丝轮,所述第一滑块固定连接于所述第一传动丝段,所述第二滑块固定连接于所述第二传动丝段;所述第一传动丝段和所述第二传动丝段被配置为,在所述第三丝轮的驱动下,环绕所述第三丝轮和所述第四丝轮运动;所述第一滑块和所述第二滑块在所述一传动丝段和所述第二传动丝段的驱动下沿相反的方向移动,且位移量相等。
32.根据权利要求31所述的丝传动结构,其特征在于,所述第四丝轮可转动地设置于所述基座,所述第三丝轮的直径与所述第四丝轮的直径相等,所述第三丝轮的转动轴线与所述第四丝轮的转动轴线均位于所述基准面上。
33.根据权利要求25~32中任一项所述的丝传动结构,其特征在于,所述丝传动结构包括第四传动组件,所述第四传动组件包括第六齿轮和与所述第六齿轮相啮合的第七齿轮,所述第六齿轮与所述第三驱动轴同轴固定连接;所述第七齿轮与所述转动部件同轴固定连接;所述第三驱动轴通过所述第六齿轮与所述第七齿轮驱动所述转动部件转动,所述第六齿轮与所述第七齿轮的传动比的范围在6:1~2:1之间。
34.根据权利要求1所述的丝传动结构,其特征在于,所述丝传动结构还包括:第四驱动轴,可转动地设置于所述基座,用于驱动外部的器械杆自转。
35.根据权利要求34所述的丝传动结构,其特征在于,所述丝传动结构还包括第五传动组件,所述第五传动组件包括第八齿轮和与所述第八齿轮相啮合的第九齿轮,所述第八齿轮与所述第四驱动轴同轴固定连接,所述第九齿轮用于与所述器械杆同轴固定连接,所述第四驱动轴用以通过所述第八齿轮与所述第九齿轮驱动所述器械杆转动。
36.一种手术器械,其特征在于,包括根据权利要求1~35中任一项所述的丝传动结构以及一器械末端组件;所述丝传动结构用于驱动所述器械末端组件运动。
37.根据权利要求36所述的手术器械,其特征在于,所述器械末端组件包括第一关节,第二关节和第三关节,所述第三关节位于第一关节和第二关节的近端;
所述第一牵引体组的远端与所述第一关节连接;
所述第二牵引体组的远端与所述第二关节连接。
38.根据权利要求36所述的手术器械,其特征在于,
所述第三导向件被配置为使所述第三导向件和所述第一关节之间的所述第一牵引体组的两根牵引体与所述手术器械的轴线之间的夹角的范围分别在0°~10°之间;
所述第四导向件被配置为使所述第四导向件和所述第二关节之间的所述第二牵引体组的两根牵引体与所述手术器械的轴线之间的夹角的范围分别在0°~10°之间。
39.根据权利要求36所述的手术器械,其特征在于,所述器械末端组件包括一器械末端基座和末端执行器,所述末端执行器与所述器械末端基座通过第二转轴转动连接;所述末端执行器包括两个可分别围绕第一转轴转动的开合臂,所述两个开合臂分别与所述第一牵引体组和第二牵引体组连接,所述两个开合臂被配置为,在所述第一牵引体组和第二牵引体组的驱动下分别围绕第一转轴转动;所述两个开合臂还被配置为,在所述第一牵引体组和第二牵引体组的共同驱动下围绕第二转轴转动。
40.根据权利要求39所述的手术器械,其特征在于,所述手术器械还包括器械杆,所述器械杆用以供所述第一牵引体组和第二牵引体组穿设;所述器械杆的近端可转动地连接于所述基座,所述器械末端组件连接于所述器械杆的远端;所述丝传动结构还包括第四驱动轴,所述第四驱动轴可转动地设置于所述基座,用于驱动所述器械杆转动。
41.一种手术机器人,其特征在于,包括至少一个机械臂,所述机械臂的末端与根据权利要求36~40中任一项所述的手术器械可拆卸地连接。
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CN (1) | CN113491580B (zh) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113995515A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-02-01 | 极限人工智能有限公司 | 手术器械驱动装置、手术动力装置及分体式手术装置 |
CN114052927A (zh) * | 2022-01-18 | 2022-02-18 | 极限人工智能有限公司 | 多功能驱动装置、手术动力装置及分体式手术装置 |
CN114081633A (zh) * | 2022-01-11 | 2022-02-25 | 极限人工智能有限公司 | 驱动装置布局结构、手术动力装置及分体式手术装置 |
CN114102658A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-03-01 | 南京佗道医疗科技有限公司 | 一种机器人传动关节 |
CN114110118A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-03-01 | 艺柏湾医疗科技(上海)有限公司 | 传动装置和医疗器械 |
CN114224490A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-03-25 | 机械科学研究总院青岛分院有限公司 | 一种微创手术机器人用齿轮传动结构 |
WO2024149250A1 (zh) * | 2023-01-09 | 2024-07-18 | 深圳康诺思腾科技有限公司 | 手术器械及手术机器人 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102119872A (zh) * | 2011-01-10 | 2011-07-13 | 天津大学 | 微创外科手术机器人紧凑型快换机构 |
CN104970840A (zh) * | 2015-07-16 | 2015-10-14 | 天津工业大学 | 一种用于微创手术的六自由度丝传动手术器械 |
US20190125468A1 (en) * | 2017-10-26 | 2019-05-02 | Ethicon Llc | Manual release assembly for robotic surgical tool |
RU2715684C1 (ru) * | 2019-03-27 | 2020-03-02 | Общество с ограниченной ответственностью "МРОБОТИКС" (ООО "МРОБОТИКС") | Автономный мобильный модуль роботизированного хирургического инструмента |
-
2020
- 2020-03-20 CN CN202010201984.5A patent/CN113491580B/zh active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102119872A (zh) * | 2011-01-10 | 2011-07-13 | 天津大学 | 微创外科手术机器人紧凑型快换机构 |
CN104970840A (zh) * | 2015-07-16 | 2015-10-14 | 天津工业大学 | 一种用于微创手术的六自由度丝传动手术器械 |
US20190125468A1 (en) * | 2017-10-26 | 2019-05-02 | Ethicon Llc | Manual release assembly for robotic surgical tool |
RU2715684C1 (ru) * | 2019-03-27 | 2020-03-02 | Общество с ограниченной ответственностью "МРОБОТИКС" (ООО "МРОБОТИКС") | Автономный мобильный модуль роботизированного хирургического инструмента |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
原伟; 姜杉; 杨云鹏; 王伟; 杨志永: "微创手术机器人的丝传动误差分析", 《机械设计》 * |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114110118A (zh) * | 2021-11-12 | 2022-03-01 | 艺柏湾医疗科技(上海)有限公司 | 传动装置和医疗器械 |
CN114224490A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-03-25 | 机械科学研究总院青岛分院有限公司 | 一种微创手术机器人用齿轮传动结构 |
CN114224490B (zh) * | 2021-12-15 | 2023-11-21 | 机械科学研究总院青岛分院有限公司 | 一种微创手术机器人用齿轮传动结构 |
CN114102658A (zh) * | 2021-12-27 | 2022-03-01 | 南京佗道医疗科技有限公司 | 一种机器人传动关节 |
CN113995515A (zh) * | 2021-12-31 | 2022-02-01 | 极限人工智能有限公司 | 手术器械驱动装置、手术动力装置及分体式手术装置 |
CN113995515B (zh) * | 2021-12-31 | 2022-03-29 | 极限人工智能有限公司 | 手术器械驱动装置、手术动力装置及分体式手术装置 |
CN114081633A (zh) * | 2022-01-11 | 2022-02-25 | 极限人工智能有限公司 | 驱动装置布局结构、手术动力装置及分体式手术装置 |
CN114052927A (zh) * | 2022-01-18 | 2022-02-18 | 极限人工智能有限公司 | 多功能驱动装置、手术动力装置及分体式手术装置 |
CN114052927B (zh) * | 2022-01-18 | 2022-05-03 | 极限人工智能有限公司 | 多功能驱动装置、手术动力装置及分体式手术装置 |
WO2024149250A1 (zh) * | 2023-01-09 | 2024-07-18 | 深圳康诺思腾科技有限公司 | 手术器械及手术机器人 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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