CN107847281A - 驱动器与移动元件的驱动件底座之间的运动传动链 - Google Patents

驱动器与移动元件的驱动件底座之间的运动传动链 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种运动传动链，包括：移动元件(15′，15″)的驱动件(24，24′)底座(640)；以及三个驱动器(610，620，630)，所述三个驱动器分别通过与所述驱动件(24，24′)底座(640)交界的三个界面(612，622，632)沿着三个互相正交的运动方向(Y，X，Z)控制所述驱动件(24，24′)底座(640)；所述三个界面(612，622，632)的中面层相交于所述驱动件(24，24′)底座(640)的中心区域。

Description

驱动器与移动元件的驱动件底座之间的运动传动链
技术领域
本发明涉及多个驱动器与移动元件驱动件之间的运动传动链。移动元件具体可以是导尿管或导尿管导引器，但并非一定如此。
背景技术
把导尿管或导引器手动地插入患者体内是相当常见的外科操作程序。然而，由于通过x射线来监测该程序，所以如果外科医生对很多患者进行如此操作，那么负责该程序的外科医生则经受大量的辐射。
为了降低外科医生的风险，试图使如此的插入机械化。使其机械化很复杂，因为难以抓住导尿管。实际上，导尿管浸在储液中，并且必须保持无菌。而且，希望能够控制导尿管的平移运动以及交替和/或同时旋转运动。此机器人系统的可靠性是决定性标准。
在现有技术的机器人模块中，无论在导尿管的医学领域还是在其它领域，将其运动传递到驱动件的驱动器通过各个驱动器与驱动件底座之间的各个界面来传递所述运动。
因此，在现有技术的这些机器人模块中，界面位于驱动件底座外面或者位于驱动件底座的周围区域。
所以驱动器与驱动件底座之间这些界面的实施结构相对简单。
然而，本发明发现了在这种情况下驱动器与驱动件底座之间运动传递的可靠性问题。
实际上，本发明已表明该可靠性问题来自于界面位置的偏心本性，因此在不平衡的力的传递中进行驱动。
而且，每个驱动器仅支持其方向的力，没有按照一个或多个其它方向承载一个或多个其它驱动器，现有系统中就是这种情况：这样使得体积和重量锐减。
发明内容
这便是本发明提出设置界面使其交叉点位于驱动件底座的中心区域的原因，更可取的是，所述交叉点位于驱动件底座的重心，因此使之能够平衡地传递力，驱动一侧的驱动器与另一侧的驱动件底座之间的可靠的运动传递。
这涉及到使界面放置在驱动件底座内，由此使得结构相对更加复杂，但是明显更加可靠，因为涉及到一侧的驱动器与另一侧的驱动件底座之间的运动传递的质量。
把驱动件底座固定到驱动件，并且相对于驱动件固定。
为此目的，根据本发明，提供一种运动传动链，包括：
-移动元件的驱动件底座；
-三个驱动器分别通过与驱动件底座交界的三个界面分别沿着三个互相不同的平移方向引导驱动件底座；
其中，三个界面的平均表面的交叉点位于驱动件底座的中心区域。
为此目的，改进本发明，还提供一种运动传动链，包括：
-移动元件的驱动件底座；
-三个驱动器分别通过与驱动件底座交界的三个界面分别沿着三个互相不同的平移方向引导驱动件底座；
其中，三个界面大体扁平；
其中，三个界面相互正交；
且其中，这三个界面相互嵌套。
在本发明的优选实施例中，可进一步利用以下设置中的一项和/或其它项：
最好三个平移方向相互正交。
最好，三个界面大体扁平，这三个界面相互正交，而且这三个界面相互嵌套在一起。这样，三个界面可以相对简单并且真实有效地集中在驱动件底座的中心区域。
最好，三个界面是传递来自三个驱动器各自推力的压力板。通过所述扁平板，针对相对缩小的总体积可以有效地传递来自驱动器的推力。
最好，第一块板包括第二块板和第三块板分别从中穿过的两个相互正交的开口，第二块板包括第三块板从中穿过的开口，其中，第二块板的开口与第一块板的两个开口正交，第一块板或第二块板未穿过第三块板。板嵌套在彼此之中的这种方式在结构上相对简单，而且仍然有效。
最好，每个开口都使板能够穿过其中行进，行程与穿过所述开口的板的驱动器的范围相对应，该行程大于穿过所述开口的板的厚度。实际上，如果其中一个驱动器移动，那么驱动件底座则必须只能按照与这个移动的驱动器相对应的方向移动，而不是按照与驱动器保持不动的两个方向移动。为此，这些行程的存在用来使来自每个不同驱动器的力的传递彼此中断。
最好，每块板沿着平行于由另外两块板的交叉点构成的直线的方向可平移。这样，很容易保持成对的正交的力在驱动器之间传递。
最好，每块板通过两个支杆连接到其驱动器，所述两个支杆关于所述驱动器的推力轴对称，最好通过四个支杆连接到其驱动器，所述四个支杆关于所述驱动器的推力轴对称。因此，从驱动器传递的力很好地分布在相应的板上。
最好，驱动件底座以其中一个界面的运动自动导致驱动件底座同样运动的方式与每个界面固定。因此，在一侧的界面与另一侧的驱动件底座之间的力的传递更直接。
最好，驱动件底座是立方体，三个界面位于所述立方体内。因此，相对地缩小了驱动件底座的总体积，而界面则刚好一样完全包含在驱动件底座内。因此提高了其整体紧凑性。
最好，驱动件底座是立方体，所述立方体由围绕界面组装的八个较小立方体的装配体得到。这八个较小立方体代表构成驱动件底座的立方体子部分的最少数量，从而能够在相互嵌套的一组三个界面周围组装该立方体。
最好，每块板都嵌入在一侧的四个较小立方体与另一侧的四个较小立方体之间。驱动件底座因此是完全对称且平衡的。
最好，中心区域是驱动件底座的重心。驱动器与驱动件底座之间的力的传递因此是完全平衡的，因为界面相对于驱动件底座完全对中的性质。
最好，运动传动链包括由驱动件驱动的移动元件。
最好，所采用的材料是低摩擦材料乃至极低摩擦材料，以便让界面嵌套在彼此之中而易于滑动。
在优选的但非排他性的应用中，移动元件是导尿管或导尿管导引器，驱动件是导尿管或导尿管导引器的紧固件。
附图说明
参考附图，作为非限制性实例列出本发明的实施例，在以下对实施例的描述中，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。
在附图中：
-图1是机器人造影设施的图解侧视图；
-图2是处于释放结构的一部分驱动模块的透视草图；
-图3是驱动系统的示例性实施例的透视图；
-图4是一侧的驱动器与另一侧的驱动件底座之间的界面的交叉与嵌套的示例性实施例的透视图；
-图5是驱动件底座的示例性实施例的透视图；
-图6是在一侧的界面与另一侧的驱动件底座之间进行组装的示例性实施例的透视图；
-图7是在一侧的界面与另一侧的驱动件底座之间进行组装的示例性实施例的另一幅透视图。
具体实施方式
在各图中，相同的标号指代相同或相似项。
图1按照图示显示了造影设施1。把造影设施1分为两个不同区域：一个手术室2和一个指令室3。指令室3可靠近手术室2，通过简单的x射线屏蔽墙4与之隔开，或者与其离得较远。手术室2和指令室3中的设备通过有线、无线或者网络等在功能上彼此相连。
手术室2包括容纳患者6的手术台5。手术室2还可以包括医学成像仪7，尤其是通过x射线成像，包括设置在患者两侧的源8和检测器9，它们可相对于患者移动。
造影设施1包括设置在手术室2中的机器人10。
造影设施1包括设置在指令室3中的指令台11。指令台11适合远程控制机器人10。造影设施1还可包括设置在控制室3中的成像仪7的一个或多个遥控器12，它们与成像仪7通讯，以便从远处对其进行控制。造影设施1还可以包括设置在指令室3中的屏幕13，其与成像仪7通讯，以便在指令室3中实时查看通过成像仪7获得的图像。
机器人10能包括容器，该容器适合容纳待插入患者体内的柔韧的长医疗件15。例如，该柔韧的长医疗件15可涉及到通过导尿管导引器插入患者体内管道并且在该管道中移动的部件，尤其是插入患者的动脉或静脉中，所述导尿管导引器提供进入患者体内的开口。柔韧的长医疗件具体可以是导尿管。作为一个变体，柔韧的长医疗件可以是导尿管导引器。导引器的横径通常小于导尿管的横径，所述导尿管在靠近患者的部分上大体是中空的，乃至整个长度都是中空的，以便让导引器在其内部位移，尤其是在患者体内。导引器还可以包括向后弯曲的末端。
机器人10可包括用于柔韧的长医疗件15的驱动模块。可以通过指令台11指令驱动模块，以便按照至少一个自由度相对于患者驱动柔韧的长医疗件，随后将对此进行详述。驱动模块可包括提供与指令台11界面的通讯箱17。根据需要，机器人10可包括本地指令箱18，其目的是在有必要的情况下从手术室2指令机器人。
此外还应注意，指令室3中可用的所有指令和反馈在手术室2中也可用，以便局部操作，例如，用于成像仪和屏幕20的指令19，通过所述屏幕查看由成像仪7获得的图像。
可将中空柔韧的长医疗件15连接到连接器56，通过所述连接器注射对比产品，以使柔韧的长医疗件内成像更容易。造影设施可包括对比产品注射器57，该对比产品注射器连接到连接器56并受设置在指令室3中的指令器58的指令。用于对比产品注射器的指令器59也可以局部地呈现在手术室2中。
图2显示了根据第一个实施例的驱动模块31。该驱动模块31适合驱动柔韧的长医疗件15，所述柔韧的长医疗件沿着纵向X延伸。应注意，在驱动模块31附近的纵向X并非与在柔韧的长医疗件15末端的柔韧的长医疗件15的纵向完全相同，但是，柔韧的长医疗件15沿着/围绕驱动模块31附近的纵向X平移和/或旋转会驱动柔韧的长医疗件15分别沿着/围绕其末端附近的纵向平移和/或旋转。
驱动模块31包括底座132以及至少一个相对于底座132可移动地安装的驱动件24。例如，驱动件24相对于底座132可移动地安装。
在所示实例中，驱动模块31进一步包括第二个驱动件24′。驱动件24在下文中也被称为第一个驱动件，驱动件24与第二个驱动件24′一起构成一对驱动件33。这对驱动件33包括两个驱动件，所述两个驱动件啮合在一起，用来产生柔韧的长医疗件15相对于底座132的运动。在所示实例中，第二个驱动件24′安装成相对于底座132可移动。例如，第二个驱动件24′相对于底座132可移动地安装。
第一个驱动件24和第二个驱动件24′是成对的，以便同时运动。例如，可分别指令第一个驱动件和第二个驱动件24，24′，不受彼此影响，但是根据各自的同步指令对其进行控制。作为一个变体，可以提供共享指令，通过第一个驱动件和第二个驱动件24，24′的指令系统之间的机械或电子连接，使所述共享指令分布在第一个驱动件和第二个驱动件24，24′之中的一个和另一个。
每个驱动件24，24′都分别包括驱动面34，34′。柔韧的长医疗件15设置在单对驱动件24，24′的驱动面34，34′之间。要树立这些想法，沿着方向Y将驱动面34，34′彼此隔开。
可使这对驱动件24，24′处于释放结构，如图2所示，其中，这对驱动件33的驱动件24，24′的驱动面34，34′不与柔韧的长医疗件15啮合。
可使这对驱动件33处于驱动结构，其中，这对驱动件的各驱动件的驱动面34，34′与待驱动的柔韧的长医疗件15啮合。例如，处于该结构时，驱动件施加在柔韧的长医疗件上的力约为数牛顿(例如5-30N)。例如，设置上文所述的恢复装置，以使这对驱动件回到释放结构，例如，在断电的情况下，由此提供安全功能。
为了使这对驱动件33交替地处于释放结构和驱动结构，可以指令两个驱动件24，24′中的一个驱动件朝另一个驱动件作相对位移。例如，该位移可以是一个驱动件24相对于底座的位移，使另一个驱动件保持固定。作为一个变体，两个驱动件24，24′都可以相对于底座朝彼此移动。
在实例中，有意沿着方向Y位移。
在所示的实施例中，两个驱动件24，24′都可以沿着一个自由度相对于底座移动。该自由度不同于使驱动件交替地处于释放位置与驱动位置的自由度。具体规定驱动件24，24′可以在处于其驱动结构时沿着一个自由度相对于底座移动。因此，驱动件处于其驱动结构时沿着一个自由度的位移引起柔韧的长医疗件相对于底座132的位移。
下文结合图3显示了实现这种系统简化的一个实例。
提供该示例性实施例仅是为了阐释驱动系统的具体示例性实施例。
图3包括四个驱动系统共享的固定底座132。每个驱动系统指令一个相应的驱动件的运动，未显示所述驱动件，所述驱动件固定到各个立方体60，60′，60″，60″′。立方体60，60′，60″，60″′分别与图中未显示的驱动件相对应。这些立方体60，60′，60″，60″′是相应的驱动件底座。
标号15用于选择性地指代导引器15″、导尿管15′，或者泛指待插入患者体内的柔韧的长医疗件。例如，可涉及到用于程序的导尿管。这种程序的导尿管的直径可小于导尿管，以便在患者体内同轴地将导尿管引入其中，而且所述程序的导尿管是中空的，以便在患者体内的导引器上对其进行引导。
导引器15″具有前端15″a，前端相对于导引器的主纵轴略弯曲，并且从导尿管15′的前端延伸出来。导尿管15′可经历两种不同的运动：
-沿着其纵轴平移；
-围绕其纵轴旋转。
这些运动可以按照一个方向或另一方向产生。
根据需要，导尿管15′可以经历上述两种简单运动的一个组合运动。
根据需要，导尿管15′可以根据组合经历上述两种简单运动的两个组合运动。
上文关于导尿管所述的内容也适用于导引器。
在某些情况下，导尿管本身具有弯曲末端，以便按照与导引器相同的原理导航，或者有助于在具有特殊曲率的解剖区域中定位。
随后，仅对一个立方体的操作进行说明。作为一个实例，参照立方体60″。立方体60″与三个驱动器26x，26y，26z(这最后一个不可见，在各方面与驱动器26x和26y相似，并且位于底座132下面)相关联。把驱动器26y用于沿着方向Y移动立方体60″，同时也使立方体60″沿着X方向和Z方向相对于驱动器26y在某个运动范围内运动。
图4是一侧的驱动器与另一侧的驱动件底座之间的界面交叉与嵌套的示例性实施例的透视图。
三个驱动器610，620，630沿着三个相互正交的方向Y，X，Z施加力。
驱动器610通过四个支杆611按照方向Y施加力，所述支杆611推动第一块压力板612的四个角，所述第一块压力板构成驱动器610与驱动件底座之间的界面。第一块板612包括第一个开口613，在驱动器620与驱动件底座之间构成界面的第二块板622穿过所述第一个开口。这第一个开口613包括X方向的行程，以便允许驱动器620以及相关的第二块板622在不移动第一块板612的情况下沿着X方向延伸。第一块板612包括第二个开口614，构成驱动器630与驱动件底座之间的界面的第三块板632穿过所述第二个开口。这第二个开口614包括方向Z的行程，以便允许驱动器630以及相关的第三块板632在不移动第一块板612的情况下沿着方向Z延伸。
驱动器620通过四个支杆621按照方向X施加力，所述支杆621推动第二块压力板622的四个角，所述第二块压力板622构成驱动器620与驱动件底座之间的界面。第二块板622包括第三个开口623，构成驱动器630与驱动件底座之间的界面的第三块板632穿过所述第三个开口。这第三个开口623包括Z方向的行程，以便允许驱动器630以及相关的第三块板632在不移动第二块板622的情况下沿着Z方向延伸。
驱动器630通过四个支杆631按照方向Z施加力，所述支杆631推动第二块压力板632的四个角，所述第二块压力板632构成驱动器630与驱动件底座之间的界面。第三块板632不具有任何开口。
图5是驱动件底座的示例性实施例的透视图。
驱动件底座包括立方体640，所述立方体可以是图3中的立方体60、60′、60″或60"＇中的任何一个。该立方体640包括八个小立方体641，所述八个小立方体在立方体640的八个顶点处组装在一起。实际上，小立方体641只是小立方体三个面上的部分。圆形开口643设置在小立方体641的某些面上，椭圆形开口642设置在小立方体641的其它面上。圆形开口643，像椭圆开口642一样，用于容纳来自各个板612，622和632的支杆611，621和631。
图6是在一侧的界面与另一侧的驱动件底座之间进行组装的示例性实施例的透视图。
来自各个板612，622和632的支杆611，621和631可以或多或少深入地进入各个开口642和643，以便使板612，622和632分别按照方向Y，X和Z分别移动立方体640。板612，622和632推或者拉小立方体641，所述小立方体共同构成立方体640。
图7是在一侧的界面与另一侧的驱动件底座之间进行组装的示例性实施例的另一幅透视图。
在这方面，小立方体641不包括任何开口，而是仅包括一个键帽650。该尖端650能够牢固地承载并固定图2中所示的驱动件24。

Claims (16)

1.一种运动传动链，包括：
-移动元件(15′，15″)的驱动件(24，24′)底座(640)；
-三个驱动器(610，620，630)分别通过与所述驱动件(24，24′)底座(640)交界的三个界面(612，622，632)分别沿着三个互相不同的平移方向(Y，X，Z)引导所述驱动件(24，24′)底座(640)；
其特征在于，所述三个界面(612，622，632)的平均表面的交叉点位于所述驱动件(24，24′)底座(640)的中心区域。
2.根据权利要求1所述的运动传动链，其特征在于：
-所述三个界面(612，622，632)大体扁平；
-这三个界面(612，622，632)相互正交；
-而且，这三个界面(612，622，632)相互嵌套在一起。
3.一种运动传动链，包括：
-移动元件(15′，15″)的驱动件(24，24′)底座(640)；
-三个驱动器(610，620，630)分别通过与所述驱动件(24，24′)底座(640)交界的三个界面(612，622，632)分别沿着三个互相不同的平移方向(Y，X，Z)引导所述驱动件(24，24′)底座(640)；
其特征在于，所述三个界面(612，622，632)大体扁平；
其中，这三个界面(612，622，632)相互正交；
且其中，这三个界面(612，622，632)相互嵌套在一起。
4.根据前述权利要求中任一项所述的运动传动链，其特征在于：
-三个平移方向(Y，X，Z)相互正交。
5.根据前述权利要求中任一项所述的运动传动链，其特征在于：
-所述三个界面(612，622，632)是传递来自所述三个驱动器(610，620，630)各自推力的压力板(612，622，632)。
6.根据权利要求5所述的运动传动链，其特征在于：
-第一块板(612)包括第二块板(622)和第三块板(632)分别从中穿过的两个相互正交的开口(613，614)；
-第二块板(622)包括第三块板(632)从中穿过的开口(623)，其中，第二块板(622)的开口与第一块板(612)的两个开口(613，614)正交；
-而且，第一块板(612)或第二块板(622)未穿过第三块板(632)。
7.根据权利要求6所述的运动传动链，其特征在于：
-每个开口(613，614，623)都使板(622，632，632)能够穿过其中行进，行程与穿过所述开口(613，614，623)的板(622，632，632)的驱动器(620，630，630)的范围相对应，其中，该行程大于穿过所述开口(613，614，623)的板(622，632，632)的厚度。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的运动传动链，其特征在于：
-每块板(612，622，632)沿着平行于由另外两块板的交叉点构成的直线的方向(Y，X，Z)可平移。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的运动传动链，其特征在于：
-每块板(612，622，632)通过两个支杆(611，621，631)连接到其驱动器(610，620，630)，所述两个支杆关于所述驱动器(610，620，630)的推力轴(Y，X，Z)对称，最好通过四个支杆(611，621，631)连接到其驱动器，所述四个支杆关于所述驱动器(610，620，630)的推力轴(Y，X，Z)对称。
10.根据前述权利要求中任一项所述的运动传动链，其特征在于：
-所述驱动件(24，24′)底座(640)以其中一个界面(612，622，632)的运动自动导致所述驱动件(24，24′)底座(640)同样运动的方式与每个界面(612，622，632)固定。
11.根据前述权利要求中任一项所述的运动传动链，其特征在于：
-所述驱动件(24，24′)底座(640)是立方体(640)，三个界面(612，622，632)位于所述立方体内。
12.根据权利要求11所述的运动传动链，其特征在于：
-所述驱动件(24，24′)底座(640)是立方体(640)，所述立方体由围绕界面(612，622，632)组装的八个较小立方体(641)的装配体得到。
13.根据权利要求12以及根据权利要求5至9中任一项所述的运动传动链，其特征在于：
-每块板(612，622，632)都嵌入在一侧的四个较小立方体(641)与另一侧的四个较小立方体(641)之间。
14.根据前述权利要求中任一项所述的运动传动链，其特征在于：
-中心区域是所述驱动件底座(640)的重心。
15.根据前述权利要求中任一项所述的运动传动链，其特征在于：
-所述运动传动链包括由驱动件(24，24′)驱动的移动元件。
16.根据权利要求15所述的运动传动链，其特征在于：
-移动元件(15′，15″)是导尿管(15′)或导尿管导引器(15″)；
驱动件(24，24′)是导尿管(15′)或导尿管导引器(15″)的紧固件(24，24′)。
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