CN108433768A - 一种三自由度电动型吻合器驱动装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三自由度电动型吻合器驱动装置，该装置包括吻合器接口和吻合器驱动两部分，适用于一次性可弯曲钉匣(下文简称钉匣)。吻合器接口与钉匣连接，实现钉匣与驱动装置之间的机械连接和力传递。吻合器驱动装置驱动部分设置有3个电机驱动吻合器的3自由度运动(刀片的进退运动、钉舱俯仰运动和吻合器整体旋转运动)。3个电机环形布置保持驱动装置整体结构紧凑。刀片的进退运动和钉舱俯仰运动通过丝杆螺母结构传动实现，吻合器整体旋转运动由一对啮合的齿轮传动实现。该驱动装置具有可快速安装或卸下钉匣的特点。该装置可替换传统手术医生操作吻合器操控手柄控制，便于集成至手术机器人系统中，丰富手术机器人可用的手术器械类型。
Description
技术领域
本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种适用于一次性可弯曲钉匣的三自由度电动型吻合器驱动装置。
背景技术
吻合器是一种现代化的手术器械，目前的商用吻合器械主要依靠医生操作手持式操作柄实现钉舱闭合/打开，刀片切割组织、吻合器末端角度控制及整体旋转等操作，操作过程中需要双手共同完成操作。目前还未见到有关手术机器人使用吻合器进行手术的报道。
手术机器人技术是当前外科手术发展的趋势。目前的手术机器人在缝合过程中需要执行复杂精细的缝合、打结、切割病变组织等操作，手术复杂耗时长。吻合器具有缝合、止血、切割等多种功能于一体，并且操作过程非常简单，尤其适合机器人进行操作。因此，针对当前广泛使用的一次性可弯曲钉匣设计具备足够自由度的电动型吻合器驱动装置，意义重大。该类驱动装置可以将吻合器集成至手术机器人系统，增强手术机器人的功能，简化手术机器人进行缝合时的操作流程，缩短手术时间，减少手术风险。
为了便于后文描述吻合器驱动装置的结构设计和工作过程，这里以柯惠公司一次性可弯曲钉匣(下文简称钉匣)为例，简要介绍其结构特点。如图1所示的为柯惠公司一次性可弯曲钉匣。此类钉匣本身具有两个自由度，分别是刀片的进退运动J1、钉舱俯仰运动J2。刀片放置在钉匣内部，刀片末端设有卡口，方便与刀片推杆连接。钉舱俯仰运动由钉舱推杆的前后运动实现，钉舱推杆末端有突起支口，方便与驱动部件连接。钉匣尾部设有限位突起，方便钉匣和驱动部件固定。有关钉匣的详细结构可参考文献[1]。
参考文献：
[1]外观设计专利，吻合器一次性钉匣，授权公告号:CN 303495233S
发明内容
本发明的目的在于，提供一种适用于一次性可弯曲钉匣的驱动装置，可实现吻合器三个自由度(钉匣中的刀片进退运动、钉匣中的钉舱俯仰运动和吻合器整体旋转运动)在电机驱动下完成独立运动。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种三自由度电动型吻合器驱动装置，该装置包括吻合器驱动装置接口部分和吻合器驱动装置驱动部分，适用于一次性可弯曲钉匣(下文简称钉匣)；吻合器驱动装置接口部分由接口基体、钉舱推杆拨片、接口插销、刀片推杆和接口外壳组成，用于连接钉匣，实现钉匣与驱动装置之间的机械连接和力传递；吻合器驱动装置驱动部分由定支架、动支架、两组齿轮副、两组丝杠螺母副和三台电机组成，用于驱动吻合器的3自由度运动(分别指钉匣中的刀片进退运动、钉匣中的钉舱俯仰运动和吻合器整体旋转运动)；该驱动装置具有钉匣易于快速安装或卸下的特点。
所述的吻合器驱动装置接口部分：接口基体上下两侧设置滑道，上滑道内放置接口插销，下滑道内放置钉舱推杆拨片；接口基体中空，空腔中放置刀片推杆；钉舱推杆拨片沿接口基体下侧壁做轴向运动，驱动钉匣中的钉舱做俯仰运动；接口插销沿接口基体上侧壁做轴向运动，形成钉匣拆卸时的离合器；刀片推杆穿过接口基体中心做轴向运动，驱动刀片进退运动。
所述的吻合器驱动装置接口部分：接口基体前端设有开口槽；接口插销前侧设置有限位缺口。
所述的吻合器驱动装置驱动部分：定支架由底板、前挡板和后挡板构成U型结构；定支架前后挡板设有同心轴孔，定支架后挡板前侧设有内齿轮槽；动支架由上支板、下支板、前挡板和后挡板构成封闭结构；动支架的前后挡板设有同心突出轴；动支架前后挡板的突出轴分别穿过定支架前后挡板的轴孔，动支架卡在定支架的U型槽内；动支架相对定支架只有旋转运动，无轴向运动。
所述的吻合器驱动装置驱动部分：动支架上侧设有1#丝杠，1#丝杠跨接在动支架的前后挡板之间，1#丝杠后端固定有1#齿轮A；1#丝杠上设有1#螺母，1#螺母侧面为平面，该侧面与动支架上支板接触；1#螺母与刀片推杆拨片固连；动支架后挡板中部固定有2个电机(1#电机和2#电机)，1#电机输出轴固定有1#齿轮B，1#齿轮A和1#齿轮B外啮合，2#电机输出轴固定有2#齿轮，2#齿轮与定支架后挡板的内齿轮槽啮合；动支架下侧固定3#电机，3#电机输出轴与2#丝杠同心固定连接；2#丝杠上设有2#螺母，2#螺母与钉舱推杆拨片B固连，钉舱推杆拨片B的下缘为平面，该平面与动支架下支板接触；动支架前挡板上侧设有通孔，离合推杆穿过该通孔与接口插销B固连，离合推杆和动支架前挡板之间设有压簧。
所述的吻合器驱动装置驱动部分：3台电机环形布置固定于动支架上，保持吻合器驱动装置驱动部分结构紧凑；1#电机通过内啮合齿轮副(2#齿轮和定支架后挡板的内齿轮)驱动动支架相对定支架做旋转运动；2#电机通过外啮合齿轮副(1#齿轮B和1#齿轮A)驱动1#丝杠转动，1#丝杠转动驱动1#螺母沿动支架上支板前后滑动；3#电机输出轴带动2#丝杠旋转，2#丝杠转动驱动2#螺母沿动支架下支板前后滑动。
所述的吻合器驱动装置接口部分和驱动部分之间的连接：接口基体后端与动支架前挡板固定连接；刀片推杆的前端与钉匣中的刀片末端卡嵌连接，刀片推杆的后端卡嵌在刀片推杆拨片中，刀片推杆拨片与1#螺母固连；钉舱推杆拨片A与钉舱推杆拨片B固连，钉舱推杆拨片B与2#螺母固连。
所述的吻合器驱动装置：1#螺母沿1#丝杠的前后移动驱动刀片进退运动，2#螺母沿2#丝杠的前后移动驱动钉舱推杆进退运动，从而拉动钉匣中的钉舱做俯仰运动，2#齿轮沿定支架后挡板外齿轮的啮合运动驱动吻合器整体旋转运动。
所述的钉匣的快速安装过程：将钉匣插入接口基体直至钉舱推杆末端卡口正对钉舱推杆拨片A开口,在钉匣插入过程中，钉匣的钉舱限位突起压迫接口插销向后移动一定距离，迫使弹簧压紧；然后，旋转钉匣使钉舱推杆末端卡口完全嵌入钉舱推杆拨片A的开口中，此时，钉舱限位突起正对接口插销的缺口，接口插销在弹簧作用下前移使接口插销缺口与钉舱限位突起正好咬合，至此，钉匣安装完毕。
所述的钉匣的快速拆卸过程：当需要将钉匣从吻合器接口中拆下时，首先，后压离合推杆压紧弹簧，迫使接口插销缺口与钉舱限位突起分开；之后，旋转钉匣使钉舱推拉杆末端卡口从钉舱推杆拨片A的开口中脱出，同时，刀片推拉杆与刀片脱离；最后，向前移动钉匣即可取出钉匣。
本发明的有益效果在于：该驱动装置结构简单，具有3个独立的运动自由度，可满足一次性钉匣的操作需求，钉匣的拆卸安装便捷，可实现将吻合器集成至手术机器人系统，增强手术机器人的功能，简化手术机器人进行缝合时的操作流程，缩短手术时间，减少手术风险。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1一次性可弯曲钉匣结构示意图
图2本发明吻合器电动驱动装置示意图
图3本发明吻合器电动驱动装置安装好一次性钉匣后的示意图
图4.本发明吻合器驱动装置的接口部分示意图
图5.本发明吻合器驱动装置的驱动部分示意图
图6.本发明吻合器驱动装置的接口与驱动部分连接示意图
图7.本发明吻合器驱动装置安装钉匣关键状态1
图8.本发明吻合器驱动装置安装钉匣关键状态2
其中：1、吻合器驱动装置接口部分；2、吻合器驱动装置驱动部分；3、一次性可弯曲钉匣；4、接口基体；5a、钉舱推杆拨片A；5b、钉舱推杆拨片B；6a、接口插销A；6b、接口插销B；7、刀片推杆；8a、定支架底板；8b、定支架前挡板；8c、定支架后挡板；9a、动支架上支板；9b、动支架下支板；9c、动支架前挡板；9d、动支架后挡板；10、2#电机；11a、2#齿轮A；11b、2#齿轮B；12a、1#丝杠；12b、1#螺母；13、刀片推杆拨片；14a、1#齿轮A；14b、1#齿轮B；15、1#电机；16、3#电机；17a、2#丝杠；17b、2#螺母；18、离合推杆；19、压簧
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
一种三自由度电动型吻合器驱动装置(如图2所示)，该装置包括吻合器驱动装置接口部分(如图4所示)和吻合器驱动装置驱动部分(如图5所示)，适用于如图1所示的一次性可弯曲钉匣(下文简称钉匣)。如图4所示，吻合器驱动装置接口部分由接口基体4、钉舱推杆拨片5、接口插销6、刀片推杆7和接口外壳组成；吻合器驱动装置接口部分用于连接钉匣3，实现钉匣3与驱动装置之间的机械连接和力传递。如图5所示，吻合器驱动装置驱动部分由定支架8、动支架9、两组齿轮副(11a和11b，14a和14b)、两组丝杠螺母副(12a和12b，17a和17b)和三台电机(10、15、16)组成，用于驱动吻合器的3自由度运动，分别指钉匣中的刀片进退运动(如图1中的J1)、钉匣中的钉舱俯仰运动(如图1中的J2)和吻合器整体旋转运动(如图1中的J3)；该驱动装置具有钉匣易于快速安装或卸下的特点。
如图4所示，所述的吻合器驱动装置接口部分：接口基体4上下两侧设置滑道，上滑道内放置接口插销6，下滑道内放置钉舱推杆拨片5；接口基体4中空，空腔中放置刀片推杆7；钉舱推杆拨片5沿接口基体4下侧壁做轴向运动，驱动钉匣中的钉舱做俯仰运动；接口插销6沿接口基体4上侧壁做轴向运动，形成钉匣3拆卸时的离合器；刀片推杆7穿过接口基体4中心做轴向运动，驱动刀片进退运动。
所述的吻合器驱动装置接口部分：接口基体4前端设有开口槽(见图4中的顶视图和底视图)；接口插销6前侧设置有限位缺口(见图4中的顶视图)。
如图5所示，所述的吻合器驱动装置驱动部分：定支架由底板8a、前挡板8b和后挡板8c构成U型结构；定支架前后挡板(8b、8c)设有同心轴孔，定支架后挡板8c前侧设有内齿轮槽11b；动支架由上支板9a、下支板9b、前挡板9c和后挡板9d构成封闭结构；动支架的前后挡板设有同心突出轴；动支架前后挡板的突出轴分别穿过定支架前后挡板的轴孔，动支架卡在定支架的U型槽内；动支架相对定支架只有旋转运动，无轴向运动。
如图5所示，所述的吻合器驱动装置驱动部分：动支架上侧设有1#丝杠12a，1#丝杠12a跨接在动支架的前后挡板9c和9d之间，1#丝杠12a后端固定有1#齿轮A(14a)；1#丝杠上设有1#螺母12b，1#螺母12b侧面为平面，该侧面与动支架上支板9a接触；1#螺母12b与刀片推杆拨片13固连；动支架后挡板中部固定有2个电机(1#电机15和2#电机10)，1#电机15输出轴固定有1#齿轮B(14b)，1#齿轮A(14a)和1#齿轮B(14b)外啮合，2#电机10输出轴固定有2#齿轮A(11a)，2#齿轮A(11a)与定支架后挡板的内齿轮槽(11b)啮合；动支架下侧固定3#电机16，3#电机16输出轴与2#丝杠17a同心固定连接；2#丝杠17a上设有2#螺母17b，2#螺母17b与钉舱推杆拨片B(5b)固连，钉舱推杆拨片B(5b)的下缘为平面，该平面与动支架下支板9b接触；动支架前挡板上侧设有通孔，离合推杆18穿过该通孔与接口插销B(6b)固连，离合推杆18和动支架前挡板9c之间设有压簧19。
如图5所示，所述的吻合器驱动装置驱动部分：3台电机环形布置固定于动支架上，保持吻合器驱动装置驱动部分结构紧凑；1#电机15通过内啮合齿轮副(11a和11b)驱动动支架相对定支架做旋转运动；2#电机10通过外啮合齿轮副(14a和14b)驱动1#丝杠12a转动，1#丝杠12a转动驱动1#螺母12b沿动支架上支板9a前后滑动；3#电机16输出轴带动2#丝杠17a旋转，2#丝杠17a转动驱动2#螺母17b沿动支架下支板9b前后滑动。
如图6所示，所述的吻合器驱动装置接口部分和驱动部分之间的连接：接口基体4后端与动支架前挡板9c固定连接；刀片推杆7的前端与钉匣中的刀片末端卡嵌连接，刀片推杆7的后端卡嵌在刀片推杆拨片13中，刀片推杆拨片13与1#螺母12b固连；钉舱推杆拨片A(5a)与钉舱推杆拨片B(5b)固连，钉舱推杆拨片B(5b)与2#螺母(17b)固连；接口插销A(6a)的后端和接口插销B(6b)的前端固定连接。
如图6所示，所述的吻合器驱动装置：1#螺母12b沿1#丝杠12a的前后移动驱动刀片进退运动，2#螺母17b沿2#丝杠17a的前后移动驱动钉舱推杆进退运动，从而拉动钉匣中的钉舱做俯仰运动，2#齿轮11a沿定支架后挡板外齿轮11b的啮合运动驱动吻合器整体旋转运动。
所述的钉匣的快速安装过程：将钉匣3插入接口基体4直至钉舱推杆末端的凸起支口正对钉舱推杆拨片A(5a)开口，此时钉匣与吻合器驱动装置的相对关系如图7所示；在钉匣插入过程中，钉匣的钉舱限位突起压迫接口插销向后移动一定距离，迫使弹簧压紧；然后，旋转钉匣使钉舱推杆末端凸起支口完全嵌入钉舱推杆拨片A的开口中，此时，钉舱限位突起正对接口插销的缺口，接口插销在弹簧作用下前移使接口插销缺口与钉舱限位突起正好咬合，此时钉匣与吻合器驱动装置的相对关系如图8所示；至此，钉匣安装完毕。
所述的钉匣的快速拆卸过程：当需要将钉匣从吻合器接口中拆下时，首先，后压离合推杆压紧弹簧，迫使接口插销缺口与钉舱限位突起分开；之后，旋转钉匣使钉舱推拉杆末端卡口从钉舱推杆拨片A的开口中脱出，同时，刀片推拉杆与刀片脱离；最后，向前移动钉匣即可取出钉匣。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (10)
1.一种三自由度电动型吻合器驱动装置，其特征在于：该装置包括吻合器驱动装置接口部分和吻合器驱动装置驱动部分，适用于一次性可弯曲钉匣(下文简称钉匣)；吻合器驱动装置接口部分由接口基体、钉舱推杆拨片、接口插销、刀片推杆和接口外壳组成，用于连接钉匣，实现钉匣与驱动装置之间的机械连接和力传递；吻合器驱动装置驱动部分由定支架、动支架、两组齿轮副、两组丝杠螺母副和三台电机组成，用于驱动吻合器的3自由度运动(分别指钉匣中的刀片进退运动、钉匣中的钉舱俯仰运动和吻合器整体旋转运动)；该驱动装置具有钉匣易于快速安装或卸下的特点。
2.根据权利要求1所述的吻合器驱动装置接口部分，其特征在于：接口基体上下两侧设置滑道，上滑道内放置接口插销，下滑道内放置钉舱推杆拨片；接口基体中空，空腔中放置刀片推杆；钉舱推杆拨片沿接口基体下侧壁做轴向运动，驱动钉匣中的钉舱做俯仰运动；接口插销沿接口基体上侧壁做轴向运动，形成钉匣拆卸时的离合器；刀片推杆穿过接口基体中心做轴向运动，驱动刀片进退运动。
3.根据权利要求2所述的吻合器驱动装置接口部分，其特征在于：接口基体前端设有开口槽；接口插销前侧设置有限位缺口。
4.根据权利要求1所述的吻合器驱动装置驱动部分，其特征在于：定支架由底板、前挡板和后挡板构成U型结构；定支架前后挡板设有同心轴孔，定支架后挡板前侧设有内齿轮槽；动支架由上支板、下支板、前挡板和后挡板构成封闭结构；动支架的前后挡板设有同心突出轴；动支架前后挡板的突出轴分别穿过定支架前后挡板的轴孔，动支架卡在定支架的U型槽内；动支架相对定支架只有旋转运动，无轴向运动。
5.根据权利要求1所述的吻合器驱动装置驱动部分，其特征在于：动支架上侧设有1#丝杠，1#丝杠跨接在动支架的前后挡板之间，1#丝杠后端固定有1#齿轮A；1#丝杠上设有1#螺母，1#螺母侧面为平面，该侧面与动支架上支板接触；1#螺母与刀片推杆拨片固连；动支架后挡板中部固定有2个电机(1#电机和2#电机)，1#电机输出轴固定有1#齿轮B，1#齿轮A和1#齿轮B外啮合，2#电机输出轴固定有2#齿轮，2#齿轮与定支架后挡板的内齿轮槽啮合；动支架下侧固定3#电机，3#电机输出轴与2#丝杠同心固定连接；2#丝杠上设有2#螺母，2#螺母与钉舱推杆拨片B固连，钉舱推杆拨片B的下缘为平面，该平面与动支架下支板接触；动支架前挡板上侧设有通孔，离合推杆穿过该通孔与接口插销B固连，离合推杆和动支架前挡板之间设有压簧。
6.根据权利要求1所述的吻合器驱动装置驱动部分，其特征在于：3台电机环形布置固定于动支架上，保持吻合器驱动装置驱动部分结构紧凑；1#电机通过内啮合齿轮副(2#齿轮和定支架后挡板的内齿轮)驱动动支架相对定支架做旋转运动；2#电机通过外啮合齿轮副(1#齿轮B和1#齿轮A)驱动1#丝杠转动，1#丝杠转动驱动1#螺母沿动支架上支板前后滑动；3#电机输出轴带动2#丝杠旋转，2#丝杠转动驱动2#螺母沿动支架下支板前后滑动。
7.根据权利要求1所述的吻合器驱动装置接口部分和驱动部分之间的连接，其特征在于：接口基体后端与动支架前挡板固定连接；刀片推杆的前端与钉匣中的刀片末端卡嵌连接，刀片推杆的后端卡嵌在刀片推杆拨片中，刀片推杆拨片与1#螺母固连；钉舱推杆拨片A与钉舱推杆拨片B固连，钉舱推杆拨片B与2#螺母固连。
8.根据权利要求1所述的吻合器驱动装置，其特征在于：1#螺母沿1#丝杠的前后移动驱动刀片进退运动，2#螺母沿2#丝杠的前后移动驱动钉舱推杆进退运动，从而拉动钉匣中的钉舱做俯仰运动，2#齿轮沿定支架后挡板外齿轮的啮合运动驱动吻合器整体旋转运动。
9.根据权利要求1所述的钉匣的快速安装过程，其特点在于：当需要安装钉匣时，将钉匣插入接口基体直至钉舱推杆末端卡口正对钉舱推杆拨片A开口,在钉匣插入过程中，钉匣的钉舱限位突起压迫接口插销向后移动一定距离，迫使弹簧压紧；然后，旋转钉匣使钉舱推杆末端卡口完全嵌入钉舱推杆拨片A的开口中，此时，钉舱限位突起正对接口插销的缺口，接口插销在弹簧作用下前移使接口插销缺口与钉舱限位突起正好咬合，至此，钉匣安装完毕。
10.根据权利要求1所述的钉匣的快速拆卸过程，其特点在于：当需要将钉匣从吻合器接口中拆下时，首先，后压离合推杆压紧弹簧，迫使接口插销缺口与钉舱限位突起分开；之后，旋转钉匣使钉舱推拉杆末端卡口从钉舱推杆拨片A的开口中脱出，同时，刀片推拉杆与刀片脱离；最后，向前移动钉匣即可取出钉匣。
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2018
- 2018-04-17 CN CN201810341357.4A patent/CN108433768A/zh active Pending
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