CN110403677B

CN110403677B - 一种鼻窦镜手术动力系统

Info

Publication number: CN110403677B
Application number: CN201910663747.8A
Authority: CN
Inventors: 刘建国; 张石如
Original assignee: Hangzhou Keruite Medical Equipment Co ltd
Current assignee: Hangzhou Keruite Medical Equipment Co ltd
Priority date: 2019-07-22
Filing date: 2019-07-22
Publication date: 2020-06-19
Anticipated expiration: 2039-07-22
Also published as: CN110403677A

Abstract

本发明涉及一种鼻窦镜手术动力系统，其包括电机(1)、与所述电机(1)的输出轴(2)相连的星形齿轮减速器(3)，进一步包括电机控制器，所述电机控制器控制所述鼻窦镜手术动力系统的单向转速在400‑50000转/分钟之间任意调节，控制所述鼻窦镜手术动力系统的往复转速在200‑25000转/分钟之间任意调节且控制所述鼻窦镜手术动力系统的往复转换的每次转换频次在0.2‑1.5秒之间任意调节，同时自动监测刀具阻力并根据所监测到阻力大小自动调节所述电机(1)的电流。其自动的调节电流满足了鼻窦镜手术需求，且切除效率高，扭矩大，不易卡死。

Description

一种鼻窦镜手术动力系统

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，涉及一种鼻窦镜手术用设备，具体涉及一种鼻窦镜手术动力系统。

背景技术

在鼻窦镜手术中，需要用刀具切除鼻腔部位组织等。因此，需要为刀具提供一种动力系统，以驱动刀具，从而使得刀具能够切除鼻腔部位组织等。

但是，现有的鼻窦镜手术动力系统普遍存在如下问题：1、单向转速为500-15000转/分钟，这样，使得单向最高转速用于切削、打磨时速度偏低，不能完全满足手术需要。2、往复，也就是正反转时，转速为500-5000转/分钟，频率1次/1秒，这样，往复频率单一，不能选择最佳组织吸入点，降低了有效切除率。3、扭矩为105mN.m，这样，扭矩偏小，遇坚硬组织无法切除，易卡死。

鉴于现有技术的上述技术缺陷，迫切需要研制一种新型的鼻窦镜手术动力系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种鼻窦镜手术动力系统，其自动的调节电流满足了鼻窦镜手术需求，且切除效率高，扭矩大，不易卡死。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种鼻窦镜手术动力系统，其包括电机、与所述电机的输出轴相连的星形齿轮减速器，其特征在于，进一步包括电机控制器，所述电机控制器控制所述鼻窦镜手术动力系统的单向转速在400-50000转/分钟之间任意调节，控制所述鼻窦镜手术动力系统的往复转速在 200-25000转/分钟之间任意调节且控制所述鼻窦镜手术动力系统的往复转换的每次转换频次在0.2-1.5秒之间任意调节，同时自动监测刀具阻力并根据所述阻力自动调节所述电机的电流。

进一步地，其中，所述电机控制器包括PWM调整电路、PWM电机驱动电路、驱动信号反馈电路和MCU控制器，所述PWM调整电路用于自动调整所述电机所需的电压；所述PWM电机驱动电路用于通过调整输出PWM，调整所述电机的转速，使所述电机运行在设定的转速范围内，并控制所述电机的正向运转、反向运转和停止动作，同时在一定范围内调整所述电机的扭矩；所述驱动信号反馈电路用于在所述电机运行时向所述MCU控制器反馈当前的速度和电流信号；所述MCU控制器用于对所述电机进行调速、对所述电机的电压进行调整及采集所述电机在运行过程中的信号，并根据所述驱动信号反馈电路反馈的信号自动调整所述电机的输出。

更进一步地，其中，所述电机为直流无刷电机。

再进一步地，其中，所述鼻窦镜手术动力系统进一步包括供电电源，所述供电电源用于向所述电机供应直流电，输入电压为24-36V。

此外，其中，所述星形齿轮减速器包括主动齿轮轴、固定齿轮、第一齿轮连接盘和第二齿轮连接盘，所述主动齿轮轴的一端与所述电机的输出轴相连、另一端设有主动齿轮，所述固定齿轮具有内齿轮，所述第一齿轮连接盘的一侧设有三个第一星形齿轮、另一侧设有一个传动齿轮，所述第二齿轮连接盘的一侧设有三个第二星形齿轮、另一侧设有刀具连接轴，所述主动齿轮)安装在三个所述第一星形齿轮的中间并与三个所述第一星形齿轮啮合，并且三个所述第一星形齿轮都与所述固定齿轮的内齿轮啮合，所述传动齿轮安装在三个所述第二星形齿轮的中间并与三个所述第二星形齿轮啮合，并且三个所述第二星形齿轮也都与所述固定齿轮的内齿轮啮合，所述刀具连接轴连接刀具。

进一步地，其中，所述星形齿轮减速器的减速比为1∶1.75。

更进一步地，其中，其扭矩值为5-320mN.m。

与现有技术相比，本发明的鼻窦镜手术动力系统具有如下有益技术效果：

1、通过电机控制器，根据不同的手术需要，使得单向转速能在 400-50000转/分钟之间任意调节，能满足不同术式需要。

2、通过电机控制器，根据不同的手术需要，使得往复转速能在 200-25000转/分钟之间任意调节。

3、通过电机控制器，每次转换频次可根据手术要求任意调节，从而使内外刀口对正的瞬间做暂短的停顿，确保被切除物最大量的吸入，达到高效切除效果。

4、根据不同的手术需要，手术使用中在内外刀口对正的瞬间暂短的停顿确保被切除物最大量的吸入使得刀具阻刀增加而卡顿时，电机控制器会根据输出扭矩自动调整电机输出电流，从而达到无障碍切除，刀具不卡顿。

5、可根据不同手术要求，设定不同的手术运行模式。

附图说明

图1是本发明的鼻窦镜手术动力系统的正视示意图。

图2是本发明的鼻窦镜手术动力系统的电机控制器的构成示意图。

图3是PWM调整电路的原理图。

图4-1和图4-2是PWM电机驱动电路的原理图。

图5-1至图5-5是MCU控制器的原理图。

图6是MCU控制器的MCU主控芯片的结构图。

图7示出了本发明的鼻窦镜手术动力系统的电流与扭矩值的对应关系。

图8是本发明的鼻窦镜手术动力系统的星形齿轮减速器的分解图。

图9是本发明的鼻窦镜手术动力系统的星形齿轮减速器的部分分解图，示出了其安装结构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，实施例的内容不作为对本发明的保护范围的限制。

图1示出了本发明的鼻窦镜手术动力系统的正视示意图。如图1 所示，本发明的鼻窦镜手术动力系统包括电机1。所述电机1用于提供动力。

在本发明中，所述鼻窦镜手术动力系统进一步包括星形齿轮减速器3。所述星形齿轮减速器3与所述电机1的输出轴2相连。在本发明中，所述星形齿轮减速器3为二级减速器，用于对所述电机1提供的转动进行减速，以满足刀具切割的需求。

在本发明中，重要的是，所述鼻窦镜手术动力系统还包括电机控制器。所述电机控制器控制所述电机1，进而控制所述鼻窦镜手术动力系统的输出。其中，所述电机控制器能够控制所述鼻窦镜手术动力系统的输出的单向转速在400-50000转/分钟之间任意调节，控制所述鼻窦镜手术动力系统的输出的往复转速在200-25000转/分钟之间任意调节且控制所述鼻窦镜手术动力系统的输出的往复转换的每次转换频次在0.2-1.5秒之间任意调节，同时其自动监测刀具阻力并根据所述阻力自动调节所述电机1的电流以增加扭矩。

在本发明中，图2示出了本发明的鼻窦镜手术动力系统的电机控制器的构成示意图。具体地，如图2所示，所述电机控制器包括PWM 调整电路、PWM电机驱动电路、驱动信号反馈电路和MCU控制器。

其中，所述PWM调整电路用于自动调整所述电机1所需的电压。也就是，当所述电机1设定转速增加时，则提高所述电机1的供电电压，从而增加所述电机1的驱动电流，满足所述电机1输出转速的要求。如果设定的所述电机1输出转速较低时，则相应的降低所述电机1输出电压和电流，从而保证在低转速中保持所述电机1的输出扭矩。

所述PWM调整电路的控制原理如图3所示。在图3中：

P301为电机输入电压，其输入范围为DC24V～DC36V；

U304为PWM驱动模块，控制Q300、Q301二只调整MOS管的输出电压VM。

U303A为输出电流采样电路，R312为采样电阻，通过运放U303 进行11倍放大后再送到MCU的AD采样输入端进行模数转换采样。

MCU根据输入的采样信号值，经过运算后，输出相应的PWM控制值，来控制U304的PWM驱动模块的输出功率，从而达到自动控制输出电压的功能。

所述PWM电机驱动电路用于通过调整输出PWM，调整所述电机 1的转速，使所述电机1运行在设定的转速范围内，并控制所述电机1 的正向运转、反向运转和停止动作等，同时在一定范围内调整所述电机1的扭矩，从而满足手术要求。

所述PWM电机驱动电路的控制原理如图4-1和图4-2所示。在图 4-1和图4-2中：

U200为电机驱动模块，U303B为电机运行模拟采样输出端口， P200为电机运行数字采样输出端口，P201为电机输出控制端口，其它的为电机驱动模块的控制端口。

MCU通过不同的三相PWM输出控制方式，来控制U200电机驱动模块来控制电机的正向运转、反向运转及停止等动作。MCU通过 P200接口采样电机运行速度及方向，通过U303B运行模拟接口来采样电机的运行扭矩，根据P200数字采样端口和U303B模拟采样端口信号进行运算控制，从而自动调整输出控制值，更加准确的控制电机运行状态。

所述驱动信号反馈电路用于在所述电机1运行时向所述MCU控制器反馈当前的速度和电流信号。具体地，当电机1在做正向或反向运转时，会产生一定的驱动电流，该驱动电流通过所述驱动信号反馈电路采样、放大及滤波后，送到MCU控制器进行数据采集。另外，电机也会输出当前运转速度值送到MCU控制器去采集。MCU控制器将采集到的反馈信号进行运算后，转换成输出控制命令，电机驱动模块收到控制命令后，输出相应的PWM控制值，从而达到自动调整控制电机运行的功能。

由于所述驱动信号反馈电路采用的是现有电路，现有技术中有很多这种驱动信号反馈电路，因此，在本发明中不对其进行详细描述，也没有给出其控制原理图。

所述MCU控制器是整个电机控制器的中心，用于对所述电机1进行调速、对所述电机1的电压进行调整及采集所述电机1在运行过程中的信号，并根据所述驱动信号反馈电路反馈的信号自动调整所述电机 1的输出。

所述MCU控制器的控制原理如图5-1至图5-5所示。在图5-1至图 5-5中：

U100为MCU主控芯片，型号为STM32F103RCT6，该芯片是一种嵌入式-微控制器的集成电路(IC)，芯体尺寸是32位，速度是72MHz，程序存储器容量是256KB，程序存储器类型是FLASH，RAM容量是 48K，其系统结构如图6所示。

所述MCU控制器是整个电机控制器的控制中心，所有的采集数据通过端口反馈到MCU控制器的输入端口，MCU控制器经过运算后，根据功能需求，输出实际需要的控制端口，从而达到自动调整控制的目的。

在本发明中，所述电机1为直流无刷电机。所述PWM电机驱动电路输出电机驱动电流，从而来控制电机1的运转速度和方向，当扭矩增加时，所述PWM电机驱动电路会相应的增加驱动电流，扭矩减小时，驱动模块也会相应减少驱动电流的输出，从而保证电机正常运转。

图7示出了本发明的鼻窦镜手术动力系统的电流与扭矩值的对应关系。由图7可知，本发明的鼻窦镜手术动力系统的扭矩值为 5-320mN.m，并且扭矩值与电机的电流值存在对应关系。这样，通过监测所述电机的电流值，就可以知道刀具的扭矩值，进而知道刀具受到的阻力。因此，在使用过程中，可以通过所述电机的控制器监测所述电机的电流值，在监测到电流值增加，也就是刀具受到的阻力增加时，所述电机的控制器使电机的电流瞬间增加，从而使得刀具的切割力增加，达到无障碍切除。

在本发明中，所述鼻窦镜手术动力系统进一步包括供电电源，所述供电电源用于向所述电机1供应直流电，输入电压为24-36V。

图8示出了本发明的鼻窦镜手术动力系统的星形齿轮减速器的分解图。图9示出了本发明的鼻窦镜手术动力系统的星形齿轮减速器的部分分解图，示出了其安装结构。如图8和9所示，所述星形齿轮减速器3包括主动齿轮轴3.1、固定齿轮3.3、第一齿轮连接盘3.4和第二齿轮连接盘3.7。

其中，所述主动齿轮轴3.1的一端与所述电机1的输出轴2相连、另一端设有主动齿轮3.2。所述固定齿轮3.3具有内齿轮。所述第一齿轮连接盘3.4的一侧设有三个第一星形齿轮3.5、另一侧设有一个传动齿轮3.6。所述主动齿轮3.2安装在三个所述第一星形齿轮3.5的中间并与三个所述第一星形齿轮3.5啮合。并且三个所述第一星形齿轮3.5都与所述固定齿轮3.3的内齿轮啮合。这样，所述电机1的输出轴2带动所述主动齿轮轴3.1和主动齿轮3.2转动，并通过所述主动齿轮3.2带动所述第一星形齿轮3.5在所述固定齿轮3.3内转动。通过所述第一星形齿轮3.5带动所述传动齿轮3.6，能够实现减速比1∶0.875的一级减速。

所述第二齿轮连接盘3.7的一侧设有三个第二星形齿轮3.8、另一侧设有刀具连接轴3.9。所述传动齿轮3.6安装在三个所述第二星形齿轮3.8的中间并与三个所述第二星形齿轮3.8啮合。并且三个所述第二星形齿轮3.8也都与所述固定齿轮3.3的内齿轮啮合。这样，所述传动齿轮3.6带动所述第二星形齿轮3.8在所述固定齿轮3.3内转动。通过所述第二星形齿轮3.8带动所述刀具连接轴3.9，能够实现减速比为 1∶0.875的二级减速。

通过所述星形齿轮减速器3的二级减速，使得所述星形齿轮减速器3的减速比为1∶1.75。

所述刀具连接轴3.9连接刀具。通过所述刀具连接轴3.9带动所述刀具转动，从而实现鼻腔部位组织等的切除。

在本发明中，所述电机1的最高转速大于75000转/分钟。通过所述减速比为1∶1.75的星形齿轮减速器3能将最高速减速至50000转/分钟。这样，根据不同的手术需要，通过所述电机控制器能够将刀具的转速控制在400-50000转/分钟之间任意调节，满足不同术式需要。

同时，由于所述电机1是直流无刷电机，其具有正极和负极，通过改变其正负极，可以改变所述电机1的转向，从而实现正反转，也就是往复运动。这样，通过所述电机控制器，根据不同的手术需要，使得往复转速能在200-25000转/分钟之间任意调节，满足不同术式需要。并且，通过所述电机控制器，根据不同的手术情况，每次转换频次在0.2-1.5秒之间任意调节，使刀具的内外刀口对正的瞬间做暂短的停顿，确保被切除物最大量的吸入，达到高效切除效果。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims

1.一种鼻窦镜手术动力系统，其包括电机(1)、与所述电机(1)的输出轴(2)相连的星形齿轮减速器(3)，其特征在于，进一步包括电机控制器，所述电机控制器控制所述鼻窦镜手术动力系统的单向转速在400-50000转/分钟之间任意调节，控制所述鼻窦镜手术动力系统的往复转速在200-25000转/分钟之间任意调节且控制所述鼻窦镜手术动力系统的往复转换的每次转换频次在0.2-1.5秒之间任意调节，同时自动监测刀具阻力并根据所述阻力自动调节所述电机(1)的电流，所述电机控制器包括PWM调整电路、PWM电机驱动电路、驱动信号反馈电路和MCU控制器，所述PWM调整电路用于自动调整所述电机(1)所需的电压；所述PWM电机驱动电路用于通过调整输出PWM，调整所述电机(1)的转速，使所述电机(1)运行在设定的转速范围内，并控制所述电机(1)的正向运转、反向运转和停止动作，同时在一定范围内调整所述电机(1)的扭矩；所述驱动信号反馈电路用于在所述电机(1)运行时向所述MCU控制器反馈当前的速度和电流信号；所述MCU控制器用于对所述电机(1)进行调速、对所述电机(1)的电压进行调整及采集所述电机(1)在运行过程中的信号，并根据所述驱动信号反馈电路反馈的信号自动调整所述电机(1)的输出，所述星形齿轮减速器(3)包括主动齿轮轴(3.1)、固定齿轮(3.3)、第一齿轮连接盘(3.4)和第二齿轮连接盘(3.7)，所述主动齿轮轴(3.1)的一端与所述电机(1)的输出轴(2)相连、另一端设有主动齿轮(3.2)，所述固定齿轮(3.3)具有内齿轮，所述第一齿轮连接盘(3.4)的一侧设有三个第一星形齿轮(3.5)、另一侧设有一个传动齿轮(3.6)，所述第二齿轮连接盘(3.7)的一侧设有三个第二星形齿轮(3.8)、另一侧设有刀具连接轴(3.9)，所述主动齿轮(3.2)安装在三个所述第一星形齿轮(3.5)的中间并与三个所述第一星形齿轮(3.5)啮合，并且三个所述第一星形齿轮(3.5)都与所述固定齿轮(3.3)的内齿轮啮合，所述传动齿轮(3.6)安装在三个所述第二星形齿轮(3.8)的中间并与三个所述第二星形齿轮(3.8)啮合，并且三个所述第二星形齿轮(3.8)也都与所述固定齿轮(3.3)的内齿轮啮合，所述刀具连接轴(3.9)连接刀具。

2.根据权利要求1所述的鼻窦镜手术动力系统，其特征在于，所述电机(1)为直流无刷电机。

3.根据权利要求2所述的鼻窦镜手术动力系统，其特征在于，进一步包括供电电源，所述供电电源用于向所述电机(1)供应直流电，输入电压为24-36V。

4.根据权利要求3所述的鼻窦镜手术动力系统，其特征在于，所述星形齿轮减速器(3)的减速比为1∶1.75。

5.根据权利要求4所述的鼻窦镜手术动力系统，其特征在于，其扭矩值为5-320mN.m。