CN110664488B - 一种肿瘤手术机器人驱动件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种肿瘤手术机器人驱动件，属于医疗器械领域，驱动件包括外壳和驱动电机，驱动电机包括有：电机壳输出轴和动力单元，电机壳体内部为驱动腔，输出轴被电机壳体固定，输出轴和长管连接，输出轴的转动通过长管驱动执行件，输出轴上设有驱动输出轴转动的两个动力单元，两个动力单元分别驱动输出轴朝着不同的方向转动。

Description

一种肿瘤手术机器人驱动件

技术领域

本发明涉及医疗器械领域。

背景技术

机器人手术系统是集多项现代高科技手段于一体的综合体，其用途广泛，在临床上外科上有大量的应用。外科医生可以远离手术台操纵机器进行手术，完全不同于传统的手术概念，在世界微创外科领域是当之无愧的革命性外科手术工具，2014年4月4日，中南大学湘雅三医院国内率先开展国产手术机器人胃穿孔修补术及阑尾切除术。

在肿瘤手术中，手术机器人具有广泛的应用前景，能够准确微创的切除肿瘤以及进行其他操作，现有的手术器械的驱动件通常设有一个电机对手术器械的执行件进行控制，如图18所示，该电机在驱动的时候定子对转子的力的方向和转子的转动方向垂直或者有很大夹角，磁力对转子的作用力有限，转子输出的动力不足。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，公开了一种肿瘤手术机器人驱动件，所述的驱动件达到低速度高功率的输出，适合在微创手术中使用。

所述的驱动件和手术器械长管连接，长管两端分别连接驱动件和执行件，驱动件通过长管控制执行件，所述的驱动件包括外壳和驱动电机，外壳内设有腔体，驱动电机位于腔体内，驱动电机和长管连接，驱动电机包括有：

电机壳体，电机壳体内部为驱动腔；

输出轴，输出轴被电机壳体固定，输出轴和长管连接，输出轴的转动通过长管驱动执行件，输出轴上设有驱动输出轴转动的两个动力单元，两个动力单元分别驱动输出轴朝着不同的方向转动；

动力单元，其包括有第一定子、第二定子、转子、单向轴承，第一定子和第二定子分布于驱动腔内电机壳体的内壁上，第一定子和第二定子上设有方向能够变化的通电线圈，转子包括转子头、转子杆和转子尾，转子头位于第一定子和第二定子之间，转子尾和单向轴承连接，转子杆连接转子头和转子尾，转子头带有磁性，第一定子和第二定子上的线圈电流方向规律性的改变以使得转子头在第一定子和第二定子之间来回摆动，转子头的来回摆动通过单向轴承驱动输出轴朝着一个方向转动进而驱动手术器械的执行件。

作为改进， 所述的两个动力单元沿着输出轴轴向分布。

作为改进，所述的转子尾为圆环结构，单向轴承的外圈位于圆环结构内，单向轴承的内圈和输出轴固定连接。

作为改进，所述的电机壳体的内壁上设有传感器，传感器和控制器连接，控制器控制第一定子和第二定子上线圈的电流方向变化，当第一定子或第二定子经过传感器周围的时候，传感器被触发，并将信号输送到控制器。

作为改进，所述的转子尾连接有多个转子杆，每个转子杆末端连接有转子头，每个转子头分别位于定子之间，每个定子上设有线圈，线圈内的电流方向可变。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的转动件的示意图；

图3是本发明第一转动件和第二转动件的示意图；

图4是第一转动件的示意图；

图5是第二转动件的示意图；

图6是执行件的示意图；

图7是机械臂的示意图；

图8是实施例2的执行件示意图；

图9是实施例2的推杆示意图；

图10是实施例2的执行件示意图；

图11是实施例2的另一推杆示意图；

图12是驱动电机的示意图；

图13是转子示意图；

图14是转子一种状态的示意图；

图15是转子另一种状态的示意图；

图16是手术器械的示意图；

图17输出轴的示意图；

图18是现有驱动电机的示意图

图中标记：1-执行件，11-上颚，111-第一销柱口，112-第一拉槽，12-下颚，121-第二销柱口，122-第二拉槽，13-连接头，14-滑块，15-拉柱，2-长管，21-外管，22-内管，3-驱动件，31-第一固定柱，32-第二固定柱，4-转动件，41-第一转动件，411-第一连接轴，412-第一电机，413-第一弧形通道，414-第一容纳槽，42-第二转动件，421-第二连接轴，422-第二电机，423-第二弧形通道，424-第二容纳槽，43-固定件，5-连接件，6-机械臂，61-第一机械臂，62-第二机械臂，63-第三机械臂，64-第四机械臂，7-执行件，71-上颚，72-下颚，711-滑动槽，712-侧面槽，73-推杆，731-推臂，732-推柱，733-内管，734-圆柱滑块，74-连接头，8-驱动电机，81-电机壳体，82-第一定子，83-第二定子，84-转子，841-转子头，842-转子杆，843-转子尾，85-单向轴承，86-输出轴，9-外壳。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

实施例1：本实施例公开了一种肿瘤手术机器人转动件，该转动件和手术器械固定连接，具体的如图1所示，手术器械包括有一个驱动件3，转动件4固定驱动件进而控制手术器械沿着多个角度方向转动。

在一个具体的实施例当中，如图2所示出的，所述的转动件4包括有固定件43、第一转动件41和第二转动件42。如图7所示，固定件连接有连接件5，连接件连接固定件和机械臂6。在进一步的实施例当中，机械臂包括第一机械臂61、第二机械臂62、第三机械臂63、第四机械臂64，机械臂相互连接以提供不同的自由度。

在进一步的实施例当中，，如图2所示，固定件中间为一个中空腔体，在优选的实施例当中，固定件包括四个面的侧壁，四个侧壁围成中空腔体，中空腔体前后是连通的，第一转动件和第二转动件分别位于中空腔体内。具体的，第一转动件内部设有一个中空通道，第一转动件通过第一连接轴411和固定件连接，第一连接轴的两端分别和固定件的对面侧壁连接，第一连接轴可以看到分开的两段，两段轴向方向在一直线上，第一连接轴的轴向方向为第一方向，第一连接轴的两段中间为第一转动件，第一连接轴的一段连接有第一电机412并被第一电机412驱动进行轴向自转，所述的自转轴为第一方向，第一电机驱动第一连接轴转动，进而驱动第一转动件能够相对第一方向转动，

进一步的如图3所示，所述的第二转动件位于固定件的中空腔体内，第二转动件和第一转动件沿着第三方向分布，第三方向分别和第一方向和第二方向垂直，第三方向为长管的轴向方向。在一些优选的实施例当中，第二转动件和第一转动件的结构相同，可以认为是第一转动件绕着第三方向旋转90度所变化的。第二转动件通过第二连接轴421和固定件连接，第二连接轴的轴向方向为第二方向，第二转动件能够相对第二方向转动，第二转动件内设有一个中空通道。所述的第一转动件的中空通道是沿着第一方向延伸分布的，以使得驱动件相对第二方向转动的时候，驱动件能够在第一转动件的中空通道内摆动，第二转动件的中空通道是沿着第二方向延伸分布的，以使得驱动件相对第一方向转动的时候，驱动件能够在第二转动件的中空通道内摆动。

手术器械的驱动件穿过第一转动件的中空通道和第二转动件的中空通道并被第一转动件和第二转动件固定，第一方向和第二方向垂直，第一转动件相对第一方向转动驱动手术器械绕着第一方向转动，第二转动件相对第二方向转动驱动手术器械绕着第二方向转动。第二连接轴421和第二电机422连接，第二连接轴被第二电机驱动进行轴向自转。

所述的第一转动件和第二转动件可以紧贴的分布，也可以中间有较大的距离，当中间距离较小的时候，第一转动件的转动和第二转动件的转动会相互干涉，但是距离较小又能够节约空间，基于此，在一个优选的实施例当中，为了解决干涉问题，第一转动件41上设有第一容纳槽414，当第二转动件绕着第二方向转动的时候，第二转动件在第一容纳槽中转动，所述的第二转动件设有第二容纳槽424，第一转动件绕着第一方向转动的时候，第一转动件在第二容纳槽中转动。

进一步的，如图1所示，在一些优选的实施例当中，所述的手术器械包括执行件1、长管2、驱动件3，执行件进行肿瘤手术指令执行，长管连接执行件和驱动件，驱动件通过长管驱动执行件完成肿瘤手术指令，如驱动件内设有电机来控制执行件1。

驱动件和转动件的位置固定至关重要，需要驱动件不能相对转动件沿着第三方向移动，又能够使得转动件驱动手术器械转动，基于此，在更一步优选的实施例当中，如图3所示，

第一转动件设有穿透第一转动件的第一弧形通道413，第一弧形通道的弧心在第二方向上，驱动件上设有第一固定柱31，第一固定柱和第一弧形通道配合并能够在第一弧形通道内沿着弧形通道内活动，当手术器械绕着第二方向转动的时候，第一固定柱在第一弧形通道内活动。所述的第二转动件设有第二弧形通道423，第二弧形通道的弧心在第一方向上，驱动件上设有第二固定柱32，第二固定柱插入第二弧形通道内，当手术器械绕着第一方向转动的时候，第二固定柱在第二弧形通道内活动。固定柱和弧形通道的配合一方面固定驱动件，使得驱动件和转动件在第三方向的位置固定，同时促使驱动件能够相对固定件在第一方向、第二方向、第一方向和第二方向的合成方向转动。

如图1和图6所示，执行件伸入到人体组织进行手术操作，所述的执行件包括上颚11、上颚12，所述的上颚设有第一销柱口111，所述的下颚设有第二销柱口121，第一销柱口和第二销柱口通过销柱将上颚和下颚连接，上颚和下颚的前端相对销轴的方向转动，上颚的后端设有第一拉槽112，下颚的后端设有第二拉槽122，执行件还包括有滑块14,滑块14的两端设有拉柱，两端的拉柱分别插入第一拉槽和第二拉槽当中，拉柱在第一拉槽和第二拉槽内的活动驱动上颚和下颚沿着销柱的方向转动，所述的蜡烛，所述的滑块14螺纹连接有内管22，内管被驱动件驱动转动，内管转动驱动滑块14沿着内管的轴向方向移动进而驱动拉柱在第一拉槽和第二拉槽中活动。

在进一步的优选实施例当中，如图6所示，执行件还包括有连接头13，所述的连接头设有卡槽，上颚和下颚的后端卡如卡槽当中，销柱将上颚和下颚通过第一销柱口和第二销柱口固定在连接头上。

在进一步的优选实施例当中，如图6所示，所述的连接头和外管21连接，外管一端和连接头连接，另一端和驱动件连接，外管的内部为内管22。

本实施例的驱动件可以采用常规的驱动装置，如图16所示，驱动件和手术器械长管连接，长管两端分别连接驱动件和执行件，驱动件通过长管控制执行件，所述的驱动件包括外壳9和驱动电机8，外壳内设有腔体，驱动电机位于腔体内，驱动电机和长管连接。

在一个优选的实施例当中，驱动电机包括有：电机壳体81、输出轴86以及动力单元，

电机壳体内部为驱动腔，输出轴被电机壳体固定，输出轴和长管连接，输出轴的转动通过长管驱动执行件。如图17所示，输出轴上设有驱动输出轴转动的两个动力单元，两个动力单元沿着输出轴轴向分布，两个动力单元分别驱动输出轴朝着不同的方向转动控制手术器械的执行件作出相反的指令，如执行件的张开和闭合、前进和后退等。

进一步的如图13所示，动力单元包括有第一定子82、第二定子83、转子84、单向轴承85，第一定子和第二定子分布于驱动腔内电机壳体的内壁上，第一定子和第二定子上设有方向能够变化的通电线圈，转子包括转子头841、转子杆842和转子尾843，转子头位于第一定子和第二定子之间，转子尾和单向轴承连接，转子杆连接转子头和转子尾，转子头带有磁性，第一定子和第二定子上的线圈电流方向规律性的改变以使得转子头在第一定子和第二定子之间来回摆动，转子头的来回摆动通过单向轴承驱动输出轴朝着一个方向转动进而驱动手术器械的执行件。如图14和15所示，转子在转动接近右边定子的时候，电流方向变化，转子受到的磁力方向变化，驱动转子朝左转动，当转子转动到接近左边定子的时候，电流方向变化，转子受到的磁力方向变化。如图14所示，转子受到的磁力方向和转子的转动方向相同，使得电流一定的情况下，实现大功率的输出。进一步的，所述的转子尾为圆环结构，单向轴承的外圈位于圆环结构内，单向轴承的内圈和输出轴固定连接。

为了控制电流方向，所述的电机壳体的内壁上设有传感器，传感器和控制器连接，控制器控制第一定子和第二定子上线圈的电流方向变化，当第一定子或第二定子经过传感器周围的时候，传感器被触发，并将信号输送到控制器。

为了实现更大功率的输出，所述的转子尾连接有多个转子杆，每个转子杆末端连接有转子头，每个转子头分别位于定子之间，每个定子上设有线圈，线圈内的电流方向可变，电子的数量为偶数个如2个4个8个等。

实施例2

本实施例公开了一种手术器械，所述的手术器械能够安装在实施例1当中的转动件和机械臂上供手术机器人使用，所述的手术器械包括执行件、长管和驱动件，执行件连接长管，长管连接驱动件，驱动件通过长管驱动执行件和人体组织接触并实现手术指令。

如图8所示，执行件包括上颚71和下颚72，所示上颚和下颚进行铰接，上颚和下颚相对铰接处能够转动以控制上颚和下颚的开闭，上颚和下颚的开闭实现手术指令，如电凝指令，夹紧指令等，所述的上颚和下颚设有滑动槽711；

连接头74，上颚和下颚在连接头处铰接，连接头和长管固定连接，长管通过连接头固定上颚和下颚；

推杆73，所述的推杆近端和驱动件连接，推杆被驱动件驱动，推杆的远端设有两个相互平行的推臂731，推臂沿着推杆的轴向方向延伸，两个推臂的末端分别插入上颚和下颚的滑动槽中，驱动件驱动推杆进一步驱动推臂沿着滑动槽移动，推臂沿着滑动槽控制上颚和下颚开闭进而实现手术指令。

两个推臂之间是刚性的连接，但是在一些情况下，两个推臂之间也会缓冲的发生变化，不在是平行的会有一些弹性变化，因此能够影响到上颚和下颚的角度变化。因此在一些优选的实施例当中，如图8所示，滑动槽侧面设有两个侧面槽712，如图9所示，推臂的末端设有推柱732，推柱卡入侧面槽中并能够在侧面槽内活动以使得推臂沿着滑动槽移动，推柱和侧面槽的配合将推臂末端固定在滑动槽中以使得推臂精确的控制上颚和下颚的角度变化。

在一些优选的实施例当中，如图9所示，所述的推杆包括有内管733，内管733和推杆的两个推臂固定连接，内管被驱动件驱动沿着内管的轴向移动以驱动两个推臂移动。

在另外一些不同的实施例当中，所述的推杆包括有滑块，所述的所述的滑块和两个推臂固定连接，滑块螺纹连接有内管，内管被驱动件驱动沿着内管轴向自转，内管的轴向自转驱动滑块沿着内管的轴向方向移动，滑块移动驱动推臂移动，所述的滑块被圆柱滑块734，所述的圆柱滑块和连接头配合。

Claims (5)

1.一种肿瘤手术机器人驱动件，其特征在于，所述的驱动件和手术器械长管连接，长管两端分别连接驱动件和执行件，驱动件通过长管控制执行件，所述的驱动件包括外壳（9）和驱动电机（8），外壳内设有腔体，驱动电机位于腔体内，驱动电机包括有：

电机壳体（81），电机壳体内部为驱动腔；

输出轴（86），输出轴被电机壳体固定，输出轴和长管连接，输出轴的转动通过长管驱动执行件，输出轴上设有驱动输出轴转动的两个动力单元，两个动力单元分别驱动输出轴朝着不同的方向转动；

动力单元，其包括有第一定子（82）、第二定子（83）、转子（84）、单向轴承（85），第一定子和第二定子分布于驱动腔内电机壳体的内壁上，第一定子和第二定子上设有方向能够变化的通电线圈，转子包括转子头（841）、转子杆（842）和转子尾（843），转子头位于第一定子和第二定子之间，转子尾和单向轴承连接，转子杆连接转子头和转子尾，转子头带有磁性，第一定子和第二定子上的线圈电流方向规律性的改变以使得转子头在第一定子和第二定子之间来回摆动，转子头的来回摆动通过单向轴承驱动输出轴朝着一个方向转动进而驱动手术器械的执行件。

2.根据权利要求1所述的肿瘤手术机器人驱动件，其特征在于， 所述的两个动力单元沿着输出轴轴向分布。

3.根据权利要求2所述的肿瘤手术机器人驱动件，其特征在于，所述的转子尾为圆环结构，单向轴承的外圈位于圆环结构内，单向轴承的内圈和输出轴固定连接。

4.根据权利要求1-3任一项所述的肿瘤手术机器人驱动件，其特征在于，所述的电机壳体的内壁上设有传感器，传感器和控制器连接，控制器控制第一定子和第二定子上线圈的电流方向变化，当第一定子或第二定子经过传感器周围的时候，传感器被触发，并将信号输送到控制器。

5.根据权利要求4所述的肿瘤手术机器人驱动件，其特征在于，所述的转子尾连接有多个转子杆，每个转子杆末端连接有转子头，每个转子头分别位于定子之间，每个定子上设有线圈，线圈内的电流方向可变。

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