CN111000636A - 传动组件、驱动盒、手术器械系统及机器人系统 - Google Patents

传动组件、驱动盒、手术器械系统及机器人系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及传动组件、驱动盒、手术器械系统及手术机器人系统，所述传动组件包括：输入基座，具有相对的第一端和第二端，所述第一端与驱动机构连接；导向传动部，设置在所述输入基座的外周面上；输出基座，具有相对的第三端和第四端，所述第三端靠近所述第一端；轴向储能元件，用于在外力作用下输入基座和输出基座相互接近时，阻止两者接近，并存储能量；在外力撤除时，释放能量，并驱使输入基座和输出基座相互远离；以及，轴向限位组件，用于限制输入基座和输出基座之间的最大位移；其中：当所述输入基座被所述驱动机构驱动旋转时，所述导向传动部用于带动所述输出基座与所述输入基座同步转动。本发明具有导向传动精度高、导向部位受力小的优点。

Description

传动组件、驱动盒、手术器械系统及机器人系统
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及传动组件、驱动盒、手术器械系统及机器人系统。
背景技术
近年来，随着机器人技术的应用和发展，特别是计算技术的发展，医用机器人在临床中的作用越来越受到人们的重视。微创伤手术机器人一方面可以减轻医生在手术过程中的体力损耗，另一方面还能够达到精准手术的目的，从而具有患者微创伤、失血少、术后感染少、恢复陕的优点。微创伤手术机器人的操作精度是手术机器人性能的一项关键指标，而机械结构的设计对精度的影响起着至关重要的作用。
微创伤手术进行过程中依据实际情况使用手术器械，需要在手术器械的驱动环节采用既能传递扭矩又能补偿轴向位移的传动组件。在现有的手术机器人中采用了各种类型的传动组件，但这些传动组件均存在传动精度低、传动部位受力状况差的问题。
中国专利申请CN107595394A公开了一种手术器械快换机构，其中的安装槽的底面具有凹腔，所述的凹腔内固定有垂直于安装槽底面设置的支撑轴，所述的驱动轮同轴套设在支撑轴上且能上下运动，所述的驱动轮与凹腔底部之间设有弹簧。同样，驱动轮其周向限位同样位于轴心附近。该手术器械快换机构存在以下问题：(1)该手术器械快换机构的精度不佳，在相同配合间隙的条件下，周向限位越靠近轴心，传动精度越低(Δα精度偏差角度≈ΔL配合间隙/r，r为周向限位到转动中心的距离)；(2)该手术器械快换机构的传动轴受力状况不佳(单个配合面上的受力F≈0.5＊M传动扭矩/r)，传递零部件应力大，影响使用寿命，即在传递相同扭矩的情况下，扭矩传递受力面距离转动中心的距离越小，扭矩传递受力面受力越大，受力面积有限，导致零部件应力较大；(3)该手术器械快换机构的轴向尺寸空间利用不足，影响机械臂远端空间尺寸利用及减重，弹簧压缩后的最小尺寸影响轴轴向尺寸大小；(4)该手术器械快换机构的传动效率不理想，一般性的认为，蜗轮蜗杆的传动效率低于齿轮传动，链传动，带传动，丝传动，效率不高意味着负载相同的情况下，需要更大输出能力的电机已实现相同功能；(5)该手术器械快换机构的安装及维修不便，其需借助额外挡片零件完成轴向限位，挡片的存在影响安装及维修的便利性；(6)该手术器械快换机构不具有防尘，防异物进入的特性，轴向运动无防尘措施，长期使用，灰尘易进入轴向运动的间隙中，从而影响轴向运动的顺畅性。
中国专利申请CN101340852A公开了一种机器人操纵器，包括了器械对接装置，所述器械对接装置具有用于将轴向载荷和扭矩提供给无菌适配器的弹簧加载输入。弹簧加载输入包括弹簧、径向滚珠轴承、输出滑轮、线性滚珠花键滑动单元、滚珠花键轴、螺杆以及包括凸起部的输入杆。同样，其周向限位通过滚珠花键实现，其同样位于轴心附近。该器械对接装置存在以下问题：(1)该器械对接装置的精度不佳，在相同配合间隙的条件下，周向限位越靠近轴心，传动精度越低(Δα精度偏差角度≈ΔL配合间隙/r，r为周向限位到转动中心的距离)；(2)该器械对接装置的传动轴受力状况不佳，传递零部件应力大，影响使用寿命，即在传递相同扭矩的情况下，扭矩传递受力面距离转动中心的距离越小，扭矩传递受力面受力越大(单个配合面上的受力F≈0.5＊M传动扭矩/r)，受力面积有限，导致零部件应力较大；(3)该器械对接装置的轴向尺寸空间利用不足，影响机械臂远端空间尺寸利用及减重，弹簧压缩后的最小尺寸直接影响轴轴向尺寸大小，同时滚珠花键为标准件，其轴向尺寸也较大；(4)该器械对接装置的结构难以实现与常规驱动轴(电机轴，减速机轴)的快速固定连接。
发明内容
针对上述问题中的一个或多个，本发明的目的在于提供一种传动组件、驱动盒、手术器械系统及机器人系统，该传动组件提高了传动精度、改善传动部位的受力状况。
为实现上述目的，本发明提供了一种传动组件，包括：
输入基座，具有相对的第一端和第二端，所述第一端用于与一驱动机构连接；
导向传动部，设置在所述输入基座的外周面上；以及，
输出基座，具有相对的第三端和第四端，所述第三端更靠近所述第一端；
轴向储能元件，用于所述输入基座和所述输出基座在外力的作用下相互接近时存储能量；在所述外力撤除时，释放能量，并驱使所述输入基座和所述输出基座相互远离；
轴向限位组件，用于限制所述输入基座和所述输出基座之间的最大位移；
其中：所述输出基座被配置为与所述导向传动部相配合，当所述输入基座被所述驱动机构驱动旋转时，所述导向传动部用于带动所述输出基座与所述输入基座同步转动。
可选地，所述输出基座的第三端为开口端，且所述输出基座上形成有空腔，所述输入基座的第二端插入所述空腔。
可选地，所述导向传动部由所述输入基座的外周面向外延伸形成，所述空腔的内壁上形成有与所述导向传动部相匹配的内配合槽。
可选地，所述导向传动部通过悬吊臂与所述输入基座的外周面连接，且所述输出基座的外壁上形成有与所述导向传动部相匹配的外配合槽。
可选地，所述输入基座的第一端上设置有用于供所述输入基座与所述驱动机构连接的安装孔。
可选地，所述输入基座上还设有锁紧孔、锁紧件，通过锁紧孔、锁紧件的配合实现所述驱动机构与所述输入基座的固定。
可选地，所述轴向储能元件包括：至少一个弹性件，所述弹性件的一端与所述输入基座抵接、另一端与所述输出基座抵接。
可选地，所述轴向储能元件包括：两个相斥设置的磁性装置，其中一个磁性装置设置在所述输入基座上，另一个磁性装置设置在所述输出基座上。
可选地，所述轴向限位组件包括第一轴向限位组件，所述第一轴向限位组件包括第一挡部和第一限位挡部，所述第一挡部设置在所述输入基座的第二端的端面上，所述第一限位挡部设置于所述空腔的内壁上；
所述第一挡部与所述第一限位挡部相互作用时，所述输出基座被阻止继续沿轴向远离所述输入基座。
可选地，所述第一挡部为设置在所述输入基座的第二端的端面上的第一螺钉，所述第一限位挡部设置在所述输出基座的内侧壁上并沿所述内侧壁的径向向内延伸。
可选地，所述输入基座的第二端的端面上设有第一螺孔，在所述输出基座的第四端设有与所述第一螺孔同轴的轴向贯通的安装通孔，所述第一螺钉贯穿所述安装通孔而与所述第一螺孔螺纹连接。
可选地，所述输出基座的第四端的外壁上还形成有一凹槽，所述安装通孔被设置在所述凹槽上，所述传动组件还包括盖板，所述盖板用于盖合所述凹槽以防尘。
可选地，所述轴向限位组件包括第二轴向限位组件，所述第二轴向限位组件包括第二挡部和第二限位挡部，所述第二挡部设置在所述输入基座的靠近第一端的外周面上，所述第二限位挡部设置于所述输出基座的第三端的端面上；
所述第二挡部与所述第二限位挡部相互作用时，所述输出基座被阻止继续沿轴向靠近所述输入基座。
可选地，所述轴向限位组件包括第一轴向限位组件，所述第一轴向限位组件包括第三限位挡部和第三挡部，所述第三限位挡部设置在所述输入基座的外周面上，所述第三挡部设置在所述输出基座的第三端的端面上，且所述输出基座的内腔设有与所述第三限位挡部相匹配的容纳通道，以供所述第三限位挡部沿轴向运动；
当所述第三挡部与所述第三限位挡部相互作用时，所述输出基座被阻止继续沿轴向远离所述输入基座。
可选地，所述第三挡部为第二螺钉，所述第三限位挡部设置于靠近所述输入基座的第二端的外周面上并沿所述输入基座的径向向外延伸。
可选地，所述轴向限位组件包括第二轴向限位组件，所述第二轴向限位组件包括第四挡部和第四限位挡部，所述第四挡部设置于所述输入基座的第二端的端面上，所述第四限位挡部设置于所述输出基座第四端的内壁上；
所述第四挡部与所述第四限位挡部相互作用时，所述输出基座被阻止继续沿轴向靠近所述输入基座。
可选地，所述第三挡部包括限位端和连接端，所述输出基座上设有用于与所述连接端连接的连接孔，所述连接孔与所述连接端螺纹连接；沿轴向投影，所述连接孔的直径与所述连接孔内预设的安全螺纹壁厚之和为所述限位端的直径的0.6～0.8倍。
可选地，所述内配合槽具有一对称线；
沿轴向投影，所述传动组件具有第一径向线和第二径向线，所述第一径向线是所述内配合槽的对称线，所述第二径向线是经过所述传动组件的圆心和所述第三限位挡部在所述输入基座的第二端外周面上的起始位置点的直线；
所述第三限位挡部的起始位置范围为：
Figure BDA0002346932030000051
其中，
w为所述内配合槽及所述内配合槽的两个侧壁的宽度之和，夹角β为从第一径向线顺时针旋转至所述第二径向线时所转动的角度，d1为所述传动组件的外接圆直径，d2为所述限位端的直径。
可选地，沿轴向投影，所述第三限位挡部上的任一点到所述限位端的圆心的距离皆大于0.3倍的所述限位端的直径。
可选地，所述输入基座上设有锁紧孔，所述锁紧孔用于与一驱动机构连接；沿轴向投影，所述锁紧孔形成一虚拟矩形，所述传动组件还具有第四径向线，所述第四径向线经过所述传动组件的圆心和所述虚拟矩形的短边的中点；
所述锁紧孔的相对位置范围为：
Figure BDA0002346932030000061
其中，
夹角γ为从所述第一径向线顺时针旋转至第四径向线时所转动的角度，L1为所述虚拟矩形的短边的长度，L2为所述虚拟矩形的长边的长度。
为实现上述目的，本发明还提供了一种驱动盒，包括：
壳体，开设有至少一个输出孔；
至少一个如前任一项所述的传动组件；以及，
至少一个驱动机构，设置在所述壳体内，并从所述输出孔中伸出，以与所述输入基座的第一端连接。
所述输入基座的第一端上设置有用于供所述输入基座与所述驱动机构连接的安装孔；所述输入基座上设有第一锁紧孔部分，所述驱动机构上设有第二锁紧孔部分，一锁紧件通过与所述第一锁紧孔部分、所述第二锁紧孔部分固定所述输入基座和所述驱动机构。
可选地，所述驱动机构的输出端为异形端，所述传动组件的安装孔的形状与之相匹配。
为实现上述目的，本发明还提供了一种手术器械系统，包括：
驱动盒；
手术器械，所述手术器械包括从动盒，传动结构和器械末端组件；
所述从动盒包括至少一个从动组件，设置在所述从动盒内并用于通过传动结构控制器械末端组件的运动；以及，
如权前任一项所述的驱动盒，所述驱动盒中的传动组件用于与所述从动组件连接，以驱动所述从动组件并带动所述器械末端组件运动。
可选地，还包括：无菌适配器，可拆卸地连接所述从动组件与所述传动组件，用于将驱动盒的动力传递至从动盒。
可选地，所述无菌适配器具有至少一个中间转盘，所述输出基座的第四端上设有主动连接部，所述中间转盘朝向所述驱动盒的表面上设有被动接口；所述主动连接部与所述被动接口中的一个为插槽，另一个为插块，当所述插块与所述插槽插接配合时，所述输出基座与所述中间转盘连接。
可选地，所述主动连接部的数量至少为两个，至少两个所述主动连接部非中心对称地设置在所述输出基座的第四端上，所述从动连接部的数量与所述主动连接部相同，且所述从动连接部与主动连接部对应设置。
可选地，所述主动连接部和被动接口形成有拔模角度。
可选地，所述主动连接部和被动接口的截面形状均呈扇形。
为实现上述目的，本发明还提供了一种手术机器人系统，包括侧手推车，所述侧手推车上包括手术工作臂和如前任一项所述的手术器械系统，所述手术器械系统中的驱动盒设置于手术工作臂上。
与现有技术相比，本发明的一种传动组件、驱动盒、手术器械系统及机器人系统具有如下优点：
第一、本发明的传动组件包括输入基座、导向传动部和输出基座，其中所述导向传动部设置在输入基座的外周面上，并将扭矩传递至所述输出基座，如此，所述传动组件的传动部位(即导向传动部与输出基座相配合的部位)远离所述基座的转动轴线，从而提高传动精度并改善传动部位的受力状况。
第二、本发明的所述输出基座的第三端上形成有空腔，所述输入基座的第二端插入所述空腔，缩小了所述传动组件的轴向尺寸，有利于所述传动组件的小型化设计。
第三、本发明的传动组件在所述输入基座的第一端开设安装孔与驱动机构连接，并通过锁紧件紧固所述驱动机构，从而实现驱动机构与输入基座的可拆卸连接，具有易于组装、拆卸的优点。
附图说明
图1是本发明根据一实施例提供的手术机器人系统工作时的示意图；
图2a是本发明根据一实施例提供的手术机器人系统中从动盒、无菌适配器及驱动盒的连接关系示意图；
图2b是图2a所示手术机器人系统中从动盒、无菌适配器及驱动盒拆分时的示意图，其中驱动盒的一个输出孔处未设置传动组件；
图3a是本发明根据一实施例提供的传动组件的结构示意图；
图3b是图3a所示传动组件的爆炸示意图；
图3c是图3a所示传动组件的输入基座一个方向的结构示意图；
图3d是图3c所示输入基座另一个方向的结构示意图；
图3e是图3a所示传动组件的输出基座一个方向的结构示意图；
图3f是图3e所示输出基座另一个方向的结构示意图；
图3g是图3f所示输出基座的沿轴向的剖视图；
图4是本发明根据一实施例提供的传动组件的结构示意图；
图5是本发明根据一实施例提供的传动组件与驱动机构的示意图；
图6是本发明根据一实施例提供的传动组件与驱动机构的示意图；
图7是本发明根据一实施例提供的传动组件在传动过程中输入基座与输出基座的位置关系示意图；
图8a是图3a所示传动组件在传动过程中输入基座与输出基座间的距离最大时的剖视图；
图8b是图8a所示传动组件的输入基座与输出基座间距离最小时的剖视图；
图9a是本发明根据一实施例提供的传动组件一个方向的结构示意图；
图9b是图9a所示传动组件另一个方向的结构示意图；
图9c是图9a所示传动组件的爆炸示意图；
图10a是图9a所示传动组件在传动过程中输入基座与输出基座间距离最大时的剖视图；
图10b是图9a所示传动组件的输入基座与输出基座间距离最小时的剖视图；
图11a示出了本发明根据一实施例提供的传动组件沿轴向投影的投影的示意图；
图11b是本发明根据一实施例提供的传动组件沿轴向投影的投影示意图，图中角度γ最小；
图11c是本发明根据一实施例提供的传动组件沿轴向投影的投影示意图，图中角度γ最大；
图12a是本发明根据一实施例提供的传动组件的结构示意图；
图12b是图12a所示传动组件的爆炸示意图；
图12c是图12b所示传动组件另一方向的示意图；
图13a是本发明根据一实施例提供的驱动盒中中间转盘的俯视图；
图13b是本发明根据一实施例提供的驱动盒中中间转盘的仰图；
图14是本发明根据一实施例提供的驱动盒的主动连接部与无菌适配器的从动连接部接合时的示意图；
图15a及15b是本发明根据一实施例提供的驱动盒中主动连接部与从动连接部配合时的示意图。
图中：
10-医生控制台；20-手术台车；30-侧手推车；
100-驱动盒；
1000-传动组件；
1100-输入基座；
1110-容纳孔；1120-安装孔；1130-锁紧孔；1140-定位槽；
1200-导向传动部；
1300-输出基座；
1310-内配合槽；1320-外配合槽；1330-主动连接部，1340-安装通孔；1350-凹槽；
1400-轴向储能元件；
1511-第一挡部；1512-第一限位挡部；1513-第一螺孔；1514-第三挡部；1515-第三限位挡部；
1521-第二挡部；
1600-盖板；
1700-锁紧件；
2000-驱动机构；
3000-壳体；
3100-输出孔；
200-从动盒；
300-手术器械；
400-无菌适配器；
410-板体；420-中间转盘；430-从动连接部。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图对本发明提出的传动组件、驱动盒、手术工作臂及手术机器人的实施例作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
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，复数形式“多个”包括两个及两个以上的情况。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，以及术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接：可以是机械连接，也可以是电连接：可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连：可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
图1示出了本发明一实施例提供的手术机器人系统工作时的示意图。如图1所示，所述手术机器人系统包括控制端和执行端，所述控制端包括设置有主操作手的医生控制台10，所述执行端包括手术台车20和侧手推车30等设备，其中患者躺在手术台车20上进行手术。所述侧手推车30上设置有用于挂载手术器械的手术工作臂(图中未标注)，所述手术工作臂、手术器械系统与所述主操作手具有预定的映射关系，从而两者形成主从关系，手术工作臂、手术器械系统依据主操作手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。
具体地，如图2a及图2b所示，所述手术器械系统包括驱动盒100和手术器械。所述手术器械包括近端的从动盒200、丝传动结构和远端的器械末端组件。所述器械末端组件包括至少一个关节，所述丝传动结构用于将从动盒200的动力传递至器械末端组件上的关节，以驱动所述器械末端组件上关节运动。优选，所述手术器械还包括位于所述从动盒200与所述器械末端组件之间的中空的器械杆(图中未标注)，所述丝传动结构从所述从动盒200穿过中空的器械杆至器械末端组件。进一步，所述器械末端组件包括末端执行器，所述末端执行器包括执行器组件。优选，所述执行器组件通过开合关节做开合运动。应当知晓，所述末端执行器包括但不限于夹钳、剪刀、抓紧器、测针夹持器、切割刀片、缝合器等。优选，所述器械末端组件还包括俯仰关节，所述俯仰关节用于驱动所述末端执行器做俯仰运动。更优选，所述俯仰关节的轴线与所述开合关节的轴线垂直。进一步，所述从动盒200内设置有若干从动组件(图中未示出)，每一个所述从动组件通过所述传动结构与所述手术器械300连接，以用于控制所述手术器械300的运动。而所述驱动盒100设置于所述手术工作臂上。且，所述驱动盒100中设置有传动组件(如图3a所示)和驱动机构，所述传动组件被所述驱动机构(图中3a中未示出)所驱动，以向所述从动盒200中的所述从动组件提供驱动力。进一步，所述手术器械系统还包括无菌适配器400。整个手术机器人系统在手术前需要进行灭菌处理。而所述手术工作臂、手术器械系统中的驱动盒100中都含有有源器件，难以用常规灭菌方法进行灭菌。所以在手术器械与驱动盒100乃至手术工作臂之间设有无菌袋进行无菌化处理。而无菌适配器400作为有菌环境和无菌环境之间的动力接口，并设置于无菌袋上，以实现将动力从驱动盒100传递至手术器械的从动盒200上。
如图3a及图3b所示，本发明实施例的第一个目的在于提供一种适用于手术机器人系统的传动组件1000。具体地，所述传动组件1000包括输入基座1100、导向传动部1200、输出基座1300、轴向储能元件1400和轴向限位组件。所述输入基座1100具有相对的第一端(图中未标注)和第二端(图中未标注)，以及用于连接所述第一端和第二端的外周面(图中未标注)，所述第一端用于与一驱动机构连接。所述导向传动部1200设置于所述输入基座1100的外周面上。所述输出基座1300具有相对的第三端(图中未标注)和第四端(图中未标注)，所述第三端更靠近所述第一端。所述轴向储能元件1400用于在外力作用下使所述输入基座1100和所述输出基座1300相互接近时存储能量；在外力撤除时释放能量，并驱使所述输入基座1100和所述输出基座1300相互远离。所述轴向限位组件用于限制所述输入基座1100和所述输出基座1300之间的最大位移。其中，所述输出基座1300被配置为与所述导向传动部1200的形状相配合，当所述输入基座1100被所述驱动机构驱动旋转时，所述导向传动部1200用于带动所述输出基座1300与所述输入基座1100同步转动。
图3a至图3g分别示出了所述传动组件1000的第一实施例的详细结构示意图。在本实施例中，所述输出基座1300的第三端为开口端，且所述输出基座1300形成有空腔(图中未标注)，所述输入基座1100的第二端容纳于所述空腔中。
请继续参阅图3a至图3g，所述导向传动部1200由所述输入基座1100的外周面向外延伸形成，相应地，所述输出基座1300的内侧壁上形成有用于容纳所述导向传动部1200的内配合槽1310，并且所述内配合槽1310的形状、尺寸与所述导向传动部1200相适应，例如，所述导向传动部1200的截面形状为矩形，则所述内配合槽1310的截面形状则呈“]”型。当所述输入基座1100受到驱动力而绕其轴线旋转时，所述导向传动部1200经所述内配合槽1310将扭矩传递至所述输出基座1300以使所述输出基座1300随输入基座1100同步转动。较佳地，所述导向传动部1200的最大宽度方向沿所述输入基座1100的轴向延伸，以增大导向传动部1200的传力面。另外，本实施例并不限定所述导向传动部1200的具体数量，其可以是一个或多个，当所述导向传动部1200的数量为多个时，多个所述导向传动部1200间隔地设置在所述输入基座1100的外周面上。此外，所述导向传动部1200的延伸方向应与所述输入基座1100的轴线方向相平行，以防止所述输出基座1300沿所述导向传动部1200延伸方向运动时产生意外的周向运动。
如图3b所示，所述轴向储能元件1400具有受力时能够存储能量，而当力被取消后又能够释放能量的特性。所述轴向储能元件1400被设置在所述输入基座1100与所述输出基座1300之间，如此，当所述传动组件1000在与外部部件卡接过程中受到轴向作用力时，所述输出基座1300沿着所述输入基座1100的轴线方向靠近所述输入基座1100，所述轴向储能元件1400存储能量；当所述传动组件1000在与外部部件卡接完成，轴向作用力消除时，所述轴向储能元件1400释放能量，并驱使所述输入基座1100和所述输出基座1300相互远离。
请继续参阅图3b，所述轴向储能元件1400可为弹性件。所述弹性件包括但不限于弹簧。所述弹性件的一端与所述输入基座1100的第二端抵接，另一端与所述输出基座1300的第四端的内壁抵接。如图3c所示，所述输入基座1100的第二端形成有一容纳孔1110，所述容纳孔1110具有一台阶面。所述轴向储能元件1400容纳于所述容纳孔1110，并抵接于所述台阶面上。所述容纳孔1110优选与所述输入基座1100同轴设置，从而使得所述输入基座1100和所述输出基座1300受力均衡。所述弹性件的数量在本实施例中设置为一个，并且该弹性件的一端被容置在所述容纳孔内1110内，另一端伸出所述容纳孔1110外而与所述输出基座1300的第四端的内壁抵接。
在另一种实现方式中，如图4所示，所述轴向储能元件1400还可为一对相斥设置的磁性装置，其中一个磁性装置设置在所述输入基座1100的容纳孔1110中，另一个磁性装置设置在所述输出基座1300的第三端的内壁上。
而在其他的变形结构中(图中未示出)，所述输入基座1100的第二端上可开设多个容纳孔，多个所述容纳孔环绕输入基座1100的轴线均匀布置，每一容纳孔均对应布置一个所述轴向储能元件1400，相应地，所述输出基座1300具有对应的布置，如此设置亦可以达到相近的效果。
请继续参阅图3b，并结合图3c，图7及图8a，所述轴向限位组件用以约束所述输出基座1300沿所述输入基座1100的轴线运动时的最大位移。
具体地，所述轴向限位组件包括第一轴向限位组件，所述第一轴向限位组件包括第一挡部1511和第一限位挡部1512(如图8a所示)，所述第一轴向限位组件可以用于确定所述输出基座1300远离输入基座1100达到的第一极限位置。由此可以确定所述传动组件1000最大的长度。例如，所述第一挡部1511设置在所述输入基座1100的第二端的端面上，所述第一限位挡部1512设置在所述输出基座1300的内侧壁上。所述输出基座1300沿轴向远离所述输入基座1100运动，当所述第一挡部1511与所述第一限位挡部1512相互作用时，所述输出基座1300被阻止继续沿轴向远离所述输入基座1100，即所述输出基座1300运动至第一极限位置。所述第一挡部1511作用于所述第一限位挡部1512时，还可以避免输出基座1300从所述输入基座1100的第二端脱出。
如图3c、图3e、图3f及图3g所示，本实施例中所述第一挡部1511可为第一螺钉，所述第一限位挡部1512可为限位台阶。所述第一限位挡部1512设置在所述输出基座1300的内侧壁上并沿所述内侧壁的径向向内延伸。详细地，在所述输入基座1100的第二端的端面上设置第一螺孔1513，所述第一螺孔1513优选设置在所述导向传动部1200的端面上。并且在所述输出基座1300的内侧壁，至少在所述第一螺孔1513外侧设置所述第一限位挡部1512。为了加工方便，所述第一限位挡部1512沿所述输出基座1300的内侧壁周向延伸一圈、半圈、三分之一圈、四分之一圈。优选，在所述输出基座1300的第四端设有与所述第一螺孔1513同轴的轴向贯通的安装通孔1340。安装时，将所述输出基座1300套设在所述输入基座1100上之后，再将所述第一螺钉穿过所述输出基座1300中的安装通孔1340而与所述输入基座1100中的第一螺孔1513螺纹连接即可。如此设置，便于组装输入基座1100、输出基座1300、轴向储能元件1400及第一轴向限位组件。
可选地，如图3f所示，所述输出基座1300的第四端的外壁上还形成有一凹槽1350，所述安装通孔1340被设置在所述凹槽1350。参阅图3b，所述传动组件1000还包括一用于防尘的盖板1600，所述盖板1600用于盖合所述凹槽1350，从而防止灰尘等杂质进入输出基座1300的内腔。所述盖板1600的外表面优选与所述输出基座1300第四端构成一平面。另外，所述盖板1600可通过卡接、卡扣等方式与所述输出基座1300可拆卸连接。
所述轴向限位组件还可包括第二轴向限位组件(图中未标注)，所述第二轴向限位组件还可以用于确定所述输出基座1300接近输入基座1100达到的第二极限位置。由此，可以确定所述传动组件1000最小的长度。所述第二轴向限位组件具有多种形式。例如，所述第二轴向限位组件包括第二挡部1521和第二限位挡部。所述输出基座1300沿轴向与所述输入基座1100相向运动，当所述第二挡部1521和第二限位挡部相互作用时，所述输出基座1300被阻止继续沿轴向靠近所述输入基座1100，即所述输出基座1300运动至第二极限位置。具体而言，所述第二挡部1521设置于所述输入基座1100的靠近第一端的外周面(如图3b所示)。优选，所述第二挡部1521位于相邻两个所述导向限位部1200之间。所述第二限位挡部设置于所述输出基座1300的第三端端面上。优选，所述第二限位挡部与所述输出基座1300一体成型。所述输出基座1300靠近所述输入基座1100运动，即所述输出基座1300轴向向下运动，当位于所述输出基座1300的下端面的第二限位挡部抵靠在所述第二挡部1521上时，所述输出基座1300达到了第二极限位置处。
如图5所示，本发明实施例所述的传动组件1000用于与一驱动机构2000连接，并被所述驱动机构2000驱动而绕轴线转动。所述驱动机构2000可选用电机，依据实际需要，所述驱动机构2000还可配备减速机构(图中未示出)。所述驱动机构2000具有一输出轴，并且所述驱动机构2000优选与所述传动组件1000可拆卸连接，以便于损坏后进行更换。
结合图3d所示，所述输入基座1100的第一端上开设有安装孔1120，所述安装孔1120用于供所述输入基座1100与所述驱动机构2000的输出轴连接。所述安装孔1120优选与所述输入基座1100同轴布置。进一步地，所述输入基座1100上还设有锁紧孔1130、锁紧件1700。通过所述锁紧孔1130与所述锁紧件1700的配合，实现所述驱动机构2000与所述输入基座1100的固定。所述锁紧孔1130具体可为螺纹孔，所述锁紧件1700则为螺纹连接件(例如螺钉)。所述锁紧孔1130也可以是销孔，所述锁紧件1700则为弹性销或常规销轴。
图5示出了本实施例所述的传动组件1000与所述驱动机构2000的一种连接方式。本例中，所述锁紧孔1130与所述安装孔1120连通。更具体地，所述锁紧孔1130设置在所述输入基座1100的外周面靠近第一端的位置处。当所述驱动机构2000的输出轴插入所述安装孔1120内时，所述锁紧件1700穿过所述锁紧孔1130，并提供给所述驱动机构2000的输出轴一个锁紧力，使其与所述输入基座1100连接。
应理解的是，在上述输入基座1100中，所述安装孔1120与所述容纳孔1110既可以是不连通的，也可以是连通的，但需要注意，当所述安装孔1120与所述容纳孔1110相连通时，两者间应当设置抵接肩部(例如两者之间需要形成一台阶面，图中未标注)以承托所述轴向储能元件1400。
在一个替代性实施例中，所述驱动机构2000的输出端为异形端。所述“异形端”是指该端的横截面为非圆形。相应地，所述传动组件1000的安装孔1120也为异形。如此配置，可以实现所述传动组件1000与所述驱动机构2000之间周向保持相对固定。进一步，所述锁紧孔1130包括第一锁紧孔部分和第二锁紧孔部分，其中第二锁紧孔部分位于所述驱动机构2000异形端的端部，所述第一锁紧孔部分用于连通所述安装孔1120和所述容纳孔1110。所述锁紧件1700穿过第一锁紧孔部分后与第二锁紧孔部分连接(例如卡接、螺纹连接等可拆卸连接方式)将所述传动组件1000与驱动机构2000连接，以实现两者的轴向固定。
图6示出了本实施例所述传动组件1000与所述驱动机构2000的另一种连接方式。该连接方式中，所述传动组件1000与驱动机构2000为间接连接。具体而言，所述传动组件1000与所述驱动机构2000通过联轴器连接。通过增加联轴器，并可在所述联轴器上增加额外的辅助结构，如齿轮传动结构、编码器结构或传感器结构，判别减速机轴的输出转速、位置、扭矩等信息。所述联轴器与所述驱动机构2000连接的一端设有驱动机构安装孔，用于容纳所述驱动机构2000的输出轴。类似地，所述联轴器上还设有联轴器锁紧孔、联轴器锁紧件，通过联轴器锁紧孔、联轴器锁紧件之间地配合实现所述联轴器与所述驱动机构2000固定连接。所述联轴器与所述传动组件1000连接的一端为异形端。相应地，所述传动组件1000的安装孔1120也为异形。如此配置，可以实现所述联轴器与所述驱动机构2000之间周向保持相对固定。进一步，所述联轴器与所述传动组件1000对应的端部设有所述第二锁紧孔部分，而所述第一锁紧孔部分被设置为连通所述安装孔1120和所述容纳孔1110。所述锁紧件1700通过所述第二锁紧孔部分与所述第一锁紧孔部分相配合以连接所述输入基座1100和所述联轴器，实现所述输入基座1100和所述联轴器的轴向固定。
下面本文将对上述实施例所述的传动组件1000的传动精度、传力位置的受力状况以及轴向尺寸利用率等情况进行分析。
图7示出了所述传动组件1000在传动时所述输入基座1100和输出基座1300的配合关系示意图。图8a是所述输入基座1100与所述输出基座1300间轴向距离最大时的结构示意图，即所述输出基座1300向上运动至第一极限位置时的示意图；图8b是所述输入基座1100与所述输出基座1300间距离最小时的结构示意图，即所述输出基座1300向下运动至第二极限位置时的示意图。
机械传动过程中有传动角精度公式：
Figure BDA0002346932030000181
式中：Δα(表示传动偏差角度；Δl表示传动组件的输入端与输出轴间的周向配合间隙；r表示传动部位到传动组件轴线的距离，即导向传动部1200到转动中心的距离。
根据式(I)，当所述传动组件1000的输入端与输出轴间的周向配合间隙Δl的值相同的情况下，传动部位到所述传动组件1000轴线的距离r值越大，则传动精度越高。因此，本发明实施例中将所述导向传动部1200设置在所述输入基座1100的外周面上，增大了传动部位到所述传动组件1000轴线的距离(即r值)，进而改善所述传动组件1000的传动精度。
所述传动导向件1200的传动部位的受力有：
Figure BDA0002346932030000191
式中：F表示所述传动导向件的传动部位所受到的力；M表示传动扭矩；r表示传动部位到所述传动组件1000的轴线的距离，即导向传动部1200到转动中心的距离。
由公式(II)可知，在传递相同扭矩的情况下，所述导向传动部1200的传动部位到所述输入基座1100的轴线的距离(即r值)越大，传动部位的受力越小。同样地，本发明实施例中的所述导向传动部1200位于所述输入基座1100的外周面上，增大了传动部位到所述传动组件1000轴线的距离，进而减小了所述导向传动部1200的受力值。
接下来请结合图4、图8a及图8b，本实施例中所述传动组件1000中，当所述输入基座1100与所述输出基座1300间的轴向距离最大时，所述传动组件1000的轴向尺寸为：
L＝n+2s+p+m (III)
式中：L表示所述传动组件1000的轴向尺寸；n表示当所述输入基座1100与所述输出基座1200间距离最小时的预留间隙；s为所述输出基座1200沿轴向运动时的最大行程；p为所述输入基座1100与所述输出基座的最小重合段长度；m为所述第一挡部1511在轴向上的厚度以及所述盖板1600在轴向上的厚度之和。
当所述输出基座1200沿轴向运动时的最大行程s与所述输入基座1100与所述输出基座的最小重合段长度p值相同的情况下，所述传动组件1000的轴向尺寸利用率达到最大值。而由公式(III)可知，当所述输出基座1200沿轴向运动时的最大行程s与所述输入基座1100与所述输出基座的最小重合段长度p值确定后，所述传动组件1000的轴向尺寸仅受所述输入基座1100与所述输出基座1200间距离最小时的预留间隙n和所述第一轴向限位组件的头部1512在轴向上的厚度以及所述盖板1600在轴向上的厚度之和m的影响，也即轴向尺寸利用率的最大值由n值和m值决定。而在实际制造过程中n的取值在(0mm，2mm]之间，m可控制在[0.2mm，4mm]之间，由此可见，n与m之和完全可以忽略不计，即本发明实施例提供的所述传动组件1000具有非常大的轴向尺寸利用率，这对实现所述传动组件1000的小型化设计十分有利。
图9a至图9c示出了发明第二实施例的详细结构示意图，本实施例中的所述输入基座1100、所述导向传动部1200、所述轴向储能元件1400与所述第一实施例的设置基本相同，为简明起见，以下仅针对与第一实施例不同之处进行说明。
本实施例中，所述输出基座1300的第四端被设置为封闭端。由此，第一轴向限位组件和所述第二轴向限位组件需要重新设置。在本实施例中，所述第一轴向限位组件包括第三挡部1514和第三限位挡部1515，用于确定所述输出基座1300远离输入基座1100达到的第一极限位置。其中，所述第三挡部1514设置于所述输出基座1300的第三端的端面上；所述第三限位挡部1515设置于所述输入基座1100的第二端外周面。相应地，所述输出基座1300的内腔设有与第三限位挡部1515形状相匹配的容纳通道，以便于所述第三限位挡部1515沿轴向运动。如此设置，所述第三挡部1514与所述第三限位挡部1515相作用时，所述输出基座1300运动至第一极限位置，所述输出基座1300与所述输入基座1100之间的轴向距离达到最大值。
在本实施例中，所述第三挡部1514可以为第二螺钉，所述第三限位挡部1515设置于所述输入基座1100的第二端外周面上并沿所述输入基座1100的径向向外延伸。具体可采用以下方式来实现第一轴向限位组件的限位作用：在所述输出基座1300第三端的端面上开设有第二螺孔，并且所述第二螺孔的位置与所述第三限位挡部1515相对应，然后在所述第二螺孔处设置所述第二螺钉。当所述输出基座1300与所述输入基座1100之间的距离达到第一极限位置时，所述第二螺钉的头部朝向所述输出基座1300的表面与所述第三限位挡部1515抵接。通过所述第二螺钉与第三限位挡部1515构成所述第一轴向限位组件，以使所述输入基座1100、输出基座1300及第一轴向限位组件便于组装。
在本实施例中，所述第二轴向限位组件仍用于确定所述输出基座1300接近输入基座1100达到的第二极限位置。所述第二轴向限位组件包括第四挡部和第四限位挡部。所述输出基座1300沿轴向与所述输入基座1100相向运动，当所述第四挡部和第四限位挡部相互作用时，所述输出基座1300被阻止继续沿轴向靠近所述输入基座1100，即所述输出基座1300运动至第二极限位置。具体而言，所述第四挡部设置于所述输入基座1100的第二端的端面上，所述第四限位挡部设置于所述输出基座1300第四端的内壁。优选，所述第四挡部设置于所述导向传动部1200朝向所述输出基座1300的端面。所述第四挡部与所述第三限位挡部1515间形成高度落差，可以减轻整个传动组件1000的重量，实现产品轻量化的设计。优选，所述第四限位挡部与所述输出基座1300第四端的内壁一体成型，所述第四挡部与所述导向传动部1200一体成型。所述输出基座1300靠近所述输入基座1100运动，即所述输出基座1300轴向向下运动，当位于所述输出基座1300第四端的内壁的第四限位挡部抵靠在位于所述导向传动部1200的第四挡部1521上时，所述输出基座1300达到了第二极限位置处。
本实施例中的所述传动组件1000的传动精度和传动部位的受力状况与第一实施例中的所述传动组件基本相同。
对于本实施例所述传动组件1000的轴向尺寸利用率，请参阅图10a及图10b，图10a所示为所述输出基座1300与所述输入基座1100间轴向距离最大时的示意图，即所述输出基座1300向上运动至第一极限位置时的示意图；图10b所示为所述输出基座1300与所述输入基座1100间轴向距离最小时的示意图，即所述输出基座1300向下运动至第二极限位置时的示意图。所述传动组件1000的最大轴向尺寸有：
L＝n+2s+p+q (IV)
式中：L表示所述传动组件1000的轴向尺寸；n表示当所述输入基座1100与所述输出基座1200间距离最小时的预留间隙；s为所述输出基座1200沿轴向运动时的最大行程；p为所述输入基座1100与所述输出基座的最小重合段长度；q为所述输出基座1300第四端的壁的厚度(包含第四限位挡部)。
类似于第一实施例，本实施例提供的所述传动组件1000的轴向尺寸最大利用率由n值与q值决定。由于本实施例中无需在所述输出基座1300的第四端上开设通孔1513，亦无需设置凹槽，因此可缩小输出基座1300的第四端的壁的厚度q(实际制造时，q值可控制在[0.3mm，3mm]之间)，进而减小整个所述传动组件1000的轴向尺寸，增大所述传动组件1000的轴向尺寸利用率。
进一步地，为使所述传动组件1000的结构更为紧凑、质量更加轻巧、与所述驱动机构2000的连接更为紧密可靠，本实施例还对所述传动组件1000的各个组件之间的相对位置关系做进一步说明。
图11a至图11c为所述传动组件1000沿轴向投影的投影示意图。根据投影示意图示出了在传动组件周向上各个组件(例如所述第三限位挡部1515，锁紧孔1130)之间的极限位置，各个组件的尺寸限制。为清晰起见，图中部分结构被略去。
根据所述第三挡部1514的位置确定所述第三限位挡部1515的相对位置。所述第三挡部1514包括限位端和连接端，所述输出基座1300上设有用于与连接端连接的连接孔。例如，所述第三挡部1514为上述的第二螺钉，所述限位端即为螺钉头，所述连接端即为螺钉杆，所述连接孔即为所述第二螺孔。具体请参考图11a至图11c，所述传动组件1000的圆心为O1，所述传动组件1000在以O1为圆心，直径为d1的外接圆S内；所述内配合槽1310及其壁厚的总宽度为w，且内配合槽1310具有一对称线，所述对称线作为确定各个组件相对位置关系的基础；B点为所述第三限位挡部1515在所述输入基座1100的第二端外周面上的起始位置；O2点为所述第二螺孔的圆心。图11a至图11c中还标识出了第一径向线O1A、第二径向线O1B，第五径向线O1O2。其中，所述第一径向线O1A即为所述对称线，所述第二径向线O1B为经过所述传动组件1000的圆心O1和第三限位挡部1515的起始位置B点的直线，所述第五径向线O1O2为经过所述传动组件1000的圆心O1和圆心O2的直线。以O2为圆心作第一虚拟圆S1，所述第一虚拟圆S1与所述第二径向线O1B相切。以O2为圆心作第二虚拟圆S2，所述第二虚拟圆S2的直径d4为所述第二螺孔的直径与预设的安全螺纹壁厚之和。以O2为圆心作第三虚拟圆S3，所述第三虚拟圆S3与所述内配合槽1310外壁、内接圆S相切，直径为d2，亦即为第三挡部1514的限位端，例如第二螺钉的头部直径。一般而言，所述第一虚拟圆S1的直径d3为所述第三虚拟圆S3的直径d2的1.1～1.6倍；所述第二虚拟圆S2的直径d4为所述第三虚拟圆S3的直径d2的0.6～0.8倍。
进一步地，可依据以下方式获得第三限位挡部1515的起始位置：
Figure BDA0002346932030000231
Figure BDA0002346932030000232
由此可得到：
Figure BDA0002346932030000233
又由于d3为d2的1.1～1.6倍，所以有：
Figure BDA0002346932030000234
其中，夹角θ1为从第二径向线O1B顺时针旋转至第五径向线O1O2时所转动的角度；夹角θ2为从第五径向线O1O2顺时针旋转至第一径向线O1A时所转动的角度，夹角β为从第一径向线O1A顺时针旋转至所述第二径向线O1B时所转动的角度，由此可以获得第三限位挡部1515的起始位置。
另外，本实施例中所述第三限位挡部1515需要避免与所述第二虚拟圆S2相互干涉，也就是说，所述第三限位挡部1515外周轮廓上的任一点到所述第二虚拟圆S2的圆心O2的距离皆大于0.5＊d4。因为d4＝0.6～0.8d2，所以所述第三限位挡部1515上的任一点到圆心O2的距离需要大于0.3＊d2。
进一步，根据所述第三挡部1514的位置确定锁紧孔1130的相对位置关系。以所述传动组件1000的圆心O1为中心作一虚拟矩形R来表示锁紧孔1130，所述虚拟矩形的短边表示所述锁紧孔1130的直径，所述虚拟矩形的长边表示锁紧孔1130的长度。为保证传动组件与驱动机构有足够的链接强度，需预设所述虚拟矩形的短边长度L1，所述虚拟矩形的长边的长度L2。其中，C点表示虚拟矩形R右侧短边的一个顶点，E点表示虚拟矩形R右侧短边的另一个顶点，D点表示虚拟矩形R右侧短边的中点。
图11a至图11c中还标识出了第三径向线O1C和第四径向线O1D，其中，所述第三径向线O1C为经过所述传动组件1000的圆心O1和所述虚拟矩形R的顶点C的直线；所述第四径向线O1D为经过所述传动组件1000的圆心O1和所述虚拟矩形R的短边的中点D的直线。进一步地，可依据以下方式求获得锁紧孔1130的相对位置：
当所述虚拟矩形R的顶点C恰好落在所述内配合槽1310的外壁上时，夹角γ的角度最小(如图11b所示)，此时有：
Figure BDA0002346932030000241
所以有：
Figure BDA0002346932030000242
当所述虚拟矩形R的顶点E恰好位于在所述第二径向线O1B上时，所述夹角γ的角度最大(如图11c所示)，且所述第四径向线O1D为所述第三径向线O1C和所述第二径向线O1B的对称轴，此时有：
θ3＝θ5，所以
Figure BDA0002346932030000251
而，γmax＝β-θ5
所以有：
Figure BDA0002346932030000252
又由于d3为d2的1.1～1.6倍，因此夹角γ的取值范围为：
Figure BDA0002346932030000253
综上，得到所述夹角γ范围：
Figure BDA0002346932030000254
其中，夹角γ为从所述第一径向线O1A顺时针旋转至第四径向线O1D时所转动的角度，夹角θ4为从所述第一径向线O1A顺时针旋转至所述第三径向线O1C时所转动的角度，夹角θ3为从所述第三径向线O1C顺时针旋转至所述第四径向线O1D时所转动的角度，夹角θ5为从所述第四径向线O1D顺时针旋转至所述第二径向线O1B时所转动的角度。
图12a至图12c示出了本发明所述传动组件1000的第三实施例的结构示意图，本实施例与第二实施例的主要区别在于所述导向传动部1200的设置方式不同。
详细地，本实施例中的所述导向传动部1200位于所述输入基座1100的外周面外部，两者通过一悬吊臂连接。相应地，所述输出基座1300外壁上形成有与所述导向传动部1200相匹配的外配合槽1320。在本例中，所述导向传动部1200的传力部位到所述输入基座1100轴线的距离进一步增大，因此其传动精度也更高。
基于上述各实施例提供的所述传动组件1000，本发明实施例提供了一种驱动盒100。请参阅图2a及图2b，所述驱动盒100包括：壳体3000、至少一个传动组件1000和至少一个驱动机构2000。其中所述壳体3000开设有至少一个输出孔3100；所述传动组件1000为前述任一实施例所提供的传动组件1000，所述传动组件1000设置于壳体3000内，并从所述输出孔3100中延伸出，所述传动组件1000的第四端置于所述壳体3000的外部，从而可将扭矩向外传递；所述驱动机构2000用于与所述传动组件1000的输入基座1100的第一端连接，以驱动所述输入基座1100绕轴线转动。
每一个所述驱动机构2000提供的动力经所述传动组件1000从所述输出孔3100处传递至一手术器械300以控制所述手术器械300的器械末端组件的运动，即所述驱动盒100中的所述输出孔3100、所述传动组件1000及所述驱动机构2000的数量依据待驱动的所述手术器械300的运动自由度来设定，例如一手术器械300具有四个自由度，则所述输出孔3100、所述传动组件1000及所述驱动机构2000的数量均为四个。
进一步地，所述输入基座1100的第一端上设有用于供所述输入基座1100与所述驱动机构2000连接的安装孔1120。所述输入基座1100上还设有第一锁紧孔部分，所述驱动机构2000上设有第二锁紧孔部分，一锁紧件1700通过与所述第一锁紧孔和所述第二锁紧孔部分配合实现所述驱动机构与所述输入基座1100的固定。进一步地，当所述驱动机构2000的输出端为异形端时，所述传动组件1000的所述安装孔1120的形状应与之相匹配。
基于前述的驱动盒100，本发明实施例还提供了一种手术器械系统，如图2a和图2b所示，所述手术器械系统包括驱动盒100和手术器械。所述手术器械包括近端的从动盒200、传动结构和远端的器械末端组件。其中，所述从动盒200内设置有从动组件(图中未示出)，所述从动组件通过所述传动结构与器械末端组件上的关节相连而驱动所述关节运动。而所述驱动盒100包括所述传动组件1000，所述传动组件1000与所述从动组件可拆卸连接，以实现将所述驱动盒100的动力传递至所述手术器械。
详细地，所述从动盒200盒体的一个侧面上对应于各个从动组件的位置均开设有输入孔(图中未示出)。所述从动组件处设置有从动接口(图中未示出)，所述从动接口可与所述驱动盒100中的所述传动组件1000的可拆卸连接，进而所述驱动盒100中的所述驱动机构2000能够驱动所述从动组件运动并带动所述器械末端组件上的关节动作。
请继续参阅图2a及图2b，所述手术器械系统包括无菌适配器400，所述无菌适配器400作为动力传递介质，与所述驱动盒100、从动盒200可拆卸地连接。
所述无菌适配器400包括一板体410，所述板体410上设置有若干可转动的中间转盘420，所述中间转盘420用于可拆卸地连接所述从动组件和所述传动组件1000。
请继续参阅图2b并结合图3a、图9a、图12a、图13a、图13b及图14，所述传动组件1000的所述输出基座1300的第四端上设置有主动连接部1330，所述中间转盘420朝向所述输出基座1300的一侧相应地设置有从动连接部430。在一个示范性实施例中，所述主动连接部1330和所述从动连接部430中的一个为插槽、另一个则为插块，例如所述主动连接部1330被设置为插块时，所述从动连接部430即被设置为插槽。当两者插接过程中，如果插块与插槽没有完成配合时，所述中间转盘420对输出基座1300施加一个轴向作用力，所述输出基座1300克服轴向储能元件1400阻力向输入基座1100移动，并在导向传动部1200作用下，随驱动机构2000同步相对于所述中间转盘420转动；当所述输出基座1300转动至插块与插槽匹配的角度时，所述中间转盘420与所述输出基座1300之间的作用力消除，在所述轴向储能元件作用下所述输出基座1300远离所述输入基座1100，同时插块落入插槽中，通过两者实现所述传动组件1000与中间转盘420之间的动力传递。
应知晓，同一个所述传动组件1000上设置的所述主动连接部1330的数量可以是一个或多个。特别地，在设置多个主动连接部1330时，这些主动连接部1330优选不关于所述输出基座1300第三端端面的转动中心对称地设置，所述从动连接部430与所述主动连接部1330相应设置。如此可以确保所述传动组件1000与所述中间转盘420只能从一个方位上对接，从而保证正确的控制器械末端组件中各个关节的转动。
在一个实施例中，作为所述主动连接部1330的插块还具有一拔模角度(例如2°)，所述从动连接部430则对应地设置有相同的拔模角度。当所述主动连接部1330插入所述从动连接部430时，两者形成楔形配合从而所述传动组件1000与所述中间转盘420连接。
在另一个实施例中，所述主动连接部1330和所述从动连接部430的截面被设计呈扇形。图13a为仰视观察所述中间转盘420的示意图。如图13a所示，所述从动连接部430包括两个平面侧壁和两个弧状侧壁。优选，所述平面经过所述动连接部430的圆心，且弧状侧壁为圆弧状侧壁。所述主动连接部1330的布置亦是如此。这样一来，传动时所述主动连接部1330和所述从动连接部430的受力面均为平面，受力更为均匀，有助于延长所述主动连接部1330和所述从动连接部430的使用寿命。
另外，所述中间转盘420上形成有朝向所述传动组件1000的轴向延伸的导向壁(图中未示出)，所述输出基座1300靠近第四端的外侧壁的至少一部分被设置为回转面，将所述输出基座1300的第四端插入所述导向壁内，并通过回转面与导向壁的配合实现所述中间转盘420与所述传动组件1000的同心定位。
图13b为从俯视角度观察所述中间转盘420的示意图。所述从动组件与所述中间转盘420之间的连接方式可完全按照中间转盘420与传动组件1000的连接方式设置。如图13b所示，所述中间转盘420的中间接口为插槽。而从动接口为与之相适配的插块。
接下来本文将结合图2b及图14介绍本发明实施例中驱动盒100驱动所述无菌适配器400的所述中间转盘420转动，并将动力传递至所述手术器械的所述从动盒200上，从而实现手术器械动作的过程。
如图2b所示，组装所述驱动盒100、所述无菌适配器400及所述手术器械200，并且，所述传动组件1000、所述中间转盘420和所述从动组件对应设置。请参阅图14，其中(a)所示为所述主动连接部1330与所述从动连接部430尚未对接，即所述中间转盘420未被传动组件1000驱动而同步转动时的状态示意图，(b)所示为所述主动连接部1330与所述从动连接部430恰好相对时的示意图，(c)所示为主动连接部1330与从动连接部430完成对接使中间转盘420与所述传动组件1000连接时的示意图。
由图示可见，所述主动连接部1330与所述从动连接部430对接前，所述主动连接部1330抵紧所述中间转盘430与之相对侧的表面，此时所述中间转盘420向所述输出基座1300的第四端提供了一个朝向所述输入基座1100的轴向作用力F1，使得传所述动组件1000处于被压缩状态，所述轴向储能元件1400因为轴向作用力F1存储能量；随后所述驱动机构2000驱动所述传动组件1000转动，所述主动连接部1330转动至与所述从动连接部430相对应的位置，此时如图14中b所示，轴向作用力F1不再存在，与此同时所述轴向储能元件1400释放能量向所述输出基座1300提供了一个背离所述输入基座1100的轴向作用力F2，所述输出基座被该轴向作用力F2推动沿远离所述输入基座1100的方向运动至所述主动连接部1330插入所述从动连接部430中，从而完成所述主动连接部1330与所述从动连接部430的对接，此时状态如图14中c所示；之后，所述中间转盘420即可随所述传动组件1000同步转动。然后，继续将所述无菌适配器400与手术机器连接。所述中间转盘420的插槽与所述从动接口继续进行适配。具体过程与上述过程类似，在所述从动接口对中间转盘420作用下，所述传动组件1000和所述中间转盘420一并被压缩。在所述传动组件1000和所述中间转盘420继续转动，在所述中间转盘420的中间接口与所述从动接口位置相匹配时，所述轴向储能元件1400驱动所述中间转盘420的中间接口与所述从动接口连接。最终，所述驱动机构2000通过主动组件、无菌适配器、从动组件实现动力传动至手术器械，从而使器械末端组件的关节运动。
请参阅图15a及图15b，在实际制造过程中，因受环境及装配工艺等因素的影响，所述主动连接部1330与所述从动连接部430无可避免地存在装配参数偏差，如所述主动连接部1330与从动连接部430间的轴向间隙Δt；又如，因拔模角度的存在，所述主动连接部1330与所述从动连接部430间还存在角度间隙Δq，这些偏差的存在不利于传动精度的提高。对接时，所述输出基座1300被所述轴向储能元件1400推动而沿轴向移动，使得所述主动连接部1330插入所述从动连接部430并与之形成锥面配合，从而补偿轴向间隙Δt和角度间隙Δq，消除参数偏差带来的不利影响，进一步提高传动精度。优选，本发明实施例中所述主动连接部1330与所述从动连接部430的设计尺寸不完全一致，具体地，所述从动连接部430的开口尺寸较主动连接部1330的根部尺寸略小，而其深度较主动连接部1330的高度相同或略大。如此配置，结合所述轴向储能元件1400的轴向位移补偿制造公差的作用，两者之间配合，可以实现无缝对接，进一步提升传动精度。
更进一步地，本发明实施例还提供了一种包括有上述手术器械系统的手术机器人系统。所述手术机器人系统可包括一个或多个手术工作臂。其中所述手术器械系统中的所述驱动盒100设置于所述手术工作臂上。
另外，上述实施例中均以带有空腔的所述输出基座1300为例说明所述输出基座1300与所述输入基座1100的配合，但是在实践中所述输出基座1300也可不设置空腔，例如所述导向传动部1200延伸超出所述输入基座1100的第二端，而使所述输出基座1300的第三端的端面向输入基座1100的第二端设置且与第二端存在容纳所述轴向储能元件1400的空间，因此本发明对所述输出基座1300与所述输入基座1100的配合关系不作特别的限定。
综上所述，本发明的实施例提供的传动组件具有传动精度佳、传力部位受力小、轴向尺寸利用率高的特点。本发明的实施例还提供包括有以上传动组件与驱动机构的驱动盒，该驱动盒供手术机器人使用，以在手术中实现手术器械各个方向上的切换使用，使得手术机器人的操作精度高和使用寿命长。以及本发明的实施例还提供了一种具有上述驱动盒的手术器械系统以及手术机器人系统。
虽然本发明披露如上，但并不局限于此。本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (30)

1.一种传动组件，其特征在于，包括：
输入基座，具有相对的第一端和第二端，所述第一端用于与一驱动机构连接；
导向传动部，设置在所述输入基座的外周面上；
输出基座，具有相对的第三端和第四端，所述第三端更靠近所述第一端；
轴向储能元件，用于所述输入基座和所述输出基座在外力的作用下相互接近时存储能量；在所述外力撤除时，释放能量，并驱使所述输入基座和所述输出基座相互远离；以及，
轴向限位组件，用于限制所述输入基座和所述输出基座之间的最大位移；
其中：所述输出基座被配置为与所述导向传动部相配合，当所述输入基座被所述驱动机构驱动旋转时，所述导向传动部用于带动所述输出基座与所述输入基座同步转动。
2.根据权利要求1所述的传动组件，其特征在于，所述输出基座的第三端为开口端，且所述输出基座上形成有空腔，所述输入基座的第二端插入所述空腔。
3.根据权利要求2所述的传动组件，其特征在于，所述导向传动部由所述输入基座的外周面向外延伸形成，所述空腔的内壁上形成有与所述导向传动部相匹配的内配合槽。
4.根据权利要求2所述的传动组件，其特征在于，所述导向传动部通过悬吊臂与所述输入基座的外周面连接，且所述输出基座的外壁上形成有与所述导向传动部相匹配的外配合槽。
5.根据权利要求1-4任一项所述的传动组件，其特征在于，所述输入基座的第一端上设置有用于供所述输入基座与所述驱动机构连接的安装孔。
6.根据权利要求5所述的传动组件，其特征在于，所述输入基座上还设有锁紧孔、锁紧件，通过锁紧孔、锁紧件的配合实现所述驱动机构与所述输入基座的固定。
7.根据权利要求1所述的传动组件，其特征在于，所述轴向储能元件包括：至少一个弹性件，所述弹性件的一端与所述输入基座抵接、另一端与所述输出基座抵接。
8.根据权利要求1所述的传动组件，其特征在于，所述轴向储能元件包括：两个相斥设置的磁性装置，其中一个磁性装置设置在所述输入基座上，另一个磁性装置设置在所述输出基座上。
9.根据权利要求3所述的传动组件，其特征在于，所述轴向限位组件包括第一轴向限位组件，所述第一轴向限位组件包括第一挡部和第一限位挡部，所述第一挡部设置在所述输入基座的第二端的端面上，所述第一限位挡部设置于所述空腔的内壁上；
所述第一挡部与所述第一限位挡部相互作用时，所述输出基座被阻止继续沿轴向远离所述输入基座。
10.根据权利要求9所述的传动组件，其特征在于，所述第一挡部为设置在所述输入基座的第二端的端面上的第一螺钉，所述第一限位挡部设置在所述输出基座的内侧壁上并沿所述内侧壁的径向向内延伸。
11.根据权利要求10所述的传动组件，其特征在于，所述输入基座的第二端的端面上设有第一螺孔，在所述输出基座的第四端设有与所述第一螺孔同轴的轴向贯通的安装通孔，所述第一螺钉贯穿所述安装通孔而与所述第一螺孔螺纹连接。
12.根据权利要求11所述的传动组件，其特征在于，所述输出基座的第四端的外壁上还形成有一凹槽，所述安装通孔被设置在所述凹槽上，所述传动组件还包括盖板，所述盖板用于盖合所述凹槽以防尘。
13.根据权利要求9-11中任一项所述的传动组件，其特征在于，所述轴向限位组件包括第二轴向限位组件，所述第二轴向限位组件包括第二挡部和第二限位挡部，所述第二挡部设置在所述输入基座的靠近第一端的外周面上，所述第二限位挡部设置于所述输出基座的第三端的端面上；
所述第二挡部与所述第二限位挡部相互作用时，所述输出基座被阻止继续沿轴向靠近所述输入基座。
14.根据权利要求3所述的传动组件，其特征在于，所述轴向限位组件包括第一轴向限位组件，所述第一轴向限位组件包括第三限位挡部和第三挡部，所述第三限位挡部设置在所述输入基座的外周面上，所述第三挡部设置在所述输出基座的第三端的端面上，且所述输出基座的内腔设有与所述第三限位挡部相匹配的容纳通道，以供所述第三限位挡部沿轴向运动；
当所述第三挡部与所述第三限位挡部相互作用时，所述输出基座被阻止继续沿轴向远离所述输入基座。
15.根据权利要求14所述的传动组件，其特征在于，所述第三挡部为第二螺钉，所述第三限位挡部设置于靠近所述输入基座的第二端的外周面上并沿所述输入基座的径向向外延伸。
16.根据权利要求14或15所述的传动组件，其特征在于，所述轴向限位组件包括第二轴向限位组件，所述第二轴向限位组件包括第四挡部和第四限位挡部，所述第四挡部设置于所述输入基座的第二端的端面上，所述第四限位挡部设置于所述输出基座第四端的内壁上；
所述第四挡部与所述第四限位挡部相互作用时，所述输出基座被阻止继续沿轴向靠近所述输入基座。
17.根据权利要求14所述的传动组件，其特征在于，所述第三挡部包括限位端和连接端，所述输出基座上设有用于与所述连接端连接的连接孔，所述连接孔与所述连接端螺纹连接；沿轴向投影，所述连接孔的直径与所述连接孔内预设的安全螺纹壁厚之和为所述限位端的直径的0.6～0.8倍。
18.根据权利要求17所述的传动组件，其特征在于，所述内配合槽具有一对称线；
沿轴向投影，所述传动组件具有第一径向线和第二径向线，所述第一径向线是所述内配合槽的对称线，所述第二径向线是经过所述传动组件的圆心和所述第三限位挡部在所述输入基座的第二端外周面上的起始位置点的直线；
所述第三限位挡部的起始位置范围为：
Figure FDA0002346932020000031
其中，
w为所述内配合槽及所述内配合槽的两个侧壁的宽度之和，夹角β为从第一径向线顺时针旋转至所述第二径向线时所转动的角度，d1为所述传动组件的外接圆直径，d2为所述限位端的直径。
19.根据权利要求17或18所述的传动组件，其特征在于，沿轴向投影，所述第三限位挡部上的任一点到所述限位端的圆心的距离皆大于0.3倍的所述限位端的直径。
20.根据权利要求18所述的传动组件，其特征在于，所述输入基座上设有锁紧孔，所述锁紧孔用于与一驱动机构连接；沿轴向投影，所述锁紧孔形成一虚拟矩形，所述传动组件还具有第四径向线，所述第四径向线经过所述传动组件的圆心和所述虚拟矩形的短边的中点；
所述锁紧孔的相对位置范围为：
Figure FDA0002346932020000041
其中，
夹角γ为从所述第一径向线顺时针旋转至第四径向线时所转动的角度，L1为所述虚拟矩形的短边的长度，L2为所述虚拟矩形的长边的长度。
21.一种驱动盒，其特征在于，包括：
壳体，开设有至少一个输出孔；
至少一个如权利要求1-20任一项所述的传动组件；以及，
至少一个驱动机构，设置在所述壳体内，并从所述输出孔中伸出，以与所述输入基座的第一端连接。
22.根据权利要求21所述的驱动盒，其特征在于，所述输入基座的第一端上设置有用于供所述输入基座与所述驱动机构连接的安装孔；所述输入基座上设有第一锁紧孔部分，所述驱动机构上设有第二锁紧孔部分，一锁紧件通过与所述第一锁紧孔部分、所述第二锁紧孔部分配合以固定所述输入基座和所述驱动机构。
23.根据权利要求21所述的驱动盒，其特征在于，所述驱动机构的输出端为异形端，所述传动组件的安装孔的形状与之相匹配。
24.一种手术器械系统，其特征在于，包括：
驱动盒；
手术器械，所述手术器械包括从动盒，传动结构和器械末端组件；
所述从动盒包括至少一个从动组件，设置在所述从动盒内并用于通过传动结构控制器械末端组件的运动；以及，
如权利要求21-23任一项所述的驱动盒，所述驱动盒中的传动组件用于与所述从动组件连接，以驱动所述从动组件并带动所述器械末端组件运动。
25.根据权利要求24所述的手术器械系统，其特征在于，还包括：
无菌适配器，可拆卸地连接所述从动组件与所述传动组件，用于将驱动盒的动力传递至从动盒。
26.根据权利要求25所述的手术器械系统，其特征在于，所述无菌适配器具有至少一个中间转盘，所述输出基座的第四端上设有主动连接部，所述中间转盘朝向所述驱动盒的表面上设有被动接口；所述主动连接部与所述被动接口中的一个为插槽，另一个为插块，当所述插块与所述插槽插接配合时，所述输出基座与所述中间转盘连接。
27.根据权利要求26所述的手术器械系统，其特征在于，所述主动连接部的数量至少为两个，至少两个所述主动连接部非中心对称地设置在所述输出基座的第四端上，所述从动连接部的数量与所述主动连接部相同，且所述从动连接部与主动连接部对应设置。
28.根据权利要求26或27所述的手术器械系统，其特征在于，所述主动连接部和被动接口形成有拔模角度。
29.根据权利要求26或27所述的手术器械系统，其特征在于，所述主动连接部和被动接口的截面形状均呈扇形。
30.一种手术机器人系统，其特征在于，包括侧手推车，所述侧手推车上包括手术工作臂和如权利要求24-29中任一项所述的手术器械系统，所述手术器械系统中的驱动盒设置于手术工作臂上。
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