CN112402019B - 手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手术机器人，包括驱动设备、输出法兰和设于无菌分隔座组件上的转接法兰，输出法兰的外周面上设有沿周向延伸的切割槽；输出法兰在轴向上的第一端与转接法兰插接配合以带动转接法兰同步转动，且第二端连接于驱动设备的输出轴，输出轴与输出法兰同步转动且可在轴向上相对滑动，且输出法兰与输出轴之间设有弹性件，以将输出法兰轴向压紧于转接法兰。由于输出法兰上设有切割槽，通过切割槽的受力变形保证两者能够插接在一起，能够降低对转接法兰和输出法兰的加工精度的要求。

Description

手术机器人

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，特别涉及一种手术机器人。

背景技术

手术机器人中，包括器械组件、无菌分隔座组件、器械座传动组件和器械末端执行组件，其中，器械座传动组件包括电机和两级同步轮减速组件，电机通过两级同步轮减速组件连接于输出法兰，输出法兰驱动无菌分隔座组件中的转接法兰，再通过转接法兰驱动器械组件中的法兰轴，通过法兰轴将扭矩传递到器械末端执行组件，完成相应的手术动作。

但是，输出法兰与转接法兰均为不可形变的硬性结构，两者装配时，对于两者加工精度要求较高，否则两者不能连接在一起。

因此，如何降低加工难度，是本领域技术人员目前需要解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种手术机器人，降低了加工难度。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种手术机器人，包括驱动设备、输出法兰和设于无菌分隔座组件上的转接法兰，所述输出法兰的外周面上设有沿周向延伸的切割槽；所述输出法兰在轴向上的第一端与所述转接法兰插接配合以带动所述转接法兰同步转动，且第二端连接于所述驱动设备的输出轴，所述输出轴与所述输出法兰同步转动且可在轴向上相对滑动，且所述输出法兰与所述输出轴之间设有弹性件，以将所述输出法兰轴向压紧于所述转接法兰。

优选地，所述输出法兰上设置所述切割槽的部分具有弹性。

优选地，所述输出法兰的第二端设有限位槽，所述输出轴上设有沿轴向延伸的限位凸棱，所述限位槽套接于所述输出轴上且与所述输出轴仿形设置，以使所述输出法兰在所述限位凸棱的限位下随所述输出轴同步转动。

优选地，所述输出轴的中部固定设有弹簧套，所述弹性件套设于所述输出轴上，且所述弹性件轴向上的一端抵于所述输出法兰上，另一端抵于所述弹簧套上。

优选地，所述输出法兰的第一端设有第一锥形凸台，所述第一锥形凸台的外周面沿着轴向且靠近所述转接法兰的方向逐渐收拢，所述转接法兰上设有与所述第一锥形凸台配合插接的第一锥形凹槽。

优选地，所述输出法兰的第一端相对于预设对称平面对称设有至少两个所述第一锥形凸台，所述预设对称平面平行于轴向，所述转接法兰上设有与各所述第一锥形凸台分别对应插接的所述第一锥形凹槽，且所有所述第一锥形凹槽均连通于所述转接法兰中部的通孔。

优选地，所述输出法兰沿轴向贯穿设置，且中心通孔的中部设有面向所述转接法兰的台阶面，所述输出轴的自由端端面上固定连接轴端挡圈，所述轴端挡圈伸入所述中心通孔内，且能够通过与所述台阶面相抵以限制所述输出法兰的轴向位移。

优选地，还包括法兰轴，所述法兰轴与所述输出法兰分别设于所述转接法兰在轴向上的两侧，所述转接法兰与所述法兰轴两者通过轴向插接配合以同步转动。

优选地，所述法兰轴上套设有至少两个槽轮，各所述槽轮沿轴向依次设置，且其中一个所述槽轮与所述法兰轴通过键连接以同步转动，相邻所述槽轮之间通过轴向插接配合以同步转动。

优选地，所述驱动设备为减速电机。

本发明提供的手术机器人，包括驱动设备、输出法兰和设于无菌分隔座组件上的转接法兰，输出法兰的外周面上设有沿周向延伸的切割槽；输出法兰在轴向上的第一端与转接法兰插接配合以带动转接法兰同步转动，且第二端连接于驱动设备的输出轴，输出轴与输出法兰同步转动且可在轴向上相对滑动，且输出法兰与输出轴之间设有弹性件，以将输出法兰轴向压紧于转接法兰。

在装配转接法兰和输出法兰的过程中，通过切割槽的受力变形，可以调节转接法兰和输出法兰的匹配度，保证两者能够准确插接在一起，降低对两者加工精度的要求。另外，在工作过程中，通过切割槽的受力变形，能够达到输出轴与转接法兰及法兰轴的同轴度。

可见，由于输出法兰上设有切割槽，通过切割槽的受力变形保证两者能够插接在一起，能够降低对转接法兰和输出法兰的加工精度的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供手术机器人的主视爆炸图；

图2为本发明所提供手术机器人的俯视爆炸图；

图3为图2的B-B向的部分结构剖视图；

图4为图3的A处放大图；

图5为图3的C处放大图；

图6为本发明所提供手术机器人中法兰轴部分的结构图。

图7为本发明所提供手术机器人的内部部分结构剖面图；

图8为图7的D处放大图；

图9为本发明所提供手术机器人中部分结构的爆炸图；

图10为本发明所提供手术机器人中驱动装置的输出轴部分的结构图；

图11为本发明所提供手术机器人中输出法兰的第一方位结构图；

图12为本发明所提供手术机器人中输出法兰的第二方位结构图；

图13为本发明所提供手术机器人中输出法兰的第三方位结构图；

图14为本发明所提供手术机器人中转接法兰的第一方位结构图；

图15为本发明所提供手术机器人中转接法兰的第二方位结构图；

图16为本发明所提供手术机器人中转接法兰与输出法兰连接后的侧视图；

图17为图16的E-E剖视图。

附图标记:

器械末端执行组件1；

器械座传动组件2；

输出法兰3，第一锥形凸台31，中心通孔32，台阶面33，切割槽34，限位槽35；

无菌分隔座组件4；

转接法兰5，第一锥形凹槽51，第二锥形凹槽52；

器械组件6；

弹性件7；

驱动设备8，输出轴81，弹簧套82，限位螺钉83，轴端挡圈84，电机安装座85，限位凸棱86；

法兰轴9，第一槽轮91，第二槽轮92，法兰轴轴承93，第二锥形凸台94。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的核心是提供一种手术机器人，降低了加工难度。

需要说明的是，当元件被称为“固定”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

本发明所提供手术机器人的一种具体实施例中，请参考图1至图17，包括驱动设备8、输出法兰3和设置在无菌分隔座组件4上的转接法兰5。输出法兰3在轴向上的第一端与转接法兰5插接配合以带动转接法兰5同步转动，且第二端连接于驱动设备8的输出轴81，输出轴81与输出法兰3同步转动且可在轴向上相对滑动，且输出法兰3与输出轴81之间设有弹性件7，以将输出法兰3轴向压紧于转接法兰5。

其中，输出法兰3的外周面上设有沿周向延伸的切割槽34。切割槽34具体沿径向贯穿输出法兰3。可选地，如图11至图13所示，至少两个切割槽34沿轴向依次设置在输出法兰3的外周面上，且相邻切割槽34在周向上相错开一定的角度。

在装配转接法兰5和输出法兰3的过程中，通过切割槽34的受力变形，输出法兰3在径向具有一定的自由度，可以调节转接法兰5和输出法兰3的匹配度，保证两者能够准确插接在一起，降低对两者加工精度的要求。另外，在工作过程中，通过切割槽34的受力变形，能够达到输出轴81与转接法兰5及法兰轴9的同轴度要求。

本实施例中，由于输出法兰上设有切割槽34，通过切割槽34的受力变形保证两者能够插接在一起，能够降低对转接法兰5和输出法兰3的加工精度的要求。

进一步地，输出法兰3上设置切割槽34的部分具有弹性，以进一步保证输出法兰3能够适应性形变。但是，输出法兰3的弹性应不影响输出法兰3的正常传动功能。另外，输出法兰3也可以整体均具有一定的弹性。当然，在其他实施例中，输出法兰3也可以选用没有弹性的材料制成。

进一步地，请参考图8和图9，驱动设备8为减速电机，具体为直流减速电机。将现有技术中的电机与两级同步轮减速组件配合构成的驱动设备8更换为一个减速电机，能够简化机械机构，减少零件数，降低加工成本，减小传动中的摩擦阻力，提高传递效率，方便安装维护，缩小设备轴向距离，减小产品外形尺寸，减轻产品重量，减轻机器人臂的负荷，为整个手术机器人设备小型化提供先决条件，且能够降低对器械末端工具的工作精度的影响。更具体地，一种具体实施方式中，通过将驱动设备8替换为单个的减速电机这一改进，具体能够使得设备整体质量比原来减轻了1.12kg，变为原质量的60％，体积比原来缩小28％。另外，减速电机的壳体固定在电机安装座85上。

进一步地，请参考图10和图12，输出法兰3的第二端设有限位槽35，输出轴81上设有沿轴向延伸的限位凸棱86，限位槽35套接在输出轴81上且与输出轴81仿形设置，以使输出法兰3在限位凸棱86的限位下随输出轴81同步转动。具体地，本实施例中，输出轴81为D型轴，其两个棱即为限位凸棱86，相应地，限位槽35为D型槽，当然，输出轴81也可以设置为其他形状，例如，输出轴81为四棱柱轴，其四个棱分别为限位凸棱86，限位槽35为相应的矩形槽。通过限位槽35与输出轴81的仿形设计，可以在实现两者轴向滑动连接的同时，即实现周向限位，无需再另外增设其他周向限位结构即可实现同步转动，达到有效传递驱动设备8的扭矩的目的。

进一步地，请参考图8，输出轴81的中部固定设有弹簧套82，弹性件7套设置在输出轴81上，且弹性件7轴向上的一端抵于输出法兰3上，另一端抵于弹簧套82上。具体地，弹簧套82可以在轴向上的一侧抵在输出轴81的轴肩上，另一侧与弹性件7相抵，另外，弹簧套82与输出轴81套接，且其中部通孔与输出轴81仿形设置以同步转动，例如，弹簧套82的中部通孔设置为D形孔，与D型的输出轴81紧配。另外，弹性件7为套设在输出轴81上的圆柱螺旋压缩弹簧。通过弹簧套82抵在驱动设备8的壳体与弹性件7之间，弹性件7的端面与驱动设备8的壳体或者电机安装座85表面不会接触而产生摩擦力，避免该摩擦力影响输出轴81的转动。

进一步地，请参考图11至图15，输出法兰3的第一端设有第一锥形凸台31，第一锥形凸台31的外周面沿着轴向且靠近转接法兰5的方向逐渐收拢，转接法兰5上设有与第一锥形凸台31配合插接的第一锥形凹槽51。第一锥形凸台31和第一锥形凹槽51的锥形配合具有导向作用，便于两者的插接。

进一步地，请参考图11至图15，输出法兰3的第一端相对于预设对称平面对称设有至少两个第一锥形凸台31，预设对称平面平行于轴向，转接法兰5上设有与各第一锥形凸台31分别对应插接的第一锥形凹槽51，且所有第一锥形凹槽51均连通于转接法兰5中部的通孔，从而进一步降低输出法兰3和转接法兰5的加工难度，可靠保证两者的同步转动以及扭矩的传递。具体地，本实施例中，第一锥形凸台31和第一锥形凹槽51均为两个。

进一步地，如图17所示，输出法兰3沿轴向贯穿设置，且中心通孔32的中部设有面向转接法兰5的台阶面33，输出轴81的自由端端面上固定连接轴端挡圈84，该轴端挡圈84伸入中心通孔32内，且能够通过与台阶面33相抵以限制输出法兰3的轴向位移，具体地，在转接法兰5和输出法兰3相分离后，台阶面33在弹性件的作用下抵在轴端挡圈84上，从而可靠避免输出法兰3沿轴向脱离输出轴81，在转接法兰5和输出法兰3连接状态下，台阶面33与轴端挡圈84相分离。具体地，中心通孔32中在轴向上位于台阶面33靠近输出轴81一侧的部分即为限位槽35。具体地，如图8所示，轴端挡圈84通过限位螺钉83锁定于输出轴81的自由端端面，限位螺钉83具体为内六角沉头螺钉。

进一步地，请参考图8和图9，该手术机器人还包括法兰轴9，法兰轴9与输出法兰3分别设置在转接法兰5在轴向上的两侧，转接法兰5与法兰轴9两者通过轴向插接配合以同步转动。优选地，如图6和图17所示，法兰轴9在轴向上靠近转接法兰5一端的端面上设置第二锥形凸台94，第二锥形凸台94的外周面沿着轴向且靠近转接法兰5的方向逐渐收拢，相应地，转接法兰5在轴向上靠近法兰轴9一端的端面上设置与第二锥形凸台94相适配插接的第二锥形凹槽52，在插接的过程中具有导向作用。

进一步地，法兰轴9上套设有至少两个槽轮，各槽轮沿轴向依次设置，且其中一个槽轮与法兰轴9通过键连接以同步转动，相邻槽轮之间通过轴向插接配合以同步转动。具体地，槽轮为牵引体缠绕轮。如图6所示，法兰轴9上套设有第一槽轮91和第二槽轮92，第一槽轮91通过键连接于法兰轴9，第一槽轮91和第二槽轮92的轴向端面插接配合，具体也可采用如转接法兰5和输出法兰3之间的锥形凹凸结构相配合的方式。通过键连接以及轴向插接可以可靠实现法兰轴9及其上槽轮的同步转动。具体地，输出法兰3、转接法兰5与法兰轴9构成的传动机构具体设置四组，通过控制这四组传动机构的不同运动，来完成器械末端执行组件1的要求动作。

本发明所提供手术机器人的装配以及工作原理如下：无菌分隔座组件4通过卡扣安装在器械座传动组件上，然后，通过减速电机的输出轴81的转动，带动输出法兰3一起旋转，在弹性件7的推力作用下，输出法兰3上的两个第一锥形凸台31卡入转接法兰5的两个第一锥形凹槽51，然后可带动转接法兰5一起旋转。同样原理，转接法兰5与法兰轴9同样通过锥形凹凸槽配合，使转接法兰5带动法兰轴9一起同步旋转；法兰轴9及其上的第一槽轮91、第二槽轮92也可以同步旋转，同时带动牵引体运动。

本实施例提供的手术机器人，取消了两级同步轮减速装置，直接选用直流减速电机作为驱动设备8，通过可形变的输出法兰3与无菌分隔座组件4的转接法兰5连接，再通过转接法兰5与器械组件6的法兰轴9连接，从而将扭矩传递到器械末端执行组件1，按照系统的指令完成相应的手术动作，输出法兰3的设置集联轴器和离合器于一体，同时又有别于传统的联轴器和离合器组合，其结构简单紧凑，传递效率高，制造成本低，安装维护方便，占用空间小，重量轻，具体可应用于外科手术。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

以上对本发明所提供的手术机器人进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种手术机器人，其特征在于，包括驱动设备(8)、输出法兰(3)和设于无菌分隔座组件(4)上的转接法兰(5)，所述输出法兰(3)的外周面上设有沿周向延伸的切割槽(34)，所述输出法兰(3)上设置所述切割槽(34)的部分具有弹性；所述输出法兰(3)在轴向上的第一端与所述转接法兰(5)插接配合以带动所述转接法兰(5)同步转动，且第二端连接于所述驱动设备(8)的输出轴(81)，所述输出轴(81)与所述输出法兰(3)同步转动且可在轴向上相对滑动，且所述输出法兰(3)与所述输出轴(81)之间设有弹性件(7)，以将所述输出法兰(3)轴向压紧于所述转接法兰(5)。

2.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述输出法兰(3)的第二端设有限位槽(35)，所述输出轴(81)上设有沿轴向延伸的限位凸棱(86)，所述限位槽(35)套接于所述输出轴(81)上且与所述输出轴(81)仿形设置，以使所述输出法兰(3)在所述限位凸棱(86)的限位下随所述输出轴(81)同步转动。

3.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述输出轴(81)的中部固定设有弹簧套(82)，所述弹性件(7)套设于所述输出轴(81)上，且所述弹性件(7)轴向上的一端抵于所述输出法兰(3)上，另一端抵于所述弹簧套(82)上。

4.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述输出法兰(3)的第一端设有第一锥形凸台(31)，所述第一锥形凸台(31)的外周面沿着轴向且靠近所述转接法兰(5)的方向逐渐收拢，所述转接法兰(5)上设有与所述第一锥形凸台(31)配合插接的第一锥形凹槽(51)。

5.根据权利要求4所述的手术机器人，其特征在于，所述输出法兰(3)的第一端相对于预设对称平面对称设有至少两个所述第一锥形凸台(31)，所述预设对称平面平行于轴向，所述转接法兰(5)上设有与各所述第一锥形凸台(31)分别对应插接的所述第一锥形凹槽(51)，且所有所述第一锥形凹槽(51)均连通于所述转接法兰(5)中部的通孔。

6.根据权利要求1至5任一项所述的手术机器人，其特征在于，所述输出法兰(3)沿轴向贯穿设置，且中心通孔(32)的中部设有面向所述转接法兰(5)的台阶面(33)，所述输出轴(81)的自由端端面上固定连接轴端挡圈(84)，所述轴端挡圈(84)伸入所述中心通孔(32)内，且能够通过与所述台阶面(33)相抵以限制所述输出法兰(3)的轴向位移。

7.根据权利要求1至5任一项所述的手术机器人，其特征在于，还包括法兰轴(9)，所述法兰轴(9)与所述输出法兰(3)分别设于所述转接法兰(5)在轴向上的两侧，所述转接法兰(5)与所述法兰轴(9)两者通过轴向插接配合以同步转动。

8.根据权利要求7所述的手术机器人，其特征在于，所述法兰轴(9)上套设有至少两个槽轮，各所述槽轮沿轴向依次设置，且其中一个所述槽轮与所述法兰轴(9)通过键连接以同步转动，相邻所述槽轮之间通过轴向插接配合以同步转动。

9.根据权利要求1至5任一项所述的手术机器人，其特征在于，所述驱动设备(8)为减速电机。

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