CN114224490A - 一种微创手术机器人用齿轮传动结构 - Google Patents

一种微创手术机器人用齿轮传动结构 Download PDF

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Abstract

一种微创手术机器人用齿轮传动结构，它涉及一种齿轮传动结构，具体涉及一种微创手术机器人用齿轮传动结构。本发明为了解决现有微创手术所使用的传动结构控制精度不足，导致手术过程中医生需要长时间进行机械手的位姿调节，影响手术效率，提高了手术难度的问题。本发明包括底座、导管、机械手、钢丝、可调式张紧机构和两个驱动单元；导管的一端与底座固定连接，机械手安装在导管的另一端，可调式张紧机构安装在底座背面的中部，两个所述驱动单元并排安装在底座上，钢丝的一端与一个所述驱动单元连接，钢丝的另一端经过可调式张紧机构、机械手后再次经过可调式张紧机构后与另一个所述驱动单元连接。本发明属于齿轮传动领域。

Description

一种微创手术机器人用齿轮传动结构
技术领域
本发明涉及一种齿轮传动结构，具体涉及一种微创手术机器人用齿轮传动结构，属于齿轮传动领域。
背景技术
微创手术顾名思义就是微小创伤的手术；是指利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械及相关设备进行的手术，微创手术的优点是创伤小、疼痛轻、恢复快；随着科学技术的发展进步，微创手术这一概念已经深入到外科手术的各种领域，监控系统也不仅限于内窥镜，更多是采用介入的方式，如脊柱外科、骨科等。微创手术主要是通过内窥镜与微创手术机器人相互配合完成手术，手术过程中机器人的精细操作极其重要，现有微创手术所使用的传动结构控制精度不足，导致手术过程中医生需要长时间进行机械手的位姿调节，影响手术效率，加大了手术难度。
发明内容
本发明为解决现有微创手术所使用的传动结构控制精度不足，导致手术过程中医生需要长时间进行机械手的位姿调节，影响手术效率，提高了手术难度的问题，进而提出一种微创手术机器人用齿轮传动结构。
本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括底座、导管、机械手、钢丝、可调式张紧机构和两个驱动单元；
导管的一端与底座固定连接，机械手安装在导管的另一端，可调式张紧机构安装在底座背面的中部，两个所述驱动单元并排安装在底座上，钢丝的一端与一个所述驱动单元连接，钢丝的另一端经过可调式张紧机构、机械手后再次经过可调式张紧机构后与另一个所述驱动单元连接。
进一步的，所述驱动单元包括齿圈、齿圈轴承座、驱动齿轮轴、驱动齿轮、钢丝驱动齿轮轴、钢丝驱动齿轮、钢丝驱动轮、齿圈轴承和键；
齿圈轴承座固定安装在底座的背面，齿圈轴承嵌装在齿圈轴承内，齿圈嵌装在齿圈轴承的内圈中，驱动齿轮轴和钢丝驱动齿轮轴并排插装在底座上，驱动齿轮固定套装在驱动齿轮轴上，钢丝驱动齿轮套装在钢丝驱动齿轮轴上，钢丝驱动轮通过键与钢丝驱动齿轮轴连接，驱动齿轮与齿圈啮合，钢丝驱动齿轮与齿圈啮合。
进一步的，所述驱动单元还包括支撑齿轮轴和支撑齿轮；
支撑齿轮轴插装在底座上，支撑齿轮固定套装在支撑齿轮轴上，支撑齿轮轴上设有与键配合的键槽，支撑齿轮与齿圈啮合。
进一步的，所述驱动单元还包括转动手柄，转动手柄固定套装在驱动齿轮轴上，且转动手柄位于底座的正面，转动手柄的外表面设有手指按槽。
进一步的，机械手包括固定指、活动指、固定指轴、活动指轴、活动指驱动钢丝轮和活动指轴承座；
固定指和活动指对称设置，固定指轴和活动指轴对称设置在导管的另一端内，固定指轴与导管的内壁固定连接，活动指轴通过活动指轴承座与导管的内壁转动连接，固定指的末端固定套装在固定指轴上，活动指的末端固定套装在活动指轴上，活动指驱动钢丝轮固定套装在活动指轴上，且活动指驱动钢丝轮位于固定指与活动指之间。
进一步的，本发明还包括至少两个钢丝导向组件，所述钢丝导向组件设置在导管内，所述钢丝导向组件包括固定块、四个支臂和四个导向套；
固定块固定安装在导管的内壁上，固定块的两侧分别个设有两个支臂，每个支臂的内端与固定块固定连接，每个支臂的外端与一个导向套固定连接，导向套套装在钢丝上。
进一步的，可调式张紧机构包括螺杆、调节轮和两个张紧轮组件；
两个所述张紧轮组件对称安装在底座背面的中部，螺杆水平设置在两个所述张紧轮组件之间，且螺杆的两端分别与两个所述张紧轮组件连接，调节轮固定套装在螺杆的中部。
进一步的，每个所述张紧轮组件包括张紧轮、张紧轮轴、张紧轮架、内螺纹套管、立板和两个导向杆；
立板固定安装在底座的背面，张紧轮通过张紧轮轴安装在张紧轮架上，两个导向杆并排插装在立板上两个通孔内，且导向杆能在垂直于立板的方向上直线往复移动，导向杆的外端与张紧轮架固定连接，内螺纹套管设置在两个导向杆之间，内螺纹套管的外端与张紧轮架固定连接，内螺纹套管的内端套装在螺杆上。
进一步的，本发明还包括两个第一导向轮、两个第二导向轮和两个第三导向轮；
两个第一导向轮并排安装在底座的背面，且两个第一导向轮位于两个所述驱动单元之间，两个第二导向轮并排安装在导管的一端内，两个第三导向轮并排安装在导管的另一端内。
本发明的有益效果是：本发明借鉴RV减速器的结构来设计机械手驱动及传动结构，在提高传动精度的同时，降低了钢丝打滑的几率，使医生在手术过程中可以快速调节好机械手的位姿，有效提高手术效率，降低手术难度；本发明在实际使用过程中可以将改变整体的传动速率，使医生能够掌控手术节奏；本发明的钢丝导向组件能够避免钢丝在传功过程中发生缠绕，降低钢丝耦合几率，消除器械传动故障，为手术的安全提供保障。
附图说明
图1是本发明的正面结构示意图；
图2是本发明的背面结构示意图；
图3是机械手的放大结构示意图；
图4是底座的侧剖视图；
图5是钢丝导向组件的主视图图；
图6是钢丝导向组件的俯视图；
图7是可调式张紧机构的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述一种微创手术机器人用齿轮传动结构包括底座1、导管2、机械手3、钢丝4、可调式张紧机构5和两个驱动单元；
导管2的一端与底座1固定连接，机械手3安装在导管2的另一端，可调式张紧机构5安装在底座1背面的中部，两个所述驱动单元并排安装在底座1上，钢丝4的一端与一个所述驱动单元连接，钢丝4的另一端经过可调式张紧机构5、机械手3后再次经过可调式张紧机构5后与另一个所述驱动单元连接。
具体实施方式二：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述一种微创手术机器人用齿轮传动结构的所述驱动单元包括齿圈6、齿圈轴承座7、驱动齿轮轴8、驱动齿轮9、钢丝驱动齿轮轴10、钢丝驱动齿轮11、钢丝驱动轮12、齿圈轴承13和键14；
齿圈轴承座7固定安装在底座1的背面，齿圈轴承13嵌装在齿圈轴承7内，齿圈6嵌装在齿圈轴承7的内圈中，驱动齿轮轴8和钢丝驱动齿轮轴10并排插装在底座1上，驱动齿轮9固定套装在驱动齿轮轴8上，钢丝驱动齿轮11套装在钢丝驱动齿轮轴10上，钢丝驱动轮12通过键14与钢丝驱动齿轮轴10连接，驱动齿轮9与齿圈6啮合，钢丝驱动齿轮11与齿圈6啮合。
齿圈6与驱动齿轮9的齿数比为10：1，驱动齿轮9与钢丝驱动齿轮11的齿数比为1:4，齿圈轴承13是双排滚珠轴承，如此设置，可以使齿圈6的转动更加稳定，不会发生偏移，确保传动精度。
其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述一种微创手术机器人用齿轮传动结构的所述驱动单元还包括支撑齿轮轴15和支撑齿轮16；
支撑齿轮轴15插装在底座1上，支撑齿轮16固定套装在支撑齿轮轴15上，支撑齿轮轴15上设有与键14配合的键槽15-1，支撑齿轮15与齿圈6啮合。
钢丝驱动轮12可以通过键14与支撑齿轮轴15连接，如此设置，可以改变整个传动结构传动速率，使得医生在手术中可以根据实际需要调节机械手的传动速率，随时掌控手术节奏。
其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述一种微创手术机器人用齿轮传动结构的所述驱动单元还包括转动手柄17，转动手柄17固定套装在驱动齿轮轴8上，且转动手柄17位于底座1的正面，转动手柄17的外表面设有手指按槽17-1。其它组成及连接关系与具体实施方式二相同。
具体实施方式五：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述一种微创手术机器人用齿轮传动结构的机械手3包括固定指3-1、活动指3-2、固定指轴3-3、活动指轴3-4、活动指驱动钢丝轮3-5和活动指轴承座3-6；
固定指3-1和活动指3-2对称设置，固定指轴3-3和活动指轴3-4对称设置在导管2的另一端内，固定指轴3-3与导管2的内壁固定连接，活动指轴3-4通过活动指轴承座3-6与导管2的内壁转动连接，固定指3-1的末端固定套装在固定指轴3-3上，活动指3-2的末端固定套装在活动指轴3-4上，活动指驱动钢丝轮3-5固定套装在活动指轴3-4上，且活动指驱动钢丝轮3-5位于固定指3-1与活动指3-2之间。
钢丝4经过活动指钢丝轮3-5时，在活动指钢丝轮3-5上缠绕一圈。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述一种微创手术机器人用齿轮传动结构还包括至少两个钢丝导向组件，所述钢丝导向组件设置在导管2内，所述钢丝导向组件包括固定块18、四个支臂19和四个导向套20；
固定块18固定安装在导管2的内壁上，固定块18的两侧分别个设有两个支臂19，每个支臂19的内端与固定块18固定连接，每个支臂19的外端与一个导向套20固定连接，导向套20套装在钢丝4上。
导向套20是尼龙制作的，其内壁具有一定润滑作用，导向套20套装在钢丝4上，将导管2内的两股钢丝分开，避免两股钢丝4相互缠绕，影响机械手3的驱动。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述一种微创手术机器人用齿轮传动结构的可调式张紧机构5包括螺杆5-1、调节轮5-2和两个张紧轮组件；
两个所述张紧轮组件对称安装在底座1背面的中部，螺杆5-1水平设置在两个所述张紧轮组件之间，且螺杆5-1的两端分别与两个所述张紧轮组件连接，调节轮5-2固定套装在螺杆5-1的中部。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述一种微创手术机器人用齿轮传动结构的每个所述张紧轮组件包括张紧轮5-3、张紧轮轴5-4、张紧轮架5-5、内螺纹套管5-6、立板5-7和两个导向杆5-8；
立板5-7固定安装在底座1的背面，张紧轮5-3通过张紧轮轴5-4安装在张紧轮架5-5上，两个导向杆5-8并排插装在立板5-7上两个通孔内，且导向杆5-8能在垂直于立板5-7的方向上直线往复移动，导向杆5-8的外端与张紧轮架5-5固定连接，内螺纹套管5-6设置在两个导向杆5-8之间，内螺纹套管5-6的外端与张紧轮架5-5固定连接，内螺纹套管5-6的内端套装在螺杆5-1上。
位于两个张紧轮5-3外侧的钢丝4分别经过两个张紧轮5-3的外侧，顺时针转动螺杆5-1，螺杆5-1通过两个内螺纹套管5-6推动两个张紧轮5-3向外移动，逆时针转动螺杆5-1，杆5-1通过两个内螺纹套管5-6拉动两个张紧轮5-3向内移动，通过两个张紧轮5-3向内或向外移动，以此来调节钢丝4整体的松紧度。其它组成及连接关系与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：结合图1至图7说明本实施方式，本实施方式所述一种微创手术机器人用齿轮传动结构还包括两个第一导向轮21、两个第二导向轮22和两个第三导向轮23；
两个第一导向轮21并排安装在底座1的背面，且两个第一导向轮21位于两个所述驱动单元之间，两个第二导向轮22并排安装在导管2的一端内，两个第三导向轮23并排安装在导管2的另一端内。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
工作原理
钢丝4的两端分别与两个驱动单元，使用时，机械手3的固定指3-1和活动指3-2处于闭合状态，操作者的左手和右手分别各操控一个驱动单元，操作者将机械手3移动到患者体内需要手术位置；右手操控驱动单元拉动钢丝4的右端时，钢丝4驱动活动指驱动钢丝轮3-5顺时针转动，此时可以使活动指3-2张开，操作者左手的驱动单元的各部件随动，由于驱动单元内的传动均是通过齿轮啮合实现的，因此活动指3-2的张开角度可以实现精确控制，即机械手3的开合大小能够精确操控；需要机械手3进行闭合夹持时，操作者通过左手的驱动单元拉动钢丝4的左端，钢丝4驱动活动指驱动钢丝轮3-5逆时针转动，使活动指3-2向固定指3-1靠近，实现机械手3的闭合动作；驱动单元由近似于RV减速器结构的齿轮组合而成，其操控精度比传统的滑轮结构更高，且齿轮啮合结构不易发生打滑现象，传统的滑轮传动结构，在实际操控过程中滑轮之间经过长期磨损，很容易发生打滑现象，传统机械手的位姿调节，即机械手的开合程度调节，无法做到精确控制，经常会因机械手开合角度过大触碰其它器官、血管、神经等，影响手术效果。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种微创手术机器人用齿轮传动结构，其特征在于：所述一种微创手术机器人用齿轮传动结构包括底座（1）、导管（2）、机械手（3）、钢丝（4）、可调式张紧机构（5）和两个驱动单元；
导管（2）的一端与底座（1）固定连接，机械手（3）安装在导管（2）的另一端，可调式张紧机构（5）安装在底座（1）背面的中部，两个所述驱动单元并排安装在底座（1）上，钢丝（4）的一端与一个所述驱动单元连接，钢丝（4）的另一端经过可调式张紧机构（5）、机械手（3）后再次经过可调式张紧机构（5）后与另一个所述驱动单元连接。
2.根据权利要求1所述一种微创手术机器人用齿轮传动结构，其特征在于：所述驱动单元包括齿圈（6）、齿圈轴承座（7）、驱动齿轮轴（8）、驱动齿轮（9）、钢丝驱动齿轮轴（10）、钢丝驱动齿轮（11）、钢丝驱动轮（12）、齿圈轴承（13）和键（14）；
齿圈轴承座（7）固定安装在底座（1）的背面，齿圈轴承（13）嵌装在齿圈轴承（7）内，齿圈（6）嵌装在齿圈轴承（7）的内圈中，驱动齿轮轴（8）和钢丝驱动齿轮轴（10）并排插装在底座（1）上，驱动齿轮（9）固定套装在驱动齿轮轴（8）上，钢丝驱动齿轮（11）套装在钢丝驱动齿轮轴（10）上，钢丝驱动轮（12）通过键（14）与钢丝驱动齿轮轴（10）连接，驱动齿轮（9）与齿圈（6）啮合，钢丝驱动齿轮（11）与齿圈（6）啮合。
3.根据权利要求2所述一种微创手术机器人用齿轮传动结构，其特征在于：所述驱动单元还包括支撑齿轮轴（15）和支撑齿轮（16）；
支撑齿轮轴（15）插装在底座（1）上，支撑齿轮（16）固定套装在支撑齿轮轴（15）上，支撑齿轮轴（15）上设有与键（14）配合的键槽（15-1），支撑齿轮（15）与齿圈（6）啮合。
4.根据权利要求2所述一种微创手术机器人用齿轮传动结构，其特征在于：所述驱动单元还包括转动手柄（17），转动手柄（17）固定套装在驱动齿轮轴（8）上，且转动手柄（17）位于底座（1）的正面，转动手柄（17）的外表面设有手指按槽（17-1）。
5.根据权利要求1所述一种微创手术机器人用齿轮传动结构，其特征在于：机械手（3）包括固定指（3-1）、活动指（3-2）、固定指轴（3-3）、活动指轴（3-4）、活动指驱动钢丝轮（3-5）和活动指轴承座（3-6）；
固定指（3-1）和活动指（3-2）对称设置，固定指轴（3-3）和活动指轴（3-4）对称设置在导管（2）的另一端内，固定指轴（3-3）与导管（2）的内壁固定连接，活动指轴（3-4）通过活动指轴承座（3-6）与导管（2）的内壁转动连接，固定指（3-1）的末端固定套装在固定指轴（3-3）上，活动指（3-2）的末端固定套装在活动指轴（3-4）上，活动指驱动钢丝轮（3-5）固定套装在活动指轴（3-4）上，且活动指驱动钢丝轮（3-5）位于固定指（3-1）与活动指（3-2）之间。
6.根据权利要求1所述一种微创手术机器人用齿轮传动结构，其特征在于：所述一种微创手术机器人用齿轮传动结构还包括至少两个钢丝导向组件，所述钢丝导向组件设置在导管（2）内，所述钢丝导向组件包括固定块（18）、四个支臂（19）和四个导向套（20）；
固定块（18）固定安装在导管（2）的内壁上，固定块（18）的两侧分别个设有两个支臂（19），每个支臂（19）的内端与固定块（18）固定连接，每个支臂（19）的外端与一个导向套（20）固定连接，导向套（20）套装在钢丝（4）上。
7.根据权利要求1所述一种微创手术机器人用齿轮传动结构，其特征在于：可调式张紧机构（5）包括螺杆（5-1）、调节轮（5-2）和两个张紧轮组件；
两个所述张紧轮组件对称安装在底座（1）背面的中部，螺杆（5-1）水平设置在两个所述张紧轮组件之间，且螺杆（5-1）的两端分别与两个所述张紧轮组件连接，调节轮（5-2）固定套装在螺杆（5-1）的中部。
8.根据权利要求7所述一种微创手术机器人用齿轮传动结构，其特征在于：每个所述张紧轮组件包括张紧轮（5-3）、张紧轮轴（5-4）、张紧轮架（5-5）、内螺纹套管（5-6）、立板（5-7）和两个导向杆（5-8）；
立板（5-7）固定安装在底座（1）的背面，张紧轮（5-3）通过张紧轮轴（5-4）安装在张紧轮架（5-5）上，两个导向杆（5-8）并排插装在立板（5-7）上两个通孔内，且导向杆（5-8）能在垂直于立板（5-7）的方向上直线往复移动，导向杆（5-8）的外端与张紧轮架（5-5）固定连接，内螺纹套管（5-6）设置在两个导向杆（5-8）之间，内螺纹套管（5-6）的外端与张紧轮架（5-5）固定连接，内螺纹套管（5-6）的内端套装在螺杆（5-1）上。
9.根据权利要求1所述一种微创手术机器人用齿轮传动结构，其特征在于：所述一种微创手术机器人用齿轮传动结构还包括两个第一导向轮（21）、两个第二导向轮（22）和两个第三导向轮（23）；
两个第一导向轮（21）并排安装在底座（1）的背面，且两个第一导向轮（21）位于两个所述驱动单元之间，两个第二导向轮（22）并排安装在导管（2）的一端内，两个第三导向轮（23）并排安装在导管（2）的另一端内。
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