CN114246679A - 手术机器人及用于手术机器人的机器人本体和从端部分 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于手术机器人的机器人本体，包括基座和动力单元，动力单元包括导丝驱动装置、导管驱动装置和推送机构；推送机构包括驱动滑台沿导轨移动的驱动机构；导管驱动装置固定在滑台上并随之一起纵向移动，包括导管旋转驱动电机和球囊导管递送驱动电机；导丝驱动装置设置在导管驱动装置后部并与之侧向连接，包括导丝驱动装置壳体、导丝旋转驱动机构和导丝递送驱动机构；导丝旋转驱动机构包括导丝旋转驱动电机、导丝旋转动力输入轴、导丝旋转动力输出轴和传动机构，导丝递送驱动机构包括固定地安装在导丝旋转动力输出轴上的导丝递送驱动电机，导丝递送驱动电机的输出轴与导丝旋转动力输出轴同轴。

Description

手术机器人及用于手术机器人的机器人本体和从端部分
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种血管介入手术机器人以及用于手术机器人的机器人本体和机器人从端部分。
背景技术
微创血管介入手术是心脑血管疾病诊断、治疗的基本手段，目前实施的多数血管病变诊断、血管重建手术都需要借助这项技术。导丝、导管和球囊导管的操作是微创血管介入手术的核心内容，决定着手术质量。目前，介入医生借助数字剪影血管造影成像技术(DSA)手动完成导丝-导管在病人血管内的定位操作。导丝、导管和球囊导管是手术中使用的基本器械，利用机器人进行导丝、导管等医疗器械的定位操作，有利于提高定位操作精度与稳定度、将医护人员从辐射中解放出来、避免医护人员因穿厚重铅衣而带来的附加伤害、避免医护人员因疲倦而造成术中操作不可靠的情况、改善传统介入手术极度依赖医生个人经验的情况、降低介入手术的学习曲线、为血管介入手术提供更精确的操作。
医用导管为空腔管状结构，内部的空腔为造影剂注射通道或医疗器械输送通道。由于导管硬度较强不便于完成血管选择，采用柔顺性较强的实心导丝引导导管进入靶定血管。手术过程中，医生在股动脉或桡动脉进行血管穿刺并留置血管鞘，作为导管进入血管的入口。导管经血管鞘进入患者体内的血管，导丝从导管内部的通道进入血管。通常由介入医生与其副手两人四手完成对导管、导丝前进、后撤以及旋转的控制。
采用机器人辅助血管介入手术时，利用机器人实现导丝、导管等医疗器械的前进、后撤和旋转是最为核心的功能之一。要实现对导丝的运动控制，首先须实现导丝的无损夹持。由于导丝表面为超滑泥鳅涂层，而传统夹持方法易出现夹不紧或夹持过紧损坏导丝表面涂层。而导丝转动不能受夹持装置的干扰，因此导丝转动装置必须与夹持装置一体化。同时，导丝会直接进入患者体内，对无菌条件有较高的要求。
目前国外比较成熟的如CorPath GRX机器人系统、R-OneTM血管介入手术机器人，它们将器械操作盒固定到操作装置上，实现导丝递送、旋转和导管旋转功能。国内北京理工大学、复旦大学等设计的介入手术机器人，它们将导管、导丝递送功能分离，分别固定在操作装置上，导丝递送与导管递送协同运行。
传统血管介入手术机器人存在以下几个方面的问题：由于导丝递送和旋转采用夹持方法，现有导丝驱动装置只能与导丝夹持装置协同操作。由于导丝表面具有超滑泥鳅涂层，采用夹持方法实现导丝递送和旋转不能克服遇到阻力时，导丝容易滑动、导丝递送和旋转精度低以及驱动不稳定的问题，导致导丝递送效果不稳定；而且结构复杂、体积大、成本高，无菌环境实现不彻底。而且，采用传统的手术机器人，器械操作盒只能安装于动力单元上方，导致存在以下缺陷：手术过程中的液体会渗入下方的动力单元的机体内，容易发生腐蚀结构件或电气短路的问题；造成机器人本体整体厚度较大，导致机器人上装载的导管、导丝等器械无法完全贴近患者血管入口，减少了管丝等器械的有效使用距离，可能导致部分患者的手术无法完成。
鉴于传统血管介入手术机器人存在上述问题，业内存在对性能进一步改善的手术机器人的需求。
发明内容
本发明旨在克服传统技术存在的上述缺陷，其目的是提供一种血管介入手术机器人及其本体和从端部分，其能够实现器械操作盒连接与动力单元侧向连接，从而解决现有技术中器械操作盒安装于动力单元上方而导致的液体渗入动力单元机体内发生腐蚀结构件或电气短路的问题，并减少机器人从端部分的总体厚度而便于手术的操作；此外，本发明的手术机器人能够实现导丝的稳定递送，结构简单、体积小、成本低，彻底实现无菌环境。
为了实现上述目的，根据本发明根据本发明第一方面，提供了一种用于手术机器人的机器人本体，所述机器人本体包括：
基座；
动力单元，所述动力单元包括导丝驱动装置、导管驱动装置以及推送机构；
所述推送机构包括驱动机构、滑动导轨以及滑台，所述滑动导轨固定地设置在所述基座上并沿纵向延伸；所述滑台配设在所述滑动导轨上并可沿滑动导轨线性移动；所述驱动机构用以驱动所述滑台沿所述滑动导轨移动；
所述导管驱动装置包括导管驱动装置壳体，该导管驱动装置壳体固定地安装在所述滑台上或设置在所述滑台上的安装台上并随滑台一起纵向移动；
所述导管驱动装置壳体中设置有沿纵向前后顺序布置的导管旋转驱动电机和球囊导管递送驱动电机，所述导管旋转驱动电机和球囊导管递送驱动电机的电机输出轴沿横向延伸并从所述导管驱动装置壳体的侧面伸出，所述导管旋转驱动电机在纵向上设置在所述球囊导管递送驱动电机前面；
所述导丝驱动装置设置在所述导管驱动装置纵向后部，以固定方式或可拆方式与所述导管驱动装置侧向连接；
所述导丝驱动装置包括导丝驱动装置壳体、导丝旋转驱动机构以及导丝递送驱动机构；
所述导丝旋转驱动机构包括导丝旋转驱动电机、导丝旋转动力输入轴、导丝旋转动力输出轴以及设置在导丝旋转动力输入轴与导丝旋转动力输出轴之间的导丝旋转传动机构，
所述导丝旋转动力输入轴由所述导丝旋转驱动电机驱动，其动力输出端上设置有第一传动齿轮；
所述导丝旋转动力输出轴沿纵向延伸并通过轴承支承在导丝驱动装置壳体上，包括位于导丝驱动装置壳体内部的内轴段和位于导丝驱动装置壳体外部的外轴段，所述外轴段为空心轴段，所述内轴段上设置有第二传动齿轮；
所述导丝旋转传动机构包括所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮；
所述导丝递送驱动机构包括导丝递送驱动电机，所述导丝递送驱动电机固定地安装在所述导丝旋转动力输出轴上，所述导丝递送驱动电机的输出轴从所述导丝旋转动力输出轴上设置的中心孔伸出，该中心孔与所述外轴段的内轴孔联通，所述导丝递送驱动电机的输出轴位于所述外轴段的内轴孔中并与所述导丝旋转动力输出轴同轴。
根据本发明第二方面，提供了一种用于手术机器人的从端部分，所述从端部分包括器械操作盒组件以及根据本发明第一方面的所述的机器人本体，所述器械操作盒组件包括器械操作盒、导管旋转驱动装置以及球囊导管驱动装置；
所述导管旋转驱动装置与所述球囊导管驱动装置设置在所述器械操作盒上，位于所述器械操作盒的下方，并沿所述器械操作盒的前后方向顺序设置，所述导管旋转驱动装置设置在所述球囊导管驱动装置的前面；
所述导管旋转驱动装置包括导管旋转动力输入轴以及第一传动组件，所述导管旋转动力输入轴沿器械操作盒的横向延伸，其动力输出端与所述第一传动组件连接，其动力输入端从器械操作盒的横向一侧伸出，用于与设置在机器人本体一侧的所述导管旋转驱动电机的电机输出轴连接；
所述球囊导管驱动装置包括球囊导管动力输入轴以及第二传动组件，所述球囊导管动力输入轴沿器械操作盒的横向延伸，其动力输出端与所述第二传动组件连接，其动力输入端从器械操作盒的所述横向一侧伸出，用于与设置在机器人本体一侧的所述球囊导管递送驱动电机的电机输出轴连接；
其中，所述器械操作盒的所述横向一侧可利用插拔连接方式与所述导管驱动装置的相邻一侧可拆地连接。
根据本发明第三方面，提供了一种手术机器人，所述手术机器人包括主端部分以及根据本发明第二方面所述的从端部分。
采用本发明技术方案，集实现导管递送/旋转、导丝递送/旋转、球囊导管递送各功能的驱动装置为一体，各驱动装置可协同运行，也可独立运行，真正实现了手术机器人多功能化。包括导丝驱动装置和导管驱动装置的动力单元结构紧凑，设计合理；动力单元与器械操作盒设置部位明显区分开来，而且两者可采用侧向连接的方式，避免了使用过程中产生的液体流入动力单元中；而且这种侧连接的方式使得机器人本体整体厚度减小，使得装载于器械操作盒上的导管和球囊导管等器械能够完全贴近患者的血管入口，显著增大了球囊导管等器械的有效使用距离。从而，本发明相对于现有技术取得了显著的技术效果。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，其中：
图1是本发明血管介入手术机器人的透视图；
图2是透视图，图示了用于血管介入手术机器人的从端部分的总体结构；
图3是透视图，图示了用于血管介入手术机器人的器械操作盒组件；
图4A是从导管旋转动力输入轴一侧看到的透视图，图示了本发明器械操作盒组件的导管旋转驱动装置的第一实施例；
图4B是第一实施例的导管旋转驱动装置的透视图，其中传动机构的部分外壳被去掉，以显示传动机构的内部结构；
图5是本发明器械操作盒组件的导管旋转驱动装置的第二实施例的透视图；
图6是本发明器械操作盒组件的导管旋转驱动装置的第三实施例的透视图；
图7A是从导管旋转动力输入轴一侧看到的透视图，图示了本发明器械操作盒组件的导管旋转驱动装置的第四实施例；
图7B是第四实施例的导管旋转驱动装置的透视图，其中传动机构的部分外壳被去掉，以显示传动机构的内部结构；
图8A是从导管旋转动力输入轴一侧看到的透视图，图示了本发明器械操作盒组件的导管旋转驱动装置的第五实施例；以及
图8B是从背离导管旋转动力输入轴一侧看到的透视图，图示了本发明器械操作盒组件的导管旋转驱动装置的第五实施例；
图9A是本发明器械操作盒组件的球囊导管驱动装置的第一实施例的透视图；
图9B是第一实施例的球囊导管驱动装置的透视图，其中传动机构的部分外壳被去掉，以显示传动机构的内部结构；
图10是本发明器械操作盒组件的球囊导管驱动装置的第二实施例的透视图；
图11是本发明器械操作盒组件的球囊导管驱动装置的第三实施例的透视图；
图12是本发明器械操作盒组件的球囊导管驱动装置的第四实施例透视图；
图13是本发明器械操作盒组件的球囊导管驱动装置的第五实施例的透视图；
图14A是器械操作盒的透视图，图示了设置在器械操作盒一侧的连接结构；
图14B局部透视图，图示了连接结构的插拔件；
图14C是沿图14B中的A-A线截取的插拔件的剖视图；
图15是透视图，图示了自锁组件的一个实施例；
图16是透视图，图示了自锁组件的另一个实施例；
图17A是自锁组件又一个实施例的透视图，图示了设置在器械操作盒一侧的卡接部；
图17B是局部放大视图，图示了卡接部的细部结构；
图17C是图17A和图17B中的卡接部的剖视图；
图18A是机器人本体一侧的动力单元的局部透视图，图示了与卡接部配用的卡槽；以及
图18B是沿图18A中的B-B线截取的局部剖视图，图示了与卡接部配用的卡槽的结构。
图19是透视图，图示了根据本发明的导丝驱动装置的第一实施例；
图20是沿图19中A-A线截取的导丝驱动装置的剖视透视图；
图21是第一实施例的导丝驱动装置的分解透视图；
图22是从下面看到的第一实施例导丝驱动装置的透视图，造影剂推射装置壳体的下盖被去掉；
图23是局部分解透视图，图示了造影剂推射装置在壳体中的安装结构；
图24是透视图，图示了推射推杆从造影剂推射装置外壳伸出的状态；
图25是剖面视图，图示了根据本发明的导丝驱动装置的第二实施例；
图26是剖面透视图，图示了根据本发明的导丝驱动装置的第二实施例；
图27是透视图，图示了根据本发明的导管驱动装置的第一实施例；
图28是沿图27中D-D线截取的剖视透视图；
图29是透视图，图示了根据本发明的动力单元的推送机构；以及
图30是透视图，图示了根据本发明的动力单元组装状态下的总体结构。
具体实施方式
下面对本发明的血管介入手术机器人以及用于血管介入手术机器人的机器人本体和从端部分进行详细的说明。在此，应当指出，本发明的实施例仅仅是例示性的，其仅用于说明本发明的原理而非限制本发明。
首先参见图1，其以透视图的形式图示了根据本发明的血管介入手术机器人，血管介入手术机器人包括主端部分951和从端部分952，所述主端部分放置于防护屏953内，用于遥控操作所述从端部分；所述从端部分通过机械支撑臂955装设在电动手术床956上，并可随手术床一起移动。
下面参见图2，血管介入手术机器人的从端部分952包括机器人本体1 和器械操作盒组件2。机器人本体1包括基座和动力单元，动力单元包括导管驱动装置5、导丝驱动装置4和推送机构，推送机构设置在基座上，导管驱动装置安装在推送机构的滑台上并随滑台一起移动，导丝驱动装置4设置在导管驱动装置后部并与导管驱动装置侧向连接固定。器械操作盒组件2 的横向一侧与所述导管驱动装置5的相邻一侧侧向连接，器械操作盒组件2 随导管驱动装置一起移动。
为了描述的方便，在以下的说明以及申请文件其它部分中，器械操作盒组件的移动方向定义为纵向，器械操作盒组件的与纵向垂直的宽度方向定义为横向；使用中器械操作盒组件朝向人体血管的一端称为前端，背离血管的一端称为后端；器械操作盒组件操作面所在一侧称为上侧，与器械操作盒组件操作面相对的一侧称为下侧。
下面结合附图对本发明的用于血管介入手术机器人的从端部分的各个组成部分分别进行详细说明。
器械操作盒组件
首先参见图3，其以透视图的形式图示了用于血管介入手术机器人的器械操作盒组件2，该器械操作盒组件通过接插件以可拆卸的方式侧向安装在机器人本体的横向一侧。如图3所示，器械操作盒组件2包括器械操作盒300，器械操作盒上设置有导管301，导管沿器械操作盒的纵向延伸，其前端自器械操作盒的前端伸出，后端与导管连接件302的前端连接，而导管连接件的后端与Y阀303连接，Y阀固定地安装在器械操作盒300上。导管连接件上设置有通常呈齿轮形式的旋转驱动件304，导管连接件与导管可相对于Y阀从而器械操作盒旋转。在手术操作期间，导管通常需要实现两种运动即旋转运动以及纵向前后运动，器械操作盒可相对于机器人本体的基座前后移动，由此带动导管一起前后移动，实现导管的纵向移动；旋转驱动件304通过导管旋转驱动装置与驱动源比如电机连接，在驱动源的驱动下实现旋转运动，从而带动导管一起旋转实现导管的旋转运动。
此外，器械操作盒上还设置有球囊导管311，设置在于Y阀后侧形成的、向侧后方延伸的槽道312中，球囊导管前端经由Y阀伸入导管中，球囊导管递送组件用以驱动球囊导管在导管内做定向移动，以将球囊导管递送至血管病灶位置。球囊导管递送组件通过球囊导管驱动装置与驱动源比如电机连接，在驱动源的驱动下，球囊导管递送组件操作而带动球囊导管定向移动。球囊导管递送组件呈成对设置的递送滚轮的形式，协同操作的一对递送滚轮分别位于槽道轮侧，球囊导管夹设在递送滚轮之间，借助彼此接合转动的成对设置的递送滚轮来实现球囊导管的前后移动，所述递送滚轮可以是摩擦轮。
根据本发明器械操作盒组件，在器械操作盒上设置有卡座机构307，卡座机构307设置在器械操作盒的背离动力单元的一侧，造影剂注射器安装在该卡座机构上，由于该卡座机构同器械操作盒一起纵向移动，保证了注射器相对于Y阀之间的距离保持固定，借助于与器械操作盒一起移动的造影剂推射装置750(请参见图22-图24)能够实现造影剂的远程遥控操作。
器械操作盒组件包括导管旋转驱动装置和球囊导管驱动装置，导管旋转驱动装置与球囊导管驱动装置沿器械操作盒的前后方向顺序设置，所述导管旋转驱动装置设置在所述球囊导管驱动装置的前面。
《导管旋转驱动装置》
图4A和图4B图示了本发明器械操作盒组件的导管旋转驱动装置的第一实施例，其中图4A是从导管旋转动力输入轴一侧看到的透视图，而图4B是传动机构的部分外壳去掉后的透视图，以显示传动机构的内部结构。导管旋转驱动装置设置在器械操作盒300上，并位于所述器械操作盒的下方。如图4A和图4B所示，导管旋转驱动装置100包括导管旋转动力输入轴101，以及设置在导管旋转动力输入轴与旋转驱动件304之间的传动组件，由导管旋转动力输入轴101输入的动力经传动组件传递给旋转驱动件304，驱动旋转驱动件从而导管旋转。
如图4A图4B以及图3所示，导管旋转动力输入轴101沿器械操作盒的横向延伸，通过轴承支承在安装在器械操作盒上的传动机构1015的外壳1016的外壳壁上或者固定于器械操作盒的其它结构部件上。导管旋转动力输入轴的动力输出端1012上设置有第一传动齿轮102，而动力输入端 1011从器械操作盒侧面伸出(见图3)，用于与机器人本体一侧的动力单元的导管驱动装置的导管旋转驱动轴901连接，请参见图27。作为一种优选的方案，导管旋转动力输入轴的动力输入端1011形成有轴孔1013，轴孔横截面轮廓可呈多边形或D形，用于与导管驱动装置的导管旋转驱动轴 901实现非转动连接。
传动组件包括中间传动轴105和输出轴109，中间传动轴105与导管旋转动力输入轴101平行设置。中间传动轴通过轴承支承在外壳壁上，中间传动轴的动力输入端1051设置有第二传动齿轮106。所述第一传动齿轮102 和第二传动齿轮106之间设置有中间传动齿轮104，中间传动齿轮安装在中间齿轮轴103上，该中间齿轮轴103与导管旋转动力输入轴101平行设置并通过轴承支承在所述外壳壁上，中间传动齿轮104分别与第一传动齿轮102 和第二传动齿轮106啮合。
中间传动轴105的动力输出端1052设置有呈伞齿轮形式的第三传动齿轮107。所述输出轴109垂直于中间传动轴且沿上下方向设置，并通过轴承支承在器械操作盒的水平结构壁上，输出轴109的动力输入端设置有呈伞齿轮形式的第四传动齿轮108，输出轴的动力输出端设置有呈伞齿轮形式的第五传动齿轮110，第五传动齿轮位于器械操作盒表面上方。所述第四传动齿轮108与第三传动齿轮107啮合，而第五传动齿轮110用于与呈伞齿轮形式的旋转驱动件304啮合。
在操作中，导管旋转动力输入轴101接收动力源的动力，经由传动组件将动力传递给旋转驱动件304，从而带动导管旋转以适应血管内的分叉及转弯等操作。
下面参见图5，其图示了本发明器械操作盒组件的导管旋转驱动装置的第二实施例。
第二实施例的导管旋转驱动装置与第一实施例的导管旋转驱动装置在总体结构上大致相同，区别在于：
在第二实施例的导管旋转驱动装置中，省略了中间齿轮轴以及中间传动齿轮，导管旋转动力输入轴111上的第一传动齿轮112直接与中间传动轴115上的第二传动齿轮116啮合，从而简化了传动组件的结构。
下面参见图6，其图示了本发明器械操作盒组件的导管旋转驱动装置的第三实施例。
第三实施例的导管旋转驱动装置与第一实施例的导管旋转驱动装置在总体结构上大致相同，区别在于：
在第三实施例的导管旋转驱动装置中，省略了第一传动齿轮、中间传动齿轮及中间齿轮轴、第二传动齿轮，导管旋转动力输入轴131的动力输出端设置有第三传动齿轮117并直接驱动第三传动齿轮，从而简化了传动组件的结构。
下面参见图7A和图7B，其图示了本发明器械操作盒组件的导管旋转驱动装置的第四实施例。
第四实施例的导管旋转驱动装置与第一实施例的导管旋转驱动装置在总体结构上大致相同，区别在于：
在第一实施例中，由第一传动齿轮102、中间传动齿轮104以及第二传动齿轮106组成的齿轮组用作导管旋转动力输入轴101与中间传动轴105之间的传动机构。而在第四实施例的导管旋转驱动装置中，导管旋转动力输入轴141的动力输出端设置有第一带轮142，中间传动轴145的动力输入端设置有第二带轮146，传动带144分别套绕于第一带轮和第二带轮，从而采用带轮-传动带传动机构将动力从导管旋转动力输入轴141传输给中间传动轴145。
下面参见图8A和图8B，其图示了本发明器械操作盒组件的导管旋转驱动装置的第五实施例。
第五实施例的导管旋转驱动装置与第一实施例的导管旋转驱动装置的主要区别体现在以下方面。
在第五实施例中，输出轴159垂直于导管旋转动力输入轴151以及中间传动轴155且沿纵向设置，并通过轴承支承在器械操作盒的铅直结构壁上，输出轴159的动力输入端设置有呈伞齿轮形式的第四传动齿轮158，输出轴159的动力输出端设置有呈直齿轮形式的第五传动齿轮160，所述第四传动齿轮158与第三传动齿轮157啮合。第五传动齿轮160通过器械操作盒水平结构壁上形成的开口部分外露，用于在正下方与呈直齿轮形式的旋转驱动件啮合。
此外，作为第五实施例导管旋转驱动装置的一种改型，对于导管旋转动力输入轴与中间传动轴之间的传动机构，可以类似于第二实施例导管旋转驱动装置那样，采用导管旋转动力输入轴上的第一传动齿轮与中间传动轴上的第二传动齿轮直接啮合的方式，从而省去中间传动齿轮。
再者，作为第五实施例导管旋转驱动装置的另一种改型，可以类似于第三实施例导管旋转驱动装置那样，省去第一传动齿轮、中间传动齿轮及中间齿轮轴、第二传动齿轮，导管旋转动力输入轴动力输出端设置有所述第三传动齿轮并直接驱动第三传动齿轮，从而简化了传动组件的结构。
还有，作为第五实施例导管旋转驱动装置的又一种改型，对于导管旋转动力输入轴与中间传动轴之间的传动机构，可以类似于第四实施例导管旋转驱动装置那样，在导管旋转动力输入轴的动力输出端设置第一带轮，在中间传动轴的动力输入端设置第二带轮，并将传动带分别套绕于第一带轮和第二带轮上，从而采用带轮-传动带传动机构将动力从导管旋转动力输入轴传输给中间传动轴。
《球囊导管驱动装置》
图9A和图9B图示了本发明的器械操作盒组件的球囊导管驱动装置的第一实施例，其中图9A是球囊导管驱动装置的透视图，而图9B是传动机构297的部分外壳去掉后的透视图，以显示传动机构的内部结构。
球囊导管驱动装置200设置在器械操作盒300上，并位于所述器械操作盒的下方。如图9A和图9B所示，球囊导管驱动装置200包括球囊导管动力输入轴201，以及设置在球囊导管动力输入轴与球囊导管递送组件290 之间的传动组件，由球囊导管动力输入轴201输入的动力经传动组件传递给球囊导管递送组件290，球囊导管递送组件驱动球囊导管实现纵向前后移动。
继续参见图9A、图9B以及图3，球囊导管动力输入轴201沿器械操作盒的横向延伸，并通过轴承支承在安装在器械操作盒上的传动机构297 的外壳296的外壳壁上或者固定于器械操作盒的其它结构部件上，球囊导管动力输入轴的动力输出端2012上设置有第一传动齿轮202，而动力输入端2011从器械操作盒侧面伸出(见图3)，用于与机器人本体一侧的动力单元的的导管驱动装置的球囊导管递送驱动轴902连接，请参见图27。作为一种优选的方案，球囊导管动力输入轴的动力输入端2011形成有轴孔，轴孔横截面轮廓呈多边形或D形，用于与导管驱动装置的球囊导管递送驱动轴902实现非转动连接。
请参见图9A和图9B，传动组件包括第一中间传动轴205、第二中间传动轴209和输出轴2011，第一中间传动轴205与球囊导管动力输入轴201 平行设置，并通过轴承支承在所述外壳壁上，第一中间传动轴的动力输入端设置有第二传动齿轮206。所述第一传动齿轮202和第二传动齿轮206之间设置有中间传动齿轮204，中间传动齿轮安装在中间齿轮轴203上，该中间齿轮轴203与球囊导管动力输入轴201平行设置并通过轴承支承在所述外壳壁上，中间传动齿轮204分别与第一传动齿轮202和第二传动齿轮206 啮合。
第一中间传动轴205的动力输出端设置有呈伞齿轮形式的第三传动齿轮207。所述第二中间传动轴209垂直于动力输入轴和第一中间传动轴205 且沿上下方向设置，并通过轴承支承在器械操作盒的水平结构壁上，所述第二中间传动轴209的动力输入端设置有呈伞齿轮形式的第四传动齿轮 208，所述第四传动齿轮208与第三传动齿轮207啮合。
所述第二中间传动轴209的动力输出端设置有呈直齿轮形式的第五传动齿轮210，所述动力输出轴2011的数量为两个，两个动力输出轴与所述第二中间传动轴209平行设置，并通过轴承支承在器械操作盒的水平结构壁上。所述两个动力输出轴2011上分别设置有与所述第五传动齿轮210啮合的直齿轮212(图中仅显示其中一个)，从而在所述第五传动齿轮210转动时，驱动两个直齿轮212同步同向旋转。
所述球囊导管递送组件290包括沿球囊导管的递送方向顺序设置的两对递送滚轮。输出轴中的每一个上分别安装有成对设置的递送滚轮之一，安装在输出轴上的递送滚轮213随所述输出轴一起旋转。在所示实施例中，所示递送滚轮可以是摩擦轮，安装在所述输出轴上的递送滚轮213用于与设置在器械操作盒上的、与之协同操作的另一个递送滚轮214接合。
在操作中，将球囊导管放置于两对递送滚轮中的每对递送滚轮之间，球囊导管动力输入轴接收动力源的动力，经由传动组件将动力传递给两个同步转动的直齿轮2012，两个同步转动直齿轮分别带动安装在所述输出轴上的递送滚轮213转动，递送滚轮213与递送滚轮214协同操作，带动球囊导管前后移动。
下面参见图10，其图示了本发明的器械操作盒组件的球囊导管驱动装置的第二实施例。
第二实施例的球囊导管驱动装置与第一实施例的球囊导管驱动装置在总体结构上大致相同，区别在于：
在第二实施例的球囊导管驱动装置中，省略了中间齿轮轴和中间传动齿轮，动力输入轴221上的第一传动齿轮222直接与中间传动轴225上的第二传动齿轮226啮合，从而简化了传动组件的结构。
下面参见图11，其图示了本发明的器械操作盒组件的球囊导管驱动装置的第三实施例。
第三实施例的球囊导管驱动装置与第一实施例的球囊导管驱动装置在总体结构上大致相同，区别在于：
在第三实施例的球囊导管驱动装置中，省略了第一传动齿轮、中间传动齿轮和中间齿轮轴、第二传动齿轮，球囊导管动力输入轴231的动力输出端2312设置有第三传动齿轮237并直接驱动第三传动齿轮，从而简化了传动组件的结构。
下面参见图12，其图示了本发明的器械操作盒组件的球囊导管驱动装置的第四实施例。
第四实施例的球囊导管驱动装置与第一实施例的球囊导管驱动装置在总体结构上大致相同，区别在于：
在第一实施例中，由第一传动齿轮、中间传动齿轮以及第二传动齿轮组成的齿轮组用作动力输入轴与第一中间传动轴之间的传动机构。而在第四实施例的球囊导管驱动装置中，动力输入轴241的动力输出端设置有第一带轮242，第一中间传动轴245的动力输入端设自由第二带轮246，传动带243分别套绕于第一带轮和第二带轮，从而采用带轮-传动带传动机构将动力从动力输入轴传输给第一中间传动轴。
下面参见图13，其图示了本发明的器械操作盒组件的球囊导管驱动装置的第五实施例。
第五实施例的球囊导管驱动装置与第一实施例的球囊导管驱动装置的主要区别体现在以下方面。
如图13所示，球囊导管驱动装置包括球囊导管动力输入轴251和传动组件，传动组件包括中间传动轴255和输出轴259，中间传动轴255与球囊导管动力输入轴201平行设置，其间的传动机构与第一实施例相同，在此省略其描述。中间传动轴255的动力输出端设置有呈伞齿轮形式的第三传动齿轮257。所述输出轴259垂直于球囊导管动力输入轴251和中间传动轴 255且沿上下方向设置，输出轴259的动力输入端设置有呈伞齿轮形式的第四传动齿轮258，所述第四传动齿轮与第三传动齿轮257啮合。
在第五实施例中，球囊导管递送组件252仅具有一对递送滚轮。所述一对递送滚轮中的一个递送滚轮253安装在所述输出轴259上，并随所述输出轴一起旋转。安装在所述输出轴上的递送滚轮253用于与设置在器械操作盒上的、与之协同操作的另一个递送滚轮254接合。
此外，作为第五实施例球囊导管驱动装置的一种改型，对于动力输入轴与中间传动轴之间的传动机构，可以类似于第二实施例球囊导管驱动装置那样，采用动力输入轴上的第一传动齿轮与中间传动轴上的第二传动齿轮直接啮合的方式，从而省去中间传动齿轮。
再者，作为第五实施例球囊导管驱动装置的另一种改型，对于动力输入轴与中间传动轴之间的传动机构，可以类似于第三实施例球囊导管驱动装置那样，省去第一传动齿轮、中间传动齿轮和中间齿轮轴、第二传动齿轮，动力输入轴动力输出端设置有所述第三传动齿轮并直接驱动第三传动齿轮，从而简化了传动组件的结构。
还有，作为第五实施例球囊导管驱动装置的又一种改型，对于球囊导管动力输入轴与中间传动轴之间的传动机构，可以类似于第四实施例球囊导管驱动装置那样，在球囊导管动力输入轴的动力输出端设置第一带轮，在中间传动轴的动力输入端设置第二带轮，并将传动带分别套绕于第一带轮和第二带轮上，从而采用带轮-传动带传动机构将动力从球囊导管动力输入轴传输给中间传动轴。
《器械操作盒侧向连接结构》
根据本发明的用于血管介入手术机器人的器械操作盒组件，设置在器械操作盒上的导管旋转驱动装置和球囊导管驱动装置各自的动力输入轴沿器械操作盒的横向延伸，且各动力输入轴的动力输入端从器械操作盒的侧面伸出，能够通过侧连接方式与机器人本体一侧的动力单元的导管驱动装置连接，使得血管介入手术机器人的器械操作盒能够通过侧连接方式与机器人本体连接。
根据本发明，器械操作盒的横向一侧与机器人本体一侧采用插拔方式实现可拆连接。采用插拔安装方式，一方面实现了器械操作盒的快速安装与拆卸，另一方面便于实现器械操作盒的无菌隔离。
本发明的器械操作盒侧向安装于机器人本体一侧，且采用插拔方式实现可拆安装，器械操作盒与机器人本体一侧进行插拔安装的具体方式并不是发明点所在，实现插拔安装的具体方式现有技术中多种多样，均可以用来实现本发明的插拔安装。因此，下面仅以特定的实例说明器械操作盒与机器人本体的插拔安装，而所描述的具体方式绝非用于限定插拔安装的具体结构。
图14A、图14B和图14C图示了设置在器械操作盒一侧的用以与机器人本体实现侧向插拔可拆安装的一种连接结构。图14A是器械操作盒的透视图，图示了设置在器械操作盒一侧的连接结构；图14B局部透视图，图示了连接结构的插拔件，图14C是沿图14B中的A-A线截取的插拔件的剖视图。如图 14A、图14B和图14C所示，设置在器械操作盒一侧的连接结构包括插拔件 320，该插拔件从器械操作盒横向一侧的侧面伸出。如图14C所示，所示插拔件整体上具有截面大致呈矩形的外轮廓，纵向一侧形成有梯形凹槽321，两个插拔件的梯形凹槽彼此相背。
与此相对应，如图27所示，机器人本体的动力单元的导管驱动装置的相邻一侧设置有与上述插拔件相对应的插拔口322，插拔口的截面形状与插拔件的外轮廓相适配。在进行安装时，器械操作盒置于机器人本体一侧，然后沿侧向将插拔件插入插拔口中，从而将器械操作盒插装于机器人本体。
作为上述实施例的一种改型，可以将插拔件与插拔口的位置互换，将插拔件设置在机器人本体动力单元的导管驱动装置上，而将插拔口设置在器械操作盒上。
如上所述，插拔安装的具体方式现有技术中多种多样，举例来说，插拔件可以是圆柱，而插拔口可以是圆孔，就象乐高拼接玩具那样进行插拔安装。插拔件与插拔口的结构可任由选定，插拔件与插拔口的数量也可进行选择，只要能够实现器械操作盒与机器人本体的稳定连接即可。
插拔式可拆安装也可采用插拔接口，为此，器械操作盒与机器人本体动力单元的导管驱动装置上分别安装有相互配合的插拔接口。组装时，将器械操作盒朝向动力单元的导管驱动装置推压，使器械操作盒上的插拔接口与导管驱动装置上的插拔接口对接，实现器械操作盒与导管驱动装置从而机器人本体的连接；拆卸时，将器械操作盒背离机器人本体拉拔，使器械操作盒上的插拔接口与导管驱动装置上的插拔接口脱开。再次说明，本实施例插拔接口可以采用现有技术的任何插拔接口，本发明不以此为限制。
为了提高器械操作盒与机器人本体连接的稳定性，作为一种优选的方案，可以设置自锁组件，自锁组件的卡接件与插拔件设置在器械操作盒300 的同侧。
如图15所示，作为自锁组件的一个优选的实施例，自锁组件包括锁定杆机构325以及卡槽326(见图27)，锁定杆机构设置在器械操作盒上，而与锁定杆机构协同操作的卡槽设置在机器人本体动力单元一侧，锁定杆机构从器械操作盒的所述横向一侧的侧面伸出。
如图15所示，所述锁定杆机构325包括第一连杆327、第二连杆328和第三连杆329，第一连杆327铰接在第一支撑座330上，第三连杆329铰接在第二支撑座331上，第二连杆328设置在所述第一连杆327与第三连杆329之间，其一端铰接第一连杆而另一端铰接所述第三连杆。第三连杆329远离第二连杆的一端设置有卡扣332，卡扣332用于卡接设置于动力单元一侧的卡槽326。
所述锁定杆机构还设置有按钮333，该按钮设置在第一连杆327的背离卡扣332的一端上；器械操作盒上设置有固定座334，按钮333设置在固定座 334上。
为了实现按钮333的自动复位并进而实现卡扣的自动复位，所述锁定杆机构还包括第一复位件335，第一复位件335设置在按钮333和固定座334 之间。作为一种优选的方案，第一复位件335可以是弹簧，弹簧设置在按钮 333和固定座334之间。当按压按钮时，按钮向靠近固定座的方向移动，导致弹簧处于压缩状态，当松开按钮时，弹簧复位带动按钮复位，从而带动第三连杆从而卡扣332复位。
考虑到第一复位件335失效影响卡扣332的复位，作为一种优选的方案，所述锁定杆机构还可以设置有第二复位件336，第二复位件336设置在第三连杆329与第二支撑座331之间。作为一种优选的方案，第二复位件 336可以是拉伸弹簧，弹簧一端与第三连杆329的与卡扣相对的另一端连接，另一端与第二支撑座连接，由此可以借助该拉伸弹簧带动卡扣332复位，即使第一复位件335失效，仍能够保证卡扣332和按钮333的自动复位，从而起到双重保险。
在安装器械操作盒时，将器械操作盒一侧的插拔件插装于机器人本体一侧的插口中，同时卡扣332卡接于机器人本体一侧的卡槽326，如此将器械操作盒锁定于机器人本体；当需要拆卸器械操作盒时，按下按钮333后，带动第一连杆327转动，第一连杆带动第二连杆328转动，而第二连杆带动第三连杆329从而卡扣332转动，使得卡扣332脱离机器人本体上的卡槽326，由此实现器械操作盒的解锁。
下面参见图16，其图示了自锁组件的另一个实施例。该实施例的自锁组件包括锁定杆机构420以及卡槽(图中未示)，锁定杆机构设置在器械操作盒上，而与锁定杆机构协同操作的卡槽设置在机器人本体动力单元的导管驱动装置一侧，锁定杆机构从器械操作盒的所述横向一侧的侧面伸出。
所述锁定杆机构420包括连杆421，该连杆铰接在支撑座422上，连杆的位于动力单元的一侧设置有卡扣423，从器械操作盒的所述横向一侧的侧面伸出；所述锁定杆机构还设置有按钮424，该按钮设置在连杆421的背离卡扣的一端上；器械操作盒上设置有固定座425，按钮424设置在固定座425 上。
为了实现按钮的自动复位并进而实现卡扣的自动复位，所述锁定杆机构420还包括复位件428，复位件428设置在按钮424和固定座425之间。作为一种优选的方案，复位件428可以是弹簧，弹簧设置在按钮424和固定座 425之间。当按压按钮424时，按钮424向靠近固定座的方向移动，导致弹簧处于压缩状态，当松开按钮424时，弹簧复位带动按钮复位，从而带动连杆 421以及设置其上的卡扣423复位。
下面参见图17A、图17B、图17C以及图18A和图18B，其图示了自锁组件的另一个实施例。在该实施例中，器械操作盒上设置有两个卡接部350，而与卡接部协同操作的卡槽351设置在机器人本体动力单元的导管驱动装置一侧，卡接部从器械操作盒的所述横向一侧的侧面伸出。
每个卡接部350包括两个上下相对设置的导程条352，两个导程条彼此背离的表面上设置有用于与动力单元的导管驱动装置一侧的卡槽351卡合的凸起353，凸起上形成有自凸起顶部朝向导程条端部延伸、向另一个导程条倾斜的坡面354，并形成有自凸起顶部朝向导程条根部延伸、向另一个导程条倾斜的坡面355。
在安装器械操作盒时，将器械操作盒上的卡接部350与动力单元的导管驱动装置一侧的卡槽对准插入，两个导程条受到压缩相向偏转，引导凸起进入卡槽，而进入卡槽的凸起卡定在卡槽的边沿上，由此实现器械操作盒的锁定；而在拆卸时，只需将器械操作盒背离动力单元拉拔，使器械操作盒上的卡接部与动力单元上的卡槽脱开。该实施例的卡接部与卡槽也具有插拔件和插口的功能，因此采用该种结构的自锁组件，插拔件和插口也可以省去不用，而卡接部与卡槽兼具自锁组件与插拔件和插口两者的功能。
在此应当理解的是，本发明自锁组件的核心内容在于，利用自锁组件的锁定功能来提高器械操作盒与动力单元连接的稳定性。上述优选的实施例只是自锁组件有可能采用的其中一些示例性的具体结构，当然还可能采用其他结构，本发明不以此为限制。
需要说明的是，上述导管、球囊导管和Y阀不是该器械操作盒组件的组成部分，只是为了方便更加清楚地阐述本发明的组成结构而需要提及的部件，导管、球囊导管和Y阀均是由使用者购买并装配在器械操作盒上。
动力单元
如上所述，动力单元包括导丝驱动装置、导管驱动装置和推送机构，下面分别予以说明。
导丝驱动装置
下面说明根据本发明的导丝驱动装置，导丝驱动装置在导管驱动装置 5的纵向后端并与导管驱动装置侧向连接固定，见图30。导丝驱动装置包括导丝旋转驱动机构和导丝递送驱动机构，导丝旋转驱动机构用于实现导丝的旋转，而导丝递送驱动机构用于实现导丝的递送和后撤。
《导丝旋转驱动机构》
下面参见图19、图20和图21，其中图19是根据本发明的导丝驱动装置的透视图；图20是沿图19中A-A线截取的剖视透视图；以及图21是根据本发明的导丝驱动装置的分解透视图。如图19、图20和图21所示，根据本发明的导丝驱动装置4包括呈圆筒形式的壳体701，壳体701的轴向两端敞开，在靠近前端的周向壁上形成有径向通孔702。壳体701的后端用后端盖703封闭，径向通孔702由侧向端盖704封闭。
如图19和图20所示，导丝旋转驱动机构包括动力输入轴705与动力输出轴706，以及设置在动力输入轴705与动力输出轴706之间的传动机构。动力输入轴705用于与导管动驱动装置5的驱动源(比如电机)的驱动轴905连接，请参见图27；由动力输入轴输入的动力经传动机构传递给动力输出轴706，而动力输出轴用于与实现导丝旋转的驱动轴(图中未示) 连接。
如图19-图21所示，所述径向通孔702利用侧向端盖704封闭，该侧向端盖包括凸缘部707和从凸缘部背离壳体701沿径向横向延伸的圆柱 708，端盖上形成有贯穿凸缘部和圆柱延伸的通孔709。端盖凸缘部上形成有沿周向间隔开布置的螺钉孔710，壳体的径向通孔702的外围形成有安装面711，安装面上形成有围绕径向通孔702沿周向间隔开布置的螺纹孔 712，端盖凸缘部707与安装面711贴合并利用螺钉747固定在壳体701 上。动力输入轴705延伸穿过端盖通孔709，并通过配装在端盖通孔中的轴承得以支承，动力输入轴伸出端盖的一端与外部驱动源(比如电机)的驱动轴905连接，伸入到壳体中的一端安装有呈伞齿轮形式的第一传动齿轮 713。
请参见图20，动力输出轴706沿所述壳体的轴向延伸并通过轴承714 支承在壳体上，所述动力输出轴包括位于壳体内部的内轴段715和位于壳体外部的外轴段716，所述外轴段为空心轴段，形成有内轴孔720，所述内轴段端部上形成有与所述第一传动齿轮713啮合的呈伞齿轮形式的第二传动齿轮717。所述传动机构包括所述第一传动齿轮713和所述第二传动齿轮 717。
动力输出轴706上设置有电机安装台718，电机安装台的用以安装电机的安装表面背对所述外轴段716，安装台718上设置有中心孔719，该中心孔与所述外轴段的内轴孔720联通，安装台718上围绕中心孔719形成有螺钉孔722(见图19)，螺钉孔722通向所述内轴孔720。在图示实施例中，所述外轴段716与内轴段715之间设置有圆盘形式的中间轴段788，所述中间轴段上设置有所述电机安装台718。
动力输出轴的外轴段716与实现导丝旋转的驱动轴(图中未示)连接，外轴段716的外周面轮廓为多边形或D形，与实现导丝旋转的具有对应内轮廓形状的驱动轴(图中未示)接合。
在操作中，动力输入轴705接收动力源(比如电机)的动力，经由包括两个伞齿轮的传动机构将动力传递给动力输出轴706，动力输出轴的外轴段716与实现导丝旋转的驱动轴连接并带动其一起旋转，用以实现导丝的旋转操作。
《导丝递送驱动机构》
如图20所示，导丝递送驱动机构包括作为动力源的电机721，所述电机的轴向前端抵接所述安装台718，其上形成有周向分布的螺纹孔，螺纹孔的位置与安装台718上形成的螺钉孔722的位置相对应，从而可借助于延伸穿过螺钉孔722的螺钉将电机安装在安装台上。所述电机721的输出轴 723从所述中心孔伸出，位于导丝旋转驱动机构的动力输出轴的外轴段716 的内轴孔720中，并与所述输出轴同轴设置，输出轴723与实现导丝递送的驱动轴(图中未示)连接。
输出轴723的外周面轮廓为多边形(见图19)或D形，与具有对应内轮廓形状的实现导丝递送的驱动轴(图中未示)接合。
在上述实施例中，导丝递送驱动机构的电机721固定在导丝旋转驱动机构的动力输出轴706上，因此在导丝旋转驱动机构操作时，该电机将随动力输出轴706一起转动，由此可能导致的问题是，与电机721连接的导线可能会发生缠绕问题。
因此，作为一种优选的方案，可在导丝递送驱动机构中设置导电滑环来解决导线的缠绕问题。导电滑环是一种标准元件，包括滑环定子和滑环转子，两者配装成可相对转动；导电滑环还包括转子引线和定子引线，转子引线与滑环转子相连，而定子引线与滑环定子相连。在使用中，滑环转子连同转子引线相对于滑环定子转动，而滑环定子与定子引线保持固定。
在本发明的导丝递送驱动机构中，导丝递送驱动机构的电机721与导电滑环的滑环转子固定连接，滑环转子的转子引线与电机连接，从而在操作中，滑环转子随同电机一起转动。
如图20所示，在所述壳体701内部设置有轴向分隔壁725，分隔壁上设置有通孔726，导丝旋转驱动机构的动力输出轴的内轴段715形成有内轴孔727，通孔726的直径与内轴孔727的内径基本相同，并与滑环定子728 的外径相适配。滑环定子的一个轴向端部配装在内轴段715的内轴孔727 中，另一个轴向端部配装在分隔壁的通孔726中。滑环定子的位于分隔壁一侧的轴向端部上配装有若干个滑环定子止转片729，止转片径向外端形成有敞口的U形槽，而分隔壁上设置有销轴730，利用销轴和止转片将滑环定子固定。
滑环转子732的从滑环定子伸出的前端形成有若干个沿周向间隔设置的径向螺纹孔733，径向螺纹孔用以安装紧定螺钉。组装状态下，电机机身安装在滑环转子732的孔740中，利用紧定螺钉将电机相对于滑环转子固定。滑环定子的引线734与电源线相连，而滑环转子的引线(图中未示) 与电机相连。在实际使用中，在导丝旋转驱动机构操作时，电机与滑环转子随导丝旋转驱动机构的动力输出轴706一起转动，由此解决了因电机旋转而导致的电机连接导线的缠绕问题。
作为一种优选的方案，可以为导丝旋转驱动机构的动力输出轴706配设旋转位置检测器，该旋转位置检测器用来检测动力输出轴706从而实现导丝旋转的驱动轴(图中未示)的旋转位置，以便复位时使实现导丝旋转的驱动轴回到预期的初始位置。
如图20所示，旋转位置检测器包括传感器735以及随动力输出轴706 一同旋转的检测件736。传感器可以采用光电传感器，并安装在固定于后端盖703内侧的圆盘737上。在所示实施例中，传感器呈槽型光电传感器的形式，包括两个对置的槽壁，槽壁之一上设置有光发射器，另一个上设置有光接收器。检测件736包括套筒部738以及从套筒部向后延伸的杆部 739。在组装状态下，套筒部738套装在电机外侧，并连同电机一起安装在滑环转子的孔740中，利用紧定螺钉将套筒部相对于滑环转子固定，从而电机、套筒部以及滑环转子作为一个整体一起旋转。所述杆部739的径向位置与传感器735的径向位置相对应，在动力输出轴706转动时，所述杆部随同动力输出轴706一起转动，在经过传感器时，杆部的端部从传感器的槽中通过，由此传感器可以检测动力输出轴706从而实现导丝旋转的驱动轴的旋转位置，并基于检测结果控制实现导丝旋转的驱动轴复位。
上面以槽型光电传感器作为示例对实现导丝旋转的驱动轴旋转位置检测器进行了说明，但对本领域技术人员来说显而易见的是，可以采用各种其它类型的光电传感器，比如对射型光电传感器、反光板型光电开关、扩散反射型光电开关等等，此外，也可以采用其它类型的传感器，比如磁感应传感器等。
作为一种优选的方案，本发明的导丝驱动装置上还可配设有造影剂推射装置，设置在造影剂推射装置的壳体中。该造影剂推射装置用于与安装在器械操作盒的卡座机构307(见图3)上的造影剂注射器协同工作。
下面参见图19、图22、图23和图24，其中图22是从下面看到的导丝驱动装置的透视图，造影剂推射装置壳体的下盖被去掉；图23是局部分解透视图，图示了造影剂推射装置在壳体中的安装结构；图24是透视图，图示了推射推杆从造影剂推射装置外壳伸出的状态。如图19所示，造影剂推射装置的壳体741与导丝驱动装置壳体701一体形成，并位于导丝驱动装置壳体的与所述径向通孔相对的一侧，总体上呈扁方盒形状，其前端部743 封闭。请参见图22和图23，造影剂推射装置壳体的后侧和下侧敞开，组装时后侧由所述后端盖703封闭，下侧由盖板744封闭。
造影剂推射装置例如可以采用购自因时机器人科技有限公司的微型直线伺服驱动器LA系列产品。如图24所示，造影剂推射装置750包括外壳 751以及配装在外壳中的电机和推射推杆752，外壳包括截面大致呈矩形的外壳主体757以及位于前端的空心轴756，推射推杆752前端位于空心轴中，后端与电机动子连接，电机是直线电机，推射推杆752可在直线电机的驱动下线性移动。造影剂推射装置与安装在器械操作盒上的卡座机构307 上的造影剂注射器协同工作，在需要注射造影剂时，对直线电机的操作进行控制，通过所述直线电机来驱动推射推杆752沿轴向前行，推压注射器注射杆，由此实现造影剂的自动注射。
如图22和图23所示，造影剂推射装置的壳体741中设置有若干支架 753，支架上形成有卡槽755；壳体741纵向前部形成有安装定位孔754。在将造影剂推射装置安装在造影剂推射装置壳体741中时，造影剂推射装置外壳的空心轴756配装在安装定位孔754中，而造影剂推射装置外壳的主体757卡合在卡槽755上，由此将造影剂推射装置750固定安装在造影剂推射装置壳体741中。
继续参见图22和图23，造影剂推射装置壳体741中设置有四个定位柱 758，定位柱上形成有螺纹孔759；而盖板744上于对应位置处形成有螺钉孔760。由此，可利用螺钉将盖板744固定在造影剂推射装置壳体的下侧而将壳体的下侧封闭。
下面参见图25和图26，其图示了根据本发明的导丝驱动装置第二实施例。
在上面的第一实施例中，导丝旋转驱动机构的动力输入轴705与动力输出轴706彼此垂直设置，动力输入轴705伸入到壳体中的一端安装有呈伞齿轮形式的第一传动齿轮713，而动力输出轴706的内轴段715的端部上形成有与第一传动齿轮713啮合的呈伞齿轮形式的第二传动齿轮717，动力输入轴705伸出侧向端盖704的一端与外部驱动电机连接。
而在第二实施例的导丝驱动装置中，如图25和图26所示，动力输入轴775与动力输出轴776平行设置，且用于驱动动力输入轴775的驱动电机 777为内置电机，其设置在导丝驱动装置的壳体771中。动力输入轴775的轴向后端与驱动电机777连接，其轴向前端设置有呈直齿轮形式的第一传动齿轮773，而动力输出轴776的内轴段775的端部上形成有与第一传动齿轮773啮合的呈直齿轮形式的第二传动齿轮789。
第二实施例的导丝驱动装置的其它方面与第一实施例相同，简明起见，省略其描述。
此外，作为导丝驱动装置第一实施例的另一种改型，也可以将第一实施例的导丝驱动装置的结构改造成，将驱动动力输入轴705的驱动电机作为内置电机设置在导丝驱动装置的壳体701中，亦即将驱动动力输入轴705 的驱动电机作为导丝驱动装置的内部构件设置在壳体701中。
导管驱动装置
请参见图27和图28，其图示了根据本发明的导管驱动装置的第一实施例，其中图27是导管驱动装置的透视图，图28是沿图27中D-D线截取的剖视透视图。如图27和图28所示，所述导管驱动装置5包括壳体910，壳体前部设置有沿纵向前后顺序布置的第一驱动电机911和第二驱动电机 912，两个驱动电机的输出轴沿横向延伸并从所述导管驱动装置壳体的侧面伸出，沿纵向居前的第一驱动电机911的电机输出轴用作导管旋转驱动轴 901，与设置在器械操作盒一侧的导管旋转驱动装置的导管旋转动力输入轴 101连接；而纵向靠后的第二驱动电机912的电机输出轴用作球囊导管递送驱动轴902，与设置在器械操作盒一侧的球囊导管驱动装置的球囊导管动力输入轴201连接。
导管驱动装置的壳体包括侧壁915，侧壁上于第一驱动电机911和第二驱动电机912的安装部位设置有孔916和917，两个驱动电机的驱动轴从所述孔中伸出。为了固定两个驱动电机，围绕所述孔的孔壁上形成有沿周向间隔开的螺钉孔918和919，而所述驱动电机的端部上形成有螺纹孔，由此可通过螺钉将驱动电机固定在所述侧壁915上。
如图27和图28所示，所述导管驱动装置5还包括设置在导管驱动装置纵向后部的第三驱动电机913，第三驱动电机于导管驱动装置壳体中的安装固定方式与第一和第二驱动电机相同，在此省略其描述。第三驱动电机的电机输出轴用作驱动轴905，与设置在导丝驱动装置一侧的动力输入轴 705连接。
在上面描述的导管驱动装置的第一实施例中，导管驱动装置壳体中沿纵向顺序设置有三个驱动电机，但作为导管驱动装置第一实施例的一种改型，设置在壳体中的纵向最后端的第三驱动电机也可以省去。如上面描述的导丝驱动装置的第二实施例以及导丝驱动装置第一实施例的另一种改型，导丝驱动装置包括设置在导丝驱动装置壳体中的内置电机，在这种情况下，无需在导管驱动装置中设置第三驱动电机。
导丝驱动装置4与导管驱动装置5是两个相对独立的驱动装置，组装状态下，导丝驱动装置4设置在导管驱动装置5的纵向后部，并可与导管驱动装置侧向连接固定。请参见图30，图30是透视图，其图示了导丝驱动装置4与导管驱动装置5连接后的状态。为了进行侧向连接固定，如图 19、图22和图26所示，导丝驱动装置4上设置有侧向连接板778，侧向连接板上设置有螺纹孔779；如图27和图28所示，导管驱动装置5在对应位置处设置有配接连接板780，配接连接板上设置有与所述螺纹孔779对应的螺钉孔781。在组装时，使螺钉延伸穿过导管驱动装置配接连接板780上的螺钉孔781，并旋拧在导丝驱动装置侧向连接板778上的螺纹孔779中，将两者固定在一起。
上面描述了导丝驱动装置和导管驱动装置通过侧向连接板和配接连接板实现侧向固定连接的实施方式，但两者的连接方式不限于此，也可以采用其它连接方式，比如采用上面描述的械操作盒与机器人本体之间的插拔连接结构，由此实现导丝驱动装置和导管驱动装置的可拆连接；在导丝驱动装置和导管驱动装置之间采用插拔连接的情况下，优选的是，也可以采用结合器械操作盒与机器人本体侧向连接所描述的自锁组件。
推送机构
下面结合图29和图30描述本发明的动力单元的推送机构。如图29 和图30所示，推送机构920包括滑动导轨921、滑台以及驱动机构 930。滑动导轨921固定安装在基座923上并沿基座的纵向延伸，滑台 (图中未示)安装在滑动导轨上并沿滑动导轨线性移动。所述驱动机构 930包括电机931、传动带932以及主动带轮933和从动带轮934。所述电机931固定安装在基座上，位于滑动导轨的纵向后端，电机输出轴沿横向延伸，其上安装有主动带轮933；从动带轮934安装在滑动导轨的的纵向前端并与主动带轮纵向对正，传动带932套绕在所述主动带轮和从动带轮上。
用于在其上安装导管驱动装置的安装台935固定在所述滑台上，安装台上设置有传动带连接部936，传动带连接部与传动带固定连接，从而安装台可在传动带的带动下随同传动带一起移动。
在操作中，电机931带动主动带轮933旋转，主动带轮驱动传动带 932回转，由此驱动安装台935从而滑台沿纵向线性移动。
所述导管驱动装置5固定安装在安装台上，从而可在所述驱动机构的驱动下沿纵向前后移动，图30图示了导管驱动装置5安装在安装台上的状态。
作为一种优选的方案，可以在基座上设置限位开关，用以限制导管驱动装置5从而器械操作盒的纵向移动范围，从而有效地确保导管递送的安全性。另外，也可以采用传感器来替代限位开关，通过传感器来检测导管驱动装置5从而器械操作盒的纵向移动位置，在到达预期位置时停止导管驱动装置5从而器械操作盒的纵向移动。
在上面的实施例中，推送机构采用传动带和带轮的形式，但对本领域技术人员来说显而易见的是，可以采用其它形式的推送机构，比如螺母丝杠机构等，因此所给出的实施方式仅只是举例说明，绝非用于限定推送机构的具体形式。
根据本发明的技术方案，集实现导管递送/旋转、导丝递送/旋转、球囊导管递送各功能的驱动装置为一体，各驱动装置可协同运行，也可独立运行，真正实现了介入手术机器人多功能化。包括导丝驱动装置和导管驱动装置的动力单元结构紧凑，设计合理。动力单元与器械操作盒设置部位明显区分开来，器械操作盒与机器人本体侧向连接，这样一种连接方式避免了使用过程中产生的液体流入动力单元中；而且这种侧连接的方式使得机器人的从端部分整体厚度减小，使得装载于器械操作盒上的导管和球囊导管等器械能够完全贴近患者的血管入口，显著增大了球囊导管等器械的有效使用距离。
上面参照附图接合具体实施例对本发明进行了描述，但这仅仅是为了说明的目的，而本发明并不局限于此。因此，对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以在本发明的技术精神和范围内进行各种变化和修改，而这些变化和修改也应理解为属于本发明范畴，本发明的范围由要求保护的技术方案及其等同方案予以限定。

Claims (31)

1.一种用于手术机器人的机器人本体，其特征在于，所述机器人本体包括：
基座；
动力单元，所述动力单元包括导丝驱动装置、导管驱动装置以及推送机构；
所述推送机构包括驱动机构、滑动导轨以及滑台，所述滑动导轨固定地设置在所述基座上并沿纵向延伸；所述滑台配设在所述滑动导轨上并可沿滑动导轨线性移动；所述驱动机构用以驱动所述滑台沿所述滑动导轨移动；
所述导管驱动装置包括导管驱动装置壳体，该导管驱动装置壳体固定地安装在所述滑台上或设置在所述滑台上的安装台上并随滑台一起纵向移动；
所述导管驱动装置壳体中设置有沿纵向前后顺序布置的导管旋转驱动电机和球囊导管递送驱动电机，所述导管旋转驱动电机和球囊导管递送驱动电机的电机输出轴沿横向延伸并从所述导管驱动装置壳体的侧面伸出，所述导管旋转驱动电机在纵向上设置在所述球囊导管递送驱动电机前面；
所述导丝驱动装置设置在所述导管驱动装置纵向后部，以固定方式或可拆方式与所述导管驱动装置侧向连接；
所述导丝驱动装置包括导丝驱动装置壳体、导丝旋转驱动机构以及导丝递送驱动机构；
所述导丝旋转驱动机构包括导丝旋转驱动电机、导丝旋转动力输入轴、导丝旋转动力输出轴以及设置在导丝旋转动力输入轴与导丝旋转动力输出轴之间的导丝旋转传动机构，
所述导丝旋转动力输入轴由所述导丝旋转驱动电机驱动，其动力输出端上设置有第一传动齿轮；
所述导丝旋转动力输出轴沿纵向延伸并通过轴承支承在导丝驱动装置壳体上，包括位于导丝驱动装置壳体内部的内轴段和位于导丝驱动装置壳体外部的外轴段，所述外轴段为空心轴段，所述内轴段上设置有第二传动齿轮；
所述导丝旋转传动机构包括所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮；
所述导丝递送驱动机构包括导丝递送驱动电机，所述导丝递送驱动电机固定地安装在所述导丝旋转动力输出轴上，所述导丝递送驱动电机的输出轴从所述导丝旋转动力输出轴上设置的中心孔伸出，该中心孔与所述外轴段的内轴孔联通，所述导丝递送驱动电机的输出轴位于所述外轴段的内轴孔中并与所述导丝旋转动力输出轴同轴。
2.根据权利要求1所述的用于手术机器人的机器人本体，其特征在于，所述推送机构的驱动机构为传动带-带轮传动机构，包括设置在所述滑动导轨纵向后端的推送电机、安装在该推送电机输出轴上的主动带轮、设置在所述滑动导轨纵向前端的从动带轮、以及套绕在所述主动带轮与从动带轮上的传动带，所述传动带与所述滑台或所述安装台固定连接。
3.根据权利要求1所述的用于手术机器人的机器人本体，其特征在于，
所述导丝旋转驱动电机设置在所述导管驱动装置的导管驱动装置壳体中，沿纵向位于所述球囊导管递送驱动电机后面并位于所述导管驱动装置壳体的纵向后部，所述导丝旋转驱动电机的电机输出轴沿横向延伸并从所述导管驱动装置壳体的侧面伸出；
所述导丝旋转动力输入轴沿横向延伸并通过轴承支承在导丝驱动装置壳体上，所述导丝旋转动力输入轴的位于导丝驱动装置壳体外的径向外端为动力输入端，用于与所述导丝旋转驱动电机的电机输出轴连接，所述导丝旋转动力输入轴的位于导丝驱动装置壳体内的径向内端为动力输出端；
所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮为伞齿轮；
所述导丝旋转动力输出轴上设置有电机安装台，该电机安装台的电机安装表面背对所述外轴段，电机安装台上设置有所述中心孔；
所述导丝递送驱动电机的轴向前端固定地安装在所述电机安装台上。
4.根据权利要求1所述的用于手术机器人的机器人本体，其特征在于，所述导丝旋转驱动电机设置在所述导丝驱动装置的导丝驱动装置壳体内，所述导丝旋转动力输出轴上设置有电机安装台，电机安装台的电机安装表面背对所述外轴段，所述电机安装台上设置有所述中心孔；所述导丝递送驱动电机的轴向前端固定地安装在所述电机安装台上。
5.如权利要求4所述的血管介入手术机器人的动力单元，其特征在于，所述导丝旋转动力输入轴与所述导丝旋转动力输出轴平行设置，所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮为直齿轮。
6.如权利要求4所述的用于手术机器人的机器人本体，其特征在于，所述导丝旋转动力输入轴垂直于所述导丝旋转动力输出轴设置，所述第一传动齿轮和所述第二传动齿轮为伞齿轮。
7.如权利要求1-6中任一项所述的用于手术机器人的机器人本体，其特征在于，所述导丝驱动装置还包括导电滑环，所述导电滑环包括滑环定子和滑环转子，滑环定子包括与电源线相连的引线，而滑环转子包括与所述导丝递送驱动电机相连的引线；所述滑环定子固定地安装在所述导丝驱动装置壳体内，所述滑环转子可相对于所述滑环定子转动；
在组装状态下，所述导丝递送驱动电机固定地安装在所述滑环转子的安装孔中，滑环定子的引线与电源线相连，而滑环转子的引线与所述导丝递送驱动电机相连。
8.如权利要求7所述的用于手术机器人的机器人本体，其特征在于，所述内轴段为空心轴段，所述导丝驱动装置壳体内部设置有沿周向延伸的轴向分隔壁，分隔壁上设置有通孔，该通孔的直径与所述内轴段的内轴孔的内径基本相同，并与所述滑环定子的外径相适配；滑环定子的两个轴向端部分别配装在所述内轴段的内轴孔中以及所述分隔壁的通孔中；滑环定子的位于分隔壁一侧的轴向端部上配装有若干个滑环定子止转片，止转片径向外端形成有敞口的U形槽，而分隔壁上设置有销轴，利用销轴和止转片将滑环定子固定。
9.如权利要求8所述的用于手术机器人的机器人本体，其特征在于，所述滑环转子的轴向前端从滑环定子伸出，并形成有若干个沿周向间隔设置的径向螺纹孔，并利用紧定螺钉将所述导丝递送驱动电机相对于滑环转子固定。
10.如权利要求1-6中任一项所述的用于手术机器人的机器人本体，其特征在于，所述导丝驱动装置还包括导丝旋转动力输出轴旋转位置检测器，该旋转位置检测器用来检测导丝旋转动力输出轴的旋转位置，检测信息用来控制所述导丝旋转动力输出轴的复位。
11.如权利要求10所述的用于手术机器人的机器人本体，其特征在于，所述旋转位置检测器包括固定地安装在导丝驱动装置壳体内的传感器以及随所述导丝旋转动力输出轴一同旋转的检测件，所述传感器通过对检测件的检测来确定所述导丝旋转动力输出轴的旋转位置。
12.如权利要求11所述的用于手术机器人的机器人本体，其特征在于，所述传感器是光电传感器，并安装在固定于所述导丝驱动装置壳体的后端盖内侧的圆盘上。
13.如权利要求12所述的用于手术机器人的机器人本体，其特征在于，所述传感器是槽型光电传感器，所述检测件包括套筒部以及从套筒部向后延伸的杆部，该套筒部套装在导丝递送驱动电机外侧，并连同导丝递送驱动电机一起固定安装在所述滑环转子的安装孔中；所述杆部的运动路径行经所述传感器从而可以被所述传感器检测到；在所述导丝旋转动力输出轴转动时，所述杆部随同导丝旋转动力输出轴一起转动，在经过传感器时，杆的端部从传感器的槽中通过，由此所述传感器可以检测所述导丝旋转动力输出轴的旋转位置。
14.如权利要求3-6中任一项所述的用于手术机器人的机器人本体，其特征在于，所述电机安装台中心孔的直径小于所述外轴段的内轴孔的直径，从而在所述外轴段的内轴孔与中心孔之间形成环形的台阶部，所述台阶部上形成有沿周向间隔开布置的螺钉孔，所述螺钉孔延伸穿过所述电机安装台的表面；
所述导丝递送驱动电机的轴向前端表面设置有沿周向间隔布置的螺纹孔，螺纹孔的位置与所述螺钉孔的位置相对应，由此所述导丝递送驱动电机通过螺钉固定在所述电机安装台上。
15.如权利要求1-6中任一项所述的用于手术机器人的机器人本体，其特征在于，所述导丝旋转动力输出轴的外轴段的外周面轮廓为多边形或D形，以及/或者所述导丝递送驱动电机的输出轴的外周面轮廓为多边形或D形。
16.如权利要求3-6中任一项所述的用于手术机器人的机器人本体，其特征在于，所述内轴段为空心轴段，所述外轴段与内轴段之间设置有圆盘形式的中间轴段，所述中间轴段上设置有所述电机安装台。
17.如权利要求1-6中任一项所述的用于手术机器人的机器人本体，其特征在于，所述导丝驱动装置还包括造影剂推射装置，该造影剂推射装置固定安装在所述导丝驱动装置的背离所述导管驱动装置的一侧，并包括直线电机以及与直线电机的动子连接的推射推杆，该推射推杆在所述直线电机的驱动下沿基本上平行于所述导丝旋转驱动机构的导丝旋转动力输出轴的方向移动，作为促动器推压造影剂注射器的注射杆。
18.如权利要求17所述的用于手术机器人的机器人本体，其特征在于，所述造影剂推射装置安装在造影剂推射装置壳体中，该造影剂推射装置壳体与所述导丝驱动装置壳体一体形成，并位于导丝驱动装置壳体的背离所述导管驱动装置的一侧，所述直线电机和推射推杆配装在一外壳中，外壳前端设置有空心轴，推射推杆安装在空心轴中；造影剂推射装置壳体的前端部上形成有孔，该孔用作所述空心轴的安装和定位孔；造影剂推射装置外壳的后端固定于所述造影剂推射装置壳体。
19.一种用于手术机器人的从端部分，所述从端部分包括器械操作盒组件，其特征在于，所述从端部分还包括权利要求1-18中任一项所述的机器人本体，所述器械操作盒组件包括器械操作盒、导管旋转驱动装置以及球囊导管驱动装置；
所述导管旋转驱动装置与所述球囊导管驱动装置设置在所述器械操作盒上，位于所述器械操作盒的下方，并沿所述器械操作盒的前后方向顺序设置，所述导管旋转驱动装置设置在所述球囊导管驱动装置的前面；
所述导管旋转驱动装置包括导管旋转动力输入轴以及第一传动组件，所述导管旋转动力输入轴沿器械操作盒的横向延伸，其动力输出端与所述第一传动组件连接，其动力输入端从器械操作盒的横向一侧伸出，用于与设置在机器人本体一侧的所述导管旋转驱动电机的电机输出轴连接；
所述球囊导管驱动装置包括球囊导管动力输入轴以及第二传动组件，所述球囊导管动力输入轴沿器械操作盒的横向延伸，其动力输出端与所述第二传动组件连接，其动力输入端从器械操作盒的所述横向一侧伸出，用于与设置在机器人本体一侧的所述球囊导管递送驱动电机的电机输出轴连接；
其中，所述器械操作盒的所述横向一侧可利用插拔连接方式与所述导管驱动装置的相邻一侧可拆地连接。
20.根据权利要求19所述的用于手术机器人的从端部分，其特征在于，所述器械操作盒通过自锁组件锁定于所述导管驱动装置。
21.根据权利要求20所述的用于手术机器人的从端部分，其特征在于，所述自锁组件包括设置在所述器械操作盒上的锁定杆机构，以及设置在所述导管驱动装置一侧的卡槽；所述锁定杆机构的一端从所述器械操作盒的所述横向一侧伸出，该端上设置有卡扣，用于与所述卡槽接合。
22.根据权利要求21所述的用于手术机器人的从端部分，其特征在于，所述锁定杆机构包括顺序布置的第一连杆、第二连杆以及第三连杆，所述第三连杆位于所述器械操作盒的与所述导管驱动装置相连接的一侧，从所述器械操作盒的所述横向一侧伸出，其端部上设置有所述卡扣；所述第一连杆和第三连杆铰接在所述器械操作盒上，所述第二连杆两端分别铰接于所述第一连杆和第三连杆；所述第一连杆的背离所述卡钩的一端设置有第一复位件，该第一复位件设置在所述第一连杆与配设在所述器械操作盒上的固定座之间，用以向所述第一连杆施加偏压，促使所述卡扣与所述卡槽卡接。
23.根据权利要求22所述的用于手术机器人的从端部分，其特征在于，所述锁定杆机构还包括第二复位件，该第二复位件是拉伸弹簧，该拉伸弹簧的一端与所述第三连杆的与卡钩相对的另一端连接，另一端与相对于所述器械操作盒固定的结构件连接，用以向所述第三连杆施加偏压，促使所述卡扣与所述卡槽卡接。
24.根据权利要求22或23所述的用于手术机器人的从端部分，其特征在于，所述第一复位件是螺旋弹簧。
25.根据权利要求21所述的用于手术机器人的从端部分，其特征在于，所述锁定杆机构包括连杆，所述连杆的一端从器械操作盒的所述横向一侧伸出，该端部上设置有所述卡扣；所述连杆铰接在所述器械操作盒上；所述连杆的另一端设置有复位件，所述复位件设置在所述连杆与配设在所述器械操作盒上的固定座之间，用以向所述连杆施加偏压，促使所述卡扣与所述卡槽卡接。
26.根据权利要求25所述的用于手术机器人的从端部分，其特征在于，所述复位件是螺旋弹簧。
27.根据权利要求20所述的用于手术机器人的从端部分，其特征在于，所述自锁组件包括卡接部，以及设置在所述导管驱动装置一侧的卡槽；所述卡接部从所述器械操作盒的所述横向一侧伸出，并包括两个上下相对设置的导程条，两个导程条彼此背离的表面上设置有用于与所述卡槽卡合的凸起，凸起上形成有自凸起顶部朝向导程条端部延伸、向另一个导程条倾斜的坡面，并形成有自凸起顶部朝向导程条根部延伸、向另一个导程条倾斜的坡面。
28.根据权利要求19所述的用于手术机器人的从端部分，其特征在于，实现所述插拔连接方式的连接结构包括设置在所述器械操作盒一侧的插拔件或插拔口，用于与设置在所述导管驱动装置一侧插拔口或插拔件适配连接。
29.根据权利要求19所述的用于手术机器人的从端部分，其特征在于，实现所述插拔连接方式的连接结构包括设置在器械操作盒一侧的插拔接口，用于与设置在所述导管驱动装置一侧的对应插拔接口适配连接。
30.根据权利要求19所述的用于手术机器人的从端部分，其特征在于，还包括卡座机构，所述卡座机构设置在所述器械操作盒的背离所述导管驱动装置的一侧，用以安装造影剂注射器。
31.一种手术机器人，其特征在于，所述手术机器人包括主端部分以及权利要求19-30中任一项所述的从端部分。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2023082562A1 (zh) * 2021-11-11 2023-05-19 深圳市爱博医疗机器人有限公司 一种无菌防护介入手术机器人
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WO2024088347A1 (zh) * 2022-10-26 2024-05-02 智程医疗科技（嘉兴）有限公司 从端执行设备和医疗系统

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