CN117224242A - 一种用于远程手术机器人的旋转驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于远程手术机器人的旋转驱动装置，包括十字轴、两个缓冲单元和两个驱动单元；两个缓冲单元、两个驱动单元分别上下相对设置，十字轴设置在两个驱动单元之间；驱动单元包括基座、偏转驱动组件、连接座和旋转驱动组件；本发明采用紧凑的结构设计，可以有效减小机械臂的尺寸，降低了手术机器人的空间占用；提供更大的旋转自由度，使手术机器人的机械臂可以在更广泛的范围内进行运动；更高的旋转自由度，提高了手术机器人的适用性；使手术室内的辅助人员在手术床边离患者的位置更近，便于观察手术状况，出发情况时能够第一时间进行紧急处理，具备高度的安全性，能够确保手术操作的准确性和稳定性。

Description

一种用于远程手术机器人的旋转驱动装置

技术领域

本发明涉及手术机器人技术领域，具体为一种用于远程手术机器人的旋转驱动装置。

背景技术

在现代医疗领域，手术机器人已经成为一种广泛应用的工具，用于进行微创手术和远程手术。现有的远程手术机器人通常使用由多个关节组成的机械臂，这些关节通过旋转驱动装置进行控制。尽管这些机器人在医疗手术中具有巨大的潜力，但仍然存在一些使用缺陷：1、转动自由度有限：现有机械臂中，两个关节之间只能在一个旋转平面内转动，使转动自由度受限，这意味着它们无法覆盖部分特殊手术场景所需的广泛范围。手术医生的操作灵活性受到机械臂转动受限的限制，导致手术的复杂性和难度增加。2、占用大量空间：多关节机械臂的设计通常占用大量的手术室空间，对手术操作的环境和灵活性造成限制，也增加了设备的成本，在手术过程中需要为机械臂留出足够的活动范围，使助理医生无法靠近病人，不能第一时间应对出现的意外状况，增加手术风险。

发明内容

针对上述存在的技术不足，本发明的目的是提供一种用于远程手术机器人的旋转驱动装置，为远程手术机器人提供更大的自由度，减小其体积，提高手术机器人的操作性和适用性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于远程手术机器人的旋转驱动装置，包括十字轴、两个缓冲单元和两个驱动单元；两个缓冲单元、两个驱动单元分别上下相对设置，十字轴设置在两个驱动单元之间；驱动单元包括基座、偏转驱动组件、连接座和旋转驱动组件；偏转驱动组件固定在基座的内部，旋转驱动组件固定在连接座的内部；连接座可转动的设置在基座上远离十字轴的一端；旋转驱动组件与基座传动连接，带动连接座以基座的轴线为中心进行旋转；十字轴包括第一轴杆和第二轴杆；第一轴杆和第二轴杆相互垂直设置；上部的基座与第一轴杆枢转连接，下部的基座与第二轴杆枢转连接；上部的旋转驱动组件与第一轴杆传动连接，带动上部的基座以第一轴杆的轴线为中心进行旋转；下部的旋转驱动组件与第二轴杆传动连接，带动下部的基座以第二轴杆的轴线为中心进行旋转；缓冲单元的一端与基座铰接连接，另一端与十字轴铰接连接，用于基座旋转时减震缓冲。

优选地，所述偏转驱动组件包括支架、第一电机、减速器、主动轴、从动轴、主动齿轮、从动齿轮、传动齿轮；第一电机、支架固定在基座上；减速器与第一电机固定连接；主动轴、从动轴可转动的置于支架上；减速器的两端分别连接第一电机和主动轴；主动齿轮套接在主动轴上；从动齿轮、传动齿轮套接在从动轴上；主动齿轮与从动齿轮啮合传动；所述第一轴杆、第二轴杆上均套接有轴杆齿轮；上部的驱动单元的传动齿轮与第一轴杆上的轴杆齿轮啮合传动；下部的驱动单元的传动齿轮与第二轴杆上的轴杆齿轮啮合传动。

优选地，所述旋转驱动组件包括第二电机、齿圈、第一旋转齿轮和多个第二旋转齿轮；齿圈固定在连接座的内部；第二旋转齿轮可转动的设置在连接座上并与齿圈啮合传动；多个第二旋转齿轮以齿圈的轴线为中心呈圆周阵列分布；第二电机与所述基座固定连接；第一旋转齿轮固定在第二电机的输出轴上并与第一旋转齿轮啮合传动。

优选地，所述缓冲单元包括第一撑杆、上套筒、内弹簧、下套筒、外弹簧和第二撑杆；下套筒可活动的插接在上套筒内；内弹簧置于下套筒内，上端与上套筒固定连接，下端与下套筒固定连接；第一撑杆贯穿上套筒并与上套筒固定连接，第一撑杆铰接在所述十字轴上；第二撑杆贯穿下套筒并与下套筒固定连接，第二撑杆铰接在所述第一电机上；外弹簧的一端与上套筒固定连接，另一端与十字轴固定连接；外弹簧配置有两个，以上套筒的轴线为中心对称布置在上套筒的两侧。

优选地，所述十字轴还包括连接环；所述第一轴杆、第二轴杆和连接环一体连接；连接环的内部设置有贯通孔；贯通孔的轴线穿过第一轴杆的轴线和第二轴杆的轴线；所述第一撑杆铰接在连接环上。

优选地，所述缓冲单元还包括安装环；所述安装环置于所述连接环的贯通孔内，并与连接环螺纹连接设置；所述第一轴杆铰接在安装环上。

优选地，上部的所述基座上设置有容纳所述第二轴杆活动的弧形开口；下部的基座上设置有容纳所述第一轴杆活动的弧形开口。

优选地，所述基座上远离所述十字轴的一端一体设置有T形连接台；所述第二电机固定在T形连接台上；所述连接座的内部设置有容纳T形连接台的连接槽，T形连接台可转动的安装在连接槽内。

优选地，所述连接座的外壁上一体设置有散热翅片。

优选地，所述连接座上远离所述基座的一端一体设置有连接插头。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明的旋转驱动装置采用紧凑的结构设计，可以有效减小机械臂的尺寸，降低了手术机器人的空间占用；

通过第二电机带动连接座在基座上以连接座的轴线为中心进行转动，通过第一电机带动基座以第一轴杆或者第二轴杆的轴线为中心进行转动，提供更大的旋转自由度，使手术机器人的机械臂可以在更广泛的范围内进行运动；更高的旋转自由度，使医生可以在远程位置进行灵活的手术操作，提高了手术机器人的适用性；

紧凑的结构使装置的占用空间更小，使手术室内的辅助人员在手术床边离患者的位置更近，便于观察手术状况，出发情况时能够第一时间进行紧急处理，具备高度的安全性，能够确保手术操作的准确性和稳定性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的内部结构示意图；

图3为本发明的结构拆分示意图；

图4为本发明中的连接座的结构示意图；

图5为本发明中的偏转驱动组件的结构示意图；

图6为本发明中的缓冲单元的结构示意图；

图7为本发明中的缓冲单元的内部结构示意图；

图8为本发明中的十字轴的结构示意图。

其中：

1、连接插头；2、连接座；21、散热翅片；3、基座；31、T形连接台；4、弧形开口；5、旋转驱动组件；51、第二电机；52、第一旋转齿轮；53、第二旋转齿轮；54、齿圈；6、十字轴；61、第二轴杆；62、轴杆齿轮；63、连接环；64、第一轴杆；7、缓冲单元；71、安装环；72、第二撑杆；73、下套筒；74、第一撑杆；75、上套筒；76、外弹簧；77、内弹簧；8、偏转驱动组件；81、支架；82、主动轴；83、从动轴；84、从动齿轮；85、传动齿轮；86、减速器；87、第一电机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

以图1为参照，确定本申请的上、下方向基准。

如图1至图8所示，一种用于远程手术机器人的旋转驱动装置，包括十字轴6、两个缓冲单元7和两个驱动单元；两个缓冲单元7、两个驱动单元分别上下相对设置，十字轴6设置在两个驱动单元之间；两个驱动单元以十字轴6为中心进行旋转运动；驱动单元包括基座3、偏转驱动组件8、连接座2和旋转驱动组件5；偏转驱动组件8固定在基座3的内部，旋转驱动组件5固定在连接座2的内部；连接座2可转动的设置在基座3上远离十字轴6的一端；旋转驱动组件5与基座3传动连接，带动连接座2以基座3的轴线为中心进行旋转，实现旋转动作；十字轴6包括第一轴杆64和第二轴杆61；第一轴杆64和第二轴杆61相互垂直设置，第一轴杆64和第二轴杆61的中部位置相连接；上部的基座3与第一轴杆64枢转连接，下部的基座3与第二轴杆61枢转连接；上部的旋转驱动组件5与第一轴杆64传动连接，带动上部的基座3以第一轴杆64的轴线为中心进行旋转，当上部的基座3固定起来以后，上部的旋转驱动组件5启动后带动第一轴杆64旋转，通过第二轴杆61带动下部的基座3以第一轴杆64的轴线为中心进行旋转；下部的旋转驱动组件5与第二轴杆61传动连接，带动下部的基座3以第二轴杆61的轴线为中心进行旋转；缓冲单元7的一端与基座3铰接连接，另一端与十字轴6铰接连接，用于基座3旋转时减震缓冲，消除各部件运行过程中因配合精度问题产生的震颤，使装置的运行更平稳。

进一步的，偏转驱动组件8包括支架81、第一电机87、减速器86、主动轴82、从动轴83、主动齿轮、从动齿轮84、传动齿轮85；第一电机87、支架81固定在基座3上；减速器86与第一电机87固定连接；主动轴82、从动轴83可转动的置于支架81上；减速器86的两端分别连接第一电机87和主动轴82，通过减速器86对第一电机87的输出轴的旋转速度进行减速输出；主动齿轮套接在主动轴82上；从动齿轮84、传动齿轮85套接在从动轴83上；主动齿轮与从动齿轮84啮合传动；第一轴杆64、第二轴杆61上均套接有轴杆齿轮62；上部的驱动单元的传动齿轮85与第一轴杆64上的轴杆齿轮62啮合传动；下部的驱动单元的传动齿轮85与第二轴杆61上的轴杆齿轮62啮合传动；当第一电机87启动后，通过减速器86带动主动轴82旋转，通过主动齿轮和从动齿轮84的啮合带动从动齿轮84、传动齿轮85转动，通过传动齿轮85和轴杆齿轮62的啮合传动带动第一轴杆64或者第二轴杆61旋转。

进一步的，旋转驱动组件5包括第二电机51、齿圈54、第一旋转齿轮52和多个第二旋转齿轮53；齿圈54固定在连接座2的内部；第二旋转齿轮53可转动的设置在连接座2上并与齿圈54啮合传动；多个第二旋转齿轮53以齿圈54的轴线为中心呈圆周阵列分布；第二电机51与基座3固定连接；第一旋转齿轮52固定在第二电机51的输出轴上并与第一旋转齿轮52啮合传动；第二电机51启动后带动第一旋转齿轮52转动，通过第一旋转齿轮52和第二旋转齿轮53的啮合使第二旋转齿轮53转动，通过第二旋转齿轮53和齿圈54的啮合带动连接座2相对于基座3进行转动，实现装置的旋转运动。

进一步的，缓冲单元7包括第一撑杆74、上套筒75、内弹簧77、下套筒73、外弹簧76和第二撑杆72；下套筒73可活动的插接在上套筒75内；内弹簧77置于下套筒73内，上端与上套筒75固定连接，下端与下套筒73固定连接；第一撑杆74贯穿上套筒75并与上套筒75固定连接，第一撑杆74铰接在十字轴6上；第二撑杆72贯穿下套筒73并与下套筒73固定连接，第二撑杆72铰接在第一电机87上；外弹簧76的一端与上套筒75固定连接，另一端与十字轴6固定连接；外弹簧76配置有两个，以上套筒75的轴线为中心对称布置在上套筒75的两侧；当上部的基座3绕第一轴杆64的轴线转动时，内弹簧77被拉长，上套筒75一侧的外弹簧76被压缩，另一侧的外弹簧76被拉长，通过内弹簧77、外弹簧76减弱基座3运动时的振动力。

进一步的，十字轴6还包括连接环63；第一轴杆64、第二轴杆61和连接环63一体连接；连接环63的内部设置有贯通孔；贯通孔的轴线穿过第一轴杆64的轴线和第二轴杆61的轴线；第一撑杆74铰接在连接环63上，将第一撑杆74设置在连接环63内，相比于设置在外部减小了占用的空间，使装置的结构更紧凑，减小装置整体的长度及运行时占用的空间。

进一步的，缓冲单元7还包括安装环71；安装环71置于连接环63的贯通孔内，并与连接环63螺纹连接设置；第一轴杆64铰接在安装环71上，可将安装环71从连接环63上拆卸下来，便于更换十字轴6或者缓冲单元7的组件。

进一步的，上部的基座3上设置有容纳第二轴杆61活动的弧形开口4；下部的基座3上设置有容纳第一轴杆64活动的弧形开口4，防止对第一轴杆64、第二轴杆61造成运动干涉，同时能够对基座3的转动半径进行限制，使其只能在一定范围内转动。

进一步的，基座3上远离十字轴6的一端一体设置有T形连接台31；第二电机51固定在T形连接台31上；连接座2的内部设置有容纳T形连接台31的连接槽，T形连接台31可转动的安装在连接槽内，使连接座2在基座3上安装牢固，同时能够满足连接座2的旋转需求。

进一步的，连接座2的外壁上一体设置有散热翅片21，利于连接座2内部的部件的散热。

进一步的，连接座2上远离基座3的一端一体设置有连接插头1，用于将连接座2与手术机器人的其他部件进行连接。

使用时，两个驱动单元的基座3分别与手术机器人上的相应部件进行连接固定；上部的连接座2假定为固定状态；上部的第二电机51启动后，带动上部的基座3、下部的基座3及下部的连接座2以上部的基座3的轴线为中心进行旋转；上部的第一电机87启动后，带动第一轴杆64、第二轴杆61、下部的基座3及连接座2以第一轴杆64的轴线为中心进行旋转，同时上部的缓冲单元7的下套筒73在上套筒75内沿着上套筒75的轴线方向向外滑出，内弹簧77受力伸长，一侧的外弹簧76被压缩，另一侧的外弹簧76被拉长，对装置运动过程中的振动力进行吸收缓冲；下部的第一电机87、第二电机51的运行原理同上部的第一电机87、第二电机51的运行原理。

Claims (10)

1.一种用于远程手术机器人的旋转驱动装置，其特征在于，包括十字轴(6)、两个缓冲单元(7)和两个驱动单元；两个缓冲单元(7)、两个驱动单元分别上下相对设置，十字轴(6)设置在两个驱动单元之间；驱动单元包括基座(3)、偏转驱动组件(8)、连接座(2)和旋转驱动组件(5)；偏转驱动组件(8)固定在基座(3)的内部，旋转驱动组件(5)固定在连接座(2)的内部；连接座(2)可转动的设置在基座(3)上远离十字轴(6)的一端；旋转驱动组件(5)与基座(3)传动连接，带动连接座(2)以基座(3)的轴线为中心进行旋转；十字轴(6)包括第一轴杆(64)和第二轴杆(61)；第一轴杆(64)和第二轴杆(61)相互垂直设置；上部的基座(3)与第一轴杆(64)枢转连接，下部的基座(3)与第二轴杆(61)枢转连接；上部的旋转驱动组件(5)与第一轴杆(64)传动连接，带动上部的基座(3)以第一轴杆(64)的轴线为中心进行旋转；下部的旋转驱动组件(5)与第二轴杆(61)传动连接，带动下部的基座(3)以第二轴杆(61)的轴线为中心进行旋转；缓冲单元(7)的一端与基座(3)铰接连接，另一端与十字轴(6)铰接连接，用于基座(3)旋转时减震缓冲。

2.如权利要求1所述的一种用于远程手术机器人的旋转驱动装置，其特征在于，所述偏转驱动组件(8)包括支架(81)、第一电机(87)、减速器(86)、主动轴(82)、从动轴(83)、主动齿轮、从动齿轮(84)、传动齿轮(85)；第一电机(87)、支架(81)固定在基座(3)上；减速器(86)与第一电机(87)固定连接；主动轴(82)、从动轴(83)可转动的置于支架(81)上；减速器(86)的两端分别连接第一电机(87)和主动轴(82)；主动齿轮套接在主动轴(82)上；从动齿轮(84)、传动齿轮(85)套接在从动轴(83)上；主动齿轮与从动齿轮(84)啮合传动；所述第一轴杆(64)、第二轴杆(61)上均套接有轴杆齿轮(62)；上部的驱动单元的传动齿轮(85)与第一轴杆(64)上的轴杆齿轮(62)啮合传动；下部的驱动单元的传动齿轮(85)与第二轴杆(61)上的轴杆齿轮(62)啮合传动。

3.如权利要求1所述的一种用于远程手术机器人的旋转驱动装置，其特征在于，所述旋转驱动组件(5)包括第二电机(51)、齿圈(54)、第一旋转齿轮(52)和多个第二旋转齿轮(53)；齿圈(54)固定在连接座(2)的内部；第二旋转齿轮(53)可转动的设置在连接座(2)上并与齿圈(54)啮合传动；多个第二旋转齿轮(53)以齿圈(54)的轴线为中心呈圆周阵列分布；第二电机(51)与所述基座(3)固定连接；第一旋转齿轮(52)固定在第二电机(51)的输出轴上并与第一旋转齿轮(52)啮合传动。

4.如权利要求2所述的一种用于远程手术机器人的旋转驱动装置，其特征在于，所述缓冲单元(7)包括第一撑杆(74)、上套筒(75)、内弹簧(77)、下套筒(73)、外弹簧(76)和第二撑杆(72)；下套筒(73)可活动的插接在上套筒(75)内；内弹簧(77)置于下套筒(73)内，上端与上套筒(75)固定连接，下端与下套筒(73)固定连接；第一撑杆(74)贯穿上套筒(75)并与上套筒(75)固定连接，第一撑杆(74)铰接在所述十字轴(6)上；第二撑杆(72)贯穿下套筒(73)并与下套筒(73)固定连接，第二撑杆(72)铰接在所述第一电机(87)上；外弹簧(76)的一端与上套筒(75)固定连接，另一端与十字轴(6)固定连接；外弹簧(76)配置有两个，以上套筒(75)的轴线为中心对称布置在上套筒(75)的两侧。

5.如权利要求4所述的一种用于远程手术机器人的旋转驱动装置，其特征在于，所述十字轴(6)还包括连接环(63)；所述第一轴杆(64)、第二轴杆(61)和连接环(63)一体连接；连接环(63)的内部设置有贯通孔；贯通孔的轴线穿过第一轴杆(64)的轴线和第二轴杆(61)的轴线；所述第一撑杆(74)铰接在连接环(63)上。

6.如权利要求5所述的一种用于远程手术机器人的旋转驱动装置，其特征在于，所述缓冲单元(7)还包括安装环(71)；所述安装环(71)置于所述连接环(63)的贯通孔内，并与连接环(63)螺纹连接设置；所述第一轴杆(64)铰接在安装环(71)上。

7.如权利要求1所述的一种用于远程手术机器人的旋转驱动装置，其特征在于，上部的所述基座(3)上设置有容纳所述第二轴杆(61)活动的弧形开口(4)；下部的基座(3)上设置有容纳所述第一轴杆(64)活动的弧形开口(4)。

8.如权利要求3所述的一种用于远程手术机器人的旋转驱动装置，其特征在于，所述基座(3)上远离所述十字轴(6)的一端一体设置有T形连接台(31)；所述第二电机(51)固定在T形连接台(31)上；所述连接座(2)的内部设置有容纳T形连接台(31)的连接槽，T形连接台(31)可转动的安装在连接槽内。

9.如权利要求1至8中任一所述的一种用于远程手术机器人的旋转驱动装置，其特征在于，所述连接座(2)的外壁上一体设置有散热翅片(21)。

10.如权利要求9所述的一种用于远程手术机器人的旋转驱动装置，其特征在于，所述连接座(2)上远离所述基座（3）的一端一体设置有连接插头(1)。