CN117298415A - 细长器械的驱动装置及手术机器人 - Google Patents

细长器械的驱动装置及手术机器人 Download PDF

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CN117298415A CN202311113286.XA CN202311113286A CN117298415A CN 117298415 A CN117298415 A CN 117298415A CN 202311113286 A CN202311113286 A CN 202311113286A CN 117298415 A CN117298415 A CN 117298415A
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Abstract

本申请涉及一种细长器械的驱动装置及手术机器人,该细长器械的驱动装置包括:两个夹持组件,每个夹持组件均包括支撑部和夹持模块,夹持模块绕第二方向的轴线与支撑部转动连接;第一驱动组件,用于驱动两个支撑部沿第一方向相互靠近或远离运动;第二驱动组件,用于驱动两个夹持模块同步反向转动;第三驱动组件,用于驱动两个夹持模块沿第二方向同步反向移动;第二驱动组件与夹持模块在第一方向上浮动连接,第三驱动组件与夹持模块在第一方向上浮动连接,夹持模块与对应的支撑部在第二方向上浮动连接。第一驱动组件、第二驱动组件、第三驱动组件三者之间的驱动互相独立、互不影响、互不叠加,使得细长器械的驱动装置整体结构紧凑、体积减小。

Description

细长器械的驱动装置及手术机器人
技术领域
本申请涉及医疗器械技术领域,特别是涉及细长器械的驱动装置及手术机器人。
背景技术
在血管介入手术中,需要将导丝、导管等细长器械输送至人体内部的目标位置,输送过程中,需要采用驱动装置夹持细长器械,并驱动细长器械沿着血管移动及驱动细长器械旋转。现有技术中,细长器械的驱动装置大多采用双摩擦轮夹持细长器械,并通过摩擦轮的转动而驱动细长器械前后移动,为了实现细长器械的自转,还需要对细长器械进行搓捻。
现有技术中,对细长器械实现夹持操作的驱动组件、实现输送操作的驱动组件、实现搓捻操作的驱动组件三者往往需要依次串连叠加,其中一个驱动组件运动会带动与之关联的其他运动组件运动,导致整个驱动装置的结构复杂、体积较大。
发明内容
基于此,有必要针对现有技术中细长器械的驱动装置缺乏对细长器械的夹持力的实时且准确的检测问题,提供一种细长器械的驱动装置及手术机器人。
一种细长器械的驱动装置,所述细长器械的驱动装置包括:
两个沿第一方向相对设置的夹持组件,每个所述夹持组件均包括支撑部和夹持模块,所述夹持模块绕第二方向的轴线与所述支撑部转动连接;
第一驱动组件,用于驱动两个所述支撑部沿所述第一方向相互靠近或远离运动,以带动两个所述夹持模块夹持或释放细长器械;
第二驱动组件,用于驱动两个所述夹持模块同步反向转动,以通过两个所述夹持模块与所述细长器械之间的摩擦传动而沿第三方向输送所述细长器械;
第三驱动组件,用于驱动两个所述夹持模块沿所述第二方向同步反向移动,以使两个所述夹持模块共同搓捻所述细长器械而使所述细长器械自转;
其中,所述第二驱动组件与所述夹持模块在所述第一方向上浮动连接,所述第三驱动组件与所述夹持模块在所述第一方向上浮动连接,所述夹持模块与对应的所述支撑部在所述第二方向上浮动连接。
在一实施例中,所述夹持模块包括主夹持部和浮动部及安装部;所述安装部与所述支撑部沿所述第二方向间隔设置,所述主夹持部绕第二方向的轴线可转动地设置于所述安装部;所述浮动部的一端与所述主夹持部的输入端同轴连接,所述浮动部的另一端与所述支撑部转动连接,且所述浮动部能相对所述支撑部沿所述第二方向移动;所述第二驱动组件用于驱动两个所述浮动部同步反向转动;所述第三驱动组件与两个所述安装部沿所述第一方向浮动连接,并用于驱动两个所述安装部沿所述第二方向同步反向移动。
在一实施例中,所述第一驱动组件包括第一电机和运动转换机构,所述运动转换机构包括:转动输入部和两个直线输出部,两个所述直线输出部与两个所述支撑部一一对应地连接;所述转动输入部用于接收所述第一电机输出的旋转运动,两个直线输出部分别与所述转动输入部传动配合,以将所述转动输入部接收的旋转运动转换为两个所述直线输出部沿所述第一方向的同步反向直线运动。
在一实施例中,所述转动输入部为双向丝杆,具有左旋螺纹和右旋螺纹;两个所述直线输出部分别为左旋螺母和右旋螺母,所述左旋螺母与所述左旋螺纹配合,所述右旋螺母与所述右旋螺纹配合。
在一实施例中,所述夹持组件包括转接部,所述浮动部与所述转接部以能够沿第二方向相对移动但不可相对转动的方式连接,所述转接部与所述支撑部绕第二方向的轴线转动连接;所述第二驱动组件用于驱动两个所述转接部同步反向转动。
在一实施例中,所述第三驱动组件具有两个输出端,两个所述输出端一一对应的通过一组滑动组件与两个所述安装部连接;所述滑动组件包括沿第一方向滑动配合的滑块和滑轨,所述滑块和所述滑轨二者中,一者与所述安装部连接,另一者与所述第三驱动组件的输出端连接。
在一实施例中,所述第三驱动组件包括第三电机和两个搓捻传动机构,所述搓捻传动机构包括转动部和移动部;两个所述移动部与两个所述安装部一一对应地连接;两个所述转动部相啮合,所述第三电机用于驱动两个所述转动部同步反向转动;所述移动部与所述转动部传动配合,以使两个所述转动部的同步反向转动转换为两个所述移动部沿第二方向的同步反向直线运动。
在一实施例中,所述第二驱动组件具有两个输出端,两个所述输出端一一对应地通过挠性联轴器与两个所述夹持模块的输入端连接,以使所述输入端能通过对应的所述挠性联轴器相对所述输出端沿所述第一方向偏心移动。
在一实施例中,所述第二驱动组件包括第二电机和相啮合的两个输出齿轮,所述第二电机用于驱动两个所述输出齿轮同步反向转动,两个所述输出齿轮一一对应地通过挠性联轴器与两个所述夹持模块的输入端连接。
在一实施例中,所述的细长器械的驱动装置包括力检测组件,所述力检测组件包括:基座、力传感器、承力架及绕第二方向的轴线转动的滚动轴承;所述力传感器安装于所述基座且其感应面面向第一方向,所述承力架贴合安装于所述力传感器的感应面上,所述滚动轴承安装于所述承力架的背向所述感应面的一侧,并与所述承力架相切贴合,所述滚动轴承背向所述感应面的一侧与所述夹持模块的周面相切贴合。
在一实施例中,所述夹持模块包括同步带以及沿第三方向间隔设置的主动轮和从动轮,所述同步带绕设于所述主动轮和所述从动轮;所述第二驱动组件用于驱动两个所述主动轮同步反向转动;所述力检测组件位于所述同步带所围绕的区域内靠近所述细长器械的一侧,且所述滚动轴承与所述同步带的的内周面贴合。
在一实施例中,所述力检测组件包括沿第二方向排布的至少两组轴承组,每组所述轴承组包括一个滚动轴承或沿第三方向依次排列的至少两个滚动轴承;相邻两组轴承组中的滚动轴承一一对应设置,相邻两组轴承组的两个相对应的滚动轴承偏心设置。
在一实施例中,所述承力架包括主承力部分和安装部分;所述主承力部分的一侧与所述力传感器的感应面贴合设置,所述滚动轴承与所述主承力部分背向所述力传感器的感应面的一侧相切贴合;所述安装部分与所述主承力部分背向力传感器的一侧固定连接,并沿第一方向凸出于所述主承力部分,所述滚动轴承与所述安装部分转动连接。
在一实施例中,所述的细长器械的驱动装置包括浮动检测机构,浮动检测机构包括两个浮动轮和检测装置,两个浮动轮沿第一方向间隔设置于所述细长器械的两侧,以通过所述细长器械与两个浮动轮的摩擦传动带动两个所述浮动轮同步反向转动;所述检测装置用于检测所述浮动轮的转动参数。
一种手术机器人,包括机械臂和上述实施例任一项所述的细长器械的驱动装置,所述细长器械的驱动装置设置于所述机械臂的末端。
上述细长器械的驱动装置及手术机器人,由于第三驱动组件与夹持模块在第一方向上浮动连接,因此,第三驱动组件驱动两夹持模块对细长器械的搓捻操作与第一驱动组件驱动两夹持模块对细长器械的夹持操作互不影响。由于第二驱动组件与夹持模块在第一方向上浮动连接,因此,第二驱动组件驱动两个夹持模块对细长器械沿第三方向的输送操作,与第一驱动组件驱动两夹持模块对细长器械的夹持操作互不影响。由于夹持模块与对应的支撑部在第二方向上浮动连接,因此,第二驱动组件驱动两个夹持模块对细长器械沿第三方向的输送操作与第三驱动组件驱动两夹持模块对细长器械的搓捻操作互不影响。综上所述,第一驱动组件、第二驱动组件、第三驱动组件三者之间的驱动互相独立、互不影响、互不叠加,使得细长器械的驱动装置整体结构紧凑、体积减小。
附图说明
图1为一实施例的细长器械的驱动装置的应用场景示意图。
图2为一实施例的细长器械的驱动装置的结构示意图。
图3为图2中的力检测组件的结构示意图。
图4为图2中的细长器械的驱动装置的另一视角的示意图。
图5为图4中去除第二电机和挠性联轴器的示意图。
图6为图4的一剖视图。
图7为图2中的细长器械的驱动装置的又一视角的示意图。
图8为图3中的力检测组件的第一方向的视图。
图9为另一实施例的细长器械的驱动装置的结构示意图。
图10为图4的另一剖视图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进,因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
请参考图1,本申请一实施例提供一种细长器械的驱动装置10,细长器械的驱动装置10用于安装在手术机器人的机械臂30的末端。手术机器人通过细长器械的驱动装置10将细长器械20输送至人体40内部的目标位置,以方便手术操作。在本实施例中,手术机器人为血管介入手术机器人,细长器械20为导丝、导管、球囊支架等。
本申请为方便描述,以下采用第一方向X、第二方向Y、第三方向Z进行说明方向,其中,该三个方向两两垂直。
再结合图2、图4、图5,细长器械的驱动装置10包括:两个夹持组件100、第一驱动组件200、第二驱动组件300以及第三驱动组件500。两个夹持组件100沿第一方向X相对设置,每个夹持组件100均包括支撑部112和夹持模块(未标号),因此,两个夹持组件100共包括两个支撑部112和两个夹持模块。夹持模块绕第二方向Y的轴线与对应的支撑部112转动连接。第一驱动组件200用于驱动两个支撑部112沿第一方向X相互靠近或远离运动,从而两个支撑部112分别带动两个夹持模块沿第一方向X相互靠近或远离,以使两个夹持模块夹持或释放细长器械20。第二驱动组件300用于驱动两个夹持模块同步反向转动(即两个夹持模块分别绕第二方向Y的轴线转动且二者反向转动),以通过两个夹持模块与细长器械20之间的摩擦传动而沿第三方向Z输送细长器械20。两夹持模块夹持细长器械20时,细长器械20的长度方向沿第三方向Z。第三驱动组件500用于驱动两个夹持模块沿第二方向Y同步反向移动,从而两个夹持模块共同搓捻细长器械20而使细长器械20自转。
其中,第二驱动组件300与夹持模块在第一方向X上浮动连接,第三驱动组件500与夹持模块在第一方向X上浮动连接,夹持模块与对应的支撑部112在第二方向Y上浮动连接。
上述细长器械20的驱动装置,由于第三驱动组件500与夹持模块在第一方向X上浮动连接,因此,在第三驱动组件500驱动两个夹持模块沿第二方向Y同步反向移动以搓捻细长器械20的过程中,不影响两个夹持模块沿第一方向X的运动(即不影响两个夹持模块对细长器械的夹持操作),从而第三驱动组件500驱动两夹持模块对细长器械20的搓捻操作与第一驱动组件200驱动两夹持模块对细长器械20的夹持操作互不影响。
由于第二驱动组件300与夹持模块在第一方向X上浮动连接,因此,在第二驱动组件300驱动两个两个夹持模块同步反向转动以沿第三方向Z输送细长器械20的过程中,两个夹持模块仍然能够沿第一方向X运动,从而第二驱动组件300驱动两个夹持模块对细长器械20沿第三方向Z的输送操作,与第一驱动组件200驱动两夹持模块对细长器械20的夹持操作互不影响。
由于夹持模块与对应的支撑部112在第二方向Y上浮动连接,因此,在第二驱动组件300驱动两个夹持模块同步反向转动以沿第三方向Z输送细长器械20的过程中,两个夹持模块仍然能沿第二方向Y同步反向运动以搓捻细长器械20,从而第二驱动组件300驱动两个夹持模块对细长器械20沿第三方向Z的输送操作,与第三驱动组件500驱动两夹持模块对细长器械20的搓捻操作互不影响。
综上所述,第一驱动组件200、第二驱动组件300、第三驱动组件500三者之间的驱动互相独立、互不影响、互不叠加,使得细长器械的驱动装置10整体结构紧凑、体积减小。
请参考图4,在一实施例中,细长器械的驱动装置10包括安装基体600,第一驱动组件200、第二驱动组件300、第三驱动组件500均安装于安装基体600上。由于第一驱动组件200、第二驱动组件300、第三驱动组件500三者之间的驱动互相独立、互不影响、互不叠加,因此,三者均可设置在安装基体600上。
请参考图4、图5,在一实施例中,夹持模块包括主夹持部121和浮动部122以及安装部111。安装部111与对应的支撑部112沿第二方向Y间隔设置。主夹持部121绕第二方向Y的轴线可转动地设置于安装部111。浮动部122的一端与主夹持部121的输入端同轴连接,浮动部122的另一端与支撑部112转动连接。浮动部122能相对支撑部112沿第二方向Y移动,从而与浮动部112连接的主夹持部121和安装部111均能同步相对支撑部112沿第二方向Y移动,即实现了夹持模块与对应的支撑部112在第二方向Y的浮动连接。
第一驱动组件200用于驱动两个支撑部112沿第一方向X相互靠近或远离运动,从而,浮动部122、安装部111以及主夹持部121能够随支撑部112同步运动,进而两个主夹持部121沿第一方向X相互靠近或远离,以夹持或释放细长器械20。
第二驱动组件300用于驱动两个浮动部122同步反向转动,则两个主夹持部121同步反向转动(即两个主夹持部121分别绕第二方向Y的轴线转动,且二者的转动方向相反),从而两个主夹持部121能通过与细长器械20之间的摩擦传动而沿第三方向Z输送细长器械20。
第三驱动组件500与两个安装部111沿第一方向X浮动连接(即实现第三驱动组件与夹持模块在第一方向X的浮动连接),并用于驱动两个安装部111沿第二方向Y同步反向移动,从而两个主夹持部121随两个安装部111沿第二方向Y同步反向运动,以使两个主夹持部121共同搓捻细长器械20而使细长器械20自转。
其中,由于第三驱动组件500与两个安装部111沿第一方向X浮动连接,因此,在第三驱动组件500驱动两个安装部111沿第二方向Y同步反向运动以搓捻细长器械20的过程中,不影响两个安装部111(及安装部111上设置的主夹持部121)沿第一方向X的运动,安装部111、主夹持部121仍能够随支撑部112沿第一方向X运动,从而第三驱动组件500驱动两夹持模块对细长器械20的搓捻操作与第一驱动组件200驱动两夹持模块对细长器械20的夹持操作互不影响。
同时,由于浮动部122能相对支撑部112沿第二方向Y移动,因此,在第一驱动组件200驱动两个支撑部112沿第一方向X相互靠近或远离运动(以夹持或释放细长器械20)的过程中,不影响浮动部122(及与浮动部122连接的主夹持部121、与主夹持部121连接的安装部111)沿第二方向Y的运动,使得第三驱动组件500仍能驱动两个安装部111沿第二方向Y同步反向运动以搓捻细长器械20,从而第一驱动组件200驱动两夹持模块对细长器械20的夹持操作与第三驱动组件500驱动两夹持模块对细长器械20的搓捻操作互不影响。
请参考图5,在一实施例中,第一驱动组件200包括第一电机210和运动转换机构,运动转换机构包括:转动输入部220和两个直线输出部230,两个直线输出部230与两个支撑部112一一对应地连接。转动输入部220用于接收第一电机210输出的旋转运动,两个直线输出部230分别与转动输入部220传动配合,以将转动输入部220接收的旋转运动转换为两个直线输出部230沿第一方向X的同步反向直线运动,从而两个直线输出部230能分别带动两个支撑部112沿第一方向X相互靠近或远离。通过一个转动输入部220带动两个直线输出部230沿第一方向X同步反向直线运动,如此,只需要设置一个电机即可同时带动两个支撑部112相互靠近或远离运动。
在其他实施例中,第一驱动组件也可以包括两个电机,两个电机分别驱动两个支撑部。
请参考图5,在一实施例中,转动输入部220为双向丝杆,具有左旋螺纹和右旋螺纹。两个直线输出部230分别为左旋螺母和右旋螺母,左旋螺母与左旋螺纹配合,右旋螺母与右旋螺纹配合。第一电机210驱动双向丝杆转动,从而双向丝杆能带动左旋螺母和右旋螺母同步反向转动。
在其他实施例中,转动输入部、直线输出部也可以是其他组合传动结构。例如,转动输入部是齿轮,两个直线输出部分别为啮合于齿轮两侧的两个齿条。
请参考图5,在一实施例中,第一电机210位于运动转换机构沿第二方向Y的一侧。第一驱动组件200包括沿第二方向Y依次啮合的至少两个夹持传动齿轮240。至少两个夹持传动齿轮240中,位于第二方向Y一端的一个夹持传动齿轮240与第一电机210的输出轴同轴连接,位于第二方向Y另一端的一个夹持传动齿轮240与双向丝杆同轴连接。如此,可以令第一电机210的轴向沿第一方向X设置且第一电机210平行于双向丝杆,且二者沿第二方向Y排布,使得细长器械的驱动装置10整体结构紧凑。同时,第一电机210驱动与其连接的夹持传动齿轮240转动时,仍然可以通过其他夹持传动齿轮240的传动而带动双向丝杆转动。
在图5所示的实施例中,夹持传动齿轮240的数量为两个。在其他实施方式中,夹持传动齿轮240的数量还可以是三个等更多个。
请参考图2,在一实施例中,第一驱动组件200包括沿第一方向X延伸的第一导向杆250,第一导向杆250与安装基体600相对固定,两个直线输出部230上分别设有与第一导向杆250移动配合的第一导向轴承231。通过第一导向杆250与第一导向轴承231的移动配合,则可以引导直线输出部250沿第一方向X时运动方向稳定。
请参考图5,在一实施例中,第一驱动组件200包括第一电机座211,第一电机座211固定于安装基体600上。第一电机210安装于第一电机座211上。双向丝杆的一端可转动地安装于第一电机座211上。第一导向杆250的一端固定于第一电机座211上。夹持传动齿轮240可转动地安装于第一电机座211上。
第一驱动组件200包括轴承座221,双向丝杆背向第一电机座221的一端通过轴承可转动地安装于轴承座221上。第一导向杆250背向第一电机座221的一端固定于轴承座221上。
请参考图4,在一实施例中,夹持组件包括转接部123,浮动部122与转接部123以能够沿第二方向Y相对移动但不可相对转动的方式连接,转接部123与支撑部112绕第二方向Y的轴线转动连接。第二驱动组件300用于驱动两个转接部123同步反向转动,从而两个转接部123分别带动两个浮动部122同步反向转动,进而两个主夹持部121同步反向转动以致沿第三方向Z输送细长器械20。
由于浮动部122能相对转接部123沿第二方向Y移动,即浮动部122能够相对支撑部112沿第二方向Y移动,因此,在第一驱动组件200驱动两个支撑部112沿第一方向X相互靠近或远离运动(以夹持或释放细长器械20)的过程中,不影响浮动部122(及与浮动部122连接的主夹持部121、与主夹持部121连接的安装部111)沿第二方向Y的运动,从而第三驱动组件500仍能驱动两个安装部111沿第二方向Y同步反向运动以搓捻细长器械20。
同时,第三驱动组件500驱动安装部111沿第二方向Y运动的过程中,浮动部122与转接部123之间的浮动连接方式能够起到导向作用,使得浮动部122沿第二方向Y的运动方向准确稳定,从而使得与浮动部122连接的主夹持部121、与主夹持部121连接的安装部111沿第二方向Y的运动方向准确稳定,进而能使得主夹持部121对细长器械20的搓捻操作稳定。
在图4所示的实施例中,浮动部122为外花键,转接部123为内花键。在其他实施例中,也可以是浮动部为内花键,转接部为外花键。
请参考图6,转接部123与支撑部112通过第一轴承1231转动连接,能够尽量减少转接部123转动过程中的机械损失。浮动部122与安装部111通过第二轴承1221转动连接,能够尽量减少浮动部122转动过程中的机械损失。
请参考图6和图7,在一实施例中,第三驱动组件500具有两个输出端,两个输出端一一对应的通过一组滑动组件与两个安装部111连接。滑动组件包括沿第一方向X滑动配合的滑块511和滑轨512。在本实施例中,滑轨512与安装部111连接,滑块511与第三驱动组件500的输出端连接。
第三驱动组件500的两个输出端能沿第二方向Y同步反向移动,从而通过滑块组件带动两个安装部111沿第二方向Y同步反向移动。具体地,第三驱动组件500的输出端沿第二方向Y移动时,则滑块511带动滑轨512,滑轨512带动安装部111沿第二方向Y移动,进而实现两个安装部111沿第二方向Y同步反向移动。
由于滑块511和滑轨512能沿第一方向X相对运动,因此,在第三驱动组件500驱动两个安装部111沿第二方向Y同步反向运动以搓捻细长器械20的过程中,安装部111仍然能够通过滑块511和滑轨512的相对运动而沿第一方向X运动,从而安装部111、主夹持部121仍能够随支撑部112沿第一方向X运动,进而第三驱动组件500驱动两夹持模块对细长器械20的搓捻操作不影响第一驱动组件200驱动两夹持模块对细长器械20的夹持操作。
在其他实施例中,也可以是滑轨与第三驱动组件的输出端连接,滑块与安装部连接。
请参考图7,在一实施例中,第三驱动组件500包括第三电机520和两个搓捻传动机构,搓捻传动机构包括转动部531和移动部532。两个移动部532与两个安装部111一一对应地连接。第三电机520用于驱动两个转动部531同步反向转动。移动部532与转动部531传动配合,以使两个转动部531的同步反向转动转换为两个移动部532沿第二方向Y的同步反向直线运动。两个转动部531相啮合,从而只需设置一个电机,即可通过第三电机520驱动一个转动部531而带动两个转动部531同步反向转动,进而可以带动两个移动部532沿第二方向Y同步反向直线运动。其中,两个搓捻传动机构的两个移动部532即第三驱动组件500的两个输出端。
在其他实施例中,第三驱动组件也可以包括两个电机,两个电机分别驱动两个转动部。
请参考图7,在一实施例中,两个转动部531沿第一方向X排列。两个转动部531的外周分别具有围绕一周的齿轮外形结构,两个转动部531的齿轮外形结构相啮合,从而可以使得两个转动部531同步反向转动。
在一实施例中,转动部531与移动部532螺纹配合,从而转动部531的转动能通过螺纹传动而使得移动部532沿第二方向Y直线运动。在本实施例中,移动部532具有外螺纹,转动部531具有内螺纹。
在其他实施例中,转动部与移动部也可以是其他组合传动结构,例如转动部为曲柄滑块机构中的曲柄,移动部为曲柄滑块机构中的滑块。
请参考图7,在一实施例中,第三电机520位于搓捻传动机构沿第一方向X的一侧。第三驱动组件500包括沿第一方向X依次啮合的至少两个搓捻传动齿轮533。至少两个搓捻传动齿轮533中,位于第一方向X一端的一个搓捻传动齿轮533与第三电机520的输出轴同轴连接,位于第一方向X另一端的一个搓捻传动齿轮533与一个转动部531啮合。
如此,可以令第三电机520的轴向沿第二方向Y设置且第三电机520平行于移动部532的移动方向,且两个搓捻传动机构和第三电机520沿第一方向X依次排布,使得细长器械的驱动装置10整体结构紧凑。同时,第三电机520驱动与其连接的搓捻传动齿轮533转动时可以通过其他搓捻传动齿轮533的传动而带动转动部531转动。
在图7所示的实施例中,搓捻传动齿轮533的数量为三个。在其他实施方式中,搓捻传动齿轮533的数量还可以是两个、四个等其他数量。
请参考图7,在一实施例中,第三驱动组件500包括沿第二方向Y延伸的两个第二导向杆540,两个第二导向杆540与两个安装部111一一对应地固定连接。两个支撑部112上分别设有与两个第二导向杆540一一对应地移动配合的第二导向轴承(未标号)。通过第二导向杆540与第二导向轴承的移动配合,可以引导安装部111沿第二方向Y时运动方向稳定。
请参考图7,在一实施例中,第三驱动组件500包括第三电机座521,第三电机座521固定于安装基体600上。第三电机520安装于第三电机座521上。
请参考图4,在一实施例中,第二驱动组件300具有两个输出端,两个输出端一一对应地通过挠性联轴器310与两个夹持模块的输入端连接,以使夹持模块的输入端能通过对应的挠性联轴器310相对第二驱动组件300的输出端沿第一方向X偏心移动。
由于第二驱动组件300的输出端通过挠性联轴器310与夹持模块的输入端连接,因此,第二驱动组件300的输出端转动时带动挠性联轴器310转动,从而挠性联轴器310带动夹持模块的输入端转动,进而使得两个挠性联轴器310带动两夹持模块同步反向转动。
由于夹持模块的输入端能通过对应的挠性联轴器310相对第二驱动组件300的输出端沿第一方向X偏心,因此,在第二驱动组件300通过两个挠性联轴器310驱动两个两个夹持模块同步反向转动以沿第三方向Z输送细长器械20的过程中,两个夹持模块(及与夹持模块连接的支撑部)仍然能够沿第一方向X运动,也就是说,第二驱动组件300驱动两个夹持模块对细长器械20沿第三方向Z的输送操作与第一驱动组件200驱动两夹持模块对细长器械20的夹持操作互不影响。
在一些实施例中,夹持模块的输入端为转接部123。
此外,在第二驱动组件300通过两个挠性联轴器310驱动两个夹持模块同步反向转动以沿第三方向Z输送细长器械20的过程中,即第二驱动组件300驱动两个浮动部122同步反向转动的过程中,浮动部122仍然能相对支撑部112沿第二方向Y移动,即不影响浮动部122(及与浮动部122连接的主夹持部121、与主夹持部121连接的安装部111沿第二方向Y的运动,第三驱动组件500仍能驱动两个安装部111沿第二方向Y同步反向运动以搓捻细长器械20。因此,第二驱动组件300驱动两个夹持模块对细长器械20沿第三方向Z的输送操作,与第三驱动组件500驱动两夹持模块对细长器械20的搓捻操作互不影响。
如图4所示,在一实施例中,第二驱动组件300包括第二电机320和相啮合的两个输出齿轮330,第二电机320用于驱动两个输出齿轮330同步反向转动,两个输出齿轮330一一对应地通过挠性联轴器310与两个夹持模块的输入端连接。两个输出齿轮330即第二驱动组件300的两个输出端。
如图4所示,在一实施例中,第二驱动组件300包括输送传动齿轮340。输送传动齿轮340与两个输出齿轮330沿第一方向X依次啮合。第二电机320的输出轴与输送传动齿轮340同轴连接,从而能通过输送传动齿轮240带动两个输出齿轮330同步反向转动。而且,第二电机320的轴向能够沿第二方向Y设置,并布置在两个夹持组件100沿第一方向X的一侧,使得细长器械的驱动装置10整体结构紧凑。
如图4所示,在一实施例中,第二驱动组件300包括第二电机座321,第二电机座321固定于安装基体600上。第二电机320安装于第二电机座321上。
请结合图5和图6,在一实施例中,夹持模块包括同步带1211以及沿第三方向Z间隔设置的主动轮1212和从动轮1213,同步带1211绕设于主动轮1212和从动轮1213。两夹持模块的同步带1211沿第一方向X靠近或远离时用于夹持或释放细长器械20。相比于传统的摩擦轮夹持的方式,本申请实施例采用同步带1211夹持细长器械20,能够增大夹持面,从而有利于稳定夹持,减少打滑现象。同时,采用同步带1211进行面夹持,使得沿细长器械20的长度方向的夹持力能分布的更为均匀,从而能减少细长器械20的应力集中,避免弯折。
第二驱动组件300用于驱动两个主动轮1212绕第二方向Y的轴线同步反向转动,各主动轮1212分别带动对应的从动轮1213、同步带1211转动,从而两夹持模块的同步带1211同步反向转动,进而两个同步带1211通过与细长器械20之间的摩擦传动而带动细长器械20沿第三方向Z运动。
请参考图2,在一实施例中,力检测组件400包括:基座410、力传感器420、承力架430及绕第二方向Y的轴线转动的滚动轴承440。力传感器420安装于基座410且力传感器420的感应面面向第一方向X,承力架430贴合安装于力传感器420的感应面上。滚动轴承440安装于承力架430的背向感应面的一侧,并与承力架430相切贴合。滚动轴承440背向感应面的一侧与夹持模块的周面相切贴合。
由于夹持模块对细长器械20的夹持力沿第一方向X,力传感器420的感应面面向第一方向X,滚动轴承440安装于承力架430的背向感应面的一侧并与承力架430相切贴合,滚动轴承440背向感应面的一侧与夹持模块的周面相切贴合,因此,夹持模块所受的来自细长器械20的反作用力能够沿第一方向X依次经滚动轴承440、承力架430传递至力传感器420的感应面上,从而力传感器420检测的力的大小即等于夹持模块对细长器械20的夹持力,进而能实时检测细长器械20所受的夹持力大小,便于及时调整夹持力使得对细长器械20的夹持稳定。
其中,由于采用绕第二方向Y轴线转动的滚动轴承440与绕第二方向Y轴线转动的夹持模块的周面相切贴合,因此,夹持模块转动时与滚动轴承440之间为滚动摩擦,机械损耗很小(可以忽略不计),可认为不影响细长器械20的输送和夹持以及夹持力的检测。同理,滚动轴承440与承力架430的背向感应面的一侧之间为滚动摩擦,机械损耗很小(可以忽略不计),可认为不影响细长器械20的输送和夹持以及夹持力的检测。
进一步地,可将第一驱动组件200与上位机通信连接。由于第一驱动组件200驱动两夹持模块沿第一方向X相对靠近或远离运动,因此,第一驱动组件的运动参数与两夹持模块相对移动的距离之间存在一定的对应关系,上位机根据第一驱动组件的运动参数(例如电机轴的转动圈数等)则可以计算出两夹持模块相对移动的距离。假定两夹持模块处于还未夹持细长器械20的初始状态时,两夹持模块之间的夹持间隙为S,第一驱动组件200驱动两夹持模块沿第一方向X相互靠近运动从而夹持住细长器械20。从两夹持模块之间的夹持间隙为S到两夹持模块夹持住细长器械20的过程中,两夹持模块相对移动的距离为T(如上段所述,T可以由上位机根据第一驱动组件的运动参数计算得出),从而可以计算出此时两夹持模块之间的夹持距离d=S-T。而细长器械20的直径D应当略大于夹持距离d,上位机则能够根据夹持距离d判断出当前所夹持的细长器械20的规格,进而为更深层次的运动控制做反馈。
在两夹持模块处于还未夹持细长器械20的初始状态时,令力检测组件400(具体为滚动轴承440)与夹持模块相切贴合,可以保证力检测组件400能持续稳定地检测。但力检测组件400与夹持模块相切贴合,会使得力检测组件400与夹持模块之间可能存在非零的作用力,因此,可将力传感器的检测值初始化为零,以消除初始误差。
在一些实施例中,力检测组件400的基座410安装在安装部111上。由于主夹持部121和力检测组件400均安装在安装部111上,因此,力检测组件400与主夹持部121是随安装部111共同运动的,从而无论安装部111是否运动如何运动,力检测组件400均能实时检测主夹持部121对细长器械20的夹持力。而且,主夹持部121所受的来自细长器械20的反作用力依次经滚动轴承440和承力架430即可传递至力传感器420的感应面上,主夹持部121与力传感器420之间传递力的中间件较少,主夹持部121与力传感器420之间力的传递几乎相当于直接接触,从而力的检测准确度高,且力检测组件400的结构简单。
请结合图2、图3以及图5,在一实施例中,力检测组件400位于同步带1211所围绕的区域内靠近细长器械20的一侧,且滚动轴承440与同步带1211的内周面贴合。如此,同步带1211所受的来自细长器械20的反作用力依次经滚动轴承440、承力架430传递至力传感器420的感应面,从而检测夹持力的大小。同时,滚动轴承440能够起到对同步带1211的张紧作用。而且,力传感器420与同步带1211之间只间隔滚动轴承440和承力架430,传递力的中间件较少;而且滚动轴承440与承力架430和同步带1211之间均为滚动摩擦,机械损耗很小,同步带1211与力传感器420之间力的传递几乎相当于直接接触,从而力的检测准确度高,且力检测组件400的结构简单。
请结合图2、图3以及图5,在一实施例中,滚动轴承440的数量为多个。通过较多的滚动轴承440与夹持模块贴合以检测夹持力,则可以使得力检测组件400与夹持模块之间的贴合性更好,并增大力检测组件400与夹持模块之间的接触面积,从而检测精度更高。
请结合图2、图3、图5以及图8,在一实施例中,力检测组件400包括沿第二方向Y排布的至少两组轴承组,每组轴承组包括一个滚动轴承440或沿第三方向Z依次排列的至少两个滚动轴承440。沿第二方向Y相邻两组轴承组中的滚动轴承440一一对应设置,相邻两组轴承组的两个相对应的滚动轴承440偏心设置。
可以理解地,同步带1211经滚动轴承440、承力架430向力传感器420传递力时,同步带1211与滚动轴承440的接触位置(即传力位置)、承力架420与滚动轴承440的接触位置(即传力位置)均沿第一方向X与滚动轴承440的轴线位置对应。通过相邻两组轴承组的两个相对应的滚动轴承440偏心设置,可以使得同步带1211与滚动轴承440的传力位置沿二者的接触面分散在多个位置,承力架420与滚动轴承440的传力位置沿二者的接触面分散在多个位置,从而可以提高检测精度。同时可以使得同步带1211受到的来自滚动轴承440的力分散在多个位置,避免同步带1211受力集中,进而能尽量避免同步带1211卡死,能够尽量保证同步带1211的运行顺畅。
在图8所示的实施例中,轴承组为两组,每组轴承组具有两个滚动轴承440。
在其他实施例中,每组轴承组也可以有一个、三个等数量的滚动轴承。
请结合图3和图8,在一实施例中,承力架430包括主承力部分431和安装部分432。主承力部分431的一侧与力传感器420的感应面贴合设置,滚动轴承440与主承力部分431背向力传感器420的感应面的一侧相切贴合。安装部分432与主承力部分431背向力传感器420的一侧固定连接,并沿第一方向X凸出于主承力部分431。如此,滚动轴承440可与安装部分432转动连接,从而安装于承力架430上同时能与承力架430相切贴合。
请结合图3和图8,安装部分432沿第二方向Y的两侧分别设置有滚动轴承440。两组轴承组分别设置于安装部分432沿第二方向Y的两侧。
请参考图9,在另一实施例中,力检测组件400的基座410可以设置在支撑部112上。滚动轴承440背向力传感器420的一侧与浮动部122相切贴合。由于浮动部122与主夹持部121的输入端同轴连接,因此,主夹持部121受到的来自细长器械20的反作用力能够经浮动部122传递至滚动轴承440,从而经承力架430传递至力传感器420,进而也能够检测细长器械20所受的夹持力。
请参考图10,在一实施例中,细长器械的驱动装置10包括浮动检测机构700,浮动检测机构700包括两个浮动轮710和检测装置。两个浮动轮710沿第一方向X间隔设置于细长器械20的两侧,以通过细长器械20与两个浮动轮710的摩擦传动带动两个浮动轮710同步反向转动。通过检测装置检测浮动轮710的转动参数(例如角速度、线速度等),比较浮动轮710的转动参数与夹持模块的转动参数,即可判断细长器械20的运动状态是否正常,从而便于提示医生进行后续如何操作。
例如,浮动轮710的转动参数与主动轮1212的转动参数相符合时,则代表细长器械20的输送正常。浮动轮710的转动参数与主动轮1212的转动参数不相符时,则代表细长器械20的输送异常(如打滑或输送受阻等)。主动轮1212的转动参数与第二电机320的转动参数对应,因此可通过第二电机320内的编码器的检测数据获得。
在一实施例中,两个浮动轮710分别与安装部111绕第二方向Y的轴线转动连接。
请参考图10,浮动轮710与转动轴711同轴连接。转动轴711通过支撑轴承712与支撑部转动连接。检测装置包括磁轴721、安装架722以及磁编码盘723。磁轴721与转动轴711的一端固定连接。安装架722固定在支撑部上,磁编码盘723安装在安装架722上,并沿磁轴721的轴向与磁轴721间隔相对设置,从而通过磁编码盘723与磁轴721的配合即可检测出浮动轮710的转动参数。
在其他实施例中,也可以采用现有技术中的其他检测装置检测浮动轮的转动参数。
本申请一实施例提供一种手术机器人,包括机械臂和上述实施例任一项所述的细长器械的驱动装置,所述细长器械的驱动装置设置于所述机械臂的末端。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本申请的保护范围。因此,本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (15)

1.一种细长器械的驱动装置,其特征在于,所述细长器械的驱动装置包括:
两个沿第一方向相对设置的夹持组件,每个所述夹持组件均包括支撑部和夹持模块,所述夹持模块绕第二方向的轴线与所述支撑部转动连接;
第一驱动组件,用于驱动两个所述支撑部沿所述第一方向相互靠近或远离运动,以带动两个所述夹持模块夹持或释放细长器械;
第二驱动组件,用于驱动两个所述夹持模块同步反向转动,以通过两个所述夹持模块与所述细长器械之间的摩擦传动而沿第三方向输送所述细长器械;
第三驱动组件,用于驱动两个所述夹持模块沿所述第二方向同步反向移动,以使两个所述夹持模块共同搓捻所述细长器械而使所述细长器械自转;
其中,所述第二驱动组件与所述夹持模块在所述第一方向上浮动连接,所述第三驱动组件与所述夹持模块在所述第一方向上浮动连接,所述夹持模块与对应的所述支撑部在所述第二方向上浮动连接。
2.根据权利要求1所述的细长器械的驱动装置,其特征在于,所述夹持模块包括主夹持部和浮动部及安装部;所述安装部与所述支撑部沿所述第二方向间隔设置,所述主夹持部绕第二方向的轴线可转动地设置于所述安装部;所述浮动部的一端与所述主夹持部的输入端同轴连接,所述浮动部的另一端与所述支撑部转动连接,且所述浮动部能相对所述支撑部沿所述第二方向移动;所述第二驱动组件用于驱动两个所述浮动部同步反向转动;所述第三驱动组件与两个所述安装部沿所述第一方向浮动连接,并用于驱动两个所述安装部沿所述第二方向同步反向移动。
3.根据权利要求1所述的细长器械的驱动装置,其特征在于,所述第一驱动组件包括第一电机和运动转换机构,所述运动转换机构包括:转动输入部和两个直线输出部,两个所述直线输出部与两个所述支撑部一一对应地连接;所述转动输入部用于接收所述第一电机输出的旋转运动,两个直线输出部分别与所述转动输入部传动配合,以将所述转动输入部接收的旋转运动转换为两个所述直线输出部沿所述第一方向的同步反向直线运动。
4.根据权利要求3所述的细长器械的驱动装置,其特征在于,所述转动输入部为双向丝杆,具有左旋螺纹和右旋螺纹;两个所述直线输出部分别为左旋螺母和右旋螺母,所述左旋螺母与所述左旋螺纹配合,所述右旋螺母与所述右旋螺纹配合。
5.根据权利要求2所述的细长器械的驱动装置,其特征在于,所述夹持组件包括转接部,所述浮动部与所述转接部以能够沿第二方向相对移动但不可相对转动的方式连接,所述转接部与所述支撑部绕第二方向的轴线转动连接;所述第二驱动组件用于驱动两个所述转接部同步反向转动。
6.根据权利要求2所述的细长器械的驱动装置,其特征在于,所述第三驱动组件具有两个输出端,两个所述输出端一一对应的通过一组滑动组件与两个所述安装部连接;所述滑动组件包括沿第一方向滑动配合的滑块和滑轨,所述滑块和所述滑轨二者中,一者与所述安装部连接,另一者与所述第三驱动组件的输出端连接。
7.根据权利要求2所述的细长器械的驱动装置,其特征在于,所述第三驱动组件包括第三电机和两个搓捻传动机构,所述搓捻传动机构包括转动部和移动部;两个所述移动部与两个所述安装部一一对应地连接;两个所述转动部相啮合,所述第三电机用于驱动两个所述转动部同步反向转动;所述移动部与所述转动部传动配合,以使两个所述转动部的同步反向转动转换为两个所述移动部沿第二方向的同步反向直线运动。
8.根据权利要求1所述的细长器械的驱动装置,其特征在于,所述第二驱动组件具有两个输出端,两个所述输出端一一对应地通过挠性联轴器与两个所述夹持模块的输入端连接,以使所述输入端能通过对应的所述挠性联轴器相对所述输出端沿所述第一方向偏心移动。
9.根据权利要求1所述的细长器械的驱动装置,其特征在于,所述第二驱动组件包括第二电机和相啮合的两个输出齿轮,所述第二电机用于驱动两个所述输出齿轮同步反向转动,两个所述输出齿轮一一对应地通过挠性联轴器与两个所述夹持模块的输入端连接。
10.根据权利要求1所述的细长器械的驱动装置,其特征在于,包括力检测组件,所述力检测组件包括:基座、力传感器、承力架及绕第二方向的轴线转动的滚动轴承;所述力传感器安装于所述基座且其感应面面向第一方向,所述承力架贴合安装于所述力传感器的感应面上,所述滚动轴承安装于所述承力架的背向所述感应面的一侧,并与所述承力架相切贴合,所述滚动轴承背向所述感应面的一侧与所述夹持模块的周面相切贴合。
11.根据权利要求10所述的细长器械的驱动装置,其特征在于,所述夹持模块包括同步带以及沿第三方向间隔设置的主动轮和从动轮,所述同步带绕设于所述主动轮和所述从动轮;所述第二驱动组件用于驱动两个所述主动轮同步反向转动;所述力检测组件位于所述同步带所围绕的区域内靠近所述细长器械的一侧,且所述滚动轴承与所述同步带的的内周面贴合。
12.根据权利要求11所述的细长器械的驱动装置,其特征在于,所述力检测组件包括沿第二方向排布的至少两组轴承组,每组所述轴承组包括一个滚动轴承或沿第三方向依次排列的至少两个滚动轴承;相邻两组轴承组中的滚动轴承一一对应设置,相邻两组轴承组的两个相对应的滚动轴承偏心设置。
13.根据权利要求10所述的细长器械的驱动装置,其特征在于,所述承力架包括主承力部分和安装部分;所述主承力部分的一侧与所述力传感器的感应面贴合设置,所述滚动轴承与所述主承力部分背向所述力传感器的感应面的一侧相切贴合;所述安装部分与所述主承力部分背向力传感器的一侧固定连接,并沿第一方向凸出于所述主承力部分,所述滚动轴承与所述安装部分转动连接。
14.根据权利要求1所述的细长器械的驱动装置,其特征在于,包括浮动检测机构,浮动检测机构包括两个浮动轮和检测装置,两个浮动轮沿第一方向间隔设置于所述细长器械的两侧,以通过所述细长器械与两个浮动轮的摩擦传动带动两个所述浮动轮同步反向转动;所述检测装置用于检测所述浮动轮的转动参数。
15.一种手术机器人,其特征在于,包括机械臂和权利要求1~14任一项所述的细长器械的驱动装置,所述细长器械的驱动装置设置于所述机械臂的末端。
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