CN211381754U - 机器人辅助微创手术系统用主手控制夹 - Google Patents
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Abstract
机器人辅助微创手术系统用主手控制夹，它涉及一种主手，它包括差分转接板、连接体、弹性元件和基体组件；所述基体组件包括限位基体、旋转编码器和两个齿轮轴；限位基体上转动安装有并排设置的两个齿轮轴，两个齿轮轴上的齿轮啮合，其中一个齿轮轴的端部与旋转编码器的励磁体连接，旋转编码器的编码器读头安装在限位基体上，每个齿轮轴的轴上固装有一个指板组件，两个指板组件通过穿设于限位基体内的弹性元件连接在一起；限位基体上还安装有连接体，差分转接板安装在连接体上，旋转编码器将检测的指板组件的开合角度信号输出给差分转接板，差分转接板将单端信号转换为差分信号并输出。本实用新型结构紧凑，传动简便，摩擦小，输出信号传输稳定。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种主手，具体涉及一种机器人辅助微创手术系统用主手控制夹，它属于医疗器械领域。
背景技术
机器人辅助微创手术系统相比于传统微创手术，具有诸多优势，发展前景大。主操作手控制夹作为一人机交互接口，是机器人辅助微创手术系统中的重要组成部分，用于控制从端手术器械的开合动作。然而，目前国内现有的机器人辅助微创手术系统用的主手控制夹采用的是连杆滑块机构(如CN208160646U)或齿轮齿条机构(如CN208610986U)用于控制远程操作医疗系统的夹持动作，是将旋转运动转换为直线运动，结构较复杂，传动繁琐，且具有较大摩擦。
实用新型内容
本实用新型是为克服现有技术的不足，提供一种传动简便、摩擦小，输出信号传输稳定的机器人辅助微创手术系统用主手控制夹。
本实用新型所采取的技术方案是：
机器人辅助微创手术系统用主手控制夹，它包括镜像设置的两个指板组件，它还包括差分转接板、连接体、弹性元件和基体组件；
所述基体组件包括限位基体、旋转编码器和两个齿轮轴；限位基体上转动安装有并排设置的两个齿轮轴，两个齿轮轴上的齿轮啮合，其中一个齿轮轴的端部与旋转编码器的励磁体连接，旋转编码器的编码器读头安装在限位基体上，每个齿轮轴的轴上固装有一个指板组件，两个指板组件通过穿设于限位基体内的弹性元件连接在一起；限位基体上还安装有连接体，差分转接板安装在连接体上，旋转编码器将检测的指板组件的开合角度信号输出给差分转接板，差分转接板将单端信号转换为差分信号并输出。
进一步地，所述弹性元件为弹簧片，所述弹簧片是具有三个弯曲部的余弦波片，中间的弯曲部镶嵌在基体的内腔中，两侧弯曲部置于所述内腔外部，余弦波片的两个末端固定在指板连杆上。
本实用新型与现有技术相比的有益效果是：
本实用新型结构简单，操作方便，采用了旋转编码器、差分转接板和齿轮副结构，当远程器械在人体内需要对人体组织或肌肉夹紧时，按压两个指板组件，带动齿轮轴转动，指板组件带动齿轮轴及旋转编码器的励磁体同步运动。此时，旋转编码器的编码器读头通过感应可测得旋转编码器的励磁体转动的角度，即指板组件开合角度。旋转编码器将检测的指板组件的开合角度信号输出给差分转接板，差分转接板将单端信号转换为差分信号并输出，从而使远端器械同步夹紧或张开。设计差分转接板，将控制夹输出的单端信号转换为差分信号，增强抗干扰能力，增强了控制夹开合角度信号在远程传输时的稳定性。采用齿轮副传动，传动简便，摩擦小，拆卸维修更换方便，本实用新型质量可靠。
本实用新型应用于机器人辅助微创手术，通过压两个指板组件实现远程器械在人体内对人体组织或肌肉的夹紧或松开，避免了医生直接接触手术器械，大大降低了患者感染的可能性，避免了医生由于误操作(如眼花、疲劳、情绪等)所引起的不良后果，有效地提高了手术过程中的准确性。
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步地说明：
附图说明
图1为本实用新型的机器人辅助微创手术系统用主手控制夹的立体图；
图2为本实用新型的机器人辅助微创手术系统用主手控制夹的爆炸图；
图3为基体组件的结构图；
图4为指板组件的结构图；
图5为指板组件最大展开状态图；
图6为指板组件最小展开状态图。
具体实施方式
如图1-图4所示，本实施方式的机器人辅助微创手术系统用主手控制夹，它包括镜像设置的两个指板组件2，它还包括差分转接板6、连接体7、弹性元件8和基体组件；
所述基体组件包括限位基体3-0、旋转编码器3-5和两个齿轮轴3-4；限位基体3-0上转动安装有并排设置的两个齿轮轴3-4，两个齿轮轴3-4上的齿轮啮合，其中一个齿轮轴3-4的端部与旋转编码器3-5的励磁体连接，旋转编码器3-5的编码器读头安装在限位基体3-0上，每个齿轮轴3-4的轴上固装有一个指板组件，两个指板组件2通过穿设于限位基体3-0内的弹性元件8连接在一起；限位基体3-0上还安装有连接体7，差分转接板6安装在连接体7上，旋转编码器3-5将检测的指板组件2的开合角度信号输出给差分转接板6，差分转接板6将单端信号转换为差分信号并输出。
优选地，采用圆形的差分转接板6安装在连接体7上的凹槽中，可充分利用连接体7的剩余空间，无需增加多余空间，减少整体尺寸。通常，连接体7为圆形板，旋转编码器3-5检测到的角度为单指板角度，而输出到机器人辅助微创手术系统从操作端的角度为双边角度，映射到从操作端的器械夹持开合角度的分辨率为旋转编码器真实分辨率的一半。特别地，若旋转编码器真实分辨率为360°/(213)，则映射到从操作端的器械夹持开合角度的分辨率为360°/(212)。
优选地，差分转接板6的控制芯片选用型号：595-SN75LBC179AD：LB179A。旋转编码器3-5选用无轴且具有环形励磁体和能检测环形励磁体旋转的读头的非接触式编码器。在这里，为了保证使用安全和外形美观。基体组件3通过上壳体1和下壳体4利用螺钉装配在一起，形成如图1所示的构造。连接体7使用时是用于连接翻滚关节的旋转轴。
如图3所示，通常，齿轮轴3-4上部穿过两个轴承3-3，轴承3-3安装在限位基体3-0上，通过中心的预紧螺钉3-1压紧轴端的挡板3-2实现轴承3-3的轴向定位。齿轮轴3-4下端装有旋转编码器3-5，与指板组件2做同步运动。通常，旋转编码器3-5的编码器读头安装在编码器支架3-7上，编码器支架3-7与限位基体3-0连接，此时，固定在编码器支架3-7上的编码器读头可测得旋转编码器的励磁体转动的角度，即指板开合角度。调整垫圈3-6用于调整旋转编码器3-5的励磁体与编码器读头之间的距离，使其满足编码器的安装精度要求。
通常，如图4所示，所述指板组件2包括指板连杆2-1和指板2-2；指板2-2安装在指板连杆2-1的一端，指板连杆2-1的另一端安装在齿轮轴3-4的轴上，弹性元件8固定在两个指板连杆2-1上。指板2-2通过紧定螺钉3-8与基体组件3中的齿轮轴3-4连接。本实施方案，在自然状态下，变形量最小，当操作者按压两个指板组件使得二者间的夹角运动到最小角度时，弹性元件变形量最大，施加给操作者一定的反馈力，利用弹性元件8的弹性势能，可实现两个指板组件的开合角度的可控操作。
进一步地，如图3所示，指板连杆2-1上邻近所述另一端的杆段上径向延伸有限位凸棱2-1-0，限位基体3-0的邻近齿轮轴3-4处开有容纳限位凸棱2-1-0的回转腔，并在回转腔的壁上做有限制指板组件2最大张角的限位面。在自然状态下，弹性元件8使两个指板2-2运动到最大角度β(此角度是相对于中心轴线MN测量的结果)，如图5所示，此时，指板连杆2-1限位凸棱2-1-0侧面与限位基体3-0的限位面接触，通常，这里最大角度可根据不同使用要求进行设计。当操作人员将两指板2-2间的夹角运动到最小角度α(此角度是相对于中心轴线MN测量的结果)，如图6所示，指板连杆2-1前端平面与基体侧面平面接触，从而实现了机械限位的功能。当指板2-2处于最大角度时，弹性元件变形量最小；当指板2-1处于最小角度时，弹性元件变形量最大，施加给操作者一定的反馈力。
在上述方案基础上，作为一个优选地实施例，如图4-图6所示，所述弹性元件8为弹簧片，所述弹簧片是具有三个弯曲部的余弦波片，中间的弯曲部镶嵌在基体3-0的内腔中，两侧弯曲部置于所述内腔外部，余弦波片的两个末端固定在指板连杆2-1上。进一步地，弹簧片的末端延伸有水平段，指板连杆2-1上开有插槽，所述弹簧片的水平段嵌入插槽内，实现弹簧片与指板连杆2-1的相对固定。
在上述方案基础上，作为另一个优选实施例，图未给出，但本领域技术人员通过如下描述可直接得到。所述弹性元件8为扭簧，所述扭簧套在布置于限位基体1内腔的连接轴上，所述连接轴与齿轮轴3-4平行并安装在限位基体3-0上，扭簧的两端置于所述内腔的外部并分别固定在两个指板连杆2-1上。这种固定可采用指板连杆2-1上设置卡槽，扭簧的末端可置入卡槽内并受卡槽内壁的约束，由于指板连杆2-1的另一端与齿轮轴3-4固定，如此在扭簧作用下实现指板2-1开合。
进一步地，所述限位基体3-0的外形为变截面外形，齿轮轴3-4安装在大端，连接体7安装在小端，所述大端的截面为半圆柱面，所述小端的截面为矩形面，半圆柱面与矩形面由平面连接。所述两个指板组件2开合角度θ为：0＜θ≤60°。所述限位基体3-0设计为大端圆润，小端窄小，整体近似类楔形。末端圆润使得操作者虎口处舒适，前端窄小使得指板开合角度范围有所增大，不至于角度过大而造成的操作不适。根据最大角度和最小角度，计算得到的单指板的运动范围为0～(最大角度β-最小角度α)，最大角度和最小角度是相对于中心轴线MN测量的结果，最终机器人辅助微创手术系统用主手控制夹的整体开合角度范围为0～2×(最大角度β-最小角度α)，特别地，所述两个指板组件2开合角度θ为：0＜θ≤60°。旋转编码器3-5检测到的角度为单边指板角度，而输出到机器人辅助微创手术系统从操作端的角度为双边角度。映射到从操作端的器械夹持开合角度的分辨率为旋转编码器真实分辨率的一半。特别地，若旋转编码器真实分辨率为360°/(213)，则映射到从操作端的器械夹持开合角度的分辨率为360°/(212)。
工作过程
当远程器械在人体内需要对人体组织或肌肉夹紧时，操作者或医师只需要同时按压指板，使两个指板2-2之间角度变小，带动两个齿轮轴3-4旋转一定角度，旋转编码器3-5上的励磁体通过齿轮轴3-4同步旋转一定角度，旋转编码器3-5的编码器读头通过感应可测得旋转编码器3-5的励磁体转动的角度，即单指板2-2的收拢角度，旋转编码器将检测的单指板2-2的收拢角度信号输出给差分转接板，差分转接板将单端信号转换为差分信号并输出，从而使远端器械同步夹紧，设计差分转接板，将控制夹输出的单端信号转换为差分信号，增强抗干扰能力，增强了控制夹开合角度信号在远程传输时的稳定性。
当远程器械在人体内需要对人体组织或肌肉松开时，操作者或医师只需要松开指板2-2，通过弹簧片的作用使两个指板2-2的相对角度变大，两个齿轮轴3-4旋转一定角度，旋转编码器3-5的励磁体通过齿轮轴3-4同步旋转一定角度，旋转编码器3-5的编码器读头通过感应可测得旋转编码器的励磁体转动的角度，即单指板2-2展开角度，旋转编码器将检测的单指板2-2的收拢角度信号输出给差分转接板，差分转接板将单端信号转换为差分信号并输出，从而使远端器械同步张开，设计差分转接板，将控制夹输出的单端信号转换为差分信号，增强抗干扰能力，增强了控制夹开合角度信号在远程传输时的稳定性。
本实用新型已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，依据本实用新型的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本实用新型技术方案范围。
Claims (7)
1.机器人辅助微创手术系统用主手控制夹，它包括镜像设置的两个指板组件(2)，其特征在于：它还包括差分转接板(6)、连接体(7)、弹性元件(8)和基体组件；
所述基体组件包括限位基体(3-0)、旋转编码器(3-5)和两个齿轮轴(3-4)；限位基体(3-0)上转动安装有并排设置的两个齿轮轴(3-4)，两个齿轮轴(3-4)上的齿轮啮合，其中一个齿轮轴(3-4)的端部与旋转编码器(3-5)的励磁体连接，旋转编码器(3-5)的编码器读头安装在限位基体(3-0)上，每个齿轮轴(3-4)的轴上固装有一个指板组件，两个指板组件(2)通过穿设于限位基体(3-0)内的弹性元件(8)连接在一起；
限位基体(3-0)上还安装有连接体(7)，差分转接板(6)安装在连接体(7)上，旋转编码器(3-5)将检测的指板组件(2)的开合角度信号输出给差分转接板(6)，差分转接板(6)将单端信号转换为差分信号并输出。
2.根据权利要求1所述机器人辅助微创手术系统用主手控制夹，其特征在于：所述指板组件(2)包括指板连杆(2-1)和指板(2-2)；指板(2-2)安装在指板连杆(2-1)的一端，指板连杆(2-1)的另一端安装在齿轮轴(3-4)的轴上，弹性元件(8)固定在两个指板连杆(2-1)上。
3.根据权利要求2所述机器人辅助微创手术系统用主手控制夹，其特征在于：指板连杆(2-1)上邻近所述另一端的杆段上径向延伸有限位凸棱(2-1-0)，限位基体(3-0)的邻近齿轮轴(3-4)处开有容纳限位凸棱(2-1-0)的回转腔，并在回转腔的壁上做有限制指板组件(2)最大张角的限位面。
4.根据权利要求3所述机器人辅助微创手术系统用主手控制夹，其特征在于：所述弹性元件(8)为弹簧片，所述弹簧片是具有三个弯曲部的余弦波片，中间的弯曲部镶嵌在基体(3-0)的内腔中，两侧弯曲部置于所述内腔外部，余弦波片的两个末端固定在指板连杆(2-1)上。
5.根据权利要求3所述机器人辅助微创手术系统用主手控制夹，其特征在于：所述弹性元件(8)为扭簧，所述扭簧套在布置于限位基体(1)内腔的连接轴上，所述连接轴与齿轮轴(3-4)平行并安装在限位基体(3-0)上，扭簧的两端置于所述内腔的外部并分别固定在两个指板连杆(2-1)上。
6.根据权利要求1至5任一项所述机器人辅助微创手术系统用主手控制夹，其特征在于：所述限位基体(3-0)的外形为变截面外形，齿轮轴(3-4)安装在大端，连接体(7)安装在小端，所述大端的截面为半圆柱面，所述小端的截面为矩形面，半圆柱面与矩形面由平面连接。
7.根据权利要求6所述机器人辅助微创手术系统用主手控制夹，其特征在于：所述两个指板组件(2)开合角度θ为：0＜θ≤60°。
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