手术机器人的末端执行器驱动装置及末端执行器
技术领域
本实用新型涉及微创手术机器人技术领域,具体而言,涉及一种手术机器人的末端执行器驱动装置及末端执行器。
背景技术
微创手术机器人系统通过操作多自由度的末端执行器(手术器械),实现对病人各组织器官的手术治疗。在手术过程中,手术器械要能够满足对组织的抓取、切割、凝血、缝合等一系列操作,因此根据功能的不同手术器械也分类众多。而在同一场手术中,机械臂数量有限,在不同阶段要频繁更换不同的手术器械,来组合完成一场手术,从而手术器械和驱动装置就要求独立分开,并且驱动装置要具有互换性,能满足对各种手术器械进行驱动。
然而,本申请实用新型人发现,现有的手术器械驱动装置一般都安装在机械臂末端,但是它们主要依附于机械臂存在,并且驱动装置各个部件分散安装,且只适用于某一种机械臂的安装。
因此,如何提供一种手术机器人的末端执行器驱动装置及末端执行器,能够具有器械识别、器械驱动、器械灵活更换等多种功能,并且能够满足不同类型机械臂使用,已成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种手术机器人的末端执行器驱动装置及末端执行器,其能够具有器械识别、器械驱动、器械灵活更换等多种功能,并且能够满足不同类型机械臂使用。
本实用新型是这样实现的:
一种手术机器人的末端执行器驱动装置,其包括:电机驱动机构,所述电机驱动机构包括第一电机、第二电机、第三电机、第四电机、以及控制电路板,所述控制电路板安装有驱动器和外部接口、能够通过外部程序的输入实现对所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机和所述第四电机的正反转控制;
动力传动机构,所述动力传动机构包括与所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机和所述第四电机分别通过轴套连接的第一驱动卡盘、第二驱动卡盘、第三驱动卡盘和第四驱动卡盘;
器械识别机构,所述器械识别机构包括识别板、以及与所述识别板通过线连接的识别电路,所述识别板能够捕捉接触信号并传递给所述识别电路以实现对器械种类和适用次数的识别、同时反应器械的工作状态;
连接支架,所述连接支架包括手术器械座、以及与所述手术器械座连接的连接板,所述手术器械座用于固定所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机和所述第四电机,所述连接板的周侧用于固定所述控制电路板;
所述第一驱动卡盘用于控制手术器械的主轴杆旋转,所述第二驱动卡盘用于控制手术器械的头部摆动,所述第三驱动卡盘和所述第四驱动卡盘用于分别控制手术器械的钳爪开合和摆动。
在本实用新型较佳的手术机器人的末端执行器驱动装置中,所述连接板的两侧分别固定有一组所述控制电路板,每组所述控制电路板上分别装有两个所述驱动器和四个所述外部接口;
所述驱动器用于对所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机和所述第四电机的控制和调节,所述外部接口用于对外部信号的输入和内部信号的输出。
在本实用新型较佳的手术机器人的末端执行器驱动装置中,所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机和所述第四电机分别安装于所述手术器械座,且四个所述轴套分别固定于所述第一电机、所述第二电机、所述第三电机和所述第四电机的电机轴;
所述第一驱动卡盘、所述第二驱动卡盘、所述第三驱动卡盘和所述第四驱动卡盘分别套于对应的四个所述轴套的外侧、且内部分别安装有弹簧,所述第一驱动卡盘、所述第二驱动卡盘、所述第三驱动卡盘和所述第四驱动卡盘分别与对应的四个所述轴套通过圆柱销限位、以使所述第一驱动卡盘、所述第二驱动卡盘、所述第三驱动卡盘和所述第四驱动卡盘能够分别沿对应的四个所述弹簧的轴向移动。
在本实用新型较佳的手术机器人的末端执行器驱动装置中,所述动力传动机构还包括:驱动卡盘弹性压板,所述驱动卡盘弹性压板通过两个孔安装在底部的两个直立销上、内部安装有弹簧并通过圆柱销限位;
所述驱动卡盘弹性压板的四个角分别抓取所述第一驱动卡盘、所述第二驱动卡盘、所述第三驱动卡盘和所述第四驱动卡盘,所述驱动卡盘弹性压板下压能够同时带动所述第一驱动卡盘、所述第二驱动卡盘、所述第三驱动卡盘和所述第四驱动卡盘下压,所述驱动卡盘弹性压板释放压力能够使所述第一驱动卡盘、所述第二驱动卡盘、所述第三驱动卡盘和所述第四驱动卡盘同时回弹。
在本实用新型较佳的手术机器人的末端执行器驱动装置中,所述器械识别机构还包括:识别连接板,所述识别连接板一部分固定于所述手术器械座、另一部分固定于所述连接板;
所述识别板安装在所述识别连接板的卡槽内,所述识别电路安装在所述识别连接板的外侧。
在本实用新型较佳的手术机器人的末端执行器驱动装置中,所述识别电路具有状态灯,所述状态灯能够用于反应手术器械是否接入良好、以及手术器械的工作状态。
在本实用新型较佳的手术机器人的末端执行器驱动装置中,还包括:外壳,所述外壳用于保护驱动装置的内部结构。
在本实用新型较佳的手术机器人的末端执行器驱动装置中,所述外壳包括:第一壳体、以及与所述第一壳体对接的第二壳体;
所述第一壳体的外侧设有灯条,所述灯条与所述状态灯连接,用于直观反应手术器械的工作状态。
一种末端执行器,其包括:如上述中任一项所述的手术机器人的末端执行器驱动装置,以及与所述驱动装置对接的手术器械。
在本实用新型较佳的末端执行器中,所述手术器械设有装配座,所述装配座具有器械卡盘,所述器械卡盘用于与所述第一驱动卡盘、所述第二驱动卡盘、所述第三驱动卡盘和所述第四驱动卡盘对接;
所述装配座还具有导向条,所述导向条用于与所述手术器械座的导向槽匹配对接。
本实用新型的有益效果是:由于控制电路板安装有驱动器和外部接口、能够通过外部程序的输入实现对第一、第二、第三和第四电机的正反转控制,并带动第一、第二、第三和第四驱动卡盘以实现对手术器械的驱动,此外识别板能够捕捉接触信号并传递给识别电路以实现对器械种类和适用次数的识别、同时反应器械的工作状态,从而通过连接板连接在机械臂上,能够根据机械臂的不同,定制不同的连接板,以实现机械臂端的连接,并能够通过对第一、第二、第三和第四电机的驱动,实现对手术器械主轴杆旋转、头部摆动、钳口开合、钳口摆动四个自由度的控制,因此本实用新型提供的手术机器人的末端执行器驱动装置及末端执行器,能够具有器械识别、器械驱动、器械灵活更换等多种功能,并且能够满足不同类型机械臂使用。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍, 应当理解,以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本实用新型实施例提供的手术机器人的末端执行器驱动装置的爆炸结构示意图;
图2为本实用新型实施例提供的手术机器人的末端执行器驱动装置的内部结构示意图;
图3为本实用新型实施例提供的手术机器人的末端执行器驱动装置的内部爆炸结构示意图;
图4为本实用新型实施例提供的手术机器人的末端执行器驱动装置中电机驱动机构的控制电路板的结构示意图;
图5为本实用新型实施例提供的手术机器人的末端执行器驱动装置中动力传动机构的结构示意图;
图6为本实用新型实施例提供的手术机器人的末端执行器驱动装置中器械识别机构的第一视角结构示意图;
图7为本实用新型实施例提供的手术机器人的末端执行器驱动装置中器械识别机构的第二视角结构示意图;
图8为本实用新型实施例提供的末端执行器的结构示意图;
图9为本实用新型实施例提供的末端执行器中手术器械的结构示意图。
图中:
11-第一电机;12-第二电机;13-第三电机;14-第四电机;15-控制电路板;10-电机轴;151-驱动器;152-外部接口;
21-第一驱动卡盘;22-第二驱动卡盘;23-第三驱动卡盘24-第四驱动卡盘;25-轴套;26-弹簧;27-圆柱销;28-顶丝;29-驱动卡盘弹性压板;
31-识别板;32-识别电路;321-状态灯;33-识别连接板;
41-手术器械座;411-导向槽;42-连接板;
5-外壳;51-第一壳体;511-灯条;52-第二壳体;
6-驱动装置;
7-手术器械;71-装配座;711-器械卡盘;712-导向条;713-释放夹。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本实用新型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本实用新型一部分实施例,而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围,而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本实用新型的描述中,需要说明的是,术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,仅是为了便于描述本实用新型和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本实用新型的限制。此外,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外,术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂,而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平,并不是表示该结构一定要完全水平,而是可以稍微倾斜。
在本实用新型的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面结合附图,对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下,下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
请参照图1-图7所示,本实施例提供一种手术机器人的末端执行器驱动装置,其包括:电机驱动机构,电机驱动机构包括第一电机11、第二电机12、第三电机13、第四电机14、以及控制电路板15,控制电路板15安装有驱动器151和外部接口152、能够通过外部程序的输入实现对第一电机11、第二电机12、第三电机13和第四电机14的正反转控制;
动力传动机构,动力传动机构包括与第一电机11、第二电机12、第三电机13和第四电机14分别通过轴套25连接的第一驱动卡盘21、第二驱动卡盘22、第三驱动卡盘23和第四驱动卡盘24;
器械识别机构,器械识别机构包括识别板31、以及与识别板31通过线连接的识别电路32,识别板31能够捕捉接触信号并传递给识别电路32以实现对器械种类和适用次数的识别、同时反应器械的工作状态;
连接支架,连接支架包括手术器械座41、以及与手术器械座41连接的连接板42(连接板42的另一端可以连接机械臂),手术器械座41用于固定第一电机11、第二电机12、第三电机13和第四电机14,连接板42的周侧用于固定控制电路板15;
第一驱动卡盘21用于控制手术器械的主轴杆旋转,第二驱动卡盘22用于控制手术器械的头部摆动,第三驱动卡盘23和第四驱动卡盘24用于分别控制手术器械的钳爪开合和摆动。
本实用新型实施例的有益效果是:由于控制电路板15安装有驱动器151和外部接口152、能够通过外部程序的输入实现对第一、第二、第三和第四电机(11、12、13、14)的正反转控制,并带动第一、第二、第三和第四驱动卡盘(21、22、23、24)以实现对手术器械的驱动,此外识别板31能够捕捉接触信号并传递给识别电路32以实现对器械种类和适用次数的识别、同时反应器械的工作状态,从而通过连接板42连接在机械臂上,能够根据机械臂的不同,定制不同的连接板42,以实现机械臂端的连接,并能够通过对第一、第二、第三和第四电机(11、12、13、14)的驱动,实现对手术器械主轴杆旋转、头部摆动、钳口开合、钳口摆动四个自由度的控制,因此本实用新型实施例提供的手术机器人的末端执行器驱动装置,能够具有器械识别、器械驱动、器械灵活更换等多种功能,并且能够满足不同类型机械臂使用。
在本实用新型较佳的实施例中,如图2所示,上述连接板42的两侧可以分别固定有一组控制电路板15,且每组控制电路板15上可以分别装有两个驱动器151和四个外部接口152,从而驱动器151能够用于对第一电机11、第二电机12、第三电机13和第四电机14的控制和调节,外部接口152能够用于实现对外部信号的输入和内部信号的输出。
在本实用新型较佳的实施例中,如图5结合图3所示,上述第一电机11、第二电机12、第三电机13和第四电机14可以分别通过螺纹固定的方式安装于手术器械座41的背面(并与驱动器151就近连接),电机轴10(轴上有一个小平面)由孔中伸出至正面,且四个轴套25可以分别通过顶丝28固定于第一电机11、第二电机12、第三电机13和第四电机14的电机轴10(安装时,其中一个顶丝28顶在平面上、另一个顶丝28顶在曲面上);第一驱动卡盘21、第二驱动卡盘22、第三驱动卡盘23和第四驱动卡盘24可以分别套于对应的四个轴套25的外侧、且内部分别安装有弹簧26,第一驱动卡盘21、第二驱动卡盘22、第三驱动卡盘23和第四驱动卡盘24可以分别与对应的四个轴套25通过圆柱销27限位、以使第一驱动卡盘21、第二驱动卡盘22、第三驱动卡盘23和第四驱动卡盘24能够分别沿对应的四个弹簧27的轴向(上下)移动,活动范围即为驱动卡盘上的槽长。
在本实用新型较佳的实施例中,如图3所示,上述动力传动机构还可以包括:驱动卡盘弹性压板29,该驱动卡盘弹性压板29可以通过两个孔安装在底部的两个直立销上、内部安装有弹簧并通过圆柱销限位;具体地,驱动卡盘弹性压板29的四个角可以分别抓取第一驱动卡盘21、第二驱动卡盘22、第三驱动卡盘23和第四驱动卡盘24,从而驱动卡盘弹性压板29下压能够同时带动第一驱动卡盘21、第二驱动卡盘22、第三驱动卡盘23和第四驱动卡盘24下压,驱动卡盘弹性压板29释放压力能够使第一驱动卡盘21、第二驱动卡盘22、第三驱动卡盘23和第四驱动卡盘24同时回弹,进而在手术器械安装和拆卸时起到重要作用。
在本实用新型较佳的实施例中,如图6和图7所示,上述器械识别机构还可以包括:识别连接板33,该识别连接板33的一部分可以通过螺钉固定于手术器械座41、另一部分可以通过螺钉固定于连接板42;具体地,识别板31可以安装在识别连接板33的卡槽内,识别电路32可以安装在识别连接板33的外侧。此外,识别连接板33的上端可以同时起到对手术器械的支撑作用。
在本实用新型较佳的实施例中,如图6所示,上述识别电路32可以具有状态灯321,从而该状态灯321能够用于反应手术器械是否接入良好、以及手术器械的工作状态。具体地,当手术器械安装后,器械底部弹簧针与识别板31接触,信号捕捉并传递出去就能够识别器械种类和使用次数;同时,识别电路32上有状态灯321,能够反应手术器械是否接入良好以及器械的工作状态。
在本实用新型较佳的实施例中,如图1所示,手术机器人的末端执行器驱动装置还可以包括:外壳5,从而通过该外壳5能够用于保护驱动装置的内部结构。
在本实用新型较佳的实施例中,如图1所示,上述外壳5可以包括:第一壳体51、以及与该第一壳体51前后对接的第二壳体52;并且,第一壳体51的外侧可以设有灯条511,该灯条511可以与状态灯321连接,从而能够用于直观反应手术器械的工作状态。例如:蓝灯闪烁代表无器械安装;蓝灯常亮代表器械安装完成,可以正常使用;红灯代表器械达到最大使用次数,不可使用。
一种末端执行器,如图8所示,其包括:如上述中任一项所述的手术机器人的末端执行器驱动装置,以及与该驱动装置6对接的手术器械7。
在本实用新型较佳的实施例中,如图8结合图9所示,上述手术器械7可以设有装配座71,该装配座71可以具有器械卡盘711,从而器械卡盘711能够用于与第一驱动卡盘21、第二驱动卡盘22、第三驱动卡盘23和第四驱动卡盘24对接,进而实现对手术器械7的驱动;此外,该装配座71还可以具有导向条712,从而该导向条712能够用于与手术器械座41的导向槽411匹配对接。
安装器械时,首先将手术器械7两侧导向条712放置于手术器械座41的导向槽411内,然后将手术器械7沿导向槽411推入;当器械推入时,第一、第二、第三和第四驱动卡盘(21、22、23、24)和驱动卡盘弹性压板29都是处于压缩状态,当器械推到位后第一、第二、第三和第四驱动卡盘(21、22、23、24)及驱动卡盘弹性压板29弹起,其中驱动卡盘弹性压板29弹入手术器械7底部卡槽内,防止器械前后移动;第一、第二、第三和第四驱动卡盘(21、22、23、24)弹起与器械卡盘711对接,器械卡盘711有两个位置相对但不在同一个圆周上的小圆柱凸起(不在同一圆周的目的是确保圆周方向卡接的唯一性,而不是器械卡盘旋转180°依然能够与驱动卡盘卡接),第一、第二、第三和第四驱动卡盘(21、22、23、24)上有两个对应的凹槽,器械卡盘711上的圆柱凸起与第一、第二、第三和第四驱动卡盘(21、22、23、24)上的凹槽对应配合,四对卡盘分别配合实现对器械的控制。
具体地,器械卡盘711与第一、第二、第三和第四驱动卡盘(21、22、23、24)能够完成对接,其实现方式有两种:一种是器械安装到位后,程序控制驱动卡盘自动正反转一定角度,使驱动卡盘的凹槽自动对接上器械卡盘的凸起;另一种是驱动卡盘的角度在初试安装状态下是固定不变的,通过手动摆动器械卡盘到特定的角度,使其与驱动卡盘角度一致,然后安装器械,通过驱动卡盘凹槽与器械卡盘凸起之间预留的尺寸间隙,实现对接。
器械拆卸时,双手同时按压手术器械7两侧的释放夹713,以使释放夹713推动驱动卡盘弹性压板29下压,驱动卡盘弹性压板29受力下压同时带动第一、第二、第三和第四驱动卡盘(21、22、23、24)同时下压,第一、第二、第三和第四驱动卡盘(21、22、23、24)和器械卡盘711脱离配合,将手术器械7由开口处拔出即可。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已,并不用于限制本实用新型,对于本领域的技术人员来说,本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。