CN218899681U - 一种手术机器人旋转驱动装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种手术机器人旋转驱动装置，包括支撑臂杆、旋转组件、传动系统和动力组件；支撑臂杆具有内腔，内腔的一端安装有动力组件，其另一端安装有旋转组件；传动系统包括导向组件、水平移动组件和两组传动件；导向组件和水平移动组件均安装于内腔内，导向组件靠近动力组件；两组传动件的首端分别固定连接水平移动组件；两组传动件的尾端向相反方向延伸，且两组传动件的尾端均与旋转组件固定连接；动力组件连接水平移动组件，动力组件驱动水平移动组件在内腔内进行移动，水平移动组件移动带动传动件传动从而带动旋转组件旋转。因此不需要动力组件位于旋转关节处，能够解决手术机器人的关节模组长度较长、外形尺寸较大的问题。

Description

一种手术机器人旋转驱动装置

技术领域

本申请涉及医用手术设备技术领域，尤其涉及一种手术机器人旋转驱动装置。

背景技术

近年来，微创外科手术得到迅速发展，并在实践中得到非常好的手术效果。随着科技进步，外科手术机器人技术得到迅速发展，并且已经被广泛运用。手术机器人通常由旋转关节和臂杆组成，由于整个手术机器人系统通常包括多条手术臂，手术臂通常包含有多个旋转关节和移动关节。

但是，市面上大部分手术机器人旋转关节都采用一体化的旋转关节模组形式，旋转关节模组通常由多个组件沿同一方向依次排列安置，造成关节模组长度较长的问题。进一步地，多个组件中的减速机和无框力矩电机的尺寸较大，造成了关节模组外形尺寸也较大的问题，不利于多条手术臂工作。

因此，如何设计出一种尺寸较小的手术机器人的旋转关节成为亟待解决的问题。

实用新型内容

本申请提供了一种手术机器人旋转驱动装置，解决了目前手术机器人的旋转关节长度较长、尺寸较大等问题。

本申请提供了一种手术机器人旋转驱动装置，包括支撑臂杆、旋转组件、传动系统和动力组件；

所述支撑臂杆具有内腔，所述内腔的一端安装有所述动力组件，其另一端安装有所述旋转组件；

所述传动系统包括导向组件、水平移动组件和两组传动件；所述导向组件和所述水平移动组件均安装于所述内腔内，其中：所述导向组件靠近所述动力组件；两组所述传动件的首端分别固定连接所述水平移动组件；两组所述传动件的尾端向相反方向延伸，且两组所述传动件的尾端均与所述旋转组件固定连接，其中一组所述传动件的尾端通过所述导向组件后与所述旋转组件固定连接；

所述动力组件连接所述水平移动组件，所述动力组件用于驱动所述水平移动组件在所述内腔内进行移动。

在一个示例中，所述水平移动组件包括丝杆、丝杆螺母、丝杠转动限制单元和固定结构；

所述丝杆的一端连接所述动力组件，所述丝杆的另一端连接所述丝杆转动限制单元，所述丝杆转动限制单元能够控制所述丝杆转动或停止转动；所述丝杆螺母与所述丝杆连接；且所述丝杆螺母上安装有所述固定结构；两组所述传动件的首端固定在所述固定结构上。

在一个示例中，所述水平移动组件还包括导向件，所述导向件与所述丝杆相平行；所述丝杆螺母通过滑块与所述导向件滑动相连。

在一个示例中，所述旋转组件包括旋转轴、轴承和旋转丝轮；

所述旋转轴通过所述轴承安装于所述内腔，所述旋转丝轮安装在所述旋转轴上，且所述旋转丝轮的外表面开设一缺口；两组所述传动件的部分缠绕在所述旋转丝轮上，且两组所述传动件的尾端固定在所述缺口内。

在一个示例中，所述缺口镶嵌一压板，且所述压板向所述传动件的尾端提供压力。

在一个示例中，所述固定结构包括相互独立的两个固定板，两个所述固定板采用螺钉对锁的方式被固定在一起，通过调节所述螺钉能够改变两个所述固定板之间的距离。

在一个示例中，两个所述固定板的同侧表面分别卡接一所述传动件的首端，且两个首端相对设置。

在一个示例中，两个所述固定板的同侧表面分别布置一组所述传动件的首端，且两个首端相对；每组所述传动件的首端上骑跨一压板，且所述压板向对应的首端提供压力，所述压板与对应的所述固定板固定连接。

在一个示例中，所述导向组件包括可绕自身轴线旋转的导向轮，所述导向轮设置在所述动力组件的一端。

在一个示例中，所述旋转组件连接有一臂杆，且所述臂杆上安装有第一编码器采集板；所述旋转轴的一端连接有第一码盘轴，所述码盘轴上安装有第一码盘；所述第一编码器采集板朝向所述第一码盘并能够读取所述第一码盘的转动信息；所述旋转轴、第一码盘轴、第一码盘及第一编码器采集板同轴线布置。

在一个示例中，所述动力组件包括电机座、和安装在所述电机座上的电机本体；所述电机本体的输出轴与所述丝杆的输入端相连；且所述丝杆安装有抱闸；所述抱闸的轴上安装有第二码盘，所述丝杆上安装有第二编码器采集板，所述第二编码器采集板朝向所述第二码盘并能够读取所述第二码盘的转动信息。

在一个示例中，所述旋转组件与器械臂固定连接。

本申请实施例提供的手术机器人旋转驱动装置，包括支撑臂杆、旋转组件、传动系统和动力组件。支撑臂杆具有内腔，内腔的一端安装有动力组件，其另一端安装有旋转组件，支撑臂杆内腔为动力组件和旋转组件提供了支撑。传动系统包括导向组件、水平移动组件和两组传动件，导向组件和水平移动组件均安装于内腔内。动力组件连接水平移动组件能够驱动水平移动组件在内腔内进行移动，水平移动组件通过两组传动件带动旋转组件进行旋转运动。其中：两组传动件的首端分别固定连接水平移动组件，使得水平移动组件能够带动两组传动件的首端移动。两组传动件的尾端向相反方向延伸，由于两组传动件的尾端均与旋转组件固定连接，两组传动件的首端移动会带动旋转组件移动。其中一组传动件的尾端通过导向组件后与旋转组件固定连接，导向组件靠近动力组件，以便于该组传动件能够绕过动力组件从而连接旋转组件。两组传动件的这种连接方式使得动力组件驱动水平移动组件所作的直线运动转化为旋转组件的旋转运动，由于无需将动力组件布置在旋转关节处，大大减小了旋转关节处的尺寸，从而使得手术机器人具有更好的运动范围。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种手术机器人旋转驱动装置的基本结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种手术机器人旋转驱动装置的水平移动组件的纵剖结构示意图；

图3是本申请实施例提供的一种手术机器人旋转驱动装置的一例固定结构的结构示意图；

图4是本申请实施例提供的一种手术机器人旋转驱动装置的一例固定板的结构示意图；

图5是本申请实施例提供的一种手术机器人旋转驱动装置的部分结构示意图；

图6是本申请实施例提供的一种手术机器人旋转驱动装置的支撑臂杆内腔及外部结构示意图；

图7是本申请实施例提供的一种手术机器人旋转驱动装置的旋转组件的纵剖结构示意图；

图8是本申请实施例提供的一种手术机器人旋转驱动装置的一例旋转组件的横剖结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描中，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，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，此外，除非另有明确的规定和限定，术语“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，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

图1是本申请实施例提供的一种手术机器人旋转驱动装置的基本结构，如图1所示，该装置包括支撑臂杆1、旋转组件2、传动系统3和动力组件4。

支撑臂杆1具有内腔，内腔的一端安装有动力组件4，其另一端安装有旋转组件2。传动系统3包括导向组件31、水平移动组件32和两组传动件33；导向组件31和水平移动组件32均安装于内腔内，其中：导向组件31靠近动力组件4；两组传动件33的首端分别固定连接水平移动组件32；两组传动件33的尾端向相反方向延伸，且两组传动件33的尾端均与旋转组件2固定连接，其中一根传动件33的尾端通过导向组件31后与旋转组件2固定连接；动力组件4连接水平移动组件32，动力组件4用于驱动水平移动组件32在内腔内进行移动。

上述支撑臂杆1的内腔为动力组件4、旋转组件2、导向组件31和水平移动组件32提供支撑，该装置在工作时，动力组件4驱动水平移动组件32在内腔内进行移动，水平移动组件32在移动的过程中带动两组传动件33进行移动，两组传动件33相应地带动旋转组件2旋转。在目前的技术方案中，旋转关节模组大部分由减速机、无框力矩电机、抱闸、增量式编码器、绝对值式编码器等组成，并且大部分按照沿同一轴线方向依次排列安装，进而造成关节模组长度较长，而且由于减速机和无框力矩电机的外径都较大，造成整个关节模组外形尺寸也较大。而本申请提供的该装置中动力组件4与旋转组件2位于内腔的两端，旋转关节处布置旋转组件2而无需布置动力组件4。动力组件4通过水平移动组件32和两组传动件33来使得旋转组件2旋转，即利用水平移动组件32和两组传动件33的直线运动转换为旋转组件2的旋转运动的方式，减小旋转关节尺寸和长度，使手术机器人具有更好的运动范围。

在一个示例中，如图2所示，水平移动组件32包括丝杆321、丝杆螺母322、丝杆转动限制单元323和固定结构324；丝杆321的一端连接动力组件4，丝杆321的另一端连接丝杆转动限制单元323，丝杆转动限制单元323能够控制丝杆321转动或停止转动；丝杆螺母322与丝杆321连接；且丝杆螺母322上安装有固定结构324；两组传动件33的首端固定在固定结构324上。该装置在工作时，动力组件4驱动丝杆321转动，丝杠转动带动丝杆螺母322移动，丝杆螺母322移动带动固定结构324和两组传动件33的进行移动。

示例性地，水平移动组件32还包括导向件325，导向件325与丝杆321相平行；丝杆螺母322通过滑块326与导向件325滑动相连。导向件325通过滑块326限制了丝杆螺母322只能水平移动而不能绕丝杆321转动，从而实现了带动固定结构324和两组传动件33的进行水平移动，同时能够限定所述导向件325的运动方向，进而提高了所述水平移动组件32的运动精度。

示例性地，水平移动组件32还包括丝母座327，丝杆螺母322外周连接丝母座327，丝母座327朝向导向件325的一侧安装滑块326。由于丝母座327的内部形状和尺寸与丝杆螺母322的外周吻合，丝母座327和丝杆螺母322固定安装后，丝杆螺母322能够通过丝母座327牢固地与滑块326连接。

如图3所示，固定结构324包括相互独立的两个固定板3241；两个固定板3241的同侧表面分别卡接一传动件33的首端，且两个首端相对设置。

示例性地，固定板3241的一侧设有多个沟槽，每一沟槽和一个卡接头配合卡接一传动件33。每一沟槽的第一端直径大于每一卡接头的直径，该沟槽的第二端直径小于每一卡接头的直径并大于钨丝的直径，该卡接头的外径大于钨丝的直径。在固定安装时，一传动件33的首端从一沟槽的第二端伸入到第一端，一卡接头放置在该沟槽的第一端并卡接该传动件33的首端，由于沟槽的第二端直径小于卡接头的直径，因此，卡接头能够卡在沟槽中，从而使得传动件33固定在沟槽中。固定板3241的形状如图4所示，固定板3241固定安装在丝母座327上。

示例性地，采用螺钉对锁的方式将两个固定板固定在一起，通过调解螺钉能够改变两个固定板之间的距离，从而实现调整传动件33的张紧度。

如图5所示，所述固定结构324包括相互独立的两个固定板3242，两个所述固定板3242的同侧表面分别布置一组所述传动件33的首端，且两个首端相对；每组所述传动件33的首端上骑跨一压板3243，且所述压板3243向对应的首端提供压力，所述压板3243与对应的所述固定板3242固定连接。

示例性地，导向组件31包括可绕自身轴线旋转的导向轮，导向轮设置在动力组件4的一端。

示例性地，如图6所示，在内腔靠近动力组件4的一侧设有两个导向轮311，该两个导向轮311分布于内腔的两个对角上，该两个导向轮311以丝杆321为中轴线对称布置。该两个导向轮311分布于内腔的两个对角上相比于分布在内腔的其他地方能够以较小的尺寸为传动件33的传动提供支撑。

如图7所示，旋转组件2包括旋转轴21、轴承22和旋转丝轮23，旋转轴21通过轴承22安装于内腔，旋转丝轮23安装在旋转轴21上，且旋转丝轮23的外表面开设一缺口；两组传动件33的部分缠绕在旋转丝轮23上，且两组传动件33的尾端固定在缺口内。

如图8所示，上述缺口镶嵌一压板24，且压板24向传动件33的尾端提供压力，以固定传动件33的尾端于旋转丝轮23上。

在安装两组传动件33时，将一组传动件33的首端固定在固定结构324上后，该组传动件33的尾端以逆时针方向缠绕在旋转丝轮23上后，由压板24固定。另一组传动件33的首端固定在固定结构324上后，该组传动件33的尾端通过两个导向轮后以顺时针方向缠绕在旋转丝轮23上后，由压板24固定。采用该方式，能够避免传动件33直接套在旋转丝轮23上可能会发生打滑的问题的发生，使得传动件33驱动旋转丝轮23更加顺畅和牢固。

示例性地，传动件33是钨丝或者钢带。

在一个示例中，旋转组件2连接有一臂杆，且臂杆上安装有第一编码器采集板25；旋转轴21的一端连接有第一码盘轴26，码盘轴上安装有第一码盘27；第一编码器采集板25朝向第一码盘27并能够读取第一码盘27的转动信息；旋转轴21、第一码盘轴26、第一码盘27及第一编码器采集板25同轴线布置。在该示例中，第一旋转轴21、第一码盘轴26、第一码盘27及第一编码器采集板25同轴线布置能够提升以上各个组件的紧凑性，进一步减少旋转关节的尺寸。第一编码器采集板25能够检测旋转角度是否出错，若出错则发出报警信息。

如图6所示，旋转组件2包括旋转臂28，旋转臂28安装在旋转轴21上，旋转臂28与器械臂5连接。该装置工作时，两组传动件33运动带动旋转丝轮23旋转，旋转丝轮23旋转带动旋转轴21转动，进而带动旋转臂28旋转，旋转臂28旋转带动器械臂5旋转。

如图2所示，动力组件4包括电机座41、和安装在电机座41上的电机本体42；电机座41、和安装在电机座41上的电机本体42；丝杆转动限制单元323包括抱闸3231；电机本体42的输出轴421与丝杆321的输入端相连；且丝杆321的输出端安装有抱闸3231；抱闸的轴32311上安装有第二码盘3232，丝杆321上安装有第二编码器采集板3233，第二编码器采集板3233朝向第二码盘3232并能够读取第二码盘3232的转动信息。抱闸3231打开时抱闸3231的轴和丝杆321一同旋转，抱闸3231关闭时，抱闸3231的轴被抱死，丝杆321无法转动，从而实现了控制丝杆321是否转动。

示例性地，第二编码器采集板3233、第二码盘3232、抱闸的轴32311、抱闸3231、丝杆321、电机本体42的输出轴和电机本体42同轴线布置。

为了对水平移动组件32起到支撑作用，还可以设置支撑座6，导向件325固定在支撑座6上，支撑座6的一端连接臂杆，该臂杆用于连接旋转组件2；支撑座6的另一端连接电机座41；支撑座6靠近动力组件4的一端设有支撑子座61，该支撑子座61穿插连接丝杆321的输入端。

本申请实施例提供的手术机器人旋转驱动装置的工作原理为：动力组件连接水平移动组件，能够驱动水平移动组件在内腔内进行移动，水平移动组件移动带动两组传动件传动，两组传动件传动带动旋转组件旋转，从而实现了手术机器人的旋转驱动。

本申请实施例提供的手术机器人旋转驱动装置，包括支撑臂杆、旋转组件、传动系统和动力组件。支撑臂杆具有内腔，内腔的一端安装有动力组件，其另一端安装有旋转组件，支撑臂杆内腔为动力组件和旋转组件提供了支撑。传动系统包括导向组件、水平移动组件和两组传动件，导向组件和水平移动组件均安装于内腔内。动力组件连接水平移动组件能够驱动水平移动组件在内腔内进行移动，水平移动组件通过两组传动件带动旋转组件进行旋转运动。其中：两组传动件的首端分别固定连接水平移动组件，使得水平移动组件能够带动两组传动件的首端移动。两组传动件的尾端向相反方向延伸，由于两组传动件的尾端均与旋转组件固定连接，两组传动件的首端移动会带动旋转组件移动。其中一组传动件的尾端通过导向组件后与旋转组件固定连接，导向组件靠近动力组件，以便于该组传动件能够绕过动力组件从而连接旋转组件。两组传动件的这种连接方式使得动力组件驱动水平移动组件所作的直线运动转化为旋转组件的旋转运动，由于无需将动力组件布置在旋转关节处，大大减小了旋转关节处的尺寸，从而使得手术机器人具有更好的运动范围。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种手术机器人旋转驱动装置，其特征在于，包括支撑臂杆、旋转组件、传动系统和动力组件；

所述支撑臂杆具有内腔，所述内腔的一端安装有所述动力组件，其另一端安装有所述旋转组件；

所述传动系统包括导向组件、水平移动组件和两组传动件；所述导向组件和所述水平移动组件均安装于所述内腔内，其中：所述导向组件靠近所述动力组件；两组所述传动件的首端分别固定连接所述水平移动组件；两组所述传动件的尾端向相反方向延伸，且两组所述传动件的尾端均与所述旋转组件固定连接，其中一组所述传动件的尾端通过所述导向组件后与所述旋转组件固定连接；

所述动力组件连接所述水平移动组件，所述动力组件用于驱动所述水平移动组件在所述内腔内进行移动。

2.根据权利要求1所述的手术机器人旋转驱动装置，其特征在于，所述水平移动组件包括丝杆、丝杆螺母、丝杆转动限制单元和固定结构；

所述丝杆的一端连接所述动力组件，所述丝杆的另一端连接所述丝杆转动限制单元，所述丝杆转动限制单元能够控制所述丝杆转动或停止转动；所述丝杆螺母与所述丝杆连接；且所述丝杆螺母上安装有所述固定结构；两组所述传动件的首端固定在所述固定结构上。

3.根据权利要求2所述的手术机器人旋转驱动装置，其特征在于，所述水平移动组件还包括导向件，所述导向件与所述丝杆相平行；所述丝杆螺母通过滑块与所述导向件滑动相连。

4.根据权利要求1所述的手术机器人旋转驱动装置，其特征在于，所述旋转组件包括旋转轴、轴承和旋转丝轮；

所述旋转轴通过所述轴承安装于所述内腔，所述旋转丝轮安装在所述旋转轴上，且所述旋转丝轮的外表面开设一缺口；两组所述传动件的部分缠绕在所述旋转丝轮上，且两组所述传动件的尾端固定在所述缺口内。

5.根据权利要求4所述的手术机器人旋转驱动装置，其特征在于，所述缺口镶嵌一压板，且所述压板向所述传动件的尾端提供压力。

6.根据权利要求2所述的手术机器人旋转驱动装置，其特征在于，所述固定结构包括相互独立的两个固定板，两个所述固定板采用螺钉对锁的方式被固定在一起，通过调节所述螺钉能够改变两个所述固定板之间的距离。

7.根据权利要求6所述的手术机器人旋转驱动装置，其特征在于，两个所述固定板的同侧表面分别卡接一所述传动件的首端，且两个首端相对设置。

8.根据权利要求6所述的手术机器人旋转驱动装置，其特征在于，两个所述固定板的同侧表面分别布置一组所述传动件的首端，且两个首端相对；每组所述传动件的首端上骑跨一压板，且所述压板向对应的首端提供压力，所述压板与对应的所述固定板固定连接。

9.根据权利要求2所述的手术机器人旋转驱动装置，其特征在于，所述导向组件包括可绕自身轴线旋转的导向轮，所述导向轮设置在所述动力组件的一端。

10.根据权利要求4所述的手术机器人旋转驱动装置，其特征在于，所述旋转组件连接有一臂杆，且所述臂杆上安装有第一编码器采集板；所述旋转轴的一端连接有第一码盘轴，所述码盘轴上安装有第一码盘；所述第一编码器采集板朝向所述第一码盘并能够读取所述第一码盘的转动信息；所述旋转轴、第一码盘轴、第一码盘及第一编码器采集板同轴线布置。

11.根据权利要求2所述的手术机器人旋转驱动装置，其特征在于，所述动力组件包括电机座、和安装在所述电机座上的电机本体；所述丝杆转动限制单元包括抱闸；所述电机本体的输出轴与所述丝杆的输入端相连；且所述丝杆的输出端安装有所述抱闸；所述抱闸的轴上安装有第二码盘，所述丝杆上安装有第二编码器采集板，所述第二编码器采集板朝向所述第二码盘并能够读取所述第二码盘的转动信息。

12.根据权利要求10所述的手术机器人旋转驱动装置，其特征在于，所述旋转组件与器械臂固定连接。

Images