CN219777721U - 医用刨削装置驱动机构的测试装置以及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种医用刨削装置驱动机构的测试装置以及系统，所述医用刨削装置驱动机构的测试装置用于与刀具结构的驱动机构匹配使用，所述刀具结构包括所述驱动机构、套接在所述驱动机构的驱动轴上的第一管、以及安装在所述第一管上的刀头，所述医用刨削装置驱动机构的测试装置包括第二管以及测试机构，第二管用于套接在所述驱动机构的驱动轴上，测试机构刚性安装在所述第二管与所述驱动轴相反的一侧，所述测试机构包括扭矩发生器以及旋转器，所述扭矩发生器刚性安装在所述第二管与所述驱动轴相反的一侧，所述旋转编码器刚性安装在所述扭矩发生器与所述第二管相反的一侧。

Description

医用刨削装置驱动机构的测试装置以及系统

技术领域

本实用新型属于医疗器械技术领域，具体涉及一种医用刨削装置驱动机构的测试装置以及系统。

背景技术

医用刀具结构以较为典型的医用刨削装置为例，医用刨削装置应用在外科手术中，实现对软组织的切削处理。现有的医用刨削装置包括刨削刀头和刨削手柄，刨削刀头通常包括外刀管和设置在外刀管内的内刀管，外刀管的前端设置有外切削窗口，外切削窗口的侧边缘设置有若干外刀齿，内刀管的前端设置有内切削窗口，内切削窗口的侧边缘设置有若干内刀齿。内刀管相对于外刀管旋转时，外刀齿和内刀齿相对运动将伸入外切削窗口内的组织切断，并将组织吸入内切削窗口，通过真空系统将碎屑吸出，达到切削目的。刨削手柄包括外壳和设置在外壳内的用于驱动内刀管旋转的驱动机构。

驱动机构通常为驱动电机，刨削装置设计过程中需要对驱动机构性能进行测试，以确定其性能是否符合要求。现有的医用刨削装置驱动机构的测试装置在对驱动机构测试时，驱动机构的驱动轴直接连接测试机构，无法模拟驱动机构在真实负载下的运转状况，测试结果不够准确。

实用新型内容

因此，本实用新型提供一种医用刨削装置驱动机构的测试装置以及系统，旨在解决现有技术中医用刨削装置驱动机构的测试装置驱动机构的驱动轴直接连接测试机构，无法模拟电机在真实负载下的运转状况，测试结果不够准确。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种医用刨削装置驱动机构的测试装置，用于与刀具结构的驱动机构匹配使用，所述刀具结构包括所述驱动机构、套接在所述驱动机构的驱动轴上的第一管、以及安装在所述第一管上的刀头，所述医用刨削装置驱动机构的测试装置包括：

第二管，用于套接在所述驱动机构的驱动轴上；

测试机构，刚性安装在所述第二管与所述驱动轴相反的一侧，所述测试机构包括扭矩发生器以及旋转编码器，所述扭矩发生器刚性安装在所述第二管与所述驱动轴相反的一侧，所述旋转编码器刚性安装在所述扭矩发生器与所述第二管相反的一侧。

优选地，在所述驱动机构的测试装置中，所述第一管与所述刀头的质量惯性矩为J1，所述第二管与所述测试机构的质量惯性矩为J2，所述第二管的形状和/或尺寸满足J2=J1。

优选地，在所述驱动机构的测试装置中，所述扭矩发生器与所述旋转编码器的质量惯性矩为J21，所述第二管的质量惯性矩为J22，所述第二管的形状和/或尺寸满足J22=J1-J21。

优选地，在所述驱动机构的测试装置中，所述第二管上某一点处的半径为ri，质量 微元为dm1，第二管满足：。

优选地，在所述驱动机构的测试装置中，所述第二管呈薄圆筒结构，所述第二管的半径为r，第二管的质量为m1，所述第二管的质量和半径需要满足m1r²=J1-J21。

优选地，在所述驱动机构的测试装置中，所述第二管呈圆筒结构，所述第二管的内 径为r₁，外径为r₂，第二管的质量为m1，第二管满足：。

优选地，在所述驱动机构的测试装置中，还包括控制器，所述控制器与测试机构电性连接。

优选地，在所述驱动机构的测试装置中，还包括显示器，所述显示器与所述控制器电性连接。

优选地，在所述驱动机构的测试装置中，所述控制器为PLC控制器，或者所述显示器为触摸屏。

为了实现上述目的，本实用新型提供一种医用刨削装置驱动机构的测试系统，所述驱动机构的测试系统包括：

上述驱动机构的测试装置；

刀具结构，包括驱动机构、第一管、以及刀头，所述第一管的一端套接在所述驱动机构的驱动轴上，所述刀头安装在所述第一管的另一端；

其中，在对所述驱动机构测试时，所述刀头卸下，并将所述驱动机构的测试装置的第二管代替第一管，将第二管安装在所述驱动机构的驱动轴。

优选地，在所述驱动机构的测试系统中，所述刀具结构为刨削装置。

为了实现上述目的，本实用新型还提供一种医用刨削装置驱动机构的测试方法，所述驱动机构的测试系统的测试方法包括如下步骤：

在需要对驱动机构运动性能进行测试时，将第一管和刀头卸下，将第二管安装在驱动机构的驱动轴上，再将第二管与医用刨削装置驱动机构的测试装置的扭矩发生器刚性连接；

待安装好后，选择检测模式进行检测，所述检测模式包括空载转速检测、动态扭矩与电机转速检测、正反转频次检测。

本实用新型提供的技术方案，具有以下优点：

本实用新型设置了第二管代替第一管，通过第二管与测试机构连接，避免驱动机构的驱动轴直接连接测试机构，模拟驱动机构在真实负载下的运转状况的测试结构更准确；

进一步地，第二管的结构（例如长度、直径或者形状）需要满足：第二管和测试机构转子的质量惯性矩之和与第一管加刀头的质量惯性矩之和相等，如此测试结果更准确。

进一步地，在对驱动机构进行测试时，将安装在第一管上的刀头卸下，并将套接在驱动机构的驱动轴上的第一管卸下，将第二管安装在驱动机构的驱动轴上，采用改进后的第二管代替原来的第一管，如此通过改变内管结构，可以抵消测试机构的转子质量惯性矩，即新增的测试机构将不对驱动机构的原运动状况产生影响；同时还可以消除拆下刀头带来的转子质量惯性矩的改变。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，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的附图。

图1为本实用新型提供的驱动机构的测试系统一实施例的示意图。

附图标记说明：

标号	名称	标号	名称
				1	驱动机构	3	扭矩发生器
2	第二管	4	旋转编码器

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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。下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、顶、底”通常是针对附图所示的方向而言的，或者是针对部件本身在竖直、垂直或重力方向上而言的；同样地，为便于理解和描述，“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内、外，但上述方位词并不用于限制本实用新型。

医用刀具结构以较为典型的医用刨削装置为例，医用刨削装置应用在外科手术中，实现对软组织的切削处理。现有的医用刨削装置包括刨削刀头和刨削手柄，刨削刀头通常包括外刀管和设置在外刀管内的内刀管，外刀管的前端设置有外切削窗口，外切削窗口的侧边缘设置有若干外刀齿，内刀管的前端设置有内切削窗口，内切削窗口的侧边缘设置有若干内刀齿。内刀管相对于外刀管旋转时，外刀齿和内刀齿相对运动将伸入外切削窗口内的组织切断，并将组织吸入内切削窗口，通过真空系统将碎屑吸出，达到切削目的。刨削手柄包括外壳和设置在外壳内的用于驱动内刀管旋转的刀具驱动装置。

刀具驱动装置通常为驱动电机，刨削装置设计过程中需要对驱动机构性能进行测试，以确定其性能是否符合要求。现有的医用刨削装置驱动机构的测试装置驱动机构的驱动轴直接连接测试机构，无法模拟电机在真实负载下的运转状况，测试结果不够准确。

另外，由于刀头复杂且长度较长，测试时若将刀头与测试机构连接比较困难，故，考虑测试采用保留第一管，此时单纯第一管连接测试机构，也无法模拟电机在真实负载下的运转状况，此时第一管的质量惯性矩与真实的刨削装置的质量惯性矩相比发生了改变。为此，本实用新型设置了第二管2代替第一管，第二管2的结构（例如长度、直径或者形状）需要满足：第二管2和测试机构转子的质量惯性矩之和与第一管加刀头的质量惯性矩之和相等，如此测试结果更准确。为了便于说明，下面以驱动机构为驱动电机为例进行说明，但并不表示驱动机构仅限于驱动电机。

具体地，请参阅图1，本实用新型提供一种医用刨削装置驱动机构的测试装置，用于与刀具结构的驱动机构1匹配使用，所述刀具结构包括所述驱动机构1、套接在所述驱动机构1的驱动轴上的第一管、以及安装在所述第一管上的刀头，所述第一管与所述刀头的质量惯性矩为J1，该医用刨削装置驱动机构的测试装置包括第二管2、以及测试机构，第二管2用于套接在所述驱动机构1的驱动轴上，测试机构刚性安装在所述第二管2与所述驱动轴相反的一侧。其中，所述第二管2与所述测试机构的质量惯性矩为J2，所述第二管2的形状和/或尺寸满足J2=J1。

在对驱动机构1进行测试时，将安装在第一管上的刀头卸下，并将套接在驱动机构1的驱动轴上的第一管卸下，将第二管2安装在驱动机构1的驱动轴上，采用改进后的第二管2代替原来的第一管，如此通过改变内管结构，可以抵消测试机构转子的质量惯性矩，即新增的测试机构将不对驱动机构1的原运动状况产生影响；同时还可以消除拆下刀头带来的转子质量惯性矩的改变；

进一步地，第二管2的形状和/或尺寸满足J2=J1，可以通过改变内管的长度、直径和/或形状等等来达到满足J2=J1。例如根据J2=J1确定出了半径、质量两个参数，则可以根据半径、质量来确定第二管的其他参数，例如长度。

更具体地，所述测试机构包括扭矩发生器3以及旋转编码器4，扭矩发生器3刚性安装在所述第二管2与所述驱动轴相反的一侧，旋转编码器4刚性安装在所述扭矩发生器3与所述第二管2相反的一侧。扭矩发生器3用于模拟真实负载，旋转编码器4用于测量驱动机构1转速以及转矩。所述扭矩发生器3与所述旋转编码器4的质量惯性矩为J21，所述第二管2的质量惯性矩为J22，所述第二管2的形状和/或尺寸满足J22=J1-J21。

所述第二管2上某一点处的半径为ri₁，质量微元为dm1，第二管2满足：。

以所述第二管2呈薄圆筒结构为例，所述第二管2的半径为r，第二管2的质量为m1，所述第二管2的质量和半径需要满足m1r²=J1-J21。

以所述第二管2呈圆筒结构为例，所述第二管2的内径为r₁，外径为r₂，。对于第二管2的结构可以根据m1、r₁、r₂进行确定，只要满足m1、r1以 及r2的值的第二管2即可，还可以是根据质量的计算公式来确定第二管2的长度，质量计算 公式如下：

其中，ρ为第二管2的密度，l为第二管2的长度。

另外，第二管2的结构还可以包括多段圆筒结构或薄圆筒结构，多段结构的半径不同。例如第二管2包括一体成型的多节管段，多节管段的半径沿第二管2的长度方向呈递减或递加，具体可以根据第二管2需要满足J22=J1-J21而确定的质量、半径、以及长度等而定。

具体原理分析如下：

由于产品本身具有物理质量属性：比如第一管的质量惯性矩与惯性积。其中质量惯性矩可以根据各结构的三维造型及密度分析得出。而惯性积可在测试机构的XYZ轴布置时设为与产品应方向平行，使其为零，可以认为不参与计算分析。

设物体绕Z轴旋转，设某一点处的切向速度为vi，该点处半径为ri，质量微元为dm，线速度为a、角速度为ω，角加速度为β，则：

vi=ω·ri；

；

β=a/ri；

而F=ma,则质量微元受到的力为fi=a·dm=β·ri·dm；

质量微元受到的扭矩为Ni=fi·ri=β·ri²·dm。

整个物体受到的扭矩；

而为物体的质量惯性矩，即物体以角加速度β转动时，所需的扭矩是质量 惯性矩与角加速度的乘积。

由此可见，在对第一管转速、正反转频次以及速度进行检测时，由于外部附加的测试机构与第一管需要刚性连接，就等效于改变了整个刚性复合体的质量惯性矩，这会导致检测结果产生偏离真实值，另外在检测时时省略了刀头，也等效于改变了整个刚性复合体的质量惯性矩。为了抵消偏差，本实用新型采用改进后的第一管（即第二管2）代替原第一管，且第二管2的结构需要满足J2=J1。

具体地，（1）计算测试机构联结转子的质量惯性矩；（2）改变内管结构，即用第二管2代替第一管，抵消测试机构的转子质量惯性矩以及检测时未安装刀头的质量惯性矩。具体计算式如下：

。

其中，m1为第二管2的质量；

m2为扭矩发生器3转子的质量；

m3为旋转编码器4转子的质量；

第二管2上的一质点的半径为ri₁；

扭矩发生器3转子上的一质点的半径为ri₂；

旋转编码器4转子上一质点的半径为ri₃；

为第二管2的质量惯性矩；

为扭矩发生器3转子的质量惯性矩；

为旋转编码器4转子的质量惯性矩。

本实用新型通过调整第二管2，使来抵消/>、以及卸下刀头后的扭矩。

以第二管2为圆筒结构，所述第二管2的内径为r₁，外径为r₂。

。

另外，该医用刨削装置驱动机构的测试装置还包括控制器以及显示器，所述控制器与测试机构电性连接，所述显示器与控制器电性连接。如此，可以通过控制器比较测得的转速值与设定的合格值的范围，还可以将比较结果显示在显示器上。在本实施例中，控制器为PLC控制器，所述显示器为触摸屏。

为了实现上述目的，本实用新型还提供一种驱动机构的测试系统，该驱动机构的测试系统包括上述驱动机构的测试装置、以及刀具结构，刀具结构包括驱动机构1、第一管、以及刀头，所述第一管的一端套接在所述驱动机构1的驱动轴上，所述刀头安装在所述第一管的另一端；其中，在在对所述驱动机构1测试时，所述刀头卸下，并将所述驱动机构的测试装置的第二管2代替第一管，将第二管2安装在所述驱动机构1的驱动轴。

在本实施例中，所述刀具结构为刨削装置。

刨削装置需要检测的项目包括：

1、 空载转速：

1) 产品最高转速3000 r/min。 对应的测量设备测试范围0～3500 r/min。

2） 当设置空载转速≥1000 r/min时, 空载转速设置的允差为±10%。 对应的测量设备允差±1% 。

3） 当设置空载转速<1000 r/min时。测量设备允差±5%， 对应的测量设备允差±0.5% 。

2、 空载往复频率

1） 当设置空载往复频率≥100 次/min时,空载往复频率设置的允差为±10%。 对应的测量设备允差为1%。

2） 当设置空载往复频率<100次/min 时,空载往复频率设置的允差为主10次/min。 对应的测量设备允差为1次/min 。

3、 机械特性： 测量电机转速及转矩刨削器在0至额定负载转矩范囤内转速都应不小于空载转速80%。

对应的电机转速及转矩测量仪，能够同时测量电机的转速和转矩,测量转速时的读数误差在±1r/min,量程范围应能覆盖测量时的最大转速;能够给电机加载,测量转矩时的准确度应不低于0.5级,量程范围应能覆盖测量时的最大转矩。

对应地，本实用新型提供的驱动机构1的性能检测方法包括：

（1）空载转速检测：

将扭矩发生器3扭矩设为零，此时旋转编码器4用于测量驱动机构1的转速。而驱动机构1的转速可以根据用户自定义进行给定，也可以是出厂设置给定的测试时空载转速。

在本实施例中，可以按照＞1000转给定第一空载转速，旋转编码器4测量转速，通过控制器比较测得的转速值与设定的合格值的范围。旋转编码器4测量的转速以及测得的转速值与设定的合格值的范围的比较结果均可以通过显示器进行显示。

在其他实施例中，还可以按照＜1000转给定第二空载转速，同样地，旋转编码器4测量转速，通过控制器比较测得的转速值与设定的合格值的范围。旋转编码器4测量的转速以及测得的转速值与设定的合格值的范围的比较结果均可以通过显示器进行显示。

空载转速的给定可以是同时给定第一空载转速和第二空载转速，还可以是只给定第一空载转速或第二空载转速，在此不做具体限制。另外在给定第一空载转速时可以是用户给定＞1000的一转速，也可以是随机生成＞1000的一转速，在此不做具体限制。同样地，在给定第二空载转速时可以是用户给定＜1000的一转速，也可以是随机生成＜1000的一转速，在此不做具体限制。

具体实现时，空载转速检测方法的步骤包括：

1）将刨削装置与医用刨削装置驱动机构的测试装置进行安装

具体地，将刨削装置放入医用刨削装置驱动机构的测试装置的固定夹座并扣下肘夹。

2）设定检测模式，例如转速检测

可以是用户在触摸屏上进行设定，也可以是出厂设置，在此不做具体限制。

3）设定第一空载转速和/或第二空载转速，并启动驱动机构1；

4）检测，待完成后输出检测结果。

（2）动态扭矩与电机转速检测

给定驱动机构1第三转速，扭矩发生器3在预设扭矩范围内分成多个值逐次施加扭矩，旋转编码器4检测转速，控制器根据测量得到的转速、给定的扭矩值、扭矩发生器3反馈的实际值，生成数据或曲线图，还可以将测量得到的转速、给定的扭矩值、扭矩发生器3反馈的实际值显示到显示器上。在扭矩发生器3反馈的实际值大于驱动机构1输出能力时，驱动机构1发生堵转时，保护电路作用下，驱动机构1会停止运行。

其中预设扭矩范围可以为0～76mN.M。第三转速可以是用户给定，也可以出厂设置，在此不做具体限制。

（3）正反转频次检测

扭矩发生器3扭矩设为零，此时旋转编码用于测量电机的转速与旋转方向。驱动机构1按照第四预设值设定正反转频次，驱动机构1按照第四预设值的频率启动，旋转编码器4测量转速与旋转方向，控制器计算出驱动机构1频率值。

更具体地，在通过医用刨削装置驱动机构的测试装置对驱动机构1运动性能进行测试时，将第一管和刀头卸下，将第二管2安装在驱动机构1的驱动轴上，再将第二管2与医用刨削装置驱动机构的测试装置的扭矩发生器3刚性连接。

待安装好后，选择检测模式进行检测，检测模式包括空载转速检测、动态扭矩与电机转速检测、正反转频次检测。

通过设置了第二管2代替第一管，第二管2的结构（例如长度、直径或者形状）需要满足：第二管2和测试机构的质量惯性矩之和与第一管加刀头的质量惯性矩之和相等，如此测试结果更准确。

显然，上述所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，可以做出其它不同形式的变化或变动，都应当属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种医用刨削装置驱动机构的测试装置，用于与刀具结构的驱动机构匹配使用，所述刀具结构包括所述驱动机构、套接在所述驱动机构的驱动轴上的第一管、以及安装在所述第一管上的刀头，其特征在于，包括：

第二管，用于套接在所述驱动机构的驱动轴上；

测试机构，刚性安装在所述第二管与所述驱动轴相反的一侧，所述测试机构包括扭矩发生器以及旋转编码器，所述扭矩发生器刚性安装在所述第二管与所述驱动轴相反的一侧，所述旋转编码器刚性安装在所述扭矩发生器与所述第二管相反的一侧。

2.如权利要求1所述的医用刨削装置驱动机构的测试装置，其特征在于，所述第一管与所述刀头的质量惯性矩为J1，所述第二管与所述测试机构的质量惯性矩为J2，所述第二管的形状和/或尺寸满足J2＝J1。

3.如权利要求2所述驱动机构的测试装置，其特征在于，所述扭矩发生器与所述旋转编码器的质量惯性矩为J21，所述第二管的质量惯性矩为J22，所述第二管的形状和/或尺寸满足J22＝J1-J21。

4.如权利要求3所述驱动机构的测试装置，其特征在于，所述第二管上某一点处的半径为ri₁，质量微元为dm1，第二管满足：∫ri₁ ²·dm1＝J1-J21。

5.如权利要求4所述驱动机构的测试装置，其特征在于，所述第二管呈薄圆筒结构，所述第二管的半径为r，第二管的质量为m1，所述第二管的质量和半径需要满足m1r²＝J1-J21。

6.如权利要求4所述驱动机构的测试装置，其特征在于，所述第二管呈圆筒结构，所述第二管的内径为r₁，外径为r₂，第二管的质量为m1，第二管满足：

7.如权利要求1所述驱动机构的测试装置，其特征在于，还包括控制器，所述控制器与测试机构电性连接。

8.如权利要求7所述驱动机构的测试装置，其特征在于，还包括显示器，所述显示器与所述控制器电性连接。

9.如权利要求8所述驱动机构的测试装置，其特征在于，所述控制器为PLC控制器，或者所述显示器为触摸屏。

10.一种医用刨削装置的驱动机构的测试系统，其特征在于，包括：

如权利要求1至9任意一项所述驱动机构的测试装置；

刀具结构，包括驱动机构、第一管、以及刀头，所述第一管的一端套接在所述驱动机构的驱动轴上，所述刀头安装在所述第一管的另一端；

其中，在对所述驱动机构测试时，所述刀头卸下，并将所述驱动机构的测试装置的第二管代替第一管，将第二管安装在所述驱动机构的驱动轴。