一种具有解耦功能的集成化手术器械驱动装置制造方法及图纸

一种具有解耦功能的集成化手术器械驱动装置，涉及一种集成化手术器械驱动装置。以解决现有手术器械装置的驱动电机布置方式增大了关节的驱动力矩，使得系统容易产生震动，同时手术器械的平移运动往往是通过螺母丝杠方式驱动，存在不利于术前调整手术器械位置的问题。本发明专利技术包括动力源组件(A)、解耦过渡组件(B)、接口组件(C)和多根缠绕丝(D)，动力源组件(A)、解耦过渡组件(B)和接口组件(C)由下至上依次可滑动交错叠放并通过多根缠绕丝(D)以解耦的缠绕方式连接。本发明专利技术用于机器人手术微器械的手术器械驱动。

【技术实现步骤摘要】
一种具有解耦功能的集成化手术器械驱动装置
本专利技术涉及一种集成化手术器械驱动装置，具体涉及一种具有解耦功能的集成化手术器械驱动装置。
技术介绍
目前微创手术是医疗技术研究热点，是未来手术发展趋势，这主要是由于微创医疗有诸多优点：诸如创伤小、住院时间短、恢复快、术后并发症少。但是传统内窥镜手术有诸多弊端，例如操作精度低，视野范围小，操作自由度小，医生容易疲劳和颤抖；随着科学技术发展，机器人医疗辅助技术能够很好地解决这些问题。机器人辅助技术能够提供3D视野，便于医生操作，微型医疗器械大大增加手术操作灵活性，医生能够进行更精细的操作。同时加入人机工程学方面设计，能够减少医生的疲劳。现在大多数的手术器械装置的驱动是通过电机直接驱动，这样往往使得驱动电机布置在平台的上部，导致头重脚轻，增大了关节的驱动力矩，使得系统容易产生震动，同时手术器械的平移运动往往是通过螺母丝杠方式驱动，这样不利于术前调整。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决现有手术器械装置的驱动电机布置方式增大了关节的驱动力矩，使得系统容易产生震动，同时手术器械的平移运动往往是通过螺母丝杠方式驱动，存在不利于术前调整手术器械位置的问题。提供一种具有解耦功能的集成化手术器械驱动装置。本专利技术为解决上述技术问题采取的技术方案是：一种具有解耦功能的集成化手术器械驱动装置包括动力源组件、解耦过渡组件、接口组件和多根缠绕丝，动力源组件、解耦过渡组件和接口组件由下至上依次可滑动交错叠放并通过多根缠绕丝以解耦的缠绕方式连接，动力源组件包括驱动支撑板、驱动组件、引导轮组件和滑块组件，驱动组件安装在驱动支撑板的第一驱动支撑板端面上，引导轮组件分别安装在驱动支撑板的第二驱动支撑板端面、第三驱动支撑板端面和第四驱动支撑板端面上，滑块组件安装在驱动支撑板的第五驱动支撑板端面上，解耦过渡组件包括过渡支撑板、过渡滑动导轨组合和过渡引导轮组合，过渡支撑板为矩形支撑板，过渡引导轮组合中的第一过渡引导轮、第二过渡引导轮和第三过渡引导轮分别安装在过渡支撑板的第一过渡支撑板端面，第二过渡支撑板端面和第三过渡支撑板端面上，过渡滑动导轨组合分别安装在过渡支撑板的第四过渡支撑板端面和第五过渡支撑板端面上，滑块组件与过渡支撑板上的过渡滑动导轨组合可滑动连接，接口组件包括架体、从驱动螺旋线轮组件、接口引导轮组件和接口滑块组件，从驱动螺旋线轮组件安装在架体上，多个接口引导轮安装在架体上并位于从驱动螺旋线轮组件的两侧，接口滑块组件安装在架体的底端并与过渡支撑板上端面上的过渡滑动导轨组合可滑动连接。本专利技术相对于现有技术的有益效果如下：1、本专利技术公开一种解耦的集成化手术器械驱动装置，包括动力源组件、解耦过渡组件和接口组件。接口组件是用于放置器械接口，解耦过渡组件用于过渡作用，主要是为了实现上段相对中段速度和中段相对下段的速度相同，动力源组件用于放置电机用于驱动手术器械，该部分一共集成了接口组件中的5个电机和3个驱动器A-8。通过集成化设计和平台三段式设计使得平台紧凑能够比较容易实现解耦。与一段式；平台相比，这样能够减少手术过程中占用的工作区域，降低碰撞机率。2、本专利技术的驱动装置共有5个自由度，其中一个是平移自由度，用于实现手术器械的直线运动，另外四个是旋转自由度，用于驱动手术器械绕自身杆件旋转运动、腕部运动、和两个手术钳旋转运动。直接用电机驱动手术器械将增大平移关节的驱动力矩，进而会选择较大电机，这样会增加整个装置的体积和质量，为了减小直线运动所需的驱动力矩，减少选用大电机所带来的较大空间，采用钢丝传动方式，将驱动电机后置。由于驱动电机后置所带来的耦合问题，通过采用特殊的结构和钢丝绳布局设计来实现解耦。3、本专利技术的四个自由度驱动电机后置，通过钢丝绳将运动传递给手术器械接口装置，驱动手术器械。该装置结构紧凑，减少了整个驱动装置的体积和质量(体积和质量降低了50％)，提高了该驱动装置的安全性(安全性主要是通过两根钢丝驱动来实现)。能够实现无耦合的运动。4、本专利技术采用螺旋线轮能够保证钢丝绳在缠绕时能够保证相同直径。5、本专利技术的电位计是依据滑动变阻器的原理来实现对角度的绝对测量，主要用于对四个旋转接口寻找零点，以便较为方便实现与手术器械对接和手术器械上四个自由度的限位。6、本专利技术将弹簧C-2-2安装在接口板驱动杆C-2-1下端，螺旋线轮C-2-9的中间位置设有直线导向矩形导轨凸起C-2-9-1，接口板驱动杆C-2-1的杆部开设两个直线导向矩形导轨凹槽C-2-1-1，将弹簧放置在接口板驱动杆上时能够实现接口板驱动杆的上下平动，将接口板安装在接口板驱动杆上，这样螺旋线轮通过接口板将运动传递给手术器械。将弹簧柱销C-12放置在立柱内，将浮动盘放置在弹簧柱销C-12上，浮动盘能够在弹力的作用下上下移动。浮动盘的一个重要作用就是在手术器械上压板作用力下，浮动盘下移，将接口板脱离手术器械，手术器械可以拔出，方便更换器械。7、本专利技术将驱动电机组件A-2后置，这样就能够降低由于更多质量集中在离轴线较远时所产生的较大的驱动力矩。由于电机垂直于器械平移面放置，这样能够使得整体机构比较紧凑。由于电机后置，器械平移运动时会产生耦合运动，为了去除耦合影响，设计了一种解耦机构，结构设计中采用钢丝驱动，这样能够使得机构比较紧凑。同时平移运动通过钢丝绳驱动，这样提高反向驱动性，便于术前调整。附图说明图1是本专利技术含有手术器械的解耦集成化手术器械驱动装置示意图；图2是图1在M处的放大图；图3是带有缠绕丝的解耦集成化手术器械驱动装置示意图；图4是手术器械接口挡板C-7-2驱动钢丝绳缠绕主视图；图5是图4的侧视图；图6是手术器械接口挡板C-7-3驱动钢丝绳缠绕主视图；图7是图6的侧视图；图8是手术器械接口挡板C-7-4驱动钢丝绳缠绕主视图；图9是图8的侧视图；图10是平移运动驱动钢丝走线主视示意图；图11是图10的侧视图；图12是接口组件的分解示意图；图13是从驱动螺旋线轮组件的结构示意图；图14是螺旋线轮C-2-9的结构示意图(用以说明驱动杆C-2-1在螺旋线轮C-2-9上实现上下运动)；图15是接口板驱动杆C-2-1的结构示意图；图16是接口引导轮C-3的结构示意图；图17是接口缠绕丝固定组件C-5的结构示意图；图18是解耦过渡组件B的结构示意图；图19是动力源组件A的结构示意图；图20是第五引导轮A-3-e的结构示意图；图21是第三引导轮A-3-c和第四引导轮A-3-d的结构示意图；图22是第三驱动引导轮A-3-a的结构示意图；图23是驱动组件A-2的结构示意图；图24是驱动螺旋线轮A-2-4的结构示意图；图25是手术器械接口挡板C-7-1驱动钢丝绳缠绕主视图；图26是图25的侧视图；图27是手术器械接口挡板C-7-1和C-7-2驱动钢丝绳解耦原理图；图28是手术器械接口挡板C-7-3和C-7-4驱动钢丝绳解耦原理图；图29是钢丝绳Ⅴ和Ⅶ走线示意图；图30是钢丝绳Ⅵ和Ⅷ走线示意图；图31是驱动支撑板A-1上不同端面的结构示意图；图32是第一驱动支撑板端面A-1-a的结构示意图；图33是驱动组件A-2-b的分解结构示意图；图34是驱动螺旋线轮A-2-9的结构示意图；图35是手术器械接口挡板C-7的结构示意图。具体实施方式具体实施方式一：结合图1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有解耦功能的集成化手术器械驱动装置，其特征在于：它包括动力源组件(A)、解耦过渡组件(B)、接口组件(C)和多根缠绕丝(D)，动力源组件(A)、解耦过渡组件(B)和接口组件(C)由下至上依次可滑动交错叠放并通过多根缠绕丝(D)以解耦的缠绕方式连接，动力源组件(A)包括驱动支撑板(A‑1)、驱动组件(A‑2)、引导轮组件(A‑3)和滑块组件(A‑4)，驱动组件(A‑2)安装在驱动支撑板(A‑1)的第一驱动支撑板端面(A‑1‑a)上，引导轮组件(A‑3)分别安装在驱动支撑板(A‑1)的第二驱动支撑板端面(A‑1‑b)、第三驱动支撑板端面(A‑1‑c)和第四驱动支撑板端面(A‑1‑d)上，滑块组件(A‑4)安装在驱动支撑板(A‑1)的第五驱动支撑板端面(A‑1‑e)上，解耦过渡组件(B)包括过渡支撑板(B‑1)、过渡滑动导轨组合(B‑2)和过渡引导轮组合(B‑3)，过渡支撑板(B‑1)为矩形支撑板，过渡引导轮组合(B‑3)中的第一过渡引导轮(B‑3‑a)、第二过渡引导轮(B‑3‑b)和第三过渡引导轮(B‑3‑c)分别安装在过渡支撑板(B‑1)的第一过渡支撑板端面(B‑1‑a)，第二过渡支撑板端面(B‑1‑b)和第三过渡支撑板端面(B‑1‑c)上，过渡滑动导轨组合(B‑2)分别安装在过渡支撑板(B‑1)的第四过渡支撑板端面(B‑1‑d)和第五过渡支撑板端面(B‑1‑e)上，滑块组件(A‑4)与过渡支撑板(B‑1)上的过渡滑动导轨组合(B‑2)可滑动连接，接口组件(C)包括架体(C‑1)、从驱动螺旋线轮组件(C‑2)、接口引导轮组件(C‑3)和接口滑块组件(C‑4)，从驱动螺旋线轮组件(C‑2)安装在架体(C‑1)上，多个接口引导轮(C‑3)安装在架体(C‑1)上并位于从驱动螺旋线轮组件(C‑2)的两侧，接口滑块组件(C‑4)安装在架体(C‑1)的底端并与过渡支撑板(B‑1)上端面上的过渡滑动导轨组件(B‑2)可滑动连接。...

【技术特征摘要】
1.一种具有解耦功能的集成化手术器械驱动装置，其特征在于：它包括动力源组件(A)、解耦过渡组件(B)、接口组件(C)和多根缠绕丝(D)，动力源组件(A)、解耦过渡组件(B)和接口组件(C)由下至上依次可滑动交错叠放并通过多根缠绕丝(D)以解耦的缠绕方式连接，动力源组件(A)包括驱动支撑板(A-1)、驱动组件(A-2)、引导轮组件(A-3)和滑块组件(A-4)，驱动组件(A-2)安装在驱动支撑板(A-1)的第一驱动支撑板端面(A-1-a)上，引导轮组件(A-3)分别安装在驱动支撑板(A-1)的第二驱动支撑板端面(A-1-b)、第三驱动支撑板端面(A-1-c)和第四驱动支撑板端面(A-1-d)上，滑块组件(A-4)安装在驱动支撑板(A-1)的第五驱动支撑板端面(A-1-e)上，解耦过渡组件(B)包括过渡支撑板(B-1)、过渡滑动导轨组合(B-2)和过渡引导轮组合(B-3)，过渡支撑板(B-1)为矩形支撑板，过渡引导轮组合(B-3)中的第一过渡引导轮(B-3-a)、第二过渡引导轮(B-3-b)和第三过渡引导轮(B-3-c)分别安装在过渡支撑板(B-1)的第一过渡支撑板端面(B-1-a)、第二过渡支撑板端面(B-1-b)和第三过渡支撑板端面(B-1-c)上，过渡滑动导轨组合(B-2)分别安装在过渡支撑板(B-1)的第四过渡支撑板端面(B-1-d)和第五过渡支撑板端面(B-1-e)上，滑块组件(A-4)与过渡支撑板(B-1)上的过渡滑动导轨组合(B-2)可滑动连接，接口组件(C)包括架体(C-1)、从驱动螺旋线轮组件(C-2)、接口引导轮组件(C-3)和接口滑块组件(C-4)，从驱动螺旋线轮组件(C-2)安装在架体(C-1)上，接口引导轮组件(C-3)安装在架体(C-1)上并位于从驱动螺旋线轮组件(C-2)的两侧，接口滑块组件(C-4)安装在架体(C-1)的底端并与过渡支撑板(B-1)上端面上的过渡滑动导轨组合(B-2)可滑动连接。2.根据权利要求1所述的一种具有解耦功能的集成化手术器械驱动装置，其特征在于：动力源组件(A)还包括动力源罩体(A-5)和动力源处的缠绕丝固定组件(A-7)，动力源罩体(A-5)罩在驱动支撑板(A-1)和多个驱动组件(A-2)上，动力源处的缠绕丝固定组件(A-7)安装在驱动支撑板(A-1)上。3.根据权利要求2所述的一种具有解耦功能的集成化手术器械驱动装置，其特征在于：驱动组件(A-2)包含五个电机驱动组件，分别为第一电机驱动组件(A-2-a)、第二电机驱动组件(A-2-b)、第三电机驱动组件(A-2-c)、第四电机驱动组件(A-2-d)和第五电机驱动组件(A-2-e)，其中五个电机驱动组件的结构相同，第一电机驱动组件(A-2-a)包括驱动电机(A-2-1)、电机支撑架体(A-2-2)、谐波减速器(A-2-3)、驱动螺旋线轮(A-2-4)、驱动旋转轴(A-2-5)、驱动螺旋支撑块(A-2-6)和驱动罩体(A-2-7)，驱动电机(A-2-1)安装在电机支撑架体(A-2-2)的一端，驱动旋转轴(A-2-5)的一端与谐波减速器(A-2-3)的柔轮相连，用紧固组件(A-2-8)将驱动旋转轴(A-2-5)与柔轮实现轴向定位和紧固，谐波减速器(A-2-3)的波发生器与驱动电机(A-2-1)的输出轴相连，驱动螺旋线轮(A-2-4)套装在驱动旋转轴(A-2-5)上，驱动螺旋支撑块(A-2-6)安装在驱动旋转轴(A-2-5)的另一端，驱动罩体(A-2-7)与谐波减速器(A-2-3)的刚轮和电机支撑架体(A-2-2)依次相连，将驱动罩体(A-2-7)罩在谐波减速器(A-2-3)上。4.根据权利要求3所述的一种具有解耦功能的集成化手术器械驱动装置，其特征在于：解耦过渡组件(B)还包括缠绕丝过渡支撑件(B-7)、过渡滑块挡板(B-4)、导轨压板(B-5)和两个缠绕丝挡板(B-6)，缠绕丝过渡支撑件(B-7)安装在过渡支撑板(B-1)上，每根过渡滑动导轨组合(B-2)的两端分别安装一个过渡滑块挡板(B-4)，位于过渡支撑板(B-1)长度方向的同一侧的两根过渡滑动导轨组合(B-2)的外侧端面上安装有一个导轨压板(B-5)，两个缠绕丝挡板(B-6)分别安装在过渡支撑板(B-1)的上下两端。5.根据权利要求1或4所述的一种具有解耦功能的集成化手术器械驱动装置，其特征在于：接口组件(C)还包括接口缠绕丝固定组件(C-5)、接口缠绕丝遮挡板(C-6)、手术器械接口挡板组件(C-7)、浮动盘(C-8)、接口上部壳体(C-9)、接口过渡壳体(C-10)和柱销座(C-11)，柱销座(C-11)安装在架体(C-1)的上端面上，接口缠绕丝固定组件(C-5)安装在架体(C-1)的下端面上，接口缠绕丝遮挡板(C-6)扣装在架体(C-1)的下端面中部，浮动盘(C-8)、手术器械接口挡板组件(C-7)、接口上部壳体(C-9)和接口过渡壳体(C-10)由上至下依次卡装在架体(C-1)上。6.根据权利要求5所述的一种具有解耦功能的集成化手术器械驱动装置，其特征在于：从驱动螺旋线轮组件(C-2)包括接口板驱动杆(C-2-1)、弹簧(C-2-2)、电位计(C-2-3)、上部线轮支撑架(C-2-4)、多个螺旋线轮轴承(C-2-5)、多个导向轮支撑轴(C-2-6)、多个导向滑轮(C-2-7)、下部线轮支撑架(C-2-8)和多个螺旋线轮(C-2-9)，上部线轮支撑架(C-2-4)和下部线轮支撑架(C-2-8)上下平行设置，多个螺旋线轮(C-2-9)设置在上部线轮支撑架(C-2-4)和下部线轮支撑架(C-2-8)之间，每个螺旋线轮(C-2-9)内的轴向两端各设有一个螺旋线轮轴承(C-2-5)，且每个螺旋线轮(C-2-9)的上下两端分别通过一个螺旋线轮轴承(C-2-5)安装在下部线轮支撑架(C-2-8)和上部线轮支撑架(C-2-4)上，每个接口板驱动杆(C-2-1)的杆部套装有一个弹簧(C-2-2)，每个接口板驱动杆(C-2-1)的末端连接有一个电位计(C-2-3)后依次穿过上部线轮支撑架(C-2-4)、一个螺旋线轮(C-2-9)和下部线轮支撑架(C-2-8)，多个导向轮支撑轴(C-2-6)安装在上部线轮支撑架(C-2-4)和下部线轮支撑架(C-2-8)之间并支撑上部线轮支撑架(C-2-4)和下部线轮支撑架(C-2-8)，多个导向滑轮(C-2-7)安装在多个螺旋线轮(C-2-9)外侧的架体(C-1)上。7.根据权利要求1或6所述的一种具有解耦功能的集成化手术器械驱动装置，其特征在于：多根缠绕丝(D)均为钢丝绳。8.根据权利要求7所述的一种具有解耦功能的集成化手术器械驱动装置，其特征在于：手术器械接口挡板组件(C-7)有四个手术器械接口挡板，分别是第一手术器械接口挡板(C-7-1)、第二手术器械接口挡板(C-7-2)、第三手术器械接口挡板(C-7-3)和第四手术器械接口挡板(C-7-4)，第一手术器械接口挡板(C-7-1)的钢丝绳走线如下：缠绕丝穿过第三电机驱动组件(A-2-c)上第二缠绕线轮(A-2-4-2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：付宜利，潘博，牛国君，张福海，封海波，王树国，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23