驱动系统和具有该驱动系统的手术机器人技术方案

本发明专利技术公开了一种驱动系统及其控制方法和具有该驱动系统的手术机器人，驱动系统包括：多个直线驱动装置、多个传动轴和多个控制线。每个直线驱动装置具有驱动轴，每个驱动轴设有第一连接件和第二连接件中的一者；每个传动轴设有第一连接件和第二连接件中的另一者，其中多个第二连接件能够一一对应地且可脱离地配合在多个第一连接件内多个控制线一一对应地与多个传动轴相连，每个控制线适于与线驱器械相连。本发明专利技术实施例的驱动系统，以直线电机代替旋转电机，以直线动力传递代替旋转动力传递，可以进行手术器械的快速切换，且能够实现高精度驱动，同时该驱动系统可以使得刚性器械具备顺从性，避免器械在手术中与组织发生刚性碰撞。性碰撞。性碰撞。

【技术实现步骤摘要】
驱动系统和具有该驱动系统的手术机器人


[0001]本专利技术属于医疗器械
，具体涉及一种驱动系统和具有该驱动系统的手术机器人。

技术介绍

[0002]微创手术因创伤小，疼痛轻，恢复周期短等诸多优点越来越受到外科医生和科研人员的青睐。随着机器人技术的发展，微创手术机器人也逐渐从实验室研究阶段进入到临床应用阶段。在一台手术中，实际要用到的手术器械种类和数量众多，因此对于手术机器人系统来讲一个便于进行手术器械快速切换的界面就显得尤为重要。以达芬奇手术机器人系统的器械切换界面为例，该系统的切换界面是基于旋转传递扭矩的方式实现的，该类器械切换界面成熟且应用广泛，但是为了便于器械的切换，切换界面结构的凸起和凹槽的相对尺寸是留有余量，这会对器械的控制引入误差，对于小型线驱器械的影响更加明显，因为误差相对理论需要的驱动线位移量的占比很大。通过标定补偿的方法可以缩小该误差但是会增加时间成本同时使机器人系统的使用复杂化。因此对于手术器械的驱动来讲，具备快速器械切换功能的同时避免因切换界面而引入误差是非常关键的。

技术实现思路

[0003]本专利技术是基于专利技术人对以下事实和问题的发现和认识做出的：
[0004]现在多数的连续性手术器械是线驱动并且是刚性的，也就是通过驱动线的相互拮抗赋予器械足够的刚度，一旦驱动线被锁定，整个器械就是刚性的。实际上，在手术中移动手术器械的过程中，难免会发生器械和周边组织的碰撞，如果器械是刚性的，对组织会产生比较大的创伤。然而，多数手术器械驱动装置是不能赋予器械柔顺性的。/>[0005]本专利技术旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本专利技术的实施例提出一种驱动系统及其控制方法和具有该驱动系统的手术机器人。
[0006]根据本专利技术实施例的驱动系统，包括：多个直线驱动装置，每个所述直线驱动装置具有驱动轴，每个所述驱动轴设有第一连接件和第二连接件中的一者；多个传动轴，每个所述传动轴设有所述第一连接件和所述第二连接件中的另一者，其中多个所述第二连接件能够一一对应地且可脱离地配合在多个所述第一连接件内；和多个控制线，多个所述控制线一一对应地与多个所述传动轴相连，每个所述控制线适于与线驱器械相连。
[0007]根据本专利技术实施例的驱动系统，以直线电机代替旋转电机，直线动力传递代替旋转动力传递，可以进行手术器械的快速切换，且能够实现高精度驱动，同时该驱动系统可以使得刚性器械具备顺从性，避免器械在手术中与组织发生刚性碰撞。
[0008]可选地，所述第一连接件为卡槽，所述第二连接件为凸台，其中多个所述凸台能够一一对应地且可脱离地配合在多个所述卡槽内，每个所述凸台从所述驱动轴和所述传动轴中的相应一者、朝向与相配合的所述卡槽的开口方向相反的方向延伸。
[0009]可选地，每个所述卡槽具有朝第一方向敞开的开口，每个所述凸台从所述驱动轴
和所述传动轴中的相应一者向第二方向延伸，所述第一方向和所述第二方向相反。
[0010]可选地，每个所述驱动轴包括轴体和设在所述轴体上的连接块，所述连接块的周面设有容纳槽，所述容纳槽的底壁面设有所述卡槽，所述卡槽为楔形，所述连接块的端面开设有过槽，其中所述凸台包括楔形部，所述凸台穿过相应的所述连接块的所述过槽且容纳在其所述容纳槽内，所述楔形部配合在相应的所述卡槽内。
[0011]可选地，驱动系统进一步包括：基座，多个所述直线驱动装置设在所述基座上，可选地，所述直线驱动装置为直线电机；和安装架，多个所述传动轴设在所述安装架上，所述安装架通过卡扣可拆卸地设在所述基座上。
[0012]可选地，所述卡扣的扣合方向与每个所述卡槽的开口方向相反。
[0013]可选地，驱动系统进一步包括：底座，所述基座设在所述底座上且所述基座能够沿着所述驱动轴的轴向方向在所述底座上移动。
[0014]可选地，驱动系统进一步包括：安装架，多个所述传动轴设在所述安装架上，多个弹性件，每个所述弹性件设在所述安装架上，每个所述弹性件处于形变状态，其中每个所述控制线包括驱动线和传动线，多个所述驱动线的一端一一对应地与多个所述传动轴相连，每个所述驱动线的另一端适于与线驱器械相连，多个所述传动线的一端一一对应地与多个所述弹性件相连，每个所述传动线的另一端适于与线驱器械相连。
[0015]可选地，所述安装架包括沿所述传动轴的轴向间隔设置的第一板和第二板，多个所述传动轴设在所述第一板上，所述第二板用于安装线驱器械，其中多个所述弹性件设在所述第一板上，每个所述弹性件处于拉伸状态以便对所述传动线施加沿所述传动轴的轴向朝向所述第一板的拉力。
[0016]可选地，驱动系统进一步包括多个支撑件，每个所述支撑件设在所述第一板上，其中每个所述支撑件沿所述传动轴的轴向延伸，多个所述弹性件一一对应地套设在多个所述支撑件上。
[0017]可选地，每个所述控制线包括驱动线和传动线，多个所述驱动线的一端一一对应地与多个所述传动轴相连，每个所述驱动线的另一端适于与线驱器械相连；进一步包括多个标记块和用于捕捉每个所述标记块的位置的摄像头，多个所述标记块一一对应地设在所述驱动线上。
[0018]可选地，驱动系统进一步包括：安装架，所述安装架包括沿所述传动轴的轴向间隔设置的第一板和第二板，多个所述传动轴设在所述第一板上，每个所述传动线的一端与所述第一板相连，每个所述传动线的另一端适于与线驱器械相连，所述第二板包括用于安装线驱器械的安装部；以及多个第一线轮和多个第二线轮，多个所述第一线轮和多个所述第二线轮环绕所述安装部交替地设在所述第二板上，多个所述驱动线一一对应地绕过多个所述第一线轮，多个所述传动线一一对应地绕过多个所述第二线轮，其中每个所述标记块位于相应的所述驱动线的所述一端与相应的所述第一线轮之间。
[0019]可选地，所述第一板的中间设有一个工具通道，所述工具通道的位置与所述第二板上的所述安装部的位置相对应。
[0020]一种驱动系统的控制方法，针对直线驱动装置本身的误差，通过控制器PID控制算法实现闭环控制；驱动轴和传动轴的切换界面中第一连接件和第二连接件的加工误差，以及，传动轴的运动传递到驱动线的连接处的误差，和驱动线受到拉力作用而发生伸长的误
差，通过摄像头捕捉驱动线上的标记块的位移量作为闭环反馈；驱动线的位移量传递到与线驱器械的关节引起线驱器械的位姿变化，这个过程出现的误差，通过采用位姿传感器、视觉传感器或者磁传感器获取器械的位姿信息作为整个线驱器械驱动系统的闭环反馈信号。
[0021]根据本专利技术实施例的驱动系统的控制方法，从直线驱动装置到最终线驱器械关节的整个动力的传递过程中所有可能引入误差的环节都进行了结构传动上的改进和控制上的闭环反馈，从而可以实现线驱器械的精确驱动和控制。
[0022]一种手术机器人，包括：驱动系统，所述驱动系统为根据本专利技术实施例的驱动系统；以及线驱器械，所述驱动系统的每个控制线与所述线驱器械相连。
[0023]根据本专利技术实施例的手术机器人，利用该驱动系统可以进行线驱器械的快速切换本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种驱动系统，其特征在于，包括：多个直线驱动装置，每个所述直线驱动装置具有驱动轴，每个所述驱动轴设有第一连接件和第二连接件中的一者；多个传动轴，每个所述传动轴设有所述第一连接件和所述第二连接件中的另一者，其中多个所述第二连接件能够一一对应地且可脱离地配合在多个所述第一连接件内；和多个控制线，多个所述控制线一一对应地与多个所述传动轴相连，每个所述控制线适于与线驱器械相连。2.根据权利要求1所述的驱动系统，其特征在于，所述第一连接件为卡槽，所述第二连接件为凸台，其中多个所述凸台能够一一对应地且可脱离地配合在多个所述卡槽内，每个所述凸台从所述驱动轴和所述传动轴中的相应一者、朝向与相配合的所述卡槽的开口方向相反的方向延伸。3.根据权利要求2所述的驱动系统，其特征在于，每个所述卡槽具有朝第一方向敞开的开口，每个所述凸台从所述驱动轴和所述传动轴中的相应一者向第二方向延伸，所述第一方向和所述第二方向相反。4.根据权利要求2或3所述的驱动系统，其特征在于，每个所述驱动轴包括轴体和设在所述轴体上的连接块，所述连接块的周面设有容纳槽，所述容纳槽的底壁面设有所述卡槽，所述卡槽为楔形，所述连接块的端面开设有与所述容纳槽连通的过槽，其中所述凸台包括楔形部，所述凸台穿过相应的所述连接块的所述过槽且容纳在其所述容纳槽内，所述楔形部配合在相应的所述卡槽内。5.根据权利要求2或3所述的驱动系统，其特征在于，进一步包括：基座，多个所述直线驱动装置设在所述基座上，可选地，所述直线驱动装置为直线电机；和安装架，多个所述传动轴设在所述安装架上，所述安装架通过卡扣可拆卸地设在所述基座上。6.根据权利要求5所述的驱动系统，其特征在于，所述卡扣的扣合方向与每个所述卡槽的开口方向相反。7.根据权利要求6所述的驱动系统，其特征在于，进一步包括：底座，所述基座设在所述底座上且所述基座能够沿着所述驱动轴的轴向方向在所述底座上移动。8.根据权利要求2或3所述的驱动系统，其特征在于，进一步包括：安装架，多个所述传动轴设在所述安装架上；和多个弹性件，每个所述弹性件设在所述安装架上，每个所述弹性件处于形变状态，其中每个所述控制线包括驱动线和传动线，多个所述驱动线的一端一一对应地与多个所述传动轴相连，每个所述驱动线的另一端适于与线驱器械相连，多个所述传动线的一端一一对应地与多个所述弹性件相连，每个所述传动线的另一端适于与线驱器械相连。9.根据权利要求8所述的驱动系统，其特征在于，所述安装架包括沿所述传动轴的轴向间隔设置的第一板和第二板，多...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖洪恩，王杰，马龙飞，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：