本发明涉及微创手术领域，特别是涉及一种操作臂驱动机构的张紧方法。
背景技术：
微创手术是指利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械及相关设备在人体腔体内部施行手术的一种手术方式。相比传统手术方式微创手术具有创伤小、疼痛轻、恢复快等优势。
随着科技的进步，微创手术机器人技术逐渐成熟，并被广泛应用。微创手术机器人通常包括医生操作台及从操作设备，当医生在主操作台进行操作时，从操作设备响应医生的操作，并进行相应的手术操作。其中，从操作设备具有操作臂，操作臂包括：依次连接的驱动机构、连接组件、末端器械，驱动机构用于驱动连接组件及末端器械，连接组件用于改变末端器械的位置及姿态，末端器械用于执行手术操作。
操作臂的驱动机构在使用过程中会因为磨损等原因令其内部的驱动丝松弛，造成精度下降，进而影响手术精度。
技术实现要素：
基于此，有必要提供一种精度较好的驱动机构、应用该驱动机构的操作臂及手术机器人。
一种操作臂驱动机构的张紧方法，所述驱动机构包括驱动丝、张紧部，所述驱动丝用于驱动所述操作臂中连接组件的关节组件或末端器械，所述张紧部抵持所述驱动丝，以张紧所述驱动丝，所述操作臂包括传感器，所述张紧方法包括如下步骤：
获取所述传感器反馈的传感器信息；
将所述传感器信息与预设信息进行比较；
若所述传感器信息不在所述预设信息范围内，则发送调整命令；
根据所述调整命令调整所述驱动丝的张紧力。
在其中一个实施例中，所述若所述传感器信息不在所述预设信息范围内，则发送调整命令的步骤包括：
若所述传感器信息小于所述预设信息，发送增大所述张紧力的调整命令。
在其中一个实施例中，所述若所述传感器信息不在所述预设信息范围内，则发送调整命令的步骤包括：
若所述传感器信息大于所述预设信息，发送减小所述张紧力的调整命令。
在其中一个实施例中，所述传感器包括力传感器，设置于张紧部抵持所述驱动丝的区域，用于反馈抵持力信息，所述抵持力信息为所述传感器信息。
在其中一个实施例中，所述传感器包括角度传感器，设置于操作臂连接组件的关节组件上，用于反馈弯曲角信息，所述弯曲角信息为所述传感器信息。
在其中一个实施例中，所述传感器包括姿态传感器，设置于操作臂连接组件的关节组件上，用于反馈所述关节组件的姿态信息。
在其中一个实施例中，所述获取传感器反馈的传感器信息的步骤包括，
获取所述关节组件当前姿态的第一姿态信息；
获取所述关节组件改变姿态后的第二姿态信息；
根据所述第一姿态信息、所述第二姿态信息获取弯曲角信息；
其中，所述弯曲角信息为所述传感器信息。
在其中一个实施例中，所述张紧方法还包括步骤：获取预设转动角信息，所述预设转动角信息用于控制所述关节组件转动，且获取的所述预设转动角信息为所述预设信息。
在其中一个实施例中，所述将所述传感器信息与预设信息进行比较的步骤前，还包括步骤：
获取预设转动角信息；
根据所述转动角信息获取预期姿态信息；
其中，所述姿态信息为所述传感器信息，所述预期姿态信息为所述预设信息。
在其中一个实施例中，所述根据所述调整命令调整所述驱动丝的张紧力的步骤后，再次从步骤所述获取所述传感器反馈的传感器信息开始执行，直至无需调整。
附图说明
图1为本发明手术机器人一实施例的结构示意图；
图2为从操作设备一实施例的局部示意图；
图3为从操作设备一实施例的局部示意图；
图4为从操作设备中操作臂一实施例的结构示意图；
图5为图4所示操作臂a处的局部放大图；
图6为操作臂的驱动机构一实施例的结构示意图；
图7为操作臂的驱动机构一实施例的结构示意图；
图8为驱动机构一实施例的局部结构示意图；
图9为驱动机构一实施例的局部结构示意图；
图10为驱动机构一实施例的局部结构示意图；
图11为驱动机构一实施例的局部结构示意图；
图12为驱动机构一实施例的局部结构示意图；
图13为驱动机构一实施例的局部结构示意图；
图14为驱动机构一实施例的局部结构示意图；
图15为驱动机构一实施例的局部结构示意图；
图16为操作臂的驱动机构一实施例的结构示意图；
图17为驱动机构一实施例的局部结构示意图；
图18为操作臂连接组件一实施例的结构示意图；
图19为操作臂驱动机构张紧方法一实施例的流程图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“耦合”另一个元件，它可以是直接耦合到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。本文所使用的术语“远端”、“近端”作为方位词，该方位词为介入医疗器械领域惯用术语，其中“远端”表示手术过程中远离操作者的一端，“近端”表示手术过程中靠近操作者的一端。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1至图3所示，其分别为本发明手术机器人一实施例的结构示意图，及从操作设备不同实施例的局部示意图。
手术机器人包括主操作台1000及从操作设备2000。其中，主操作台1000用于根据医生的操作向从操作设备2000发送控制命令，以控制从操作设备2000，其还用于显示从设备2000获取的影像。从操作设备2000用于响应主操作台1000发送的控制命令，并进行相应的操作，并且从操作设备2000还用于获取体内的影像。
具体地，从操作设备2000包括机械臂1、设置于机械臂1上的动力机构2、设置于动力机构2上的操作臂3，以及套设操作臂3的套管4。机械臂1用于调节操作臂3的位置；动力机构2用于驱动操作臂3执行相应操作；操作臂3用于伸入体内，并通过其位于远端的末端器械40执行手术操作，及/或获取体内影像。具体的，如图2、图3所示，操作臂3穿设套管4，其末端器械40伸出套管4外，并通过动力机构2驱动其执行操作。图2中，操作臂3位于套管4内的区域为刚性区域；图3中，操作臂3位于套管4内的区域为柔性区域，套管随柔性区域弯曲。其他实施例中，也可以省略套管4，此时，无需套管。
一实施例中，操作臂3为多个，均设置于同一个动力机构2上，多个操作臂3的远端通过人体上的一个切口伸入体内，以使其末端器械40移动至病灶3000附近进行手术操作。具体地，动力机构具有多个动力部，每个动力部与一操作臂对应连接。其他实施例中，动力机构为多个，每个动力机构2上设置一个操作臂3，且多个操作臂从一个切口伸入体内，此时多个动力机构2既可以设置于一个机械臂1上，也可以设置于多个机械臂1上。需要说明的是，多个操作臂3也可以从多个切口伸入体内，例如，每个切口内伸入两个操作臂，再如，每个切口内伸入一个操作臂。
一实施例中，从操作设备2还包括戳卡，戳卡用于穿设人体上的切口，并固定设置于切口区域，操作臂通过戳卡伸入到体内。
如图4所示，其为本发明操作臂3一实施例的结构示意图。
操作臂3包括：依次连接的驱动机构10、连接杆20、连接组件30及末端器械40，其中，动力机构与驱动机构100连接，为其提供动力，驱动机构10用于驱动连接组件30及末端器械40，连接组件30用于改变末端器械40的位置及姿态，末端器械40用于执行手术操作。其他实施例中，也可以省略连接杆20，此时连接组件直接与驱动机构连接。
如图5所示，连接组件30包括多个依次连接的连接单元32。其中，至少两个相邻的连接单元32形成可转动的关节组件31。一实施例中，多个连接组件通过驱动丝连接。其他实施例中，多个连接组件也可以通过其他连接件连接，其与连接单元形成关节组件。
如图6、图7所示，其为图1所示操作臂的驱动机构10不同实施例的结构示意图。
驱动机构10包括：壳体101、驱动丝100、驱动部200、张紧部300。其中，驱动连接组件30的驱动丝100与驱动部200及连接组件30相连接，以驱动连接组件30弯曲，进而调整末端器械40的姿态及位置；驱动末端器械的驱动丝100与末端器械40及驱动部200相连接，以驱动末端器械40开合，进而执行手术操作。具体的，驱动丝穿设连接杆20并延伸至连接组件30或末端器械40，以驱动连接组件30的关节组件31或末端器械40。驱动部200设置于壳体101上，用于驱动所述驱动丝100运动，进而驱动连接组件30及末端器械40。张紧部300设置于壳体101上，用于抵持驱动丝100，以张紧驱动丝100。其他实施例中，也可以省略驱动末端器械的驱动丝，此时末端器械无需驱动。上述驱动机构，能够避免驱动丝松弛，令驱动机构更准确地驱动连接组件及末端器械运动。
如图6所示，张紧部300包括抵持部310以及与抵持部310连接的调节部320。其中，抵持部310抵持驱动丝100，调节部320设置于壳体上，用于自动调节抵持部310的位置，以自动张紧驱动丝100。这样，能进一步避免驱动丝松弛，在长时间使用后，仍能够保证驱动的精准度。
如图7所示，张紧部300还包括设置于壳体101上的辅助抵持部330，辅助抵持部330与所述抵持部310配合抵持驱动丝100，以张紧驱动丝100。具体地，辅助抵持部330临近抵持部310设置，配合张紧驱动丝100的抵持部310与辅助抵持部330抵持驱动丝的方向相反，即辅助抵持部与抵持部310从相反方向抵持驱动丝100。本实施例中，辅助抵持部330为两个，抵持部310位于两个辅助抵持部之间。其他实施例中，辅助抵持部也可以为其他数量，例如为一个。
辅助抵持部与抵持部配合张紧驱动丝，能够缩短抵持部的运动距离，令驱动部的内部结构更加紧凑。
进一步地，抵持部310具有滑轮，其运动方向与抵持方向相同，即抵持部的运动方向与位于抵持部区域的驱动丝运动方向垂直。这样，一方面能够张紧驱动丝，一方面能够减小驱动丝运动时的阻力。其他实施例中，抵持部也可以为其他结构，例如，抵持部具有曲面端部，该端部抵持驱动丝。
如图8至图11所示，其分别为驱动机构不同实施例的局部结构示意图。
如图8所示，一实施例中，调节部320包括本体321及弹性单元322。其中，本体321为t形本体，设置于壳体101上，且本体具有连杆321a；弹性单元322与抵持部310相连接，并与抵持部310顺序套设连杆321a，以使抵持部310沿连杆321a运动。此时，弹性单元322的弹性方向与抵持部310的运动方向平行。
其他实施例中，张紧部300也可以包括两个抵持部310，每个抵持部310抵持一根驱动丝100。如图9所示，两个抵持部310分别设置于弹性单元322的相对两端，以令一个张紧部300张紧两根驱动丝。此外，如图10、图11所示，弹性单元322也可以为两个，每个弹性单元322上设置一个抵持部310，图10中两个弹性单元322的弹性方向相同，且从不同方向分别抵持与其对应的驱动丝，图11中两个弹性单元322并列设置，弹性方向相同，且从相同的方向分别抵持与其对应的驱动丝。
如图12、图13所示，其为驱动机构不同实施例的局部结构示意图。
图12所示实施例中，弹性单元322的弹性方向与抵持部310的运动方向垂直。具体的，调节部320包括第一调节件323、第二调节件324及弹性单元322。其中，第一调节件323与弹性单元322相连接，且具有第一斜面；第二调节件324与抵持部310相连接，且具有第二斜面，第一调节件的第一斜面与第二调节件的第二斜面抵持，以令第一调节件在弹性力作用下通过第二调节件324驱动抵持部310运动，其中，弹性单元322的弹性方向与抵持部310运动方向垂直，并且第二调节件324沿其运动方向滑动设置于壳体上。例如壳体上设有凹槽，第二调节件具有滑动设置于凹槽内的滑块。
图13所示实施例中，第二调节件324、抵持部310均为两个，每个抵持部设置于与其对应的第二调节件324上，第一调节件同时驱动两个第二调节件运动，两个第二调节件324运动方向相反。
其他实施例中，也可以仅令第一调节件或者第二调节件具有斜面。或者，也可以省略弹性单元，此时通过手动调节调节部。或者，弹性单元的弹性方向也可以与抵持方向形成一锐角或者钝角。
如图9至图11、图13所示，张紧部300可通过其具有的多个抵持部同时张紧多根驱动丝，也可通过张紧部的一个抵持部，同时抵持多根驱动丝。当一个张紧部抵持多根驱动丝时，该张紧部300张紧的多根驱动丝在工作过程中磨损程度相似，以令张紧效果更佳。例如，当一个关节组件通过多根驱动丝驱动时，多根驱动丝可通过同一个张紧部300张紧。又如，多个关节组件耦合，驱动耦合的关节组件的驱动丝通过同一个张紧部300张紧。
上述实施例中，由于驱动同一个关节组件的多根驱动丝100或者驱动耦合关节组件的多根驱动丝100在操作臂工作时磨损程度接近，因此通过同一个张紧部300张紧不仅能够节约空间，而且能够令这些驱动丝张紧程度相似，进而更好地控制操作臂的连接组件或者末端器械。
需要说明的是，一根驱动丝可以由多个张紧部张紧，多个张紧部位于驱动丝不同的区域，驱动丝多个区域的运动方向相异。这样，当一根驱动丝通过传动轮改变传动方向后仍能较好的被张紧。
一实施例中，驱动机构通过手动方式张紧驱动丝，例如省略上述各实施例中的弹性单元322。具体的，如图14所示，张紧部300通过螺纹紧固件与壳体101螺接。具体的，调节部320上设有螺纹，其通过与其配合的螺母调节本体相对于壳体101的位置，进而调节抵持部310的位置。需要说明的是，上述各实施例也可以结合图14所示实施例，实现手动、自动双重调节。
此外，如图15至图17所示，也可以通过张紧驱动部400驱动张紧部300，以张紧驱动丝。具体的，驱动机构10还包括张紧驱动部400，与张紧部300连接，用于驱动张紧部300。其中，张紧驱动部400连接张紧部300的调节部320，并通过驱动调节部320调节抵持部310的位置。需要说明的是，此时，调节部320既可以包括弹性单元322也可以不包括弹性单元322。
如图15所示，张紧驱动部400设置于壳体101外，调节部320穿设壳体101，并相对壳体101可滑动，其随张紧驱动部400运动。本实施例中，并且张紧驱动部400与张紧部300均沿直线运动，且运动方向相同。进一步地，张紧驱动部400与调节部320可拆卸连接，以方便更换操作臂。
如图16所示实施例中，调节部320、张紧驱动部400均设置于壳体101内。其中，张紧驱动部400沿其轴线旋转，并驱动调节部320沿直线运动，进而调节抵持部310的位置。具体的，张紧驱动部400与调节部320形成凸轮机构，其中张紧驱动部400具有凸轮401，调节部320抵持凸轮401曲面，并沿直线运动。本实施例中，抵持部310的运动方向与调节部320运动方向相同，其他实施例中，抵持部运动方向也可以与调节部320的运动方向相异。
其他实施例中，张紧驱动部400与调节部320也可以形成齿轮齿条机构，如图17所示，张紧驱动部400具有齿轮402，调节部320具有与齿轮402配合的齿条，此时，每个张紧驱动部400可与多个调节部320相连接，例如，一个张紧部连接两个调节部320，两个调节部分别位于齿轮402的相对两侧，并均与齿轮402啮合。
一实施例中，驱动机构通过张紧驱动部保持驱动丝的张力恒定。例如，张紧部与驱动丝抵持的区域设有力传感器，用于反馈抵持力，以使张紧驱动部保持驱动丝的张力恒定。具体的，操作臂具有控制其操作的主机，主机用过获取反馈的抵持力，并设有抵持力的预设值，当反馈抵持力大于预设值时，驱动丝张紧过度，此时，通过张紧驱动部调节抵持部，以减小抵持部抵持驱动丝的抵持力；当反馈抵持力小于预设值时，驱动丝松弛，此时，通过张紧驱动部调节抵持部，以增大抵持部抵持驱动丝的抵持力。
一实施例中，张紧驱动部400根据连接组件的姿态，调节张紧部300。其中，连接组件上设有角度传感器，用于反馈弯曲角信息，张紧驱动部400根弯曲角信息调节张紧部300。具体地，连接组件包括多个依次排列的关节组件，角度传感器至少设置于其中一个关节组件上，以检测该关节组件的弯曲角，获取并反馈弯曲角信息。操作臂具有控制其操作的主机，主机用于获取反馈的弯曲角信息，并实时获取预设转动角信息。当检测到关节组件的弯曲角小于获取的预设转动角时，驱动丝松弛，此时，通过张紧驱动部400调节抵持部310，以张紧驱动丝。当检测到关节组件的弯曲角大于预设转动角时，驱动丝张紧过度，此时，通过张紧驱动部400调节抵持部310，以松弛驱动丝。其中，预设转动角根据医生的操作实时获取，主机根据预设转动角控制驱动部驱动关节组件转动，关节组件实际转动的角度为弯曲角。
如图18所示，其为连接组件一实施例的结构示意图，连接组件30上设有姿态传感器33，用于反馈姿态信息，张紧驱动部400根据姿态信息调整张紧部300。本实施例中，姿态传感器33为条状，沿连接组件30的延伸方向延伸，且覆盖至少一个关节组件31，姿态传感器33用于根据其各区域的应力分布获取检测关节组件31的姿态信息。其中，至少一个关节组件31上的姿态传感器为多个，多个姿态传感器33的近端与被检测关节组件31近端的距离相等，即与被检测关节组件近端的连接单元32之间的距离相等，远端与关节组件31远端之间的距离相等，即与关节组件远端的连接单元32之间的距离相等。
本实施例中，操作臂具有控制其操作的主机，主机根据实时获取的预设转动角信息获取被控制关节组件31转动后的预期姿态信息，并将其与姿态传感器33反馈的姿态信息进行比较，从而调整张紧部300。其中，主机位于主操作台内，其中，预设转动角信息根据医生的操作实时获取，主机根据预设转动角信息获取预期姿态信息，预期姿态信息为关节组件31各区域预期位置的坐标信息，反馈的姿态信息为关节组件31各区域实际位置的坐标信息，其各位置与获取的预期姿态信息中的各位置相对应。其他实施例中，主机也可以根据反馈的姿态信息获取弯曲角信息，并与获取的预设转动角信息进行比较，从而调整张紧部300。或者，主机也可以直接获取预期姿态信息。
需要说明的是，上述各实施例中，传感器将获取的信息反馈至控制主机，主机对反馈信息进行处理，并控制张紧驱动部400调节张紧部300。其中，主机既可以位于从操作设备上，例如，设置于操作臂的驱动部上，也可以设置于主操作台上。
如图19所示，其为操作臂驱动机构张紧方法一实施例的流程图。
驱动机构的张紧方法包括如下步骤。
步骤s610、获取传感器反馈的传感器信息。
其中，传感器信息可为压力传感器反馈的抵持力信息，具体的，传感器设置于张紧部与驱动丝抵持的区域，用于反馈抵持力信息。
传感器信息也可以为角度传感器反馈的弯曲角信息，具体的，角度传感器置于连接组件的关节组件上，用于反馈其检测的关节组件的弯曲角，其中弯曲角为关节组件根据获取的预设转动角信息实际转动的角度。
传感器信息也可以为姿态传感器反馈的姿态信息，或者根据姿态信息获取的弯曲角信息。其中，根据姿态信息获取弯曲角信息包括如下步骤。
(1)获取关节组件当前姿态的第一姿态信息。具体的，获取关节组件根据预设转动角信息转动前的姿态信息。
(2)获取关节组件改变姿态后的第二姿态信息。具体的，获取预设转动角信息后，关节组件根据该信息进行转动，从而改变关节组件姿态，获取关节组件改变姿态后的第二姿态信息。
(3)根据第一姿态信息、第二姿态信息获取弯曲角信息。
需要说明的是，步骤(2)或者步骤(3)后，在获取下一个预设转动角信息前，根据前一转动角信息转动后的姿态更新为下一个周期的当前姿态，即上一个周期的第二姿态为下一个周期的第一姿态。压力传感器、角度传感器、姿态传感器可为前述实施例中的各传感器，其相关内容此处不再复述。
步骤s620、将传感器信息与预设信息进行比较。
当传感器信息为抵持力信息时，预设信息为预设的抵持力信息。
当传感器信息为弯曲角信息时，预设信息为获取的预设转动角信息。
当传感器信息为姿态信息时，预设信息为预期姿态信息。其中，预期姿态信息为关节组件根据预设转动角信息转动后期望的姿态信息，其根据获取的预设转动角信息计算得到。或者，也可以直接获取与其姿态信息。
需要说明的是，预设信息既可以为经过预处理的预设信息，例如，将根据医生操作获取的预设转动角信息进行预处理，以对转动角信息进行补偿；也可为未进行预处理的预设信息，例如，根据医生操作直接获取的预设转动角信息。
传感器信息也可以同时包括上述至少两种信息，例如包括抵持力信息和弯曲角信息，此时各传感器信息分别与对应的预设信息进行比较。此时，预设信息即可均为进行过预处理的预设信息，也可以为部分进行过预处理的预设信息，或者均未进行预处理的预设信息。
步骤s630、若传感器信息不在预设信息范围内，则发送调整命令。若传感器信息在预设信息范围内，无需调整驱动丝的张紧力。其中，预设信息既可以为一个具体值，可以为一个区间范围。
具体地，若传感器信息小于预设信息，则发送增大所述张紧力的调整命令。其中，所述传感器信息小于预设信息具体为，当传感器信息为抵持力信息时，驱动丝上的抵持力小于预设抵持力；当传感器信息为弯曲角信息时，关节组件转动的弯曲角小于获取的预设转动角信息；当传感器信息为姿态信息时，关节组件转动后偏离其转动前位置的偏移距离小于预期偏离距离，即关节组件转动前的坐标与转动后实际位置的坐标之间的距离，小于预期的距离。
需要说明的是，若传感器信息包括多种，则当多种信息均小于预设信息时，发送增大张紧力信息的调整命令。
若传感器信息大于预设信息，则发送减小所述张紧力的调整命令。其与传感器信息小于预设信息时的相关内容相似，此处不再复述。
需要说明的是，一实施例中，也可以仅在传感器信息小于预设信息的时候发送调整命令，大于预设信息的时候不发送调整命令，此时无需调整。或者也可以仅在感器信息大于预设信息的时候发送调整命令，小于预设信息的时候不发送调整命令。
步骤s640、根据调整命令调整驱动丝的张紧力。
具体的，如图16、图17所示，令张紧驱动部沿其轴线旋转，以驱动张紧部沿直线运动，调整抵持部的位置，进而调整驱动丝的张紧力。或者如图15所示，令张紧驱动部沿直线推动驱动部，调整抵持部的位置，进而调整驱动丝的张紧力。
一实施例中，步骤s640后，再次执行步骤s610、s620以检测张紧力是否满足需求，若不满足，则继续通过步骤s630或者步骤s640进行调整，直至张紧力满足需求。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。