手术机器人伸缩臂、术前摆位机构及手术机器人的制作方法

文档序号:26884634发布日期:2021-10-09 11:37阅读:145来源:国知局
手术机器人伸缩臂、术前摆位机构及手术机器人的制作方法
手术机器人伸缩臂、术前摆位机构及手术机器人
1.相关申请
2.本技术要求2020年1月23日申请的,申请号为202010076420.3,发明名称为“手术机械臂及手术机器人”的中国专利申请的优先权,其全部内容通过引用结合在本技术中。
技术领域
3.本实用新型实施例涉及医疗器械领域,尤其涉及一种手术机器人伸缩臂、术前摆位机构及手术机器人。


背景技术:

4.微创手术是指在病人身体上开一个微小创口进行的手术,手术机器人中的部分执行机构穿过该微小创口并进入病灶位置,手术机器人中的术前摆位机构用于将执行机构大致移动到靠近病灶处的位置,然后手术机器人中的远心操控机构带动执行机构以病人创口为远心不动点伸缩摆动,辅助医生完成微创手术操作。微创手术以其创伤小、疼痛轻、恢复快的优越性,得到了越来越多患者的青睐。
5.手术机器人伸缩臂通常包括驱动器、第一丝杆及第一丝杆螺母。由于手术机器人伸缩臂需要承载手术机器人前端的远心操控机构及执行机构,通常需要功率较大的驱动器驱动第一丝杆旋转,并带动第一丝杆螺母沿第一丝杆的轴向移动。传统的手术机器人伸缩臂通常对第一丝杆螺母进行止转,以保证第一丝杆螺母位移的精确程度,从而保证手术机器人伸缩臂在伸缩时的精确度。
6.然而,传统的手术机器人伸缩臂在长期使用时,第一丝杆螺母长期受到较大的扭转力,会造成第一丝杆螺母与第一丝杆的配合精度下降,导致手术机器人伸缩臂的伸缩精度下降,严重时可能会发生医疗事故。


技术实现要素:

7.本实用新型实施例提供一种手术机器人伸缩臂、术前摆位机构及手术机器人。
8.本实用新型提供一种手术机器人伸缩臂,包括:驱动器;第一丝杆,连接于所述驱动器输出轴并能够随所述输出轴转动而转动;第一丝杆螺母,螺纹连接于所述第一丝杆,并能够在所述第一丝杆的转动下沿所述第一丝杆的轴向移动;第一套筒,套设所述第一丝杆且固设于所述驱动器;第二套筒,部分容置于所述第一套筒内,且所述第二套筒固定连接于所述第一丝杆螺母,并能够在所述第一丝杆螺母的带动下相对于所述第一套筒移动;引导组件,位于所述第一套筒与所述第二套筒之间,并能够引导所述第二套筒沿所述第一套筒的轴向移动。
9.本实用新型提供的手术机器人伸缩臂通过设置引导组件,减少了第一丝杆螺母受到的扭转力,避免了长期使用时第一丝杆和第一丝杆螺母之间出现滑丝等问题,保证了第一丝杆与第一丝杆螺母长期使用的配合精度,延长了手术机器人伸缩臂的使用寿命。
10.在一种可行的方案中,所述引导组件为两个,两个所述引导组件以所述第一套筒
的轴线对称分布,第一丝杆螺母受到的扭转力进一步减小,同时能够减小每个引导组件受到的力矩,延长第一丝杆螺母和引导组件的使用寿命。
11.在一种可行的方案中,所述引导组件包括滑轨以及能够沿所述滑轨滑动的滑块,所述滑轨和滑块中的其中一者固设于所述第一套筒的内壁,另一者固设于所述第二套筒的外壁。滑轨和滑块的配合稳定且精确度高,并且结构简单便于加工和安装。可以理解,在其他实施方式中,也可以采用其他形式的配合,例如两个相互配合的滑道等,只要可以实现引导功能即可。
12.在一种可行的方案中,所述滑块上开设有滑动槽,所述滑动槽与所述滑轨滑动配合,便于滑块与滑轨的安装和使用。
13.在一种可行的方案中,所述滑轨沿长度方向的两侧向内凹陷并形成滑动轨道,所述滑动槽两侧的内壁向外延伸并形成滑动凸块,所述滑动凸块与所述滑动轨道相配合并能够沿所述滑动轨道滑动。如此设置,滑动轨道与滑动凸块能够相互配合,防止滑块从滑轨中脱出,并且滑动轨道与滑动凸块之间的安装较为简单;滑动轨道沿滑轨的长度方向设置,整体长度较长,使得滑块能够滑动的路径较长,进一步增加了第一套筒与第二套筒之间相对移动的距离。
14.在一种可行的方案中,所述第一套筒的内壁开设有滑轨安装槽,所述滑轨固定嵌设于所述滑轨安装槽内。安装时,滑轨安装槽能够起到预固定滑轨的作用,大大减少了安装所需的时间,简化了安装流程。
15.在一种可行的方案中,所述滑轨安装槽的槽面为平面,所述滑轨与滑轨安装槽之间为平面接触。如此设置,能够增加滑轨与滑轨安装槽之间的接触面积,防止出现滑块在滑轨上滑动时滑轨出现晃动等问题。
16.在一种可行的方案中,所述第一套筒上开设有多个第一安装孔,所述滑轨上开设有多个与所述第一安装孔对应的第二安装孔,所述第一安装孔与所述第二安装孔供螺纹紧固件穿设,并固定所述第一套筒与所述滑轨。如此设置,滑轨和第一套筒之间安装简便,大大节省了安装时间,并且滑轨与第一套筒之间连接牢固,滑轨能够承受更大的扭矩,且不易脱落。
17.在一种可行的方案中,多个所述第一安装孔沿所述第一套筒的轴向均匀分布,进一步提高了滑轨与第一套筒之间连接的可靠程度。
18.在一种可行的方案中,所述第二套筒的外壁开设有滑块安装槽,所述滑块固定嵌设于所述滑块安装槽内,安装时,滑块安装槽能够起到预固定滑块的作用,大大减少了安装所需的时间,简化了安装流程。
19.在一种可行的方案中,所述滑块槽的槽面为平面,所述滑块与滑块安装槽之间为平面接触。如此设置,能够增加滑块与滑块安装槽之间的接触面积,防止出现滑块在滑轨上滑动时滑块出现晃动等问题。
20.在一种可行的方案中,所述手术机器人伸缩臂还包括端板,所述端板固设于所述第一套筒相对远离所述驱动器的一端,所述端板上开设有供所述第二套筒伸入的通孔,所述第二套筒能够相对于所述端板滑动。如此设置,不仅能够起到支撑第二套筒的作用,还可以防止外界固体颗粒物等杂质进入到第一套筒或第二套筒内部,影响术前摆位机构的使用精度。
21.在一种可行的方案中,所述第二套筒内设置有安装板,所述安装板与所述第一丝杆螺母固定连接,以增加第二套筒与第一丝杆螺母之间连接的稳固性。
22.在一种可行的方案中,所述第一丝杆螺母包括相互连接的移动部及连接部,所述移动部与所述第一丝杆螺纹连接,所述连接部固定连接于所述安装板;所述连接部的径向尺寸大于所述移动部的径向尺寸,所述安装板上开设有用于固定所述第一丝杆螺母的第二固定孔,所述第二固定孔的径向尺寸大于所述移动部且小于所述连接部的径向尺寸。如此设置,能够大大节省第一丝杆螺母与安装板之间的安装时长,并且增加了第一丝杆螺母与安装板之间的连接稳固度。
23.本实用新型还提供了一种术前摆位机构,包括上述手术机器人伸缩臂。
24.本技术提供的术前摆位机构中设置了引导组件,减少了第一丝杆螺母受到的扭转力,长时间使用时可靠性高、运动精度好。
25.本实用新型还提供一种手术机器人,包括:上述的术前摆位机构;远心操控机构,包括静平台、动平台与设置在所述静平台与所述动平台之间的多个伸缩组件,所述静平台相对远离所述动平台的一侧连接于所述术前摆位机构,多个所述伸缩组件的两端分别转动连接于所述静平台及所述动平台,多个所述伸缩组件之间的配合伸缩能够控制所述动平台相对所述静平台运动;执行机构,连接于所述动平台相对远离所述静平台的一侧,并能够在所述动平台的带动下进行伸缩及摆动;所述执行机构具有预设的远心不动点,所述执行机构的摆动中心为所述远心不动点,且所述执行机构的伸缩路径穿过所述远心不动点。
26.本实用新型提供的手术机器人的术前摆位机构用于手术前的大范围位置调整,在执行手术操作时术前摆位机构无需运动;并且执行机构能够承载的载荷大,手术过程中执行机构运动路径的精度高,能够完成更加精密、复杂的手术操作;并且相对于传统的达芬奇手术机器人,本实用新型提供的手术机器人集成性高,占用空间更小,能够为医生提供更大的手术视野。
附图说明
27.为了更清楚地说明本实用新型实施例或传统技术中的技术方案,下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,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。
28.图1为本实用新型手术机器人中术前摆位机构、远心操控机构及执行机构的整体结构示意图;
29.图2为图1所示手术机器人中术前摆位机构的整体结构示意图;
30.图3为图2所示术前摆位机构的剖视图;
31.图4为图3中a部的局部放大图;
32.图5为术前摆位机构中第一套筒的结构示意图;
33.图6为术前摆位机构中第二套筒的结构示意图;
34.图7为术前摆位机构中引导组件的结构示意图;
35.图8为第一丝杆螺母在第一角度下的结构示意图;
36.图9为第一丝杆螺母在第二角度下的结构示意图;
37.图10为防撞垫的结构示意图;
38.图11为图3中b部的局部放大图;
39.图12为第二套筒及远心操控机构的结构示意图;
40.图13为第二套筒在另一角度下的结构示意图;
41.图14为动平台的结构示意图;
42.图15为转动连接组件的结构示意图;
43.图16为转动连接组件的剖视图;
44.图17为轴套的结构示意图;
45.图18为转动连接组件与静平台的安装示意图;
46.图19为转动连接组件与动平台的安装示意图;
47.图20为含有连接套的转动连接组件的结构示意图;
48.图21为连接套的结构示意图;
49.图22为伸缩单元的结构示意图;
50.图23为伸缩单元的剖视图;
51.图24为伸缩单元与转动连接组件的安装示意图;
52.图25为转动连接组件及驱动件支架的安装示意图;
53.图26为驱动件及驱动件支架的安装示意图;
54.图中标号:
55.100、术前摆位机构;110、驱动器;111、第一电机;112、第一电机座;120、第一丝杆;121、第一螺纹孔;130、第一丝杆螺母;131、第一移动部;132、第一安装部;133、第一限位部;1331、容纳槽; 141、联轴器;142、第一丝杆轴承;143、内圈固定座;144、外圈固定座;150、第一套筒;151、滑轨安装槽;152、第一安装孔;153、端板;160、第二套筒;161、滑块安装槽;162、安装板;1621、第一固定孔;170、引导组件;171、滑轨;1711、滑动轨道;1712、第二安装孔;172、滑块;1721、滑动槽; 1722、滑动凸块;180、防撞垫;181、防撞部;182、固定部;190、第一限位件;191、第三安装孔;
56.200、远心操控机构;210、静平台;211、安装槽;212、减重槽;220、动平台;230、伸缩单元;231、驱动件;2311、第二电机;232、第二丝杆;233、推杆组件;2331、行程腔;2332、第二丝杆螺母;23321、第二移动部;23322、第二安装部;2333、推杆;234、外套筒;235、直线轴承;236、第二限位件;240、转动连接组件;241、第一轴;2411、第二固定孔;2412、第二让位部;242、第二轴;2421、第一销轴; 2422、第二销轴;2423、限位块;243、轴套;2431、贯穿孔;2432、第一销轴安装孔;2433、第二销轴安装孔;2434、第二轴承槽;2435、第一让位部;244、第一轴承;245、第二轴承;2461、第一挡圈;2462、第二挡圈;247、固定连接件;248、连接套;2481、第一连接部;24811、第一轴承槽;2482、第二连接部;2483、第三让位部;250、驱动件支架;251、转动连接部;252、驱动件安装部;2521、容置腔;2522、操作腔;253、第一开口;254、第二开口;255、第四让位部;256、驱动件安装孔;257、抵接部;
57.300、执行机构。
具体实施方式
58.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本实用新
型实施例中的附图,对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本实用新型一部分实施例,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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本实用新型保护的范围。
59.在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述,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实用新型的限制。
60.在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,也可以是成一体;可以是机械连接,也可以是电连接,也可以是通讯连接;可以是直接连接,也可以通过中间媒介的间接连接,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系,除非另有明确的限定。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实用新型中的具体含义。下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合,对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
61.微创手术是指在病人身体上开一个微小创口进行的手术,手术机器人中的部分执行机构穿过该微小创口并进入病灶位置,手术机器人中的远心操控机构带动执行机构以病人创口为远心不动点伸缩摆动,辅助医生完成微创手术操作。微创手术以其创伤小、疼痛轻、恢复快的优越性,得到了越来越多患者的青睐。
62.请参阅图1,图1为本实用新型手术机器人中术前摆位机构100、远心操控机构200及执行机构300 的整体结构示意图。本实用新型提供的手术机器人包括术前摆位机构100、远心操控机构200及执行机构 300,术前摆位机构100、远心操控机构200及执行机构300依次连接。术前摆位机构100用于将执行机构 300大致移动到靠近病灶处的位置;远心操控机构200用于控制执行机构300小幅度范围内运动;执行机构300用于执行手术操作。
63.具体地,术前摆位机构100能够驱动执行机构300进行大范围的位置调节。术前摆位机构100包括至少一个移动臂及/或至少一个伸缩臂,能够带动执行机构300进行平移或旋转。
64.远心操控机构200能够驱动执行机构300以远心不动点为摆动中心进行细微的位置调整。通常,远心操控机构200同时具有多个自由度,能够带动执行机构300进行灵活的手术操作。
65.执行机构300具有预设的远心不动点,执行机构300的摆动中心为远心不动点,且执行机构300的伸缩路径穿过远心不动点。执行机构300包括手术器具,手术器具位于执行机构300的端部,手术器具能够通过自身的摆动、转动等动作进行微移动,以执行手术操作。手术器具可以是电刀、镊、夹或钩,也可以是其他手术器械,在此不一一赘述。手术器具通常为可拆卸地安装于执行机构300的端部,根据不同手术需要,或者根据同一台手术的不同手术阶段的需要,能够更换不同的手术器具以完成不同的手术操作。
66.需要特别说明的是,本文所称的远心不动点,是指在执行机构300沿其长度方向选取的一个固定的不动点,在远心操控机构200的控制作用下执行机构300所进行的运动具有
绕该点摆动的规律性,而该点不发生位移。具体表现在手术器具的摆动会以该远心不动点作为摆动中心,执行机构300的前后伸缩运动会沿着该远心不动点运动。
67.在具体手术过程中,远心不动点的位置即为手术中人体皮肤表面处的创口位置;执行机构300所进行的运动具有相对该远心不动点的规律性的目的,是保证在执行机构300的运动过程中,不会因为器械的运动而扩大人体创口的面积,以实现创口很小的微创手术。
68.需要额外强调的是,在整台手术的进行中远心不动点的位置并非一定固定,远心不动点的位置在单次的手术操作中是选定的,而在不同次的手术操作中是可变化的。例如医生在不同处的创口进行手术操作,这两次创口所进行的手术操作就会使得控制设备根据实际的执行机构300长度等参数在不同时间段选定不同位置的远心不动点,只要保证在单次的手术操作下的运动形成相对远心不动点的规律性运动即可。
69.请参阅图2及图3,图2为图1所示手术机器人中术前摆位机构100的整体结构示意图;图3为图2 所示术前摆位机构100的剖视图。本实用新型提供的术前摆位机构100包括伸缩臂(未标号),伸缩臂包括驱动器110、第一丝杆120及第一丝杆螺母130,驱动器110连接于第一丝杆120并能够驱动第一丝杆 120转动,带动第一丝杆螺母130相对于第一丝杆120转动,从而带动第一丝杆螺母130沿第一丝杆120 的轴向移动。
70.驱动器110包括第一电机111及用于安装第一电机111的第一电机座112,第一丝杆120上设置有外螺纹,第一丝杆螺母130内设置有与第一丝杆120相配合的内螺纹,驱动器110带动第一丝杆120转动,第一丝杆螺母130能够在第一丝杆120的转动下沿第一丝杆120的轴向移动。可以理解,驱动器110也可以是其他驱动装置,只要能够驱动第一丝杆120转动即可。
71.作为优选,在本实施方式中,第一丝杆120为滚珠丝杆,第一丝杆螺母130为与第一丝杆120相匹配的滚珠丝杆螺母。滚珠丝杆摩擦系数小,传动精度及传动效率高,并且具有自锁性能。
72.请一并参阅图4,图4为图2中a部的局部放大图。术前摆位机构100还包括联轴器141及第一丝杆轴承142,联轴器141用于联接第一电机111输出轴及第一丝杆120,使第一电机111输出轴和第一丝杆 120同轴转动;第一丝杆轴承142用于承接第一电机座112及第一丝杆120。
73.具体的,第一丝杆轴承142的内圈与第一丝杆120相配合,第一丝杆轴承142的外圈抵接于第一电机座112的内壁,第一丝杆轴承142能够起到支承第一丝杆120的作用,还能够降低第一丝杆120在转动时的摩擦力。
74.为了提高第一丝杆轴承142的安装稳定性,在本实施方式中,术前摆位机构100还包括内圈固定座143 及外圈固定座144,外圈固定座144与内圈固定座143分别位于第一丝杆轴承142的两侧,外圈固定座144 抵接于第一丝杆轴承142的外圈,内圈固定座143抵接于第一丝杆轴承142的内圈;内圈固定座143能够将第一丝杆轴承142压紧至外圈固定座144上。如此设置,第一丝杆轴承142的内圈和外圈都得到了较好的固定,第一丝杆轴承142的安装牢固性高。
75.优选的,在本实施例中,外圈固定座144安装于第一电机座112的端部,内圈固定座143螺纹连接于第一丝杆120;内圈固定座143能够通过螺纹配合将第一丝杆轴承142压紧至外圈固定座144上。如此设置,内圈固定座143与第一丝杆轴承142之间螺纹连接,内圈固定
座143的安装较为简便,并且内圈固定座143能够将第一丝杆轴承142压紧至外圈固定座144,从而实现第一丝杆轴承142的固定安装。
76.为了简化外圈固定座144的安装方式,在本实施例中,第一电机座112的端部开设有螺纹安装孔,外圈固定座144通过螺纹紧固件固定安装于第一电机座112的端部。外圈固定座144的连接方式简便,无需额外设置用于固定外圈固定座144的其他结构。可以理解,内圈固定座143或外圈固定座144也可以采用其他方式固定,如胶接、焊接等,只要能够实现对应固定第一丝杆轴承142的内圈或外圈即可。
77.进一步的,第一丝杆轴承142为至少两个,至少两个第一丝杆轴承142并排套设于第一丝杆120,能够增加第一丝杆轴承142与第一丝杆120之间的接触面积,对第一丝杆120的支承效果更佳;两个第一丝杆轴承142并列套设于第一丝杆120,并且通过内圈固定座143及外圈固定座144贴紧安装。可以理解,第一丝杆轴承142也可以为一个或更多个,在此不做限定。
78.由于术前摆位机构需要承载手术机器人前端的远心操控机构及执行机构,通常需要功率较大的驱动器驱动第一丝杆旋转,并带动第一丝杆螺母沿第一丝杆的轴向移动。传统的手术机器人通常直接对第一丝杆螺母进行止转,以保证第一丝杆螺母位移的精确程度,从而保证术前摆位机构在伸缩时的精确度。然而,传统的术前摆位机构在长期使用时,第一丝杆螺母长期受到较大的扭转力,会造成第一丝杆螺母与第一丝杆的配合精度下降,导致术前摆位机构的伸缩精度下降,严重时可能会发生医疗事故。
79.请再次参阅图2及图3,且一并参阅图5至图7,图5为术前摆位机构100中第一套筒150的结构示意图;图6为术前摆位机构100中第二套筒160的结构示意图;图7为术前摆位机构100中引导组件170 的结构示意图。为解决上述问题,本实用新型提供的术前摆位机构100中的伸缩臂还包括第一套筒150、第二套筒160及引导组件170,第一套筒150套设第一丝杆120且固设于驱动器110;第二套筒160部分容置于第一套筒150内,且第二套筒160固定连接于第一丝杆螺母130,并能够在第一丝杆螺母130的带动下相对于第一套筒150移动;引导组件170位于第一套筒150与第二套筒160之间,并能够引导第二套筒160沿第一套筒150的轴向移动。
80.如此设置,术前摆位机构100通过设置引导组件170,减少了第一丝杆螺母130受到的扭转力,避免了长期使用时第一丝杆120和第一丝杆螺母130之间出现滑丝等问题,保证了第一丝杆120与第一丝杆螺母130长期使用的配合精度,延长了术前摆位机构100的使用寿命。
81.为了进一步减小第一丝杆螺母130受到的扭转力,在本实施例中,引导组件170为两个,两个引导组件170以第一套筒150的轴线对称分布,第一丝杆螺母130受到的扭转力进一步减小,同时能够减小每个引导组件170受到的力矩,延长第一丝杆螺母130和引导组件170的使用寿命。可以理解,在其他实施例中,若不考虑引导组件170的使用寿命,引导组件170也可以为一个;若不考虑生产成本及安装成本,引导组件170也可以为三个、四个甚至多个,只要能够实现减小第一丝杆螺母130受到的扭转力即可。
82.在本实施例中,引导组件170包括滑轨171以及能够沿滑轨171滑动的滑块172,滑轨171和滑块172 中的其中一者固设于第一套筒150的内壁,另一者固设于第二套筒160的外壁。滑轨171和滑块172的配合稳定且精确度高,并且结构简单便于加工和安装。可以理
解,在其他实施方式中,也可以采用其他形式的配合,例如两个相互配合的滑道等,只要可以实现引导功能即可。
83.优选的,本实施例中,滑轨171固设于第一套筒150的内壁,滑块172固设于第二套筒160外壁相对靠近第一套筒150的端部,以增加第一套筒150与第二套筒160之间的相对移动的距离,并且滑轨171设置在第一套筒150的内壁,滑块172固设于第二套筒160的外壁,可以防止引导组件170裸露在外,第一套筒150和第二套筒160能够起到保护引导组件170的作用,延长引导组件170的使用寿命。可以理解,在其他实施例中,若不考虑第一套筒150与第二套筒160之间的相对移动距离,滑块172也可以设置在第二套筒160外壁的中部;若不考虑对引导组件170的保护,也可以滑轨171设置于第二套筒160的外壁,滑块172设置在第一套筒150的内壁。
84.在本实施例中,滑块172上开设有滑动槽1721,滑动槽1721与滑轨171滑动配合,便于滑块172与滑轨171的安装和使用。可以理解,在其他实施方式中,也可以是滑轨171上开设有与滑块172配合的滑动槽,只要能够实现滑轨171和滑块172配合滑动即可。
85.为了增加滑轨171与滑块172配合的稳定性,在本实施例中,滑轨171沿长度方向的两侧向内凹陷并形成滑动轨道1711,滑动槽1721两侧的内壁向外延伸并形成滑动凸块1722,滑动凸块1722与滑动轨道 1711相配合并能够沿滑动轨道1711滑动。如此设置,滑动轨道1711与滑动凸块1722能够相互配合,防止滑块172从滑轨171中脱出,并且滑动轨道1711与滑动凸块1722之间的安装较为简单;滑动轨道1711 沿滑轨171的长度方向设置,整体长度较长,使得滑块172能够滑动的路径较长,进一步增加了第一套筒 150与第二套筒160之间相对移动的距离。
86.进一步的,为了简化滑轨171的安装,第一套筒150的内壁开设有滑轨安装槽151,滑轨171固定嵌设于滑轨安装槽151内。安装时,滑轨安装槽151能够起到预固定滑轨171的作用,大大减少了安装所需的时间,简化了安装流程。可以理解,在其他实施例中,也可以采用本领域中其他常用的技术手段将滑轨 171安装至第一套筒150上,不必开设滑轨安装槽151。
87.更进一步的,为了增加滑轨171与滑轨安装槽151之间连接的稳固程度,滑轨安装槽151的槽面为平面,滑轨171与滑轨安装槽151之间为平面接触。如此设置,能够增加滑轨171与滑轨安装槽151之间的接触面积,防止出现滑块172在滑轨171上滑动时滑轨171出现晃动等问题。可以理解,滑轨171与滑轨安装槽151之间为也可以为曲面接触或者不规则面接触,只要能够实现滑轨171与滑轨安装槽151之间稳定接触即可。
88.为了进一步简化滑轨171与第一套筒150的安装步骤,第一套筒150上开设有多个第一安装孔152,滑轨171上开设有多个与第一安装孔152对应的第二安装孔1712,第一安装孔152与第二安装孔1712供螺纹紧固件(图未示)穿设,并固定第一套筒150与滑轨171。如此设置,滑轨171和第一套筒150之间安装简便,大大节省了安装时间,并且滑轨171与第一套筒150之间连接牢固,滑轨171能够承受更大的扭矩,且不易脱落。可以理解,在其他实施方式中,滑轨171也可以通过铰接、焊接等其他方式与第一套筒150连接,只要能够实现滑轨171固定在第一套筒150上即可。
89.作为优选,多个第一安装孔152沿第一套筒150的轴向均匀分布,进一步提高了滑轨171与第一套筒 150之间连接的可靠程度。
90.进一步的,为了简化滑块172的安装,第二套筒160的外壁开设有滑块安装槽161,滑块172固定嵌设于滑块安装槽161内。安装时,滑块安装槽161能够起到预固定滑块172的作用,大大减少了安装所需的时间,简化了安装流程。可以理解,在其他实施例中,也可以采用本领域中其他常用的技术手段将滑块 172安装至第二套筒160上,不必开设滑块安装槽161。
91.更进一步的,为了增加滑块172与滑块安装槽161之间连接的稳固程度,滑块172槽的槽面为平面,滑块172与滑块安装槽161之间为平面接触。如此设置,能够增加滑块172与滑块安装槽161之间的接触面积,防止出现滑块172在滑轨171上滑动时滑块172出现晃动等问题。可以理解,滑块172与滑块安装槽161之间为也可以为曲面接触或者不规则面接触,只要能够实现滑块172与滑块安装槽161之间稳定接触即可。
92.请再次参阅图2及图3,为了保护引导组件170,术前摆位机构100还包括端板153,端板153固设于第一套筒150相对远离驱动器110的一端,端板153上开设有供第二套筒160伸入的通孔,第二套筒160 能够相对于端板153滑动。如此设置,不仅能够起到支撑第二套筒160的作用,还可以防止外界固体颗粒物等杂质进入到第一套筒150或第二套筒160内部,影响术前摆位机构100的使用精度。
93.请再次参阅图5,为了增加第二套筒160与第一丝杆螺母130之间连接的稳固性,在本实施例中,第二套筒160内设置有安装板162,安装板162与第一丝杆螺母130固定连接。可以理解,在其他实施方式中,也可以通过设置连接杆等其他方式连接第二套筒160与第一丝杆螺母130。
94.请再次参阅图5,且一并参阅图8及图9,图8为第一丝杆螺母130在第一角度下的结构示意图;图9 为第一丝杆螺母130在第二角度下的结构示意图。为了使得第一丝杆螺母130能够更加容易地安装到安装板162上,第一丝杆螺母130包括相互连接的第一移动部131及第一安装部132,第一移动部131与第一丝杆120螺纹连接,第一安装部132固定连接于安装板162;第一安装部132的径向尺寸大于第一移动部 131的径向尺寸,安装板162上开设有用于固定第一丝杆螺母130的第一固定孔1621,第一固定孔1621 的径向尺寸大于第一移动部131且小于第一安装部132的径向尺寸。如此设置,能够大大节省第一丝杆螺母130与安装板162之间的安装时长,并且增加了第一丝杆螺母130与安装板162之间的连接稳固度。
95.作为优选,在本实施例中,安装板162上开设有第三安装孔(未标号),第一安装部132上开设有第二螺纹孔(未标号),安装板162能够通过穿设第三安装孔并螺纹连接于第二螺纹孔的螺纹紧固件固定于第一安装部132。第一丝杆螺母130与安装板162之间通过螺纹紧固件连接,连接牢固稳定,安装简便,节约安装时长。可以理解,在其他实施方式中,第一丝杆螺母130与安装板162之间也可以通过其他常见的方式连接,如胶接、焊接、卡扣连接等。
96.为了提高术前摆位机构的移动性能,通常希望第一丝杆螺母在第一丝杆上具有较大的行程。然而,传统的术前摆位机构中,当第一丝杆螺母运动到相对靠近电机的一侧时,容易直接与驱动器碰撞,造成第一丝杆螺母及驱动器磨损,长时间使用可能会造成术前摆位机构的精度下降,严重时可能会发生医疗事故。
97.请再次参阅图4、图8及图9,且一并参阅图10,图10为防撞垫180的结构示意图。基于上述问题,本技术术前摆位机构100中的伸缩臂还包括防撞垫180,防撞垫180套设第一丝
杆120并固设于驱动器110,防撞垫180位于第一丝杆螺母130与驱动器110之间,能够防止第一丝杆螺母130直接与驱动器110碰撞,避免第一丝杆螺母130或驱动器110磨损,延长第一丝杆螺母130及驱动器110的使用寿命,保证术前摆位机构100的长时间服役时的使用精度。
98.在本实施例中,防撞垫180固设于第一电机座112的端部,如此设置,无需设置其他用于固定防撞垫 180的部件,第一电机座112既能够起到安装电机的作用,还能够起到固定防撞垫180的作用。
99.在本实施例中,防撞垫180包括防撞部181和固定部182,防撞部181为环形,防撞部181内缘朝向电机的方向突出并形成固定部182;防撞部181通过固定部182固设于第一电机座112的端部,固定方式简单,并且防撞部181能够起到较好的保护第一丝杆螺母130的作用。
100.可以理解,防撞部181可以为圆环形,也可以是方环形、椭圆环形、长方环形、椭圆环形或其他不规则形状的环形,只要能够实现防撞功能即可。另外,防撞部181与固定部182可以是相同材质,也可以是不同材质;可以一体成型,也可以分体成型。
101.为了进一步简化防撞垫180的安装步骤,在本实施例中,外圈固定座144与第一丝杆120之间具有安装孔隙(未标号),固定部182能够伸入并固定于安装孔隙中。如此设置,防撞垫180无需通过其他紧固件即可固定设置在第一丝杆120上,安装简单,便于后续维修更换,并且在使用过程中不易脱落。
102.传统的术前摆位机构中,通常通过第一丝杆与第一丝杆螺母的配合来实现自身长度的变化,第一丝杆与第一丝杆螺母之间通过螺纹配合,以实现第一丝杆螺母沿第一丝杆轴向方向来回移动。然而,传统的术前摆位机构难以保障第一丝杆螺母在移动时不会从第一丝杆上脱出,从而难以保障术前摆位机构在工作时的可靠性。
103.请一并参阅图11,图11为图2中b部的局部放大图。为解决上述问题,本实用新型中的术前摆位机构100还包括第一限位件190,第一限位件190固定连接于第一丝杆120,并位于第一丝杆螺母130相对远离驱动器110的一侧;第一限位件190设置于第一丝杆螺母130的移动路径上,能够防止第一丝杆螺母 130沿第一丝杆120移动时从第一丝杆120的端部脱出,提高了术前摆位机构100在服役过程中的可靠性。
104.为了使第一丝杆螺母130在第一丝杆120上移动的路径最大化,第一限位件190固设于第一丝杆螺母130相对远离驱动器110的端部。
105.为了简化第一限位件190的安装步骤,第一限位件190上开设有第三安装孔191,第一丝杆120相对远离驱动电机的端部开设有第一螺纹孔121,第一限位件190能够通过穿设第三安装孔191并螺纹连接于第一螺纹孔121的螺纹紧固件固定于第一丝杆120。可以理解,第一限位件190也可以通过胶接、卡扣连接等其他方式安装在第一丝杆120上,只要能够起到限位作用即可。
106.为了增加第一限位件190安装的稳固性,第一丝杆螺母130包括第一移动部131及与第一移动部131 连接的第一限位部133,第一移动部131螺纹连接于第一丝杆120,第一限位部133开设有容纳槽1331,容纳槽1331能够容纳第一限位件190。
107.需要说明的是,本技术中的螺纹连接不仅仅指普通的螺纹连接,第一丝杆120与第一丝杆螺母130之间也称之为螺纹连接。
108.以图3所示的方向,本实用新型中术前摆位机构100的安装过程为:首先将第一丝
杆螺母130安装在第一丝杆120上(或者直接购买安装好的第一丝杆120及第一丝杆螺母130),将第一丝杆轴承142安装在第一丝杆120上,然后将外圈固定座144安装在第一电机座112一端,将防撞垫180安装在外圈固定座 144外侧,将第一丝杆120从下向上伸入第一电机座112,并将内圈固定座143动上向下套设第一丝杆120 并旋紧,安装联轴器141,并通过联轴器141将电机输出轴与第一丝杆120预固定;将滑轨171安装在第一套筒150内壁,将滑块172安装在第二套筒160外壁,并将滑块172安装在滑轨171上;从第二套筒160 的下方伸入安装工具,将第一丝杆螺母130安装至第二套筒160的安装板162上,安装第一限位件190,最后通过旋紧联轴器141的紧固螺母,使得电机输出轴与第一丝杆120同轴固定连接。
109.目前达芬奇手术机器人中的远心操控机构,通常采用串联机构来执行手术操作,串联机构的特点使远心操控机构结构纤长,多条机械臂在手术中时而出现干涉碰撞,就会影响手术的正常进行。此外,串联设置会导致每个机械结构的误差和响应时长依次累加,最终执行机构运动时的误差较大,增加了手术操作的风险。
110.请一并参阅图12,图12为第二套筒160及远心操控机构200的结构示意图。为解决上述问题,本实用新型提供的远心操控机构200包括静平台210、动平台220以及设置于静平台210与动平台220之间的多个伸缩单元230,静平台210相对远离动平台220的一侧固定连接于术前摆位组件,动平台220相对远离静平台210的一侧固定连接于执行组件,每个伸缩单元230的两端均分别转动连接于静平台210与动平台220;多个伸缩单元230之间的配合伸缩能够控制动平台220相对静平台210运动,并带动执行组件伸缩及摆动,使得执行组件的摆动中心为远心不动点,且执行组件的伸缩路径穿过远心不动点。
111.静平台210大致呈圆柱形或圆台形,静平台210的一侧用于连接术前摆位机构100,另一侧用于连接伸缩单元230;静平台210相对靠近伸缩单元230的一侧开设有多个用于安装转动连接组件240的安装槽 211,能够容纳部分转动连接组件240,以减小手术机器人的整体尺寸。为了减小静平台210与伸缩单元 230安装后的体积,在本实施例中,第二套筒160的端部兼顾了静平台210的作用,用于与伸缩单元230 转动连接。可以理解,在其他实施例中,也可另设用于安装伸缩单元230的静平台210。
112.动平台220大致呈圆柱形或圆台形,动平台220的一侧用于连接伸缩单元230,另一侧用于连接执行机构300;动平台220相对靠近伸缩单元230的一侧开设有多个用于安装转动连接组件240的安装槽211,能够容纳部分转动连接组件240,以减小手术机器人的整体尺寸。
113.伸缩单元230的一端转动连接于静平台210,另一端转动连接于动平台220,每个伸缩单元230都包括能够独立驱动的驱动件231,且每个伸缩单元230配合伸缩能够改变动平台220与静平台210之间的相对位置关系,实现动平台220的旋转、摆动、偏转等运动。
114.如此设置,远心操控组件中多个伸缩单元230是并联设置而非串联设置,多个伸缩单元230的误差不仅不会累积传递,还可能存在相互抵消的现象。另外,由于每一个伸缩单元230之间均为独立驱动,多个伸缩单元230的响应时长不会累积传递,因此通过远心操控组件实现对执行组件的精准控制能够减小手术中的位移误差和缩短响应时长。另一方面,由于远心操控组件对执行组件控制精度的提高,在与传统的达芬奇手术机器人相同精度的条件下,执行组件能够承载的载荷更大,因此能够完成更加复杂的手术。
115.为了提高远心操控机构200的运动稳定性,伸缩单元230的数量为六个,伸缩单元
230与动平台220 之间的各转动连接点均相互间隔设置;且伸缩单元230与静平台210之间的各转动连接点也均相互间隔设置。如此设置,通过采用间隔式的转动连接点的分布形式,减少了各个伸缩单元230之间的颤动干扰,能够进一步提升远心操控机构200的运动稳定性。
116.为了提高远心操控机构200的运动稳定性,伸缩单元230与动平台220的各转动连接点之间以就近的方式两两成对,每一组同对的两个转动连接点与动平台220的中心之间均对应形成一个第一夹角,各第一夹角之间的大小相等;伸缩单元230与静平台210之间的各转动连接点之间以就近的方式两两成对,每一组同对的两个转动连接点与静平台210的中心之间均对应形成一个第二夹角,各第二夹角之间的大小相等。如此设置,伸缩单元230在动平台220及静平台210上的转动连接点将以两两配对组合的方式设置,远心操控机构200的运动稳定性提升,同时便于实现运动学解析。
117.为了提高远心操控机构200的稳定性,各伸缩单元230与动平台220之间的多个转动连接点共圆设置,各伸缩单元230与静平台210之间的转动连接点共圆设置;位于动平台220上的转动连接点所围设形成的圆形直径大于静平台210上的转动连接点所围设形成的圆形直径。如此设置,动平台220在相对静平台210 运动的过程中具有较小的颤动,各个伸缩单元230之间的误差总量能够相互弥补,从而使得远心操控机构 200的稳定性提升。
118.可以理解的是,静平台210及动平台220沿径向方向的截面可以是圆形,也可以是多边形,还可以是其他不规则形状,只要满足各伸缩单元230的多个转动连接点在静平台210及动平台220上共圆设置即可。
119.请一并参阅图13及图14,图13为第二套筒160在另一角度下的结构示意图;图14为动平台220的结构示意。为了进一步提高远心操控机构200的集成度,减少手术机器人中的零件数量,在本实施例中,安装槽211贯穿静平台210/动平台220的外周壁,能够防止安装槽211的内壁阻碍转动连接组件240的中第二轴242的转动;安装槽211内壁与静平台210/动平台220外周壁的交界处设置有倒角,防止交界处过于尖锐划伤操作人员,也防止交界处损坏转动连接组件240中的第一挡圈2461、轴套243或第二轴承245 等元件。
120.为了使得远心操控机构200更加轻量化,静平台210/动平台220相对靠近伸缩单元230的一侧还开设有减重槽212或减重孔(图未示),减轻了静平台210/动平台220的重量,有利于提高手术机器人的精度。
121.传统技术披露的转动连接组件中,通常采用球铰链或虎克铰链来连接伸缩单元与动平台,从而实现动平台的灵活运动。然而,球铰链和虎克铰链长期使用对轴结构的磨损量较大,难以满足手术机器人在长期使用时的精度要求。由于球铰链和虎克铰链均为机械领域中使用量较大的转动连接组件,本领域技术人员通常仅采购及使用,很难想到对铰链进行改进。
122.请一并参阅图15及图19,图15为转动连接组件240的结构示意图;图16为转动连接组件240的剖视图;图17为轴套243的结构示意图;图18为转动连接组件240与静平台210的安装示意图;图19为转动连接组件240与动平台220的安装示意图。
123.为解决上述问题,本实用新型中的转动连接组件240包括第一轴241、第二轴242、轴套243及两个第一轴承244,用于实现手术机器人中部分零部件的转动连接。在本实施方式中,转动连接组件240用于伸缩单元230与动平台220及静平台210之间的转动连接。可以
理解,在其他实施方式中,转动连接组件 240还可以应用于手术机器人其他部位的转动连接。
124.第一轴241大致呈圆柱状,固设于动平台220或静平台210上,第一轴241穿设轴套243,且轴套243 能够相对于第一轴241转动;第一轴241与第二轴242大致相互垂直,且第二轴242能够在轴套243的带动下相对于第一轴241转动。
125.第二轴242包括均大致呈圆柱状的第一销轴2421及第二销轴2422,第一销轴2421与第二销轴2422 同轴设置;第一销轴2421及第二销轴2422的一端分别固设于轴套243,并能够随轴套243相对于第一轴 241转动;第一销轴2421及第二销轴2422的另一端用于供第一轴承244套设。第一销轴2421与第二销轴 2422相对远离轴套243的一端分别沿径向向外延伸并形成限位块2423,限位块2423用于防止第一轴承244 脱出第一销轴2421或第二销轴2422。
126.可以理解,在其他实施方式中,第一销轴2421与第二销轴2422的端部也可以不设置限位块2423,第一轴承244可以通过其他方式固定于第一销轴2421或第二销轴2422,如过盈连接等。
127.轴套243内部分别开设有贯穿孔2431、第一销轴安装孔2432及第二销轴安装孔2433,贯穿孔2431 沿轴套243的轴心延伸并贯穿轴套243的两端,用于供第一轴241穿入,轴套243能够相对于第一轴241 转动。第一销轴安装孔2432及第二销轴安装孔2433分别位于轴套243的两侧,第一销轴安装孔2432与第二销轴安装孔2433同轴设置,并垂直于贯穿孔2431的轴心,第一销轴2421固定装设于第一销轴安装孔2432内,第二销轴2422固定装设于第二销轴安装孔2433内,第一销轴2421及第二销轴2422能够随轴套243转动。
128.两个第一轴承244,分别对应于第一销轴2421和第二销轴2422,第一轴承244分别套设于第一销轴 2421及第二销轴2422背离轴套243的一端。第一轴承244的外圈与手术机器人中的连接套248或驱动件支架250连接,并使外部元件能够相对于第一销轴2421及第二销轴2422转动。
129.可选地,在本实施例中,转动连接组件240还包括两个第二轴承245,轴套243通过第二轴承245转动连接于第一轴241。
130.具体的,两个第二轴承245分别套设于第一轴241,且第二轴承245的内圈固定连接于第一轴241,外圈固定连接于轴套243,使得轴套243能够相对于第一轴241转动。由于第一轴承244具有支撑作用,贯穿孔2431的直径可以略大于第一轴241的直径,能够防止轴套243在相对于第一轴241转动时与第一轴241接触并摩擦,不仅减小了第一轴241的磨损程度,还能够增加轴套243在旋转时的顺畅度。
131.进一步的,为了便于第二轴承245的安装和固定,轴套243的两端均开设有第二轴承槽2434,两个第二轴承245分别设置于第二轴承槽2434内并与第一轴241套接;第二轴承245的内圈套设第一轴241,外圈连接于第二轴承槽2434的内壁并与第二轴承槽2434的内壁之间面接触,使得轴套243与第二轴承245 之间的接触面积较大,增加了轴套243在转动时的稳定性。
132.作为优选,为了避免第二轴承245外圈在转动时,其内圈与轴套243接触产生摩擦,第二轴承槽2434 为台阶状,第二轴承245的外圈抵接于第二轴承槽2434,第二轴承245的内圈悬空于第二轴承槽2434,能够防止轴套243在转动时磨损第二轴承245的内圈,提高了第
二轴承245的使用寿命。
133.在本实施方式中,第二轴承245通过手术机器人中的动平台220或静平台210上的安装槽211内壁压紧至第二轴承槽2434的壁面上,以实现第二轴承245的固定。如此设置能够与手术机器人中的动平台220 或静平台210相互配合,使得整个手术机器人的集成性能更好,便于手术机器人向小型化发展。
134.为了进一步减小第二轴承245的磨损,转动连接组件240还包括两个第一挡圈2461,两个第一挡圈 2461分别套设第一销轴2421及第二销轴2422,并分别位于第二轴承245与安装槽211内壁之间;第一挡圈2461连接于第二轴承245内圈的侧壁,不仅能够防止第二轴承245内圈直接与安装槽211内壁直接接触造成第二轴承245内圈磨损,还能起到紧固第二轴承245内圈的作用;另一方面,第一挡圈2461不与第二轴承245的外圈接触,防止第二轴承245的外圈在转动时,第一挡圈2461对第二轴承245的外圈造成磨损,缩短第二轴承245的使用寿命。第一挡圈2461可以是圆形,也可以是方形、椭圆形、梯形、多边形或其他异形的形状,只要能够匹配于第二轴承245及安装槽211的内壁,起到保护第二轴承245的作用即可。
135.可以理解的是,在其他实施方式中,也可以通过第二轴承245的内圈与第一轴241过盈连接等其他方式实现第二轴承245的固定,还可以通过其他外部元件固定第二轴承245,只要能够实现第二轴承245的内圈固定于第一轴241,外圈固定于轴套243即可,在此不一一列举。
136.为了使得静平台210/动平台220与转动连接组件240安装完成后整体结构更加紧凑,在本实施例中,安装槽211两个相对的内壁面能够通过第一挡圈2461将第二轴承245压紧至轴套243的第二轴承槽2434 中,从而将第二轴承245的内圈固定,无需另设其他固定第二轴承245内圈的元件,减少了手术机器人中的零件数量,也使得整个手术机器人的整体性更高。
137.可选地,在本实施例中,为了进一步减小转动连接组件240的整体尺寸,轴套243的外表面相对靠近第一轴承244的位置向内收缩并形成第一让位部2435,如此设置,能够减小两个第一轴承244之间的直线距离,从而进一步减小整个转动连接组件240的尺寸,便于手术机器人向小型化发展。可以理解,第一让位部2435可以是随轴套243一体成型,也可以后续通过切削的方式成型。
138.进一步的,轴套243的轴心与第一让位部2435之间的距离小于轴套243的半径,既能够保证轴套243 的机械强度,又能够达到让位的效果。
139.作为优选,第一让位部2435为平面,便于加工成型,降低其制作成本;并且第一让位部2435平行于第一轴承244的转动平面,既可以起到定位的作用,便于轴套243的安装;又可以加大第一让位部2435 与连接套248或驱动件支架250之间的接触面积,使得轴套243与连接套248或驱动件支架250之间的配合更加稳固。
140.需要说明的是,第一轴承244的转动平面指的是垂直于第一轴承244转动轴的平面。可以理解,第一让位部2435也可以是凹曲面等其他形状,只要能够起到让位作用即可。
141.为了进一步减小第一轴承244的磨损,转动连接组件240还包括两个第二挡圈2462,两个第二挡圈 2462均套设第一轴241,并分别位于第一轴承244与第一让位部2435之间,防止第一轴承244与第一让位部2435之间相互接触并磨损。第二挡圈2462连接于第一轴
承244内圈的侧壁,能够防止第一轴承244 内圈直接与第一让位部2435直接接触造成第一轴承244内圈磨损;另一方面,第二挡圈2462不与第一轴承244的外圈接触,防止第一轴承244的外圈在转动时,第二挡圈2462对第一轴承244的外圈造成磨损,缩短第一轴承244的使用寿命。第二挡圈2462可以是圆形,也可以是方形、椭圆形、梯形、多边形或其他异形的形状,只要能够匹配于第一轴承244及第一让位部2435,起到保护第一轴承244的作用即可。
142.可选地,在本实施例中,为了简化转动连接组件240连接至动平台220或静平台210的安装步骤,转动连接组件240还包括固定连接件247,第一轴241的端部沿第一轴241的径向开设有第二固定孔2411,固定连接件247穿设第二固定孔2411并将转动连接组件240安装至手术机器人的静平台210或动平台220。
143.作为优选,第一轴241的两端部均开设有第二固定孔2411,固定连接件247为两个,两个固定连接件 247分别穿设两个第二固定孔2411,并将转动连接组件240安装至动平台220或静平台210。
144.可选地,在本实施例中,为了使得手术机器人的整体结构更加紧凑,第一轴241沿径向收缩并形成第二让位部2412,第二让位部2412用于给静平台210或动平台220提供避让空间,便于手术机器人进一步向小型化发展。
145.作为优选,第二让位部2412为平面,并且垂直于第二固定孔2411的轴线。如此设置,一方面便于加工成型;另一方面可以增加第二让位部2412与静平台210或动平台220之间的接触面积,使得第一轴241 能够更加牢稳地固定安装于动平台220或静平台210;此外,还能够较大程度地为动平台220或静平台210 提供避让空间,使得手术机器人整体结构更加紧凑。可以理解,在其他实施例中,第二让位部2412也可以为凹曲面等其他形状,只要能够起到让位功能即可。
146.伸缩单元230为多个,均设置在静平台210与动平台220之间,其一端转动连接于静平台210,另一端转动连接于动平台220,且多个伸缩单元230之间的配合伸缩能够控制动平台220相对静平台210运动。伸缩单元230中至少一个端部通过转动连接组件240连接于动平台220或静平台210,在本实施方式中,伸缩单元230的一端通过转动连接组件240连接于动平台220,另一端可以采用转动连接组件240连接于静平台210,也可以采用其他方式转动连接与静平台210;可以理解,在其他实施方式中,伸缩单元230 可以仅有连接于静平台210的一端采用转动连接组件240,只要远心操控机构200具有足够的自由度即可。
147.请一并参阅图20及图21,图20为含有连接套248的转动连接组件240的结构示意图;图21为连接套248的结构示意图。为了使转动连接组件240与伸缩单元230安装后占用空间更小,本实施方式中,转动连接组件240还包括连接套248,连接套248包括相对设置的第一连接部2481及第二连接部2482,第一连接部2481为凹字形,两个侧壁上分别开设有两个用于安装第一轴承244的第一轴承槽24811,两个第一轴承244的内圈分别固定连接于第一销轴2421及第二销轴2422,外圈分别固定连接于两个第一轴承槽 24811的内壁;第二连接部2482用于连接伸缩单元230。如此设置,连接套248既能够起到连接伸缩单元 230的作用,又能够起到安装第一轴承244的作用,能够相对于第一轴241转动,使得转动连接组件240 与伸缩单元230之间集成性更好,结构更加紧凑。
148.作为优选,所述第一轴承槽24811为台阶状,所述第一轴承244的外圈抵接于所述第一轴承槽24811,所述第一轴承244的内圈悬空于所述第一轴承槽24811,能够防止第一轴
承244的内圈磨损,提高了第一轴承244的使用寿命。
149.在本实施方式中,仅与动平台220连接的转动连接组件240上设置有连接套248,可以理解,在其他实施方式中,与静平台210连接的转动连接组件240上也可以设置连接套248,只要能够起到连接作用即可。
150.为了进一步简化转动连接组件240与伸缩单元230的安装步骤,第二连接部2482由第三让位部2483 向远离第一连接部2481的方向延伸并形成,且能够插入并固定于伸缩单元230相对靠近转动连接组件240 一端的端部,安装简便,且插接安装的方式不会造成手术机器人整体体积的增加。
151.为了保证转动连接组件240与伸缩单元230之间的安装后的稳定性,第二连接部2482的外周具有抵接面(未标号),第二连接部2482通过抵接面与伸缩组件面接触,增加了第二连接部2482与伸缩组件之间的接触面积,防止在手术机器人服役过程中二者的连接处出现晃动等问题,提高了连接后的稳固性。
152.由于动平台220在伸缩单元230的带动下具有较大的位移,为防止运动过程中连接套248与动平台220 之间产生位置冲突,连接套248的第一连接部2481与第二连接部2482之间还设置有第三让位部2483,第三让位部2483用于提供第一连接部2481转动的避让空间,能够增加连接套248相对于第一轴241的转动角度,并且防止转动连接组件240与另一转动连接组件240或动平台220之间产生位置冲突。
153.由于连接套248在沿第一连接部2481的转动周向的方向,与另一转动连接组件240或动平台220产生冲突的可能性更大,为了使得第三让位部2483具有更好的让位效果,沿第一连接部2481的转动周向,第三让位部2483两侧相对于第一连接部2481收缩形成让位凹部,能够进一步增加连接套248相对于轴套 243的转动角度,进一步防止转动连接组件240在相对于动平台220转动时,与另一转动连接组件240或动平台220之间产生位置冲突。
154.需要说明的是,第一连接部2481的转动周向是指,第一连接部2481在转动连接组件240中第一轴承 244外圈的带动下转动的方向。
155.作为优选,让位凹部呈凹弧形,便于加工成型,没有尖锐的部位,防止对使用人员或其他零件造成损伤。
156.由于传统的手术机器人中伸缩单元的安装或运行时所需的空间较大,造成了手术机器人具有冗余的尺寸。请一并参阅图22及图24,图22为伸缩单元230的结构示意图;图23为伸缩单元230的剖视图,图24为伸缩单元230与转动连接组件240的安装示意图。在本实用新型的其中一个实施方式中,伸缩单元 230包括驱动件231、第二丝杆232及推杆组件233;第二丝杆232连接于驱动件231的输出轴(未标号) 并能够随输出轴转动而转动;推杆组件233连接于第二丝杆232并能够在第二丝杆232的转动下沿第二丝杆232的轴向移动,推杆组件233开设有行程腔2331,第二丝杆232伸入行程腔2331,行程腔2331提供推杆组件233相对于第二丝杆232移动的行程。
157.本实用新型提供的手术机器人伸缩单元230在推杆组件233内开设行程腔2331,并通过行程腔2331 提供推杆组件233相对于第二丝杆232移动的行程。手术机器人伸缩单元230在安装时仅需将推杆组件233 伸入行程腔2331与第二丝杆232连接即可,安装所需的操作空间较小;并且推杆组件233内开设行程腔 2331,推杆组件233能够在行程腔2331内沿第二丝杆232的轴向进行伸缩滑移,在减小推杆组件233伸缩滑移所需空间的同时,还具有较
长的行程距离,解决了传统技术中伸缩单元安装及运行时所需空间大的问题。
158.作为优选,第二丝杆232为滚珠丝杆,滚珠丝杆摩擦系数小,传动精度及传动效率高,并且具有自锁性能。
159.在本实施例中,推杆组件233为中空筒,推杆组件233套设并固定连接于第二连接部2482,且推杆组件233的内壁面与第二连接部2482面接触。如此设置,能够增加推杆组件233与第二连接部2482之间的抵接面积,防止远心操控机构200在使用过程中,推杆组件233与转动连接组件240之间产生晃动,影响手术精度。
160.为了减少加工成本,在本实施例中,推杆组件233包括第二丝杆螺母2332及推杆2333,推杆2333固定连接于第二丝杆螺母2332,第二丝杆螺母2332与第二丝杆232螺纹配合。
161.为了保证推杆2333与第二丝杆螺母2332之间的连接稳定性,在本实施例中,第二丝杆螺母2332包括相互连接的第二移动部23321及第二安装部23322,第二移动部23321与第二丝杆232螺纹配合,推杆 2333套设并固定连接于第二安装部23322。
162.为了节约推杆2333与第二丝杆螺母2332之间的安装时间,进一步增加二者的连接稳定性,第二安装部23322的外径小于第二移动部23321的外径。
163.具体的,在本实施例中,第二安装部23322与推杆2333螺纹连接。可以理解,在其他实施方式中,第二安装部23322与推杆2333之间也可以通过胶接、焊接等方式固定。
164.为了固定伸缩单元230中的第二限位件236,在本实施例中,推杆2333的外径与第二移动部23321的外径相当,使得第二限位件236能够在推杆2333连接到第二移动部23321时即可固定,快捷简便。可以理解,在其他实施方式中,第二移动部23321的外径也可以大于或小于推杆2333的外径,只要能够实现第二移动部23321与第二丝杆232之间螺纹配合移动即可。
165.为了节约第二安装部23322与推杆2333之间的安装时间,第二安装部23322远离第二移动部23321 的一端设有导向面(未标号);及/或,推杆2333相对靠近第二丝杆螺母2332的一端设置有导向面(未标号)。
166.为了增加推杆2333与第二安装部23322之间的连接强度,推杆2333与第二安装部23322螺纹连接并胶接,胶接能够进一步增加二者之间的连接强度,防止第二丝杆螺母2332在第二丝杆232上转动时第二安装部23322与推杆2333之间松动。可以理解,在其他实施方式中,推杆2333与第二安装部23322也可以过盈配合连接。
167.为了简化安装流程,在本实施例中,第二丝杆螺母2332与推杆2333一体成型,第二丝杆螺母2332 与推杆2333的连接可靠度高。
168.为了增加推杆2333与第二丝杆232之间的行程距离,并且增加伸缩单元230与转动连接组件240之间的集成度,在本实施例中,行程腔2331贯穿推杆2333的两个端部。如此设置,不仅能够将推杆2333 与第二丝杆232之间的行程距离最大化,还能够通过推杆2333之间开设的行程腔2331套设并固定,增加了伸缩单元230与转动连接组件240之间的集成度。可以理解,其他实施方式中,推杆2333相对远离第二丝杆螺母2332的端部也可以是实体结构,推杆2333可以通过其他方式与转动连接组件240连接。
169.可以理解,为了简化安装流程,推杆组件233也可以为一体的筒状结构,内部设有与丝杆配合的内螺纹。如此设置,能够简化安装流程,并且能够减小伸缩单元230在机械运
动时产生的精度误差。
170.为了保护伸缩单元230的内部结构,伸缩单元230还包括外套筒234,外套筒234套设于第二丝杆232 并固定连接于驱动件231,推杆组件233一端伸出外套筒234外。如此设置,不仅能够保护伸缩单元230 的内部结构,还能够固定直线轴承235,增加推杆组件233在伸缩滑移时的精度。
171.为了进一步增加推杆组件233在伸缩滑移时的精度,伸缩单元230还包括直线轴承235,直线轴承235 固定于外套筒234内且套设于推杆组件233,第二丝杆232组件与直线轴承235轴向滑动配合。
172.具体的,直线轴承235的内圈用于支承推杆组件233,直线轴承235的外圈抵接于外套筒234的内壁,从而增加了推杆组件233在沿丝杆伸缩滑移时的精度。
173.可以理解,当对推杆组件233的运动精度要求不高时,推杆组件233也可以仅设有外套筒234,不设置直线轴承235。
174.为了防止直线轴承235从外套筒234内脱出,在本实施例中,直线轴承235与外套筒234之间胶接固定,当推杆组件233在沿第二丝杆232伸缩滑移时,直线轴承235也不会从外套筒234内脱出,能够保证推杆组件233的运动精度。
175.可以理解,在其他实施方式中,伸缩单元230还包括防滑件(未标号),防滑件设置于直线轴承235 与外套筒234之间。
176.为了防止第二丝杆螺母2332脱出第二丝杆232,伸缩单元230还包括第二限位件236,第二限位件236 突出于推杆组件233的外周,且第二限位件236外周的尺寸大于直线轴承235内径的尺寸。
177.在本实施例中,第二限位件236为圆环形,可以理解,在其他实施例中,第二限位件236也可以是凸块或其他形状,只要能够起到限位作用即可。
178.在本实施例中,为了便于第二限位件236安装,第二限位件236设置于第二丝杆螺母2332及推杆2333 之间,无需设置其他用于安装第二限位件236的结构。可以理解,在其他实施方式中,若不考虑伸缩单元 230的整体性,也可以另设第二限位件236。
179.传统技术披露的伸缩单元中,驱动件支架一般仅用于安装驱动件,驱动件支架与静平台之间需要另设转动连接组件,以保证伸缩单元与静平台之间具有足够的自由度。传统的驱动件支架与静平台之间结构松散,安装步骤繁杂,集成度低,不利于手术机器人向整体化、集成化发展。
180.为了解决上述问题,请一并参阅图25及图26,图25为转动连接组件240及驱动件支架250的安装示意图;图26为驱动件231及驱动件支架250的安装示意图。本实施方式中的远心操控机构200还包括驱动件支架250,包括转动连接部251以及驱动件安装部252,转动连接部251能够转动地连接于手术机器人的静平台210,驱动件安装部252内部开设有用于容纳驱动件231的内腔(未标号);转动连接部251 与安装部一体成型设置。如此设置,驱动件支架250既能够起到安装驱动件231的作用,又能够与转动连接于静平台210,并且简化了远心操控机构200的安装步骤,有利于手术机器人向整体化、集成化发展。
181.在本实施例中,驱动件安装部252远离转动连接部251的一端开设有用于供驱动件231的输出轴伸出的通孔(未标号)。可以理解,在其他实施例中,通孔也可以开设在转动连接部251的侧部,在此不做限制。
182.由于驱动件231具有输出轴(未标号),内腔包括相互连通的容置腔2521及操作腔2522,容置腔2521 用于容纳驱动件231,操作腔2522用于在驱动件231安装时提供操作空间,便于驱动件231的安装。
183.为了进一步便于安装驱动件231,且尽量减小驱动件支架250的体积,操作腔2522位于内腔相对靠近转动连接部251的一端。可以理解,若不考虑驱动件支架250的体积,操作腔2522也可以设置在内腔的其他位置,在此不做限制。
184.为了进一步便于安装驱动件231,在本实施例中,内腔整体贯穿驱动件支架250的至少一侧,如此设置,便于工作人员将驱动件231放入内腔中,节省了安装驱动件231所需的时间。需要特别说明的是,内腔整体贯穿驱动件支架250的至少一侧指的是,内腔在驱动件支架250一侧形成的开口与内腔沿与该侧平行的横截面形状尺寸大致相同。可以理解,内腔可以仅整体贯穿驱动件支架250的一侧,也可以贯穿驱动件支架250相对的两侧,能够使得驱动件231的安装更加简便。
185.作为优选,驱动件支架250的一侧开设有第一开口253,第一开口253向内凹陷并形成内腔;第一开口253位于驱动件支架250远离静平台210轴心的一侧。如此设置,第一开口253靠近远心操控机构200 的外边缘,方便工作人员将驱动件231通过第一开口253放入内腔中。
186.可以理解,若不考虑方便驱动件231的安装,第一开口253也可以位于驱动件支架250的其他位置。
187.为了进一步节省驱动件231的安装时长,驱动件支架250设有朝向相反的第一开口253和第二开口254,第一开口253和第二开口254由内腔整体贯穿驱动件支架250两相背侧形成,工作人员能够更加方便地将驱动件231通过第一开口253放入内腔中。
188.作为优选,驱动件安装部252包括两个端板153及两个侧板,两个端板153及两个侧板围设成框形,便于加工成型。
189.可以理解,在其他实施方式中,驱动件安装部252也可以为无盖盒状,同样能够较为简便地将驱动件 231安装至内腔中。
190.为了防止驱动件支架250在转动时,与其他结构产生位置冲突,驱动件支架250还包括第四让位部255,第四让位部255位于转动连接部251与驱动件安装部252之间,第四让位部255提供转动连接部251转动的避让空间,防止驱动件支架250在转动过程中与静平台210、转动连接组件240或另一个驱动件支架250 发生位置冲突,影响远心操控机构200的工作精度。
191.由于驱动件支架250在沿转动连接部251的转动周向的方向,与静平台210、转动连接组件240或另一个驱动件支架250发生位置冲突的可能性更大,为了使得第四让位部255具有更好的让位效果,沿转动连接部251的转动周向,第四让位部255两侧相对于转动连接部251收缩形成让位凹部,能够进一步增加驱动件支架250相对于静平台210的转动角度,进一步防止驱动件支架250在相对于静平台210转动时,与静平台210、转动连接组件240或另一个驱动件支架250发生位置冲突。
192.需要说明的是,转动连接部251的转动周向是指,转动连接部251在转动连接组件240中第一轴承244 外圈的带动下转动的方向。
193.作为优选,让位凹部呈凹弧形,便于加工成型,没有尖锐的部位,防止对使用人员
或其他零件造成损伤。
194.为了将驱动件231固定至驱动件安装部252,驱动件安装部252相对远离转动连接部251的一端开设有驱动件231安装孔,驱动件231通过驱动件231安装孔固定安装于驱动件支架250。
195.为了节约驱动件231的安装时长,作为优选,驱动件支架250为长方体状,驱动件231安装孔为两个,两个驱动件231安装孔分别分布在驱动件支架250端部的对角线上,仅需两个安装点即可将驱动件231固定安装至驱动件支架250,大大节省了驱动件231的安装时长。
196.为了提高驱动件支架250与伸缩单元230之间的集成度,驱动件支架250还包括抵接部257,抵接部 257由驱动件安装部252远离转动连接部251的端面向外延伸并形成,抵接部257用于连接外套筒234。如此设置,驱动件支架250既能够起到安装驱动件231的作用,又能够起到连接伸缩单元230中外套筒234 的作用,增加了远心操控机构200的集成度,并且驱动件支架250与伸缩单元230之间的连接可靠性较高。可以理解,在其他实施方式中,若不考虑远心操控机构200的集成度,驱动件支架250与伸缩单元230之间也可以存在居中的结构。
197.为了进一步提高驱动件支架250与伸缩单元230之间的连接可靠性,抵接部257的外周具有抵接面,抵接部257通过抵接面与外套筒234面接触,抵接部257与外套筒234之间的接触面积较大,提高了驱动件支架250与伸缩单元230之间的连接可靠性,防止远心操控机构200在服役时驱动件支架250与伸缩单元230之间出现晃动等问题。
198.为了进一步节约驱动件231的安装时长,抵接部257内开设有阶梯孔(未标号),阶梯孔用于预固定驱动件231并供驱动件231的输出轴伸出内腔。在工作人员安装驱动件231时,将驱动件231先放入阶梯孔中,然后将紧固件伸入驱动件231安装孔中并将驱动件231固定在内腔中,阶梯孔起到预固定的作用,便于紧固件伸入驱动件231安装孔中,节省了驱动件231的安装时长。
199.本实用新型还提供一种驱动组件,包括驱动件231以及驱动件支架250,驱动件支架250用于安装驱动件231。
200.作为优选,为了便于驱动件231中的输出轴伸出驱动件支架250,驱动件231安装在驱动件安装部252 相对远离转动连接部251的一端。可以理解,驱动件231也可以安装在驱动件安装部252相对靠近转动连接部251的一端,只要驱动件231能够固定在驱动件支架250上即可。
201.本实用新型中提供的手术机器人通过术前摆位机构100、远心操控机构200及执行机构300相互配合完成微创手术,术前摆位机构100通过引导组件170减小了第一丝杆螺母130受到的扭转力,并通过与防撞垫180及第一限位件190的配合延长了术前摆位机构100的使用寿命;远心操控机构200采用多个伸缩单元230并联设置的模式,减小了时间相应累积误差和位移误差,并且增加了术前摆位机构100承载执行机构300的能力。
202.在本实用新型中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一特征和第二特征直接接触,或第一特征和第二特征通过中间媒介间接接触。
203.而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之
下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
204.在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述,意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任意一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
205.最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。
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