导管机器人的细长柔性医疗装置的驱动模块的制作方法

本发明涉及用于导管机器人的细长柔性医疗装置的驱动模块的。

背景技术：

1、根据现有技术，例如在专利申请案fr 1555377中描述，已知一种用于导管机器人的细长柔性医疗装置的驱动模块是精确的。

2、用于导管机器人的细长柔性医疗装置的此驱动模块包括运动传输系统，所述运动传输系统包括可移动元件的驱动部件的基底，三个致动器经由与所述驱动部件的基底的三个相应接口分别在三个相互不同的平移方向上驱动所述驱动部件的基底。所述三个接口是基本上平面的，彼此正交，且一个嵌套于另一个内部。

3、虽然尺寸和重量相对小，但用于导管机器人的细长柔性医疗装置的此驱动模块对于一些应用来说仍然太大。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种用于导管机器人的细长柔性医疗装置的驱动模块，其至少部分地克服上述缺点。

2、更特定地，本发明旨在提供一种用于导管机器人的细长柔性医疗装置的驱动模块，其合适地小型化，且在支承衬垫的衬垫固持器的移动方面是极精确的，所述衬垫抓握且移动插入到导管机器人中的细长柔性医疗装置。

3、为了获得具有小型化与精度之间的这种良好折中的用于导管机器人的细长柔性医疗装置的驱动模块，本发明所提出的驱动模块：

4、将具有包括至少两个驱动装置的通用架构，每衬垫固持器一个驱动装置，

5、○每一驱动装置包括三个驱动单元，每一衬垫固持器的每平移方向一个驱动单元，

6、且在此通用架构内将组合若干特定结构特性，即：

7、○每一驱动装置的自撑式性质，

8、○同一驱动装置的驱动单元之间的独立性，

9、○用于防止每驱动装置至少两个驱动单元的寄生旋转的特定结构，其整合了可变形平行四边形的运动学。

10、为此目的，本发明提出一种用于导管机器人的细长柔性医疗装置的驱动模块，其包括：至少两个驱动装置，其分别承载两个衬垫固持器，所述两个衬垫固持器彼此相对定位且分别既定接纳两个衬垫，所述两个衬垫在彼此接近时将抓握所述细长柔性医疗装置以便随后平移和/或旋转驱动所述细长柔性医疗装置，每一驱动装置是自撑式的且包括彼此独立的三个驱动单元，所述三个驱动单元分别在三个正交空间方向上平移驱动所述衬垫固持器，所述三个驱动单元各自包括其驱动电机，且至少两个驱动单元具有用于防止所述衬垫固持器的旋转移动的防旋转结构：自撑式驱动装置是一种驱动装置，其中其自身的结构确保所述衬垫固持器保持在适当位置而无需存在额外支撑元件，独立于其它驱动单元的驱动单元是仅支撑其自身的重量而无需再支撑另一驱动单元的重量的驱动单元，防旋转结构包括：驱动横向构件，其由所述驱动电机驱动；衬垫固持器横向构件，其刚性连接到所述衬垫固持器且由所述驱动横向构件驱动；两个连接杆分别：通过其末端中的一个连接到所述驱动横向构件的彼此隔开设置的两个枢转点，且通过其末端中的另一个连接到所述衬垫固持器横向构件的彼此隔开设置的两个枢转点，所述驱动横向构件、所述衬垫固持器横向构件和所述两个连接杆一起形成平行四边形，所述平行四边形能够在其四个顶点处变形，所述四个顶点是所述四个枢转点。

11、根据本发明的一些实施例，所提出的驱动模块除小型化之外，还减少移动组件的数目以便减少惯性并提高导管机器人的响应性。

12、根据本发明的一些实施例，用于自撑式衬垫固持器的驱动装置本身支撑衬垫固持器，且本身确保衬垫固持器保持在适当位置。当驱动装置关闭时衬垫固持器保持其位置。衬垫固持器保持静止；其并不摇晃。驱动装置因此不需要既定支撑衬垫固持器的任何额外支撑元件。

13、根据本发明的一些实施例，所述独立运动学单元不安装在彼此之上；实际上，每一运动学单元仅支撑其自身的重量。用于衬垫固持器的每一驱动装置包括三个运动学单元，衬垫固持器可执行的三个平移移动的每一轴线有一个运动学单元。衬垫固持器将能够沿着三个空间轴线中的每一个执行纯平移移动。每一运动学单元具有沿着这三条轴线中的一个移动衬垫固持器的功能。

14、根据本发明的一些实施例，为了防止衬垫固持器的旋转移动，至少两个运动学单元形成至少两个平行四边形(并且优选地不超过两个平行四边形)，所述平行四边形将约束衬垫固持器的位置且迫使衬垫固持器保持平行于与其相对定位的衬垫固持器。在第三运动学单元处不必形成第三平行四边形，因为由于衬垫固持器的所有旋转已经被前两个平行四边形防止，所以可通过放置用于此第三运动学单元的仅单个连接杆而简化驱动装置的通用结构，从而避免此第三平行四边形的形成。

15、根据本发明的一些实施例，每一运动学单元包括使曲柄旋转的电机。一个(不存在平行四边形)或两个(存在平行四边形)连接杆经由双枢轴连接件固定到曲柄。所述一个或多个杆还通过双枢轴连接件固定到衬垫固持器。所述三个运动学单元中的两个各自形成具有两个连接杆的平行四边形，第三运动学单元包括仅一个连接杆。连接杆和曲柄系统的使用允许简化的结构。连接杆和曲柄系统的简单性特定来说产生于可容易地通过与框架的连接来吸收施加的力的事实，从而避免对电机轴杆自身施加力。连接杆和曲柄系统简化机械结构，然而需要对电机的管理，这在软件方面复杂了一些。然而，电机管理软件的此复杂性不影响驱动装置的重量或尺寸，所述驱动装置因此可进一步小型化。

16、根据本发明的实施例的一个可能变体，一个或多个运动学单元可以不包括连接杆和曲柄系统，但由平台形成，所述平台连接到线性致动器，例如蜗轮电机，且连接到连接杆。此变体是可能的，然而仍然是机械上较复杂的，且不允许例如基于连接杆和曲柄系统的使用的主要实施例中的此类先进的小型化。

17、为了解决简化导管机器人的结构的问题，而无需同时通过管理衬垫固持器的寄生旋转解决涉及精度的问题，在稍微降级的实施例中，本发明的另一目的可涉及一种用于导管机器人的细长柔性医疗装置的驱动模块，其包括：至少两个驱动装置，其分别承载两个衬垫固持器，所述两个衬垫固持器彼此相对定位且分别既定接纳两个衬垫，所述两个衬垫在彼此接近时将抓握所述细长柔性医疗装置以便随后平移和/或旋转驱动所述细长柔性医疗装置，每一驱动装置是自撑式的且包括彼此独立的三个驱动单元，所述三个驱动单元分别在三个正交空间方向上平移驱动所述衬垫固持器，且所述三个驱动单元各自包括其驱动电机：自撑式驱动装置是一种驱动装置，其中结构自身确保所述衬垫固持器保持在适当位置而无需存在额外支撑元件，独立于其它驱动单元的驱动单元是仅支撑其自身的重量而无需再支撑另一驱动单元的重量的驱动单元，且其中至少两个驱动单元具有结构，所述结构包括：驱动横向构件，其由所述驱动电机驱动，具有纵向轴线；衬垫固持器横向构件，其刚性连接到所述衬垫固持器且由所述驱动横向构件驱动；曲柄，其由所述驱动电机驱动以围绕所述曲柄的轴线旋转，所述曲柄的所述旋转轴平行于且保持平行于所述驱动横向构件的所述纵向轴线；轴间间隙意味着所述曲柄的所述旋转轴与所述驱动横向构件的所述纵向轴线之间的间隙，所述轴间间隙是恒定的且保持恒定，使得所述曲柄的旋转造成所述驱动横向构件的所述纵向轴线的旋转。

18、根据优选实施例，本发明包括以下特征中的一个或多个，对于本发明的前述目的中的一个或另一个，所述特征可单独或组合使用，从而应用其中的一些或应用其全部的组合。

19、优选地，所述两个连接杆彼此平行。

20、允许创建可变形平行四边形运动学的连接杆的形状因此是最简单的。但用于连接杆的其它形状是可以想象的，例如弯曲连接杆或具有若干片段的分段连接杆，即使用于连接杆的这些其它形状较不实际。

21、优选地，对于具有防旋转结构的至少一个驱动单元：所述驱动单元的所述防旋转结构还包括曲柄，所述曲柄由所述驱动电机驱动以围绕所述曲柄的轴线旋转，所述驱动横向构件具有在其两个枢转点之间延伸的纵向轴线，所述曲柄的所述旋转轴平行于且保持平行于所述驱动横向构件的所述纵向轴线，轴间间隙意味着所述曲柄的所述旋转轴与所述驱动横向构件的所述纵向轴线之间的间隙，所述轴间间隙是恒定的且保持恒定，使得所述曲柄的旋转造成所述驱动横向构件的所述纵向轴线的旋转。

22、驱动单元的机械结构因此进一步简化，这进一步改善驱动模块的小型化，然而代价是此驱动模块的软件管理的复杂性稍微增加。但总体上，小型化的益处远超过软件管理的复杂性的缺点。

23、优选地，对于具有防旋转结构的至少两个驱动单元，对于这两个驱动单元中的每一个：所述驱动单元的所述防旋转结构还包括曲柄，所述曲柄由所述驱动电机驱动以围绕所述曲柄的轴线旋转，所述驱动横向构件具有在其两个枢转点之间延伸的纵向轴线，所述曲柄的所述旋转轴平行于且保持平行于所述驱动横向构件的所述纵向轴线，轴间间隙意味着所述曲柄的所述旋转轴与所述驱动横向构件的所述纵向轴线之间的间隙，所述轴间间隙是恒定的且保持恒定，使得所述曲柄的旋转造成所述驱动横向构件的所述纵向轴线的旋转。

24、驱动单元的机械结构因此进一步简化，这进一步改善驱动模块的小型化，然而代价是此驱动模块的软件管理的复杂性会稍微增加。但总体上，小型化的益处远超过软件管理的复杂性的缺点。

25、优选地，每驱动装置仅两个驱动单元具有防旋转结构。

26、因此，由于每一结构能够通过使用仅两个防旋转结构防止两个寄生旋转，由此三个寄生旋转被防止，且通过具有仅两个防旋转结构而不是三个防旋转结构，驱动装置的总体结构保持较简单。

27、优选地，对于不具有防旋转结构的第三驱动单元，所述驱动单元的结构包括：驱动横向构件，其由所述驱动电机驱动，衬垫固持器横向构件，其刚性连接到所述衬垫固持器且由所述驱动横向构件驱动，单个连接杆，其分别：通过其末端中的一个连接到所述驱动横向构件的枢转点，且通过其另一末端连接到所述衬垫固持器横向构件的枢转点。

28、因此，由于三个寄生旋转已经由每一驱动装置的三个驱动单元中的两个驱动单元的两个防旋转结构防止，因此该驱动装置的第三驱动单元的结构可通过不整合任何防旋转结构而简化，进而进一步改进驱动模块的小型化。

29、优选地，对于不具有防旋转结构的所述第三驱动单元：所述驱动单元的结构还包括曲柄，所述曲柄由所述驱动电机驱动以围绕所述曲柄的轴线旋转，所述驱动横向构件具有纵向轴线，所述曲柄的所述旋转轴平行于且保持平行于所述驱动横向构件的所述纵向轴线，轴间间隙意味着所述曲柄的所述旋转轴与所述驱动横向构件的所述纵向轴线之间的间隙，所述轴间间隙是恒定的且保持恒定，使得所述曲柄的旋转造成所述驱动横向构件的所述纵向轴线的旋转。

30、此驱动装置的第三驱动单元的结构因此可进一步简化，从而进一步改进驱动模块的小型化。

31、优选地，对于一个驱动单元或对于若干驱动单元或对于所有驱动单元，所述一个或多个驱动电机是驱动刚性连接到所述驱动横向构件的曲柄的旋转的旋转电机。

32、因此使驱动单元的结构甚至更紧凑。

33、替代地，对于一个驱动单元或对于若干驱动单元或对于所有驱动单元，所述一个或多个驱动电机是驱动蜗杆的旋转以便平移驱动所述驱动横向构件的旋转电机。

34、然而，此替代方案不如前述一个替代方案紧凑。

35、优选地，对于每一驱动装置：对于所述驱动装置的所述三个驱动单元中的每一个：所述驱动单元驱动所述衬垫固持器：在主要方向上沿着主要平移分量，所述主要方向对于所述三个驱动单元中的每一个是不同的，且在另一方向上沿着寄生平移分量，所述另一方向对于所述三个驱动单元中的每一个是不同的，所述驱动装置的所述三个驱动单元中的每一个在沿着其主要方向的其主要平移分量中合并对在此主要方向上其它驱动单元中的一个的寄生平移分量的补偿。

36、所述驱动装置的三个驱动单元的动作因此相互平衡，使得衬垫固持器在三个空间方向中的每一个上总体接收在此方向上期望的移动所需的平移命令，这是由于在此方向上从三个驱动单元接收的所有命令。

37、优选地，所述枢转点是可以两个自由度枢转的铰链。

38、在阅读借助于实例且参考附图给出的以下本发明的优选实施例的描述后，本发明的其它特征和优点将变得显而易见。