传动组件、驱动盒、手术器械系统及机器人系统转让专利
申请号 : CN201911398468.X
文献号 : CN111000636B
文献日 : 2021-08-27
发明人 : 何裕源 , 何超 , 唐忠华
申请人 : 上海微创医疗机器人(集团)股份有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种传动组件,其特征在于,包括:输入基座,具有相对的第一端和第二端,所述第一端用于与一驱动机构连接;
导向传动部,由所述输入基座的外周面向外延伸形成;
输出基座,具有相对的第三端和第四端,所述第三端更靠近所述第一端;所述输出基座上形成有空腔,所述空腔的内壁上形成有与所述导向传动部相配合的内配合槽,所述第三端为开口端,并允许所述输入基座的所述第二端插入所述空腔;所述输出基座上还设有连接孔;
轴向储能元件,用于所述输入基座和所述输出基座在外力的作用下相互接近时存储能量;在所述外力撤除时,释放能量,并驱使所述输入基座和所述输出基座相互远离;以及,轴向限位组件,用于限制所述输入基座和所述输出基座之间的最大位移,并包括第一轴向限位组件,所述第一轴向限位组件包括第三限位挡部和第三挡部,所述第三限位挡部设置在所述输入基座的外周面上,所述第三挡部设置在所述输出基座的第三端的端面上,且所述空腔的内壁上形成有与所述第三限位挡部相匹配的容纳通道,以供所述第三限位挡部沿轴向运动;当所述第三挡部与所述第三限位挡部相互作用时,所述输出基座被阻止继续沿轴向远离所述输入基座;所述第三挡部包括限位端和连接端,所述连接端用于与所述连接孔螺纹连接;沿轴向投影,所述连接孔的直径与所述连接孔内预设的安全螺纹壁厚之和为所述限位端的直径的0.6‑0.8倍;
其中:所述输出基座被配置为与所述导向传动部相配合,当所述输入基座被所述驱动机构驱动旋转时,所述导向传动部用于带动所述输出基座与所述输入基座同步转动。
2.根据权利要求1所述的传动组件,其特征在于,所述导向传动部通过悬吊臂与所述输入基座的外周面连接,且所述输出基座的外壁上形成有与所述导向传动部相匹配的外配合槽。
3.根据权利要求1或2所述的传动组件,其特征在于,所述输入基座的第一端上设置有用于供所述输入基座与所述驱动机构连接的安装孔。
4.根据权利要求3所述的传动组件,其特征在于,所述输入基座上还设有锁紧孔、锁紧件,通过锁紧孔、锁紧件的配合实现所述驱动机构与所述输入基座的固定。
5.根据权利要求1所述的传动组件,其特征在于,所述轴向储能元件包括:至少一个弹性件,所述弹性件的一端与所述输入基座抵接、另一端与所述输出基座抵接。
6.根据权利要求1所述的传动组件,其特征在于,所述轴向储能元件包括:两个相斥设置的磁性装置,其中一个磁性装置设置在所述输入基座上,另一个磁性装置设置在所述输出基座上。
7.根据权利要求1所述的传动组件,其特征在于,所述轴向限位组件包括第一轴向限位组件,所述第一轴向限位组件包括第一挡部和第一限位挡部,所述第一挡部设置在所述输入基座的第二端的端面上,所述第一限位挡部设置于所述空腔的内壁上;
所述第一挡部与所述第一限位挡部相互作用时,所述输出基座被阻止继续沿轴向远离所述输入基座。
8.根据权利要求7所述的传动组件,其特征在于,所述第一挡部为设置在所述输入基座的第二端的端面上的第一螺钉,所述第一限位挡部设置在所述输出基座的内侧壁上并沿所述内侧壁的径向向内延伸。
9.根据权利要求8所述的传动组件,其特征在于,所述输入基座的第二端的端面上设有第一螺孔,在所述输出基座的第四端设有与所述第一螺孔同轴的轴向贯通的安装通孔,所述第一螺钉贯穿所述安装通孔而与所述第一螺孔螺纹连接。
10.根据权利要求9所述的传动组件,其特征在于,所述输出基座的第四端的外壁上还形成有一凹槽,所述安装通孔被设置在所述凹槽上,所述传动组件还包括盖板,所述盖板用于盖合所述凹槽以防尘。
11.根据权利要求7‑9中任一项所述的传动组件,其特征在于,所述轴向限位组件包括第二轴向限位组件,所述第二轴向限位组件包括第二挡部和第二限位挡部,所述第二挡部设置在所述输入基座的靠近第一端的外周面上,所述第二限位挡部设置于所述输出基座的第三端的端面上;
所述第二挡部与所述第二限位挡部相互作用时,所述输出基座被阻止继续沿轴向靠近所述输入基座。
12.根据权利要求1所述的传动组件,其特征在于,所述第三挡部为第二螺钉,所述第三限位挡部设置于靠近所述输入基座的第二端的外周面上并沿所述输入基座的径向向外延伸。
13.根据权利要求1或12所述的传动组件,其特征在于,所述轴向限位组件包括第二轴向限位组件,所述第二轴向限位组件包括第四挡部和第四限位挡部,所述第四挡部设置于所述输入基座的第二端的端面上,所述第四限位挡部设置于所述输出基座第四端的内壁上;
所述第四挡部与所述第四限位挡部相互作用时,所述输出基座被阻止继续沿轴向靠近所述输入基座。
14.根据权利要求1所述的传动组件,其特征在于,所述内配合槽具有一对称线;
沿轴向投影,所述传动组件具有第一径向线和第二径向线,所述第一径向线是所述内配合槽的对称线,所述第二径向线是经过所述传动组件的圆心和所述第三限位挡部在所述输入基座的第二端外周面上的起始位置点的直线;
所述第三限位挡部的起始位置范围为:其中,
w为所述内配合槽及所述内配合槽的两个侧壁的宽度之和,夹角β为从第一径向线顺时针旋转至所述第二径向线时所转动的角度,d1为所述传动组件的外接圆直径,d2为所述限位端的直径。
15.根据权利要求1或14所述的传动组件,其特征在于,沿轴向投影,所述第三限位挡部上的任一点到所述限位端的圆心的距离皆大于0.3倍的所述限位端的直径。
16.根据权利要求14所述的传动组件,其特征在于,所述输入基座上设有锁紧孔,所述锁紧孔用于与一驱动机构连接;沿轴向投影,所述锁紧孔形成一虚拟矩形,所述传动组件还具有第四径向线,所述第四径向线经过所述传动组件的圆心和所述虚拟矩形的短边的中点;
所述锁紧孔的相对位置范围为:
其中,
夹角γ为从所述第一径向线顺时针旋转至第四径向线时所转动的角度,L1为所述虚拟矩形的短边的长度,L2为所述虚拟矩形的长边的长度。
17.一种驱动盒,其特征在于,包括:壳体,开设有至少一个输出孔;
至少一个如权利要求1‑16任一项所述的传动组件;以及,至少一个驱动机构,设置在所述壳体内,并从所述输出孔中伸出,以与所述输入基座的第一端连接。
18.根据权利要求17所述的驱动盒,其特征在于,所述输入基座的第一端上设置有用于供所述输入基座与所述驱动机构连接的安装孔;所述输入基座上设有第一锁紧孔部分,所述驱动机构上设有第二锁紧孔部分,一锁紧件通过与所述第一锁紧孔部分、所述第二锁紧孔部分配合以固定所述输入基座和所述驱动机构。
19.根据权利要求17所述的驱动盒,其特征在于,所述驱动机构的输出端为异形端,所述传动组件的安装孔的形状与之相匹配。
20.一种手术器械系统,其特征在于,包括:驱动盒;
手术器械,所述手术器械包括从动盒,传动结构和器械末端组件;
所述从动盒包括至少一个从动组件,设置在所述从动盒内并用于通过传动结构控制器械末端组件的运动;以及,
如权利要求17‑19任一项所述的驱动盒,所述驱动盒中的传动组件用于与所述从动组件连接,以驱动所述从动组件并带动所述器械末端组件运动。
21.根据权利要求20所述的手术器械系统,其特征在于,还包括:无菌适配器,可拆卸地连接所述从动组件与所述传动组件,用于将驱动盒的动力传递至从动盒。
22.根据权利要求21所述的手术器械系统,其特征在于,所述无菌适配器具有至少一个中间转盘,所述输出基座的第四端上设有主动连接部,所述中间转盘朝向所述驱动盒的表面上设有被动接口;所述主动连接部与所述被动接口中的一个为插槽,另一个为插块,当所述插块与所述插槽插接配合时,所述输出基座与所述中间转盘连接。
23.根据权利要求22所述的手术器械系统,其特征在于,所述主动连接部的数量至少为两个,至少两个所述主动连接部非中心对称地设置在所述输出基座的第四端上,所述从动连接部的数量与所述主动连接部相同,且所述从动连接部与主动连接部对应设置。
24.根据权利要求22或23所述的手术器械系统,其特征在于,所述主动连接部和被动接口形成有拔模角度。
25.根据权利要求22或23所述的手术器械系统,其特征在于,所述主动连接部和被动接口的截面形状均呈扇形。
26.一种手术机器人系统,其特征在于,包括侧手推车,所述侧手推车上包括手术工作臂和如权利要求20‑25中任一项所述的手术器械系统,所述手术器械系统中的驱动盒设置于手术工作臂上。
说明书 :
传动组件、驱动盒、手术器械系统及机器人系统
技术领域
背景技术
的体力损耗,另一方面还能够达到精准手术的目的,从而具有患者微创伤、失血少、术后感
染少、恢复快的优点。微创伤手术机器人的操作精度是手术机器人性能的一项关键指标,而
机械结构的设计对精度的影响起着至关重要的作用。
的传动组件,但这些传动组件均存在传动精度低、传动部位受力状况差的问题。
在支撑轴上且能上下运动,所述的驱动轮与凹腔底部之间设有弹簧。同样,驱动轮其周向限
位同样位于轴心附近。该手术器械快换机构存在以下问题:(1)该手术器械快换机构的精度
不佳,在相同配合间隙的条件下,周向限位越靠近轴心,传动精度越低(△α精度偏差角度≈
△L配合间隙/r,r为周向限位到转动中心的距离);(2)该手术器械快换机构的传动轴受力
状况不佳(单个配合面上的受力F≈0.5*M传动扭矩/r),传递零部件应力大,影响使用寿命,
即在传递相同扭矩的情况下,扭矩传递受力面距离转动中心的距离越小,扭矩传递受力面
受力越大,受力面积有限,导致零部件应力较大;(3)该手术器械快换机构的轴向尺寸空间
利用不足,影响机械臂远端空间尺寸利用及减重,弹簧压缩后的最小尺寸影响轴轴向尺寸
大小;(4)该手术器械快换机构的传动效率不理想,一般性的认为,蜗轮蜗杆的传动效率低
于齿轮传动,链传动,带传动,丝传动,效率不高意味着负载相同的情况下,需要更大输出能
力的电机已实现相同功能;(5)该手术器械快换机构的安装及维修不便,其需借助额外挡片
零件完成轴向限位,挡片的存在影响安装及维修的便利性;(6)该手术器械快换机构不具有
防尘,防异物进入的特性,轴向运动无防尘措施,长期使用,灰尘易进入轴向运动的间隙中,
从而影响轴向运动的顺畅性。
输入包括弹簧、径向滚珠轴承、输出滑轮、线性滚珠花键滑动单元、滚珠花键轴、螺杆以及包
括凸起部的输入杆。同样,其周向限位通过滚珠花键实现,其同样位于轴心附近。该器械对
接装置存在以下问题:(1)该器械对接装置的精度不佳,在相同配合间隙的条件下,周向限
位越靠近轴心,传动精度越低(△α精度偏差角度≈△L配合间隙/r,r为周向限位到转动中
心的距离);(2)该器械对接装置的传动轴受力状况不佳,传递零部件应力大,影响使用寿
命,即在传递相同扭矩的情况下,扭矩传递受力面距离转动中心的距离越小,扭矩传递受力
面受力越大(单个配合面上的受力F≈0.5*M传动扭矩/r),受力面积有限,导致零部件应力
较大;(3)该器械对接装置的轴向尺寸空间利用不足,影响机械臂远端空间尺寸利用及减
重,弹簧压缩后的最小尺寸直接影响轴轴向尺寸大小,同时滚珠花键为标准件,其轴向尺寸
也较大;(4)该器械对接装置的结构难以实现与常规驱动轴(电机轴,减速机轴)的快速固定
连接。
发明内容
一限位挡部设置于所述空腔的内壁上;
所述第一螺孔螺纹连接。
所述第二限位挡部设置于所述输出基座的第三端的端面上;
挡部设置在所述输出基座的第三端的端面上,且所述输出基座的内腔设有与所述第三限位
挡部相匹配的容纳通道,以供所述第三限位挡部沿轴向运动;
四限位挡部设置于所述输出基座第四端的内壁上;
所述连接孔内预设的安全螺纹壁厚之和为所述限位端的直径的0.6~0.8倍。
所述输入基座的第二端外周面上的起始位置点的直线;
限位端的直径。
所述传动组件的圆心和所述虚拟矩形的短边的中点;
件通过与所述第一锁紧孔部分、所述第二锁紧孔部分固定所述输入基座和所述驱动机构。
所述从动连接部中的一个为插槽,另一个为插块,当所述插块与所述插槽插接配合时,所述
输出基座与所述中间转盘连接。
所述从动连接部与主动连接部对应设置。
设置于手术工作臂上。
动部位(即导向传动部与输出基座相配合的部位)远离所述基座的转动轴线,从而提高传动
精度并改善传动部位的受力状况。
组装、拆卸的优点。
附图说明
具体实施方式
用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的
目的。
的,术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的,除非内容另外明确指出外,以及
术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如:可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,
或一体地连接:可以是机械连接,也可以是电连接:可以是直接相连,也可以通过中间媒介
间接相连:可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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发明中的具体含义。附图中相同或相似
的附图标记代表相同或相似的部件。
10,所述执行端包括手术台车20和侧手推车30等设备,其中患者躺在手术台车20上进行手
术。所述侧手推车30上设置有用于挂载手术器械的手术工作臂(图中未标注),所述手术工
作臂、手术器械系统与所述主操作手具有预定的映射关系,从而两者形成主从关系,手术工
作臂、手术器械系统依据主操作手的运动来操控手术器械实现各个方向的动作进而完成手
术操纵。
括至少一个关节,所述丝传动结构用于将从动盒200的动力传递至器械末端组件上的关节,
以驱动所述器械末端组件上关节运动。优选,所述手术器械还包括位于所述从动盒200与所
述器械末端组件之间的中空的器械杆(图中未标注),所述丝传动结构从所述从动盒200穿
过中空的器械杆至器械末端组件。进一步,所述器械末端组件包括末端执行器,所述末端执
行器包括执行器组件。优选,所述执行器组件通过开合关节做开合运动。应当知晓,所述末
端执行器包括但不限于夹钳、剪刀、抓紧器、测针夹持器、切割刀片、缝合器等。优选,所述器
械末端组件还包括俯仰关节,所述俯仰关节用于驱动所述末端执行器做俯仰运动。更优选,
所述俯仰关节的轴线与所述开合关节的轴线垂直。进一步,所述从动盒200内设置有若干从
动组件(图中未示出),每一个所述从动组件通过所述传动结构与所述手术器械300连接,以
用于控制所述手术器械300的运动。而所述驱动盒100设置于所述手术工作臂上。且,所述驱
动盒100中设置有传动组件(如图3a所示)和驱动机构,所述传动组件被所述驱动机构(图中
3a中未示出)所驱动,以向所述从动盒200中的所述从动组件提供驱动力。进一步,所述手术
器械系统还包括无菌适配器400。整个手术机器人系统在手术前需要进行灭菌处理。而所述
手术工作臂、手术器械系统中的驱动盒100中都含有有源器件,难以用常规灭菌方法进行灭
菌。所以在手术器械与驱动盒100乃至手术工作臂之间设有无菌袋进行无菌化处理。而无菌
适配器400作为有菌环境和无菌环境之间的动力接口,并设置于无菌袋上,以实现将动力从
驱动盒100传递至手术器械的从动盒200上。
出基座1300、轴向储能元件1400和轴向限位组件。所述输入基座1100具有相对的第一端(图
中未标注)和第二端(图中未标注),以及用于连接所述第一端和第二端的外周面(图中未标
注),所述第一端用于与一驱动机构连接。所述导向传动部1200设置于所述输入基座1100的
外周面上。所述输出基座1300具有相对的第三端(图中未标注)和第四端(图中未标注),所
述第三端更靠近所述第一端。所述轴向储能元件1400用于在外力作用下使所述输入基座
1100和所述输出基座1300相互接近时存储能量;在外力撤除时释放能量,并驱使所述输入
基座1100和所述输出基座1300相互远离。所述轴向限位组件用于限制所述输入基座1100和
所述输出基座1300之间的最大位移。其中,所述输出基座1300被配置为与所述导向传动部
1200的形状相配合,当所述输入基座1100被所述驱动机构驱动旋转时,所述导向传动部
1200用于带动所述输出基座1300与所述输入基座1100同步转动。
标注),所述输入基座1100的第二端容纳于所述空腔中。
内配合槽1310,并且所述内配合槽1310的形状、尺寸与所述导向传动部1200相适应,例如,
所述导向传动部1200的截面形状为矩形,则所述内配合槽1310的截面形状则呈“]”型。当所
述输入基座1100受到驱动力而绕其轴线旋转时,所述导向传动部1200经所述内配合槽1310
将扭矩传递至所述输出基座1300以使所述输出基座1300随输入基座1100同步转动。较佳
地,所述导向传动部1200的最大宽度方向沿所述输入基座1100的轴向延伸,以增大导向传
动部1200的传力面。另外,本实施例并不限定所述导向传动部1200的具体数量,其可以是一
个或多个,当所述导向传动部1200的数量为多个时,多个所述导向传动部1200间隔地设置
在所述输入基座1100的外周面上。此外,所述导向传动部1200的延伸方向应与所述输入基
座1100的轴线方向相平行,以防止所述输出基座1300沿所述导向传动部1200延伸方向运动
时产生意外的周向运动。
座1300之间,如此,当所述传动组件1000在与外部部件卡接过程中受到轴向作用力时,所述
输出基座1300沿着所述输入基座1100的轴线方向靠近所述输入基座1100,所述轴向储能元
件1400存储能量;当所述传动组件1000在与外部部件卡接完成,轴向作用力消除时,所述轴
向储能元件1400释放能量,并驱使所述输入基座1100和所述输出基座1300相互远离。
的第四端的内壁抵接。如图3c所示,所述输入基座1100的第二端形成有一容纳孔1110,所述
容纳孔1110具有一台阶面。所述轴向储能元件1400容纳于所述容纳孔1110,并抵接于所述
台阶面上。所述容纳孔1110优选与所述输入基座1100同轴设置,从而使得所述输入基座
1100和所述输出基座1300受力均衡。所述弹性件的数量在本实施例中设置为一个,并且该
弹性件的一端被容置在所述容纳孔内1110内,另一端伸出所述容纳孔1110外而与所述输出
基座1300的第四端的内壁抵接。
设置在所述输出基座1300的第三端的内壁上。
所述轴向储能元件1400,相应地,所述输出基座1300具有对应的布置,如此设置亦可以达到
相近的效果。
述输出基座1300远离输入基座1100达到的第一极限位置。由此可以确定所述传动组件1000
最大的长度。例如,所述第一挡部1511设置在所述输入基座1100的第二端的端面上,所述第
一限位挡部1512设置在所述输出基座1300的内侧壁上。所述输出基座1300沿轴向远离所述
输入基座1100运动,当所述第一挡部1511与所述第一限位挡部1512相互作用时,所述输出
基座1300被阻止继续沿轴向远离所述输入基座1100,即所述输出基座1300运动至第一极限
位置。所述第一挡部1511作用于所述第一限位挡部1512时,还可以避免输出基座1300从所
述输入基座1100的第二端脱出。
侧壁上并沿所述内侧壁的径向向内延伸。详细地,在所述输入基座1100的第二端的端面上
设置第一螺孔1513,所述第一螺孔1513优选设置在所述导向传动部1200的端面上。并且在
所述输出基座1300的内侧壁,至少在所述第一螺孔1513外侧设置所述第一限位挡部1512。
为了加工方便,所述第一限位挡部1512沿所述输出基座1300的内侧壁周向延伸一圈、半圈、
三分之一圈、四分之一圈。优选,在所述输出基座1300的第四端设有与所述第一螺孔1513同
轴的轴向贯通的安装通孔1340。安装时,将所述输出基座1300套设在所述输入基座1100上
之后,再将所述第一螺钉穿过所述输出基座1300中的安装通孔1340而与所述输入基座1100
中的第一螺孔1513螺纹连接即可。如此设置,便于组装输入基座1100、输出基座1300、轴向
储能元件1400及第一轴向限位组件。
尘的盖板1600,所述盖板1600用于盖合所述凹槽1350,从而防止灰尘等杂质进入输出基座
1300的内腔。所述盖板1600的外表面优选与所述输出基座1300第四端构成一平面。另外,所
述盖板1600可通过卡接、卡扣等方式与所述输出基座1300可拆卸连接。
以确定所述传动组件1000最小的长度。所述第二轴向限位组件具有多种形式。例如,所述第
二轴向限位组件包括第二挡部1521和第二限位挡部。所述输出基座1300沿轴向与所述输入
基座1100相向运动,当所述第二挡部1521和第二限位挡部相互作用时,所述输出基座1300
被阻止继续沿轴向靠近所述输入基座1100,即所述输出基座1300运动至第二极限位置。具
体而言,所述第二挡部1521设置于所述输入基座1100的靠近第一端的外周面(如图3b所
示)。优选,所述第二挡部1521位于相邻两个所述导向限位部1200之间。所述第二限位挡部
设置于所述输出基座1300的第三端端面上。优选,所述第二限位挡部与所述输出基座1300
一体成型。所述输出基座1300靠近所述输入基座1100运动,即所述输出基座1300轴向向下
运动,当位于所述输出基座1300的下端面的第二限位挡部抵靠在所述第二挡部1521上时,
所述输出基座1300达到了第二极限位置处。
驱动机构2000还可配备减速机构(图中未示出)。所述驱动机构2000具有一输出轴,并且所
述驱动机构2000优选与所述传动组件1000可拆卸连接,以便于损坏后进行更换。
所述输入基座1100同轴布置。进一步地,所述输入基座1100上还设有锁紧孔1130、锁紧件
1700。通过所述锁紧孔1130与所述锁紧件1700的配合,实现所述驱动机构2000与所述输入
基座1100的固定。所述锁紧孔1130具体可为螺纹孔,所述锁紧件1700则为螺纹连接件(例如
螺钉)。所述锁紧孔1130也可以是销孔,所述锁紧件1700则为弹性销或常规销轴。
入基座1100的外周面靠近第一端的位置处。当所述驱动机构2000的输出轴插入所述安装孔
1120内时,所述锁紧件1700穿过所述锁紧孔1130,并提供给所述驱动机构2000的输出轴一
个锁紧力,使其与所述输入基座1100连接。
时,两者间应当设置抵接肩部(例如两者之间需要形成一台阶面,图中未标注)以承托所述
轴向储能元件1400。
可以实现所述传动组件1000与所述驱动机构2000之间周向保持相对固定。进一步,所述锁
紧孔1130包括第一锁紧孔部分和第二锁紧孔部分,其中第二锁紧孔部分位于所述驱动机构
2000异形端的端部,所述第一锁紧孔部分用于连通所述安装孔1120和所述容纳孔1110。所
述锁紧件1700穿过第一锁紧孔部分后与第二锁紧孔部分连接(例如卡接、螺纹连接等可拆
卸连接方式)将所述传动组件1000与驱动机构2000连接,以实现两者的轴向固定。
1000与所述驱动机构2000通过联轴器连接。通过增加联轴器,并可在所述联轴器上增加额
外的辅助结构,如齿轮传动结构、编码器结构或传感器结构,判别减速机轴的输出转速、位
置、扭矩等信息。所述联轴器与所述驱动机构2000连接的一端设有驱动机构安装孔,用于容
纳所述驱动机构2000的输出轴。类似地,所述联轴器上还设有联轴器锁紧孔、联轴器锁紧
件,通过联轴器锁紧孔、联轴器锁紧件之间地配合实现所述联轴器与所述驱动机构2000固
定连接。所述联轴器与所述传动组件1000连接的一端为异形端。相应地,所述传动组件1000
的安装孔1120也为异形。如此配置,可以实现所述联轴器与所述驱动机构2000之间周向保
持相对固定。进一步,所述联轴器与所述传动组件1000对应的端部设有所述第二锁紧孔部
分,而所述第一锁紧孔部分被设置为连通所述安装孔1120和所述容纳孔1110。所述锁紧件
1700通过所述第二锁紧孔部分与所述第一锁紧孔部分相配合以连接所述输入基座1100和
所述联轴器,实现所述输入基座1100和所述联轴器的轴向固定。
图,即所述输出基座1300向上运动至第一极限位置时的示意图;图8b是所述输入基座1100
与所述输出基座1300间距离最小时的结构示意图,即所述输出基座1300向下运动至第二极
限位置时的示意图。
发明实施例中将所述导向传动部1200设置在所述输入基座1100的外周面上,增大了传动部
位到所述传动组件1000轴线的距离(即r值),进而改善所述传动组件1000的传动精度。
例中的所述导向传动部1200位于所述输入基座1100的外周面上,增大了传动部位到所述传
动组件1000轴线的距离,进而减小了所述导向传动部1200的受力值。
为所述输入基座1100与所述输出基座的最小重合段长度;m为所述第一挡部1511在轴向上
的厚度以及所述盖板1600在轴向上的厚度之和。
值。而由公式(III)可知,当所述输出基座1200沿轴向运动时的最大行程s与所述输入基座
1100与所述输出基座的最小重合段长度p值确定后,所述传动组件1000的轴向尺寸仅受所
述输入基座1100与所述输出基座1200间距离最小时的预留间隙n和所述第一轴向限位组件
的头部1512在轴向上的厚度以及所述盖板1600在轴向上的厚度之和m的影响,也即轴向尺
寸利用率的最大值由n值和m值决定。而在实际制造过程中n的取值在(0mm,2mm]之间,m可控
制在[0.2mm,4mm]之间,由此可见,n与m之和完全可以忽略不计,即本发明实施例提供的所
述传动组件1000具有非常大的轴向尺寸利用率,这对实现所述传动组件1000的小型化设计
十分有利。
为简明起见,以下仅针对与第一实施例不同之处进行说明。
三挡部1514和第三限位挡部1515,用于确定所述输出基座1300远离输入基座1100达到的第
一极限位置。其中,所述第三挡部1514设置于所述输出基座1300的第三端的端面上;所述第
三限位挡部1515设置于所述输入基座1100的第二端外周面。相应地,所述输出基座1300的
内腔设有与第三限位挡部1515形状相匹配的容纳通道,以便于所述第三限位挡部1515沿轴
向运动。如此设置,所述第三挡部1514与所述第三限位挡部1515相作用时,所述输出基座
1300运动至第一极限位置,所述输出基座1300与所述输入基座1100之间的轴向距离达到最
大值。
用以下方式来实现第一轴向限位组件的限位作用:在所述输出基座1300第三端的端面上开
设有第二螺孔,并且所述第二螺孔的位置与所述第三限位挡部1515相对应,然后在所述第
二螺孔处设置所述第二螺钉。当所述输出基座1300与所述输入基座1100之间的距离达到第
一极限位置时,所述第二螺钉的头部朝向所述输出基座1300的表面与所述第三限位挡部
1515抵接。通过所述第二螺钉与第三限位挡部1515构成所述第一轴向限位组件,以使所述
输入基座1100、输出基座1300及第一轴向限位组件便于组装。
输出基座1300沿轴向与所述输入基座1100相向运动,当所述第四挡部和第四限位挡部相互
作用时,所述输出基座1300被阻止继续沿轴向靠近所述输入基座1100,即所述输出基座
1300运动至第二极限位置。具体而言,所述第四挡部设置于所述输入基座1100的第二端的
端面上,所述第四限位挡部设置于所述输出基座1300第四端的内壁。优选,所述第四挡部设
置于所述导向传动部1200朝向所述输出基座1300的端面。所述第四挡部与所述第三限位挡
部1515间形成高度落差,可以减轻整个传动组件1000的重量,实现产品轻量化的设计。优
选,所述第四限位挡部与所述输出基座1300第四端的内壁一体成型,所述第四挡部与所述
导向传动部1200一体成型。所述输出基座1300靠近所述输入基座1100运动,即所述输出基
座1300轴向向下运动,当位于所述输出基座1300第四端的内壁的第四限位挡部抵靠在位于
所述导向传动部1200的第四挡部1521上时,所述输出基座1300达到了第二极限位置处。
座1300向上运动至第一极限位置时的示意图;图10b所示为所述输出基座1300与所述输入
基座1100间轴向距离最小时的示意图,即所述输出基座1300向下运动至第二极限位置时的
示意图。所述传动组件1000的最大轴向尺寸有:
为所述输入基座1100与所述输出基座的最小重合段长度;q为所述输出基座1300第四端的
壁的厚度(包含第四限位挡部)。
需设置凹槽,因此可缩小输出基座1300的第四端的壁的厚度q(实际制造时,q值可控制在
[0.3mm,3mm]之间),进而减小整个所述传动组件1000的轴向尺寸,增大所述传动组件1000
的轴向尺寸利用率。
关系做进一步说明。
置,各个组件的尺寸限制。为清晰起见,图中部分结构被略去。
如,所述第三挡部1514为上述的第二螺钉,所述限位端即为螺钉头,所述连接端即为螺钉
杆,所述连接孔即为所述第二螺孔。具体请参考图11a至图11c,所述传动组件1000的圆心为
O1,所述传动组件1000在以O1为圆心,直径为d1的外接圆S内;所述内配合槽1310及其壁厚的
总宽度为w,且内配合槽1310具有一对称线,所述对称线作为确定各个组件相对位置关系的
基础;B点为所述第三限位挡部1515在所述输入基座1100的第二端外周面上的起始位置;O2
点为所述第二螺孔的圆心。图11a至图11c中还标识出了第一径向线O1A、第二径向线O1B,第
五径向线O1O2。其中,所述第一径向线O1A即为所述对称线,所述第二径向线O1B为经过所述
传动组件1000的圆心O1和第三限位挡部1515的起始位置B点的直线,所述第五径向线O1O2为
经过所述传动组件1000的圆心O1和圆心O2的直线。以O2为圆心作第一虚拟圆S1,所述第一虚
拟圆S1与所述第二径向线O1B相切。以O2为圆心作第二虚拟圆S2,所述第二虚拟圆S2的直径d4
为所述第二螺孔的直径与预设的安全螺纹壁厚之和。以O2为圆心作第三虚拟圆S3,所述第三
虚拟圆S3与所述内配合槽1310外壁、内接圆S相切,直径为d2,亦即为第三挡部1514的限位
端,例如第二螺钉的头部直径。一般而言,所述第一虚拟圆S1的直径d3为所述第三虚拟圆S3
的直径d2的1.1~1.6倍;所述第二虚拟圆S2的直径d4为所述第三虚拟圆S3的直径d2的0.6~
0.8倍。
径向线O1A顺时针旋转至所述第二径向线O1B时所转动的角度,由此可以获得第三限位挡部
1515的起始位置。
距离皆大于0.5*d4。因为d4=0.6~0.8d2,所以所述第三限位挡部1515上的任一点到圆心O2
的距离需要大于0.3*d2。
示所述锁紧孔1130的直径,所述虚拟矩形的长边表示锁紧孔1130的长度。为保证传动组件
与驱动机构有足够的链接强度,需预设所述虚拟矩形的短边长度L1,所述虚拟矩形的长边
的长度L2。其中,C点表示虚拟矩形R右侧短边的一个顶点,E点表示虚拟矩形R右侧短边的另
一个顶点,D点表示虚拟矩形R右侧短边的中点。
O1D为经过所述传动组件1000的圆心O1和所述虚拟矩形R的短边的中点D的直线。进一步地,
可依据以下方式求获得锁紧孔1130的相对位置:
的对称轴,此时有:
θ3为从所述第三径向线O1C顺时针旋转至所述第四径向线O1D时所转动的角度,夹角θ5为从
所述第四径向线O1D顺时针旋转至所述第二径向线O1B时所转动的角度。
1200相匹配的外配合槽1320。在本例中,所述导向传动部1200的传力部位到所述输入基座
1100轴线的距离进一步增大,因此其传动精度也更高。
个驱动机构2000。其中所述壳体3000开设有至少一个输出孔3100;所述传动组件1000为前
述任一实施例所提供的传动组件1000,所述传动组件1000设置于壳体3000内,并从所述输
出孔3100中延伸出,所述传动组件1000的第四端置于所述壳体3000的外部,从而可将扭矩
向外传递;所述驱动机构2000用于与所述传动组件1000的输入基座1100的第一端连接,以
驱动所述输入基座1100绕轴线转动。
中的所述输出孔3100、所述传动组件1000及所述驱动机构2000的数量依据待驱动的所述手
术器械300的运动自由度来设定,例如一手术器械300具有四个自由度,则所述输出孔3100、
所述传动组件1000及所述驱动机构2000的数量均为四个。
构2000上设有第二锁紧孔部分,一锁紧件1700通过与所述第一锁紧孔和所述第二锁紧孔部
分配合实现所述驱动机构与所述输入基座1100的固定。进一步地,当所述驱动机构2000的
输出端为异形端时,所述传动组件1000的所述安装孔1120的形状应与之相匹配。
传动结构和远端的器械末端组件。其中,所述从动盒200内设置有从动组件(图中未示出),
所述从动组件通过所述传动结构与器械末端组件上的关节相连而驱动所述关节运动。而所
述驱动盒100包括所述传动组件1000,所述传动组件1000与所述从动组件可拆卸连接,以实
现将所述驱动盒100的动力传递至所述手术器械。
所述驱动盒100中的所述传动组件1000的可拆卸连接,进而所述驱动盒100中的所述驱动机
构2000能够驱动所述从动组件运动并带动所述器械末端组件上的关节动作。
输出基座1300的一侧相应地设置有从动连接部430。在一个示范性实施例中,所述主动连接
部1330和所述从动连接部430中的一个为插槽、另一个则为插块,例如所述主动连接部1330
被设置为插块时,所述从动连接部430即被设置为插槽。当两者插接过程中,如果插块与插
槽没有完成配合时,所述中间转盘420对输出基座1300施加一个轴向作用力,所述输出基座
1300克服轴向储能元件1400阻力向输入基座1100移动,并在导向传动部1200作用下,随驱
动机构2000同步相对于所述中间转盘420转动;当所述输出基座1300转动至插块与插槽匹
配的角度时,所述中间转盘420与所述输出基座1300之间的作用力消除,在所述轴向储能元
件作用下所述输出基座1300远离所述输入基座1100,同时插块落入插槽中,通过两者实现
所述传动组件1000与中间转盘420之间的动力传递。
出基座1300第三端端面的转动中心对称地设置,所述从动连接部430与所述主动连接部
1330相应设置。如此可以确保所述传动组件1000与所述中间转盘420只能从一个方位上对
接,从而保证正确的控制器械末端组件中各个关节的转动。
动连接部430时,两者形成楔形配合从而所述传动组件1000与所述中间转盘420连接。
两个平面侧壁和两个弧状侧壁。优选,所述平面经过所述动连接部430的圆心,且弧状侧壁
为圆弧状侧壁。所述主动连接部1330的布置亦是如此。这样一来,传动时所述主动连接部
1330和所述从动连接部430的受力面均为平面,受力更为均匀,有助于延长所述主动连接部
1330和所述从动连接部430的使用寿命。
输出基座1300的第四端插入所述导向壁内,并通过回转面与导向壁的配合实现所述中间转
盘420与所述传动组件1000的同心定位。
所示,所述中间转盘420的中间接口为插槽。而从动接口为与之相适配的插块。
现手术器械动作的过程。
为所述主动连接部1330与所述从动连接部430尚未对接,即所述中间转盘420未被传动组件
1000驱动而同步转动时的状态示意图,(b)所示为所述主动连接部1330与所述从动连接部
430恰好相对时的示意图,(c)所示为主动连接部1330与从动连接部430完成对接使中间转
盘420与所述传动组件1000连接时的示意图。
的第四端提供了一个朝向所述输入基座1100的轴向作用力F1,使得传所述动组件1000处于
被压缩状态,所述轴向储能元件1400因为轴向作用力F1存储能量;随后所述驱动机构2000
驱动所述传动组件1000转动,所述主动连接部1330转动至与所述从动连接部430相对应的
位置,此时如图14中b所示,轴向作用力F1不再存在,与此同时所述轴向储能元件1400释放
能量向所述输出基座1300提供了一个背离所述输入基座1100的轴向作用力F2,所述输出基
座被该轴向作用力F2推动沿远离所述输入基座1100的方向运动至所述主动连接部1330插
入所述从动连接部430中,从而完成所述主动连接部1330与所述从动连接部430的对接,此
时状态如图14中c所示;之后,所述中间转盘420即可随所述传动组件1000同步转动。然后,
继续将所述无菌适配器400与手术机器连接。所述中间转盘420的插槽与所述从动接口继续
进行适配。具体过程与上述过程类似,在所述从动接口对中间转盘420作用下,所述传动组
件1000和所述中间转盘420一并被压缩。在所述传动组件1000和所述中间转盘420继续转
动,在所述中间转盘420的中间接口与所述从动接口位置相匹配时,所述轴向储能元件1400
驱动所述中间转盘420的中间接口与所述从动接口连接。最终,所述驱动机构2000通过主动
组件、无菌适配器、从动组件实现动力传动至手术器械,从而使器械末端组件的关节运动。
部1330与从动连接部430间的轴向间隙△t;又如,因拔模角度的存在,所述主动连接部1330
与所述从动连接部430间还存在角度间隙△q,这些偏差的存在不利于传动精度的提高。对
接时,所述输出基座1300被所述轴向储能元件1400推动而沿轴向移动,使得所述主动连接
部1330插入所述从动连接部430并与之形成锥面配合,从而补偿轴向间隙△t和角度间隙△
q,消除参数偏差带来的不利影响,进一步提高传动精度。优选,本发明实施例中所述主动连
接部1330与所述从动连接部430的设计尺寸不完全一致,具体地,所述从动连接部430的开
口尺寸较主动连接部1330的根部尺寸略小,而其深度较主动连接部1330的高度相同或略
大。如此配置,结合所述轴向储能元件1400的轴向位移补偿制造公差的作用,两者之间配
合,可以实现无缝对接,进一步提升传动精度。
述驱动盒100设置于所述手术工作臂上。
所述导向传动部1200延伸超出所述输入基座1100的第二端,而使所述输出基座1300的第三
端的端面向输入基座1100的第二端设置且与第二端存在容纳所述轴向储能元件1400的空
间,因此本发明对所述输出基座1300与所述输入基座1100的配合关系不作特别的限定。
盒,该驱动盒供手术机器人使用,以在手术中实现手术器械各个方向上的切换使用,使得手
术机器人的操作精度高和使用寿命长。以及本发明的实施例还提供了一种具有上述驱动盒
的手术器械系统以及手术机器人系统。
发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。