一种用于导丝的运动控制装置以及手术机器人的制作方法

1.本公开涉及一种手术机器人技术领域，特别地涉及一种用于导丝的运动控制装置以及手术机器人。


背景技术：

2.心血管疾病已成为全球和我国的头号死亡原因，而传统的导丝，导管介入器械在使用上，医生和医护人员会长期暴露于x射线的电离辐射下，穿着沉重的铅衣也会让医生受到二次伤害。借助机器人技术，让医生通过物理隔离或远程操作的方式，可精确治疗并减少损伤。
3.现阶段，已开发和推出的微创介入手术机器人系统，导管的旋转必然引起相应的驱动元件旋转，导致装置复杂，实际应用性不足，造成医疗实物，同时没有合适的无菌保护，极易发生感染，如何设计一个导管旋转同时有效可有效的无菌隔离结构是我们当前急需解决的问题。现有的导丝的推进和旋转运动之间的耦合，在机械上的摩擦会相互影响，导致控制时容易出错，功能失效。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本公开实施例提出了一种用于导丝的运动控制装置，以解决现有技术中导丝的推进和旋转运动之间的耦合，在机械上的摩擦会相互影响，导致控制时容易出错，功能失效等问题。
5.一方面，本公开提供一种用于导丝的运动控制装置，包括支撑架，所述支撑架包括底板、第一侧板和第二侧板，所述第一侧板和所述第二侧板分别在所述底板的相对两个端部并且垂直于所述底板设置，在所述第一侧板上设置第一齿轮组和第二齿轮组，在所述第一侧板和所述第二侧板之间设置用于控制所述导丝实现旋转运动的导丝外筒，所述导丝外筒与所述第一齿轮组连接，在所述导丝外筒内设置锥齿轮组，所述锥齿轮组的一端与所述第二齿轮组连接，其另一端与第三齿轮组连接,所述第三齿轮组与两组带轮组分别传动连接，所述带轮组用于夹紧所述导丝从而控制所述导丝实现直线往复运动。
6.在一些实施例中，在所述第一侧板和所述第二侧板之间设置第三驱动轴，所述导丝外筒与所述第一齿轮组共同套设在所述第三驱动轴上并且同轴连接。
7.在一些实施例中，所述第一齿轮组包括第一驱动轴，所述第一驱动轴与导丝旋转电机相连接，在所述第一驱动轴上套设第一齿轮，所述第一齿轮与第二齿轮相啮合，所述第二齿轮与所述导丝外筒通过所述第三驱动轴相连接。
8.在一些实施例中，所述第二齿轮组包括第二驱动轴，所述第二驱动轴与导丝推进电机相连接，在所述第二驱动轴上套设第三齿轮，所述第三齿轮与第四齿轮相啮合。
9.在一些实施例中，所述锥齿轮组包括相互啮合的垂直锥齿轮和水平锥齿轮，所述垂直锥齿轮靠近所述第一侧板设置并通过第一连接轴与所述第四齿轮同轴连接。
10.在一些实施例中，在所述水平锥齿轮的输出侧设置第二连接轴，所述水平锥齿轮
通过所述第二连接轴与所述第三齿轮组传动连接。
11.在一些实施例中，所述第三齿轮组包括第五齿轮和第七齿轮，所述第五齿轮和所述第七齿轮通过所述第二连接轴与所述水平锥齿轮同轴连接，所述第七齿轮与第八齿轮在第一平面内相啮合，所述第八齿轮与第九齿轮在所述第一平面内相啮合，所述第五齿轮与第六齿轮在第二平面内相啮合。
12.在一些实施例中，在所述第九齿轮上设置第三连接轴，在所述第六齿轮上设置第四连接轴，所述第三齿轮组通过所述第三连接轴和所述第四连接轴分别与两组所述带轮组同轴连接。
13.在一些实施例中，两组所述带轮组包括相对设置的第一带轮组和第二带轮组，所述第一带轮组和所述第二带轮组之间夹设所述导丝。
14.在一些实施例中，所述第一带轮组包括第一带轮和第二带轮，所述第二带轮组包括第三带轮和第四带轮，在所述第一带轮和所述第二带轮之间套设第一传送带，在所述第三带轮和所述第四带轮之间套设第二传送带，所述第一传动带和所述第二传送带用于夹设所述导丝并驱动所述导丝沿直线往复运动。
15.在一些实施例中，所述第一传送带和所述第二传送带采用聚氨酯或者硅胶材料制成。
16.在一些实施例中，还包括调整装置，所述调整装置包括支撑板、调整旋钮以及连杆组，所述连杆组与所述第二带轮组连接，通过旋转所述调整旋钮以通过所述连杆组以调整两个所述带轮组之间的间隙。
17.在一些实施例中，所述调整旋钮设置在所述导丝外筒的所述侧壁上。
18.在一些实施例中，在所述支撑板上设置固定架和中心轴，所述固定架与所述第一带轮组连接并且用于固定所述第一带轮和所述第二带轮的位置，所述连杆组设置在所述固定架、所述中心轴以及所述调整旋钮之间以调整所述第二带轮组中的所述第三带轮和所述第四带轮的位置。
19.在一些实施例中，所述连杆组包括第一连杆、第二连杆、第三连杆以及第四连杆，所述调整旋钮通过调整螺钉与所述第一连杆的一端连接，所述第一连杆的另一端与所述第二连杆的中部连接，所述第二连杆的两端分别与所述第三带轮和所述第四带轮连接，所述第三连杆的两端分别与所述第四带轮和所述固定架连接，所述第四连杆的两端分别与所述中心轴和所述第四带轮连接。
20.另一方面，本公开实施例提供一种手术机器人，其包括上述任一项技术方案中的用于导丝的运动控制装置。
21.本公开实施例能够控制导丝分别独立实现旋转运动和直线往复运动，并且控制两种运动相互之间不会影响，还能够实现快速组装和拆卸。
附图说明
22.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开中记载的一些实施例，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。
23.图1为本公开一实施例的运动控制装置的结构示意图；
24.图2为本公开一实施例的运动控制装置的结构示意图；
25.图3为本公开一实施例的运动控制装置的结构示意图。
26.附图标记：
27.1-第一驱动轴(导丝旋转电机连接轴)；2-第二驱动轴(导丝推进电机连接轴)；3-第一齿轮；4-第二齿轮；5-导丝外筒；6-第三齿轮；7-第四齿轮；8-垂直锥齿轮；9-水平锥齿轮；10-第五齿轮；11-第六齿轮；12-第七齿轮；13-第八齿轮；14-第九齿轮；15-第一带轮；16-第一传送带；17-第二带轮；18-第三带轮；19-第二传送带；20-第四带轮；21-支撑架；211-底板；212-第一侧板；213-第二侧板；214-固定件；22-下部支撑板；23-导丝；24-支撑板；242-调整螺钉；243-第一连杆；244-第二连杆；245-第三连杆；246-第四连杆；25-调整旋钮。
具体实施方式
28.为了使得本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例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公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
29.除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
30.为了保持本公开实施例的以下说明清楚且简明，本公开省略了已知功能和已知部件的详细说明。
31.本公开实施例提供一种用于导丝的运动控制装置，其可以设置在例如手术机器人的医疗设备上适当的安装位置上，其用于在驱动所述导丝23时控制所述导丝实现旋转运动以及直线往复运动，这里的所述导丝23用于深入到患者体内以协助手术等治疗的进行。
32.如图1和图2所示，本公开实施例涉及的所述运动控制装置包括支撑架21，所述支撑架21包括底板211、第一侧板212和第二侧板213，相对设置的所述第一侧板212和所述第二侧板213分别设置在所述底板211的两个端部并且垂直于所述底板211设置，所述导丝23从所述第一侧板212的方向穿入并从所述第二侧板213的方向穿出。这里的所述底板211可以通过任意方式设置在例如手术机器人的医疗设备上适当的安装位置上。此外，在所述支撑架21的所述底板211的边缘处设置固定件214，所述支撑架21能够通过所述固定件214固定在需要的安装位置上，这里的所述固定件214例如可以是卡槽。
33.为了控制所述导丝23的运动，在所述第一侧板212上设置第一齿轮组和第二齿轮
组，其中，所述第一齿轮组用于控制所述导丝23实现旋转运动，所述第二齿轮组用于控制所述导丝23实现直线往复运动，这里的直线往复运动是指沿着所述第一侧板212至所述第二侧板213的直线方向上的往复运动。
34.进一步地，在所述第一侧板212和所述第二侧板213之间设置导丝外筒5。具体地，在所述第一侧板212和所述第二侧板213之间设置第三驱动轴，所述导丝外筒5与所述第一齿轮组共同套设在所述第三驱动轴上并且同轴连接，这样，所述导丝外筒5能够随着所述第一齿轮组的旋转而旋转，所述导丝23穿过所述导丝外筒5设置并能够随着所述导丝外筒5共同旋转。
35.其中，所述导丝外筒5可以呈壳体结构，具体地，其包括下部支撑板22，在所述下部支撑板22上设置环绕的侧壁，在所述下部支撑板22上设置导丝支撑板(图中未示出)。优选的是，还可以在所述侧壁上盖设导丝上盖板。
36.进一步地，在所述导管上盖板的边缘处可以设置固定装置，所述导管上盖板通过所述固定装置设置在所述侧壁上；优选的是，可以通过螺丝等紧固件将所述固定装置与所述侧壁之间形成固定连接；在另一个优选方式中，在所述侧壁上设置至少一个凹槽，在所述导管上盖板的边缘设置至少一个固定扣，所述固定扣与所述侧壁上对应的所述凹槽相互匹配，这样，通过所述固定扣卡合在所述凹槽中能够使得所述导管上盖板可拆卸地固定盖合在所述侧壁上。这里的所述凹槽和所述固定扣的数量和位置可以根据所述导管外筒5的形状确定。
37.进一步地，在所述导丝外筒5内设置锥齿轮组，所述锥齿轮组的一端与所述第二齿轮组连接，所述锥齿轮组的另一端与第三齿轮组连接，所述第三齿轮组设置在所述导丝外筒5中所述下部支撑板22和所述导丝支撑板之间形成的空间中，其中，通过所述锥齿轮组能够将所述第二齿轮组的沿第一方向的旋转转换为所述第三齿轮组的沿第二方向的旋转。
38.具体地，如图1并结合图2所示，所述第一齿轮组和所述第二齿轮组分别固定在所述第一侧板212上，其中，所述第一齿轮组位于所述第一侧板212和所述导丝外筒5之间，其包括第一驱动轴1(相当于导丝旋转电机连接轴)，所述第一驱动轴1与位于外部的导丝旋转电机相连接，在所述第一驱动轴1上套设第一齿轮3，所述第一齿轮3与第二齿轮4相啮合，所述第二齿轮4与所述导丝外筒5同轴连接，这样，所述导丝外筒5能够随着所述第二齿轮4的旋转而旋转。所述第二齿轮组位于所述第一侧板212的外侧，其包括第二驱动轴2(相当于导丝推进电机连接轴)，所述第二驱动轴2与位于外部的导丝推进电机相连接，在所述第二驱动轴2上套设第三齿轮6，所述第三齿轮6与所述第四齿轮7相啮合。
39.如上所述，所述锥齿轮组能够将所述第二齿轮组的沿第一方向的旋转转换为所述第三齿轮组的沿第二方向的旋转。
40.具体地，如图2所示，所述锥齿轮组包括相互啮合的垂直锥齿轮8和水平锥齿轮9，所述垂直锥齿轮8靠近所述第一侧板212设置并通过第一连接轴与所述第四齿轮7同轴连接，其中，所述第一连接轴穿过所述导丝外筒5的所述侧壁，所述垂直锥齿轮8和所述第四齿轮7分别位于所述侧壁的内侧和外侧。这样，所述第四齿轮7的旋转能够通过所述垂直锥齿轮8带动所述水平锥齿轮9旋转，从而将所述第二齿轮组中所述第四齿轮7的沿第一方向的旋转转换为所述第三齿轮组中所述水平锥齿轮9的沿第二方向的旋转。
41.所述锥齿轮组能够带动所述第三齿轮组实现旋转，为了控制将所述第三齿轮组的
旋转运动转换为所述导丝的直线往复运动，所述第三齿轮组与至少两个带轮组连接，所述带轮组用于夹紧所述导丝23从而通过摩擦力控制所述导丝23在沿着所述第一侧板212至所述第二侧板213的直线方向上实现往复运动。
42.如图2所示，在所述水平锥齿轮9的输出侧设置第二连接轴，所述水平锥齿轮9通过所述第二连接轴与所述第三齿轮组传动连接。进一步地，所述第三齿轮组包括第五齿轮10和第七齿轮12，其中，所述第五齿轮10和所述第七齿轮12通过所述第二连接轴与所述水平锥齿轮9同轴设置，其中，所述第七齿轮12靠近所述水平锥齿轮9设置，所述第七齿轮12在第一平面内与第八齿轮13相啮合，所述第八齿轮13在第一平面内与第九齿轮14相啮合，所述第五齿轮10与第六齿轮11在第二平面内相啮合，这样使得所述第七齿轮12、所述第八齿轮13以及所述第九齿轮14在一平面上相互啮合传动；所述第五齿轮10与第六齿轮11在另一平面内相互啮合传动。
43.如上所述，所述第三齿轮组与至少两个带轮组连接，其中，在所述第九齿轮14上设置第三连接轴；在所述第六齿轮11上设置第四连接轴，所述第九齿轮14通过所述第三连接轴以及所述第六齿轮11通过所述第四连接轴分别带动一个所述带轮组实现旋转。
44.具体地，在本公开的实施例中设置两组所述带轮组分别是第一带轮组和第二带轮组，其中，所述第一带轮组和所述第二带轮组相对设置，具体地，所述第一带轮组包括第一带轮15和第二带轮17，在所述第一带轮15和所述第二带轮17之间套设第一传送带16，所述第二带轮组包括第三带轮18和第四带轮20，在所述第三带轮18和所述第四带轮20之间套设第二传送带19，这样，所述第一传送带16在所述第一带轮15和所述第二带轮17之间运动，所述第二传送带19在所述第三带轮18和所述第四带轮20之间运动。
45.这样，在相对设置的所述第一传送带16和所述第二传送带19之间具有间隙以夹设所述导丝15，所述导丝15夹设在所述第一传送带16和所述第二传送带19之间并通过所述第一传送带16和所述第二传送带19的运动使得所述导丝15实现直线运动，这里的所述第一传送带16和所述第二传送带19例如可以采用聚氨酯、硅胶等用于医疗设备的材料制成。
46.进一步地，所述第一带轮15套设在所述第四连接轴上并通过所述第四连接轴与所述第六齿轮11同轴设置，所述第三带轮18套设在所述第三连接轴上并通过所述第三连接轴与所述第九齿轮14同轴设置，这样，所述第六齿轮11能够通过所述第四连接轴带动所述第一带轮15转动，所述第九齿轮14能够通过所述第三连接轴带动所述第三带轮18转动。
47.在一个实施方式中，所述第一带轮15和所述第二带轮17按照第一方向转动，所述第三带轮18和所述第四带轮20按照第二方向转动的情况下，可以通过所述第一传送带16和所述第二传送带19的运动控制所述导丝23沿直线从所述支撑架21的所述第一侧板212向所述第二侧板213的方向运动；同时，所述第一带轮15和所述第二带轮17按照第三方向转动，所述第三带轮18和所述第四带轮20按照第四方向转动的情况下，可以通过所述第一传送带16和所述第二传送带19的运动控制所述导丝23沿直线从所述支撑架21的所述第二侧板213向所述第一侧板212的方向运动。
48.为了调整所述第一带轮15和所述第三带轮18之间的间隙以能夹设不同尺寸的所述导丝15，还可以在所述导丝外筒5上设置调整装置，如图3所示，所述调整装置包括支撑板24、调整旋钮25以及连杆组，其中，所述调整旋钮25设置在所述导丝外筒5的所述侧壁上，这里的所述支撑板24例如可以位于所述导丝支撑板22的上方，这里的所述连杆组与其中一个
所述带轮组连接，通过旋转所述调整旋钮25以通过所述连杆组调整所述带轮组中的靠近所述调整旋钮25的所述带轮组的位置，以调整两个所述带轮组之间的间隙。
49.具体地，在所述支撑板24上设置固定架和中心轴，所述固定架与所述第一带轮组中的所述第一带轮15和所述第二带轮17连接并且用于固定所述第一带轮15和所述第二带轮17的位置，这里的所述连杆组包括第一连杆243、第二连杆244、第三连杆245以及第四连杆246，其中，所述调整旋钮25通过调整螺钉242与所述第一连杆243的一端连接，所述第一连杆243的另一端与所述第二连杆244的中部连接，所述第二连杆244的两端分别与所述第三带轮18和所述第四带轮20连接，所述第三连杆245的两端分别与所述第四带轮18和所述固定架连接，所述第四连杆246分别与所述中心轴和所述第四带轮20连接，这里所述第二连杆244、所述第三连杆245以及所述第四连杆246之间形成平行四边形，当需要调整所述第二带轮组的位置以适应不同尺寸的导丝时，旋转所述调整旋钮25通过所述调整螺钉242的位移使得所述第一连杆243移动，并进一步带动所述第二连杆244运动，从而使得靠近所述调整旋钮25的所述第二带轮组中的所述第三带轮18和所述第四带轮20整体地靠近或者远离所述第一带轮15和所述第二带轮17，从而实现所述第一带轮15和所述第三代轮18之间的间隙的调整。
50.采用上述实施例涉及的运动控制装置能够控制所述导丝分别独立实现旋转运动以及直线往复运动，具体地包括：一方面，通过所述导丝旋转电机驱动第一驱动轴1带动所述第一齿轮3旋转，并通过齿轮间传动带动所述第二齿轮4旋转，基于所述第二齿轮4的旋转进而驱动所述导丝外筒5实现整体旋转，进而使得所述导丝23进行旋转运动；另一方面，通过所述导丝推进电机驱动所述第二驱动轴2带动所述第三齿轮6旋转，通过齿轮间传动带动所述第四齿轮7旋转，由于所述第四齿轮7与所述垂直锥齿轮8相连接，进而带动所述垂直锥齿轮8旋转和与所述垂直锥齿轮8啮合的水平锥齿轮9旋转，所述水平锥齿轮9带动所述第五齿轮10和所述第七齿轮12旋转，其中，所述第五齿轮10通过带动所述第六齿轮11旋转，从而带动所述第一带轮15旋转，所述第一带轮15带动所述第二带轮17并使得所述第一传送带16与所述第一带轮15同步旋转运动，所述第七齿轮12通过所述第八齿轮13使所述第九齿轮14旋转，并带动所述第三带轮18旋转，所述第三带轮18带动所述第四带轮20并使得所述第二传送带19与所述第三带轮16同步旋转运动，通过所述第一传送带16和所述第二传送带19之间夹紧所述导丝23并带动所述导丝23向前和向后实现直线运动。
51.本公开的另一实施例提供一种手术机器人，其包括上述任一项技术方案中的用于导丝的运动控制装置。
52.本公开实施例能够控制导丝分别独立实现旋转运动和直线往复运动，并且控制两种运动相互之间不会影响，还能够实现快速组装和拆卸。
53.此外，虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这不应当理解为要求这些操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行来执行。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。同样地，虽然在上面论述中包含了若干具体实现细节，但是这些不应当被解释为对本公开的范围的限制。在单独的实施例的上下文中描述的某些特征还可以组合地实现在单个实施例中。相反地，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以单独地或以任何合适的子组合的方式实现在多个实施例中。
54.尽管已经采用特定于结构特征和/或方法逻辑动作的语言描述了本主题，但是应
当理解所附权利要求书中所限定的主题未必局限于上面描述的特定特征或动作。相反，上面所描述的特定特征和动作仅仅是实现权利要求书的示例形式。
55.以上对本公开多个实施例进行了详细说明，但本公开不限于这些具体的实施例，本领域技术人员在本公开构思的基础上，能够做出多种变型和修改实施例，这些变型和修改都应落入本公开所要求保护的范围。