手術(shù)機(jī)器人的主夾持器結(jié)構(gòu)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】公開(kāi)了一種手術(shù)機(jī)器人的主夾持器結(jié)構(gòu)。設(shè)置在安裝有手術(shù)器械的手術(shù)機(jī)器人的主單元，用于接收來(lái)自使用者的夾持操作，以便使器械執(zhí)行夾持動(dòng)作，其包括：本體；傳動(dòng)軸，結(jié)合于本體；一對(duì)夾持元件，結(jié)合于傳動(dòng)軸，對(duì)應(yīng)于使用者的夾持操作進(jìn)行開(kāi)閉；第一檢測(cè)部，內(nèi)置于傳動(dòng)軸內(nèi)，用于檢測(cè)使用者是否夾持了夾持元件；在與夾持檢測(cè)傳感器電連接的部位使用滑環(huán)，所以即使夾持單元旋轉(zhuǎn)，電連接電纜不會(huì)纏繞或短路，從而能夠?qū)崿F(xiàn)手指夾持部的無(wú)限旋轉(zhuǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】手術(shù)機(jī)器人的主夾持器結(jié)構(gòu)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種手術(shù)機(jī)器人的主夾持器結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]醫(yī)學(xué)上的手術(shù)是指使用醫(yī)療器械對(duì)皮膚、粘膜或其它組織進(jìn)行切開(kāi)、切割或進(jìn)行操作而治愈病的手段。特別是，切開(kāi)手術(shù)部位皮膚而對(duì)其內(nèi)部器官等進(jìn)行治療、整形或切除的剖腹手術(shù)等，由于出現(xiàn)出血、副作用、患者痛苦、疤痕等問(wèn)題，最近作為替代方案，使用機(jī)器人(Robot)的手術(shù)備受歡迎。
[0003]這種手術(shù)機(jī)器人包括主(master)單元和從(slave)單元，主單元和從單元也作為一個(gè)手術(shù)機(jī)器人的不同部分區(qū)分，或者各以單獨(dú)的裝置、即操作部作為主機(jī)器人、驅(qū)動(dòng)部作為從機(jī)器人而分別配置在手術(shù)室，該主單元通過(guò)醫(yī)生的操作生成所需的信號(hào)并進(jìn)行傳送，該從單元從操作部接收信號(hào)之后直接對(duì)患者進(jìn)行手術(shù)所需的操作。
[0004]在手術(shù)機(jī)器人的主單元設(shè)置有供醫(yī)生操作的設(shè)備，當(dāng)用機(jī)器人進(jìn)行手術(shù)時(shí)，執(zhí)刀醫(yī)生并不直接操作手術(shù)所需的器械，而是通過(guò)操作上述設(shè)備使安裝于機(jī)器人的各種器械執(zhí)行手術(shù)所需的動(dòng)作。
[0005]在手術(shù)機(jī)器人的從單元安裝有手術(shù)器械，而在器械末端結(jié)合有執(zhí)行器(effector)。執(zhí)行器根據(jù)手術(shù)動(dòng)作種類(lèi)可以構(gòu)成為鉗子、剪子、刀、針等不同形狀及結(jié)構(gòu)，如上所述的通過(guò)操作設(shè)置在主單元的設(shè)備，器械的執(zhí)行器根據(jù)其形狀和結(jié)構(gòu)執(zhí)行手術(shù)所需的夾持(grip)、切割(cutt ing)、縫合(suturing)等各種動(dòng)作。
[0006]其中，執(zhí)行器構(gòu)成為鉗子結(jié)構(gòu)時(shí)，為了控制執(zhí)行器的動(dòng)作，在主設(shè)備上可以設(shè)置有夾持器(gripper)。即，在手術(shù)機(jī)器人的主單元設(shè)置鉗子形狀的夾持器，執(zhí)行器與使用者的夾持器操作對(duì)應(yīng)地執(zhí)行夾取動(dòng)作。
[0007]對(duì)手術(shù)用主機(jī)器人而言，以往操作者(醫(yī)生)旋轉(zhuǎn)手柄時(shí)需要扭轉(zhuǎn)自己的手腕，此時(shí)，當(dāng)將手腕扭轉(zhuǎn)一定程度以上時(shí)，(因人體結(jié)構(gòu)原因)不能再旋轉(zhuǎn)手柄，從而存在手術(shù)工具(器械)的動(dòng)作(旋轉(zhuǎn))范圍也受到限制的問(wèn)題。
[0008]現(xiàn)有的主夾持器結(jié)構(gòu)為，一對(duì)夾持元件結(jié)合于鉸鏈軸的鉗子形狀，其構(gòu)成為，通過(guò)驅(qū)動(dòng)設(shè)置于鉸鏈軸的電機(jī)，鉗子打開(kāi)或閉合的結(jié)構(gòu)，或者外部的驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)鋼絲與鉸鏈軸滑輪(pulley )結(jié)合，并隨著驅(qū)動(dòng)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)，張力通過(guò)鋼絲傳遞，從而使鉗子打開(kāi)或閉合的結(jié)構(gòu)。
[0009]此時(shí)，電機(jī)上結(jié)合有編碼器，根據(jù)通過(guò)編碼器傳送的有關(guān)電機(jī)旋轉(zhuǎn)程度的信息，來(lái)掌握夾持器打開(kāi)程度(或閉合程度)，由此，控制執(zhí)行器執(zhí)行對(duì)應(yīng)于夾持器開(kāi)閉程度的夾取動(dòng)作。
[0010]但是，現(xiàn)有的主夾持器結(jié)構(gòu)，需要在鉸鏈軸(或者外部)上設(shè)置能夠控制雙方向旋轉(zhuǎn)的電機(jī)(例如伺服電機(jī))，所以?shī)A持器尺寸變大而結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且需要適當(dāng)調(diào)節(jié)滑輪線的張力(tension)才能正常動(dòng)作。即，鋼絲張力過(guò)大，電機(jī)難以順暢地旋轉(zhuǎn)，而張力過(guò)小，發(fā)生產(chǎn)生虛位(back lash)等問(wèn)題。[0011]此外，在現(xiàn)有的主夾持器結(jié)構(gòu)上使用的傳感器(霍爾傳感器)是模擬式的，所以需要AD轉(zhuǎn)換器，因此各個(gè)傳感器需要校準(zhǔn)(calibration)。
[0012]另一方面，現(xiàn)有的主夾持器結(jié)構(gòu)也應(yīng)用了利用光學(xué)裝置檢測(cè)手指夾持部(fingergrip)旋轉(zhuǎn)的技術(shù)。
[0013]上述【背景技術(shù)】是發(fā)明人為了導(dǎo)出本發(fā)明而持有或在導(dǎo)出本發(fā)明的過(guò)程中所學(xué)到的技術(shù)信息，不一定是本發(fā)明申請(qǐng)之前向公眾公開(kāi)的公知技術(shù)。
[0014]另一方面，公開(kāi)特許10-2012-0079331公開(kāi)了一種機(jī)器臂滑環(huán)裝置，其固定在機(jī)器臂主電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上，與該旋轉(zhuǎn)軸一體旋轉(zhuǎn)的同時(shí)將電信號(hào)傳遞給伺服電機(jī)，其包括:框架；第一蓋體，由非導(dǎo)電體構(gòu)成，相對(duì)于所述框架可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置，具有固定于所述主電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上的環(huán)狀結(jié)構(gòu)；旋轉(zhuǎn)環(huán)，呈環(huán)狀，由導(dǎo)電性材料制造，沿所述旋轉(zhuǎn)軸方向?qū)盈B配置并與所述第一蓋體接觸，固定于所述第一蓋體上；絕緣環(huán)，由非導(dǎo)電性材料制造，與所述旋轉(zhuǎn)環(huán)接觸并隔著所述旋轉(zhuǎn)環(huán)層疊配置在所述第一蓋體的相反側(cè)，且被固定于所述旋轉(zhuǎn)環(huán)；和第二蓋體，由非導(dǎo)電性材料制造，隔著所述絕緣環(huán)層疊配置在所述旋轉(zhuǎn)環(huán)的相反側(cè)，且被固定于所述絕緣環(huán)；具有導(dǎo)銷(xiāo)部，相對(duì)于所述旋轉(zhuǎn)環(huán)可滑動(dòng)接觸地設(shè)置，而相對(duì)于所述框架固定地設(shè)置，且具有多個(gè)導(dǎo)銷(xiāo)。在公開(kāi)特許10-2010-0025029公開(kāi)了一種工業(yè)機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)手指，在機(jī)器人前臂內(nèi)周表面形成有軸的部位安裝滑環(huán)，以便從作為固定體的前臂向作為旋轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)手指內(nèi)部供應(yīng)電力，而接受電源的旋轉(zhuǎn)手指內(nèi)部的氣缸使用一體式電磁閥，只使用一個(gè)從旋轉(zhuǎn)外殼連接到旋轉(zhuǎn)軸內(nèi)的氣缸的空氣通道，而且還向接收傳感器的信號(hào)并傳輸給PLC的I/O無(wú)線設(shè)備供應(yīng)電力。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0015]本發(fā)明提供一種手術(shù)機(jī)器人的主夾持器結(jié)構(gòu)，使用現(xiàn)有的夾持結(jié)構(gòu)并能夠使手指夾持部(finger grip)無(wú)限旋轉(zhuǎn)，將手指夾持的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作傳遞給編碼器時(shí)，能夠使虛位(back lash)最小化。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施方式，提供一種手術(shù)機(jī)器人的主夾持器結(jié)構(gòu)，其設(shè)置在安裝手術(shù)器械(instrument)的手術(shù)機(jī)器人的主單元，用于接收來(lái)自使用者的夾持操作，以使器械執(zhí)行夾持(grip)動(dòng)作,其包括:本體；傳動(dòng)軸(shaft),結(jié)合于本體；一對(duì)夾持元件(gripelement)，結(jié)合于傳動(dòng)軸，與使用者的夾持操作相應(yīng)地進(jìn)行開(kāi)閉；第一檢測(cè)部，內(nèi)置于傳動(dòng)軸內(nèi)，用于檢測(cè)使用者是否夾持了夾持元件。
[0017]第一檢測(cè)部可以包括紅外線傳感器，該紅外線傳感器通過(guò)檢測(cè)從使用者手中輻射的紅外線來(lái)檢測(cè)使用者的手的接近程度。
[0018]傳動(dòng)軸可結(jié)合于本體，以便與夾持元件的開(kāi)閉動(dòng)作對(duì)應(yīng)地以長(zhǎng)度方向?yàn)檩S線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
[0019]一對(duì)夾持元件分別以規(guī)定的鉸鏈軸為中心旋轉(zhuǎn)，可以執(zhí)行開(kāi)放時(shí)彼此張開(kāi)，閉合時(shí)彼此并攏的動(dòng)作。
[0020]傳動(dòng)軸的一端部在鉸鏈軸部位與夾持元件結(jié)合，一對(duì)夾持元件在與鉸鏈軸結(jié)合的部位具有第一錐齒輪，而在傳動(dòng)軸的一端部具有與第一錐齒輪嚙合的第二錐齒輪。
[0021]在本體設(shè)置有滑環(huán)(slip ring)，紅外線傳感器與滑環(huán)電連接，所以即使傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，紅外線傳感器和滑環(huán)之間也能夠保持電連接。[0022]以設(shè)置有滑環(huán)的位置為基準(zhǔn)，在本體的一側(cè)結(jié)合有傳動(dòng)軸，另一側(cè)結(jié)合有轉(zhuǎn)子，在傳動(dòng)軸的外周面上形成有第一齒輪，在轉(zhuǎn)子的外周面上形成有第二齒輪，第一齒輪和第二齒輪通過(guò)惰輪(idle)連接，以避免與滑環(huán)發(fā)生干擾，因此，轉(zhuǎn)子隨著傳動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)可以聯(lián)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
[0023]轉(zhuǎn)子以傳動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)軸為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，而惰輪成對(duì)形成，并以旋轉(zhuǎn)軸為基準(zhǔn)對(duì)稱(chēng)配置，并被施壓以便貼緊第一齒輪和第二齒輪。
[0024]惰輪可以包括:向一方向延伸的主體；第三齒輪，設(shè)置在主體的一端部，并與第一齒輪嚙合；第四齒輪，設(shè)置在主體的另一端部，并與第二齒輪嚙合；主體可以被施加規(guī)定彈力的彈性體支承。
[0025]彈性體的彈力可以設(shè)定為，在第一齒輪和第三齒輪及第二齒輪和第四齒輪的結(jié)合結(jié)構(gòu)中能夠減少齒隙(backlash)的大小。
[0026]彈性體可以包括低力壓縮彈簧(low force compression spring),或者由聚醚醚酮(PEEK:Poly ether ether ketone)材料形成。
[0027]還可以包括第二檢測(cè)部，通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)程度來(lái)識(shí)別夾持元件的開(kāi)閉程度。
[0028]第二檢測(cè)部可以包括:設(shè)置在轉(zhuǎn)子上的磁體(magnet);編碼器(encoder)，位于與磁體對(duì)置的位置，與磁體的旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)地輸出傳感信號(hào)。
[0029]編碼器可以包括絕對(duì)編碼器(absolute encoder)。
[0030]除了上述之外的其它實(shí)施方式、特征、優(yōu)點(diǎn)，可以通過(guò)下面的附圖、權(quán)利要求的范圍及發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明會(huì)更明確。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選 實(shí)施例，在與夾持檢測(cè)傳感器電連接的部位使用滑環(huán)(slipring)，所以即使夾持單元旋轉(zhuǎn)，電連接電纜不會(huì)纏繞或短路，從而能夠?qū)崿F(xiàn)手指夾持部的無(wú)限旋轉(zhuǎn)，而且，將手指夾持的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作傳遞給編碼器時(shí)，使用被彈簧彈性支承的雙惰輪(dual idle gear),從而能夠在齒輪結(jié)合結(jié)構(gòu)中減少齒隙。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0032]圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施例涉及的手術(shù)機(jī)器人的主夾持器結(jié)構(gòu)的縱剖視圖。
[0033]圖2是示出本發(fā)明的實(shí)施例涉及的手術(shù)機(jī)器人的主夾持器結(jié)構(gòu)的立體圖。
[0034]圖3是示出本發(fā)明的實(shí)施例涉及的手術(shù)機(jī)器人的主夾持器結(jié)構(gòu)的主視圖。
[0035]圖4是示出本發(fā)明的實(shí)施例涉及的手術(shù)機(jī)器人的主夾持器結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
[0036]圖5是示出本發(fā)明的實(shí)施例涉及的惰輪結(jié)構(gòu)的縱剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]本發(fā)明可以進(jìn)行多種變化，可具有多種實(shí)施例，圖示出具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。但是，這并不是將本發(fā)明限定于具體的實(shí)施方式，而應(yīng)當(dāng)理解為包括包含于本發(fā)明的思想及技術(shù)范圍內(nèi)的所有變換、均等物以及替代物。說(shuō)明本發(fā)明時(shí)有關(guān)公知技術(shù)的詳細(xì)說(shuō)明可能混淆本發(fā)明的旨意的情況下，省略該詳細(xì)說(shuō)明。
[0038]可以使用諸如“第一”、“第二”等術(shù)語(yǔ)來(lái)描述各種構(gòu)成要素，但是所述構(gòu)成要素不受所述術(shù)語(yǔ)限制。所述術(shù)語(yǔ)僅用于將一個(gè)構(gòu)成要素與另一構(gòu)成要素進(jìn)行區(qū)分為目的。
[0039]本申請(qǐng)中使用的術(shù)語(yǔ)僅用于描述具體實(shí)施例，并不意在限制本發(fā)明。單數(shù)表示包括復(fù)數(shù)表示，除非文章中明確表示。本申請(qǐng)中，諸如“包括”或“具有”等術(shù)語(yǔ)意在表示存在說(shuō)明書(shū)的描述中所采用的特征、序號(hào)、步驟、操作、構(gòu)成要素、組件或其組合，而不排除存在或增加一個(gè)或多個(gè)不同的特征、編號(hào)、步驟、操作、構(gòu)成要素、組件或其組合的可能性。
[0040]下面，參照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施例，在參照附圖進(jìn)行說(shuō)明時(shí)，相同或相對(duì)應(yīng)的構(gòu)成要素賦予了相同符號(hào)，省略對(duì)其的重復(fù)說(shuō)明。
[0041]圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施例涉及的手術(shù)機(jī)器人的主夾持器結(jié)構(gòu)的縱剖視圖，圖2是示出本發(fā)明的實(shí)施例涉及的手術(shù)機(jī)器人的主夾持器結(jié)構(gòu)的立體圖。參照?qǐng)D1和圖2，示出了本體10、傳動(dòng)軸20、第一齒輪22、夾持元件24、紅外線傳感器30、滑環(huán)40、轉(zhuǎn)子50、第二齒輪52、磁體54、編碼器56、惰輪60。
[0042]本實(shí)施例的檢測(cè)裝置，其特征在于，檢測(cè)應(yīng)用滑環(huán)(slip ring)和低齒隙傳動(dòng)齒輪組(low backlash transmission gear set)的手術(shù)機(jī)器人的主手指夾持部的旋轉(zhuǎn)。
[0043]在本實(shí)施例涉及的主夾持器上可以設(shè)置有用于檢測(cè)使用者是否握住夾持器的接近傳感器，如此，為了使用接近傳感器和其它機(jī)電裝置，需要設(shè)置電纜或PCB (印刷電路板)等各種構(gòu)件。
[0044]例如，使用主夾持器時(shí)，使用者根據(jù)需要握住夾持器進(jìn)行旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，在這樣的需要進(jìn)行無(wú)限旋轉(zhuǎn)的夾持器結(jié)構(gòu)上設(shè)置上述構(gòu)件時(shí)，這些構(gòu)件有可能在夾持器旋轉(zhuǎn)過(guò)程中被損壞，從而不能正常使用。
[0045]本實(shí)施例涉及的主夾持器結(jié)構(gòu)，提供正常使用所需構(gòu)件的同時(shí)能夠使夾持器無(wú)限旋轉(zhuǎn)的解決方法。
[0046]手術(shù)機(jī)器人的主夾持器設(shè)置在安裝有手術(shù)器械(instrument)的手術(shù)機(jī)器人的主單元上，用于接收來(lái)自使用者·的夾持操作，以便使器械執(zhí)行夾持(grip)動(dòng)作。
[0047]本實(shí)施例涉及的主夾持器可以包括:本體10 ;傳動(dòng)軸(shaft) 20，結(jié)合于本體10 ；夾持元件(grip element) 24,結(jié)合于傳動(dòng)軸20 ;檢測(cè)部，內(nèi)置于傳動(dòng)軸20內(nèi)。
[0048]傳動(dòng)軸20結(jié)合于本體10，是向一方向(長(zhǎng)度方向)延伸的棒狀構(gòu)件，結(jié)合有后述的夾持元件24，當(dāng)使用者抓住夾持元件24進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，以長(zhǎng)度方向?yàn)檩S線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
[0049]夾持元件24構(gòu)成為一對(duì)，如機(jī)翼般結(jié)合于傳動(dòng)軸20，是供使用者抓住進(jìn)行夾持操作從而開(kāi)閉的構(gòu)成要素。例如，若使用者使用拇指和食指抓住一對(duì)夾持元件24，則一個(gè)夾持元件24與拇指接觸，另一個(gè)夾持元件24與食指接觸。
[0050]一對(duì)夾持元件24可以與傳動(dòng)軸20結(jié)合，以便分別以傳動(dòng)軸20的末端所具有的規(guī)定鉸鏈軸為中心旋轉(zhuǎn)，如上所述，若使用者用手指抓住一對(duì)夾持元件24的狀態(tài)下進(jìn)行夾持操作、即進(jìn)行抓住或放下的操作，則夾持元件24隨之被開(kāi)放或閉合。
[0051]在此，一對(duì)夾持元件24被開(kāi)放是指一對(duì)夾持元件24以鉸鏈軸為中心張開(kāi)，一對(duì)夾持元件24被閉合是指一對(duì)夾持元件24以鉸鏈軸為中心并攏。即，一對(duì)夾持元件24的開(kāi)閉動(dòng)作是指一對(duì)夾持元件24張開(kāi)或并攏的動(dòng)作。
[0052]檢測(cè)部是安裝于傳動(dòng)軸20末端內(nèi)部的傳感器，檢測(cè)使用者是否抓住夾持元件24、即使用者是否夾持了夾持元件24。
[0053]例如，作為檢測(cè)部可以設(shè)置紅外線傳感器30，紅外線傳感器30可以通過(guò)感知使用者抓住夾持器的過(guò)程中從使用者手中輻射的紅外線來(lái)檢測(cè)使用者的手是否接近夾持器和/或接近程度，從而判斷使用者是否為了操作夾持器而抓住夾持器。[0054]如上所述，使用者可以抓住手術(shù)機(jī)器人的主夾持器執(zhí)行手術(shù)所需的各種動(dòng)作，在該過(guò)程中，使用者也可以抓住夾持元件24進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)(旋轉(zhuǎn))動(dòng)作，在該過(guò)程中，傳動(dòng)軸20以長(zhǎng)度方向?yàn)檩S線旋轉(zhuǎn)。
[0055]此外,本實(shí)施例涉及的傳動(dòng)軸20可以與本體10結(jié)合成，與夾持元件24的開(kāi)閉動(dòng)作對(duì)應(yīng)地以長(zhǎng)度方向?yàn)檩S線(參照?qǐng)D1的‘X軸’)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
[0056]如此，本實(shí)施例的特征在于,將夾持元件24的開(kāi)閉動(dòng)作轉(zhuǎn)換成傳動(dòng)軸20的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，從而對(duì)使用者的夾持操作進(jìn)行更加精確的感知。
[0057]為了將夾持元件24的開(kāi)閉動(dòng)作轉(zhuǎn)換成傳動(dòng)軸20的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作,傳動(dòng)軸20的一端部在鉸鏈軸部位與夾持元件24結(jié)合，可以在一對(duì)夾持元件24和傳動(dòng)軸20的末端分別形成錐齒輪。
[0058]即，夾持元件24和傳動(dòng)軸20結(jié)合成，分別設(shè)在一對(duì)夾持元件24上的錐齒輪與設(shè)在傳動(dòng)軸20末端的錐齒輪嚙合，從而可以使夾持元件24的開(kāi)閉動(dòng)作轉(zhuǎn)換成以X軸為中心的傳動(dòng)軸20的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。
[0059]上述錐齒輪的結(jié)合結(jié)構(gòu)是將夾持元件24的開(kāi)閉動(dòng)作轉(zhuǎn)換成傳動(dòng)軸20的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的一實(shí)施例，除此之外，可以通過(guò)各種方式使夾持元件24和傳動(dòng)軸20結(jié)合，以便將夾持元件24的開(kāi)閉動(dòng)作轉(zhuǎn)換成傳動(dòng)軸20的旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。
[0060]如上所述，本實(shí)施例涉及的主夾持器可以構(gòu)成為，使用者操作過(guò)程中，傳動(dòng)軸20以長(zhǎng)度方向?yàn)檩S線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。如上所述，在傳動(dòng)軸20內(nèi)可以設(shè)置有用于檢測(cè)使用者的夾持狀況的紅外線傳感器30等，紅外線傳感器30可以通過(guò)電纜與本體10連接，當(dāng)傳動(dòng)軸20以長(zhǎng)度方向?yàn)檩S線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)，連接于紅外線傳感器30等的電纜有可能發(fā)生纏繞現(xiàn)象，從而隨著傳動(dòng)軸20的無(wú)限旋轉(zhuǎn)，有可能發(fā)生電纜短路事故。
[0061]因此，可以在本實(shí)施例涉及的夾持器結(jié)構(gòu)的本體10上設(shè)置滑環(huán)(slip ring) 40，使電纜與滑環(huán)40電連接，代替連接于紅外線傳感器30的電纜直接與本體10連接。
[0062]滑環(huán)(slip ring)是也稱(chēng)為旋轉(zhuǎn)接頭、旋轉(zhuǎn)連接器等的電氣/機(jī)械組件，向旋轉(zhuǎn)設(shè)備提供電源或信號(hào)線時(shí)，防止電線纏繞的一種旋轉(zhuǎn)連接器。
[0063]這樣，將來(lái)自紅外線傳感器30的電纜和手術(shù)機(jī)器人電連接的過(guò)程中介入滑環(huán)40，當(dāng)使用者進(jìn)行夾持操作的過(guò)程中，即使傳動(dòng)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，電纜也不會(huì)纏繞或斷開(kāi)，能夠保持紅外線傳感器30和滑環(huán)40之間的電連接。
[0064]如圖1所示，在連接于紅外線傳感器30 (和PCB)的電纜通過(guò)空心軸的鉸接部分應(yīng)用滑環(huán)40，所以在手指夾持部進(jìn)行無(wú)限旋轉(zhuǎn)時(shí)，也能夠保持與紅外線傳感器30之間的穩(wěn)定的電連接。
[0065]即，本實(shí)施例涉及的主夾持器結(jié)構(gòu)，其特征在于，為了使夾持元件24(及傳動(dòng)軸20)無(wú)限旋轉(zhuǎn)，在傳動(dòng)軸20上所需的各種電氣裝置的電連接部位應(yīng)用了滑環(huán)40。
[0066]另一方面，當(dāng)如上所述地設(shè)置滑環(huán)40時(shí)，由于滑環(huán)40的干擾，無(wú)法將操作夾持元件24所引起的傳動(dòng)軸20的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給滑環(huán)40的另一側(cè)。
[0067]即，隔著 滑環(huán)40無(wú)法傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以本實(shí)施例涉及的主夾持器結(jié)構(gòu)，其特征在于，在滑環(huán)20的外部增設(shè)傳動(dòng)裝置，以便避開(kāi)滑環(huán)20傳遞傳動(dòng)軸20的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0068]本實(shí)施例涉及的傳動(dòng)裝置，其特征在于，包括后述的惰輪(idle gear) 60，是所謂‘低齒隙傳動(dòng)齒輪組(low backlash transmission gear set)’，其將基于夾持操作的傳動(dòng)軸20的旋轉(zhuǎn)傳遞給后述編碼器(encoder),同時(shí)減少齒輪結(jié)合時(shí)的齒隙(backlash)現(xiàn)象。
[0069]為此，本實(shí)施例涉及的夾持器結(jié)構(gòu)，如圖2和圖3所示，以在本體10上的滑環(huán)40設(shè)置位置為基準(zhǔn)，一側(cè)結(jié)合有傳動(dòng)軸20，另一側(cè)結(jié)合有轉(zhuǎn)子50。轉(zhuǎn)子50與傳動(dòng)軸20結(jié)合成以相同的旋轉(zhuǎn)軸為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
[0070]此外，在傳動(dòng)軸20和轉(zhuǎn)子50的外周面上分別形成齒輪22、52，并使分別形成的齒輪22、52通過(guò)惰輪60連接，從而轉(zhuǎn)子50隨著傳動(dòng)軸20的旋轉(zhuǎn)可以聯(lián)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
[0071]由此，以不受滑環(huán)40干擾的結(jié)構(gòu)及方式，傳動(dòng)軸20的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞到轉(zhuǎn)子50的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0072]如上所述，設(shè)置在傳動(dòng)軸20末端的紅外線傳感器30和其它機(jī)電裝置可以通過(guò)滑環(huán)40電連接，而在傳動(dòng)軸20和本體10結(jié)合部位的傳動(dòng)軸20的外周面上具有第一齒輪22。
[0073]第一齒輪22可以通過(guò)將傳動(dòng)軸20的外周面的一部分進(jìn)行成型而制造，也可以將單獨(dú)制造的環(huán)狀齒輪構(gòu)件(在外周面上形成有第一齒輪22)套在傳動(dòng)軸20上的方式形成。
[0074]隨著傳動(dòng)軸20的旋轉(zhuǎn)而傳遞到第一齒輪22的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可以通過(guò)低齒隙傳動(dòng)齒輪組傳遞給形成于轉(zhuǎn)子50外周面的第二齒輪52。
[0075]第二齒輪52也與第一齒輪22同樣，可以通過(guò)將轉(zhuǎn)子50的外周面進(jìn)行成型而制造，也可以將單獨(dú)制造的環(huán)狀齒輪構(gòu)件(在外周面上形成第二齒輪52)套在轉(zhuǎn)子50上的方式形成。
[0076]若轉(zhuǎn)子50隨著傳動(dòng)軸20的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)而聯(lián)動(dòng)旋轉(zhuǎn)，則通過(guò)檢測(cè)轉(zhuǎn)子50的旋轉(zhuǎn)程度能夠檢測(cè)到傳動(dòng)軸20旋轉(zhuǎn)了多少。如上所述,在本實(shí)施例中,傳動(dòng)軸20可以隨著夾持元件24的開(kāi)閉以長(zhǎng)度方向?yàn)檩S線旋 轉(zhuǎn)，所以檢測(cè)轉(zhuǎn)子50的旋轉(zhuǎn)程度，就能夠識(shí)別夾持元件24的開(kāi)閉程度。
[0077]為此，在本實(shí)施例涉及的轉(zhuǎn)子50中可以設(shè)置磁體(magnet) 54，而在本體10與磁體54對(duì)置地設(shè)置編碼器56。編碼器56以與磁體54的旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)地輸出檢測(cè)信號(hào)，因此可以檢測(cè)到磁體54旋轉(zhuǎn)了多少，即能夠檢測(cè)到轉(zhuǎn)子50的旋轉(zhuǎn)程度。
[0078]若通過(guò)使用者操作夾持元件24來(lái)使傳動(dòng)軸20旋轉(zhuǎn),則傳動(dòng)軸20的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)惰輪60傳遞到轉(zhuǎn)子50。即，傳動(dòng)軸20的旋轉(zhuǎn)通過(guò)第一齒輪22和低齒隙傳動(dòng)齒輪組最終傳遞到第二齒輪52。
[0079]隨著轉(zhuǎn)子50旋轉(zhuǎn)，固定于轉(zhuǎn)子50的磁體54旋轉(zhuǎn)，當(dāng)磁體54旋轉(zhuǎn)時(shí)，位于其對(duì)面的編碼器56檢測(cè)磁體54的旋轉(zhuǎn)程度，從而檢測(cè)轉(zhuǎn)子50和傳動(dòng)軸20的旋轉(zhuǎn)量，最終也能檢測(cè)到夾持元件24的開(kāi)閉程度。
[0080]在此,編碼器56可以使用絕對(duì)編碼器(absolute encoder)。絕對(duì)編碼器并不是檢測(cè)磁體54自之前位置的相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度，而是檢測(cè)磁體54自初始位置的絕對(duì)旋轉(zhuǎn)角度，從而能夠進(jìn)行更加精確的檢測(cè)。
[0081]此外，本實(shí)施例涉及的絕對(duì)編碼器能夠以數(shù)字形式實(shí)施，所以不必像現(xiàn)有的霍爾傳感器那樣使用AD轉(zhuǎn)換器，若使用絕對(duì)傳感器，具有不必進(jìn)行初始化的優(yōu)點(diǎn)。
[0082]上述低齒隙傳動(dòng)齒輪組由兩套惰輪60和低力壓縮彈簧(low force compressionspring)構(gòu)成，所以即使長(zhǎng)時(shí)間用于連接傳遞動(dòng)力的第一齒輪22和第二齒輪52，也能夠持續(xù)減少齒隙。在下面，參照?qǐng)D3至圖5說(shuō)明低齒隙傳動(dòng)齒輪組。
[0083]圖3是示出本發(fā)明的實(shí) 施例涉及的手術(shù)機(jī)器人的主夾持器結(jié)構(gòu)的主視圖，圖4是示出本發(fā)明的實(shí)施例涉及的手術(shù)機(jī)器人的主夾持器結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，圖5是示出本發(fā)明的實(shí)施例涉及的惰輪結(jié)構(gòu)的縱剖視圖。參照?qǐng)D3至圖5，示出了傳動(dòng)軸20、第一齒輪22、轉(zhuǎn)子50、第二齒輪52、惰輪60、主體62、第三齒輪64、第四齒輪66、彈性體70。
[0084]本實(shí)施例涉及利用雙惰輪(dual idle gear)的低齒隙傳動(dòng)齒輪組。
[0085]在現(xiàn)用的惰輪式齒隙減少裝置上，無(wú)法使用用于固定惰輪的軸承(bearing)。由于不能使用軸承，中心(center)軸無(wú)法對(duì)齊，所以長(zhǎng)時(shí)間使用或高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，常發(fā)生惰輪或傳動(dòng)齒輪損壞或不良的情況。
[0086]本實(shí)施例是用于解決使用現(xiàn)有的齒隙減少裝置時(shí)不能長(zhǎng)時(shí)間使用或軸承等破損等缺陷。
[0087]為此，本實(shí)施例涉及的惰輪60成對(duì)形成，如圖4所示，可以設(shè)置成，以傳動(dòng)軸20(和轉(zhuǎn)子50)的旋轉(zhuǎn)軸為基準(zhǔn)對(duì)稱(chēng)配置。
[0088]如圖5所示，惰輪60可以包括:向一方向延伸的主體62 ;設(shè)置在主體62的一端部的第三齒輪64 ;設(shè)置在主體62的另一端部的第四齒輪66。
[0089]當(dāng)如圖3所示地設(shè)置惰輪60時(shí)，惰輪60的第三齒輪64可以與傳動(dòng)軸20的第一齒輪22嚙合，惰輪60的第四齒輪66與轉(zhuǎn)子50的第二齒輪52嚙合。由此，第一齒輪22的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以傳遞到第二齒輪52。
[0090]減少齒隙型的惰輪60連接兩個(gè)齒輪22、52以將第一齒輪22的旋轉(zhuǎn)力傳遞給第二齒輪52，其在主體62的兩端部分別形成有齒輪64、66，并設(shè)置用于使齒輪64、66旋轉(zhuǎn)的軸承(參照?qǐng)D5的‘軸承’)。
[0091]另一方面，本實(shí)施例涉及的惰輪60可以設(shè)置成，向與第一齒輪22和第二齒輪52貼緊的方向施壓的結(jié)構(gòu)，以減少齒隙。
[0092]例如，可以用彈性體支承惰輪60的主體62，以通過(guò)彈力使惰輪60向第一齒輪22和第二齒輪52施壓。即，持續(xù)施加外部壓力，使得惰輪60向旋轉(zhuǎn)軸方向貼壓，從而在情況變化時(shí)也能夠持續(xù)發(fā)揮出齒隙減少效果。
[0093]因此，本實(shí)施例涉及的彈性體70可以使用向惰輪60施力以避免發(fā)生齒隙(backlash)的產(chǎn)品。
[0094]為此，作為本實(shí)施例涉及的彈性體70可以使用例如低力壓縮彈簧(low forcecompression spring),或者由聚醚醚酮(PEEK:Polyether ether ketone)材料形成的彈性體70，以通過(guò)自我恢復(fù)力起到彈簧作用。
[0095]此時(shí)，如上所述，彈性體70的彈力可以設(shè)定為向惰輪60施力以能夠避免發(fā)生齒隙(backlash)的大小即可。
[0096]本實(shí)施例涉及的低齒隙傳動(dòng)齒輪組，為了將第一齒輪22的旋轉(zhuǎn)力傳遞給第二齒輪52，使用了成套的雙惰輪60，為了減少旋轉(zhuǎn)載荷，可以在惰輪60的主體62上設(shè)置軸承。
[0097]此外，本實(shí)施例涉及的成套的雙惰輪60，通過(guò)低力壓縮彈簧等持續(xù)施加外部壓力，從而能夠減少情況變化時(shí)的齒隙變化。
[0098] 在上面參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行了說(shuō)明，但應(yīng)該理解為，對(duì)于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不超出權(quán)利要求書(shū)所記載的本發(fā)明的思想和領(lǐng)域的范圍內(nèi)，本發(fā)明可以進(jìn)行各種修改和變更。
【權(quán)利要求】
1.一種手術(shù)機(jī)器人的主夾持器結(jié)構(gòu)，設(shè)置在安裝有手術(shù)器械的手術(shù)機(jī)器人的主單元上，用于接收來(lái)自使用者的夾持操作，以使所述器械執(zhí)行夾持動(dòng)作，其特征在于，包括: 本體； 傳動(dòng)軸，結(jié)合于所述本體； 一對(duì)夾持元件，結(jié)合于所述傳動(dòng)軸，與使用者的夾持操作對(duì)應(yīng)地進(jìn)行開(kāi)閉； 第一檢測(cè)部，內(nèi)置于所述傳動(dòng)軸內(nèi)，用于檢測(cè)使用者是否夾持所述夾持元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的手術(shù)機(jī)器人的主夾持器結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述第一檢測(cè)部包括紅外線傳感器，該紅外線傳感器通過(guò)檢測(cè)從使用者的手中輻射的紅外線來(lái)檢測(cè)使用者的手的接近程度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的手術(shù)機(jī)器人的主夾持器結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述傳動(dòng)軸結(jié)合于本體，以便與所述夾持元件的開(kāi)閉動(dòng)作對(duì)應(yīng)地以長(zhǎng)度方向?yàn)檩S線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的手術(shù)機(jī)器人的主夾持器結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述一對(duì)夾持元件分別以規(guī)定的鉸鏈軸為中心旋轉(zhuǎn)，以執(zhí)行開(kāi)放時(shí)彼此張開(kāi)、閉合時(shí)彼此并攏的動(dòng)作。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的手術(shù)機(jī)器人的主夾持器結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述傳動(dòng)軸的一端部在所述鉸鏈軸部位處與所述夾持元件結(jié)合，所述一對(duì)夾持元件分別在與所述鉸鏈軸結(jié)合的 部位具有第一錐齒輪，而在所述傳動(dòng)軸的一端部具有與所述第一錐齒輪嚙合的第二錐齒輪。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的手術(shù)機(jī)器人的主夾持器結(jié)構(gòu)，其特征在于， 在所述本體設(shè)置有滑環(huán)，所述紅外線傳感器與所述滑環(huán)電連接，即使在所述傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，所述紅外線傳感器和所述滑環(huán)之間也保持電連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的手術(shù)機(jī)器人的主夾持器結(jié)構(gòu)，其特征在于， 以設(shè)置有所述滑環(huán)的位置為基準(zhǔn)，在所述本體的一側(cè)結(jié)合有所述傳動(dòng)軸，另一側(cè)結(jié)合有轉(zhuǎn)子， 在所述傳動(dòng)軸的外周面形成有第一齒輪，在所述轉(zhuǎn)子的外周面形成有第二齒輪， 為避免與所述滑環(huán)發(fā)生干擾，所述第一齒輪和所述第二齒輪通過(guò)惰輪連接，從而使所述轉(zhuǎn)子隨著所述傳動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)而聯(lián)動(dòng)旋轉(zhuǎn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的手術(shù)機(jī)器人的主夾持器結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)子以所述傳動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)軸為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)， 所述惰輪形成為一對(duì)，并以所述旋轉(zhuǎn)軸為基準(zhǔn)對(duì)稱(chēng)配置， 所述惰輪被施力以貼緊所述第一齒輪和所述第二齒輪。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的手術(shù)機(jī)器人的主夾持器結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述惰輪包括: 主體，向一方向延伸； 第三齒輪，設(shè)置在所述主體的一端部，并與所述第一齒輪嚙合； 第四齒輪，設(shè)置在所述主體的另一端部，并與所述第二齒輪嚙合； 所述主體被施加規(guī)定彈力的彈性體支承。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的手術(shù)機(jī)器人的主夾持器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述彈性體的彈力設(shè)定為，在所述第一齒輪和所述第三齒輪之間及所述第二齒輪和所述第四齒輪之間的結(jié)合結(jié)構(gòu)中能夠減少齒隙的大小。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的手術(shù)機(jī)器人的主夾持器結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述彈性體包括低力壓縮彈簧。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的手術(shù)機(jī)器人的主夾持器結(jié)構(gòu)，其特征在于， 所述彈性體由聚醚醚酮材料形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的手術(shù)機(jī)器人的主夾持器結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括: 第二檢測(cè)部，通過(guò)檢測(cè)所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)程度來(lái)識(shí)別所述夾持元件的開(kāi)閉程度。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的手術(shù)機(jī)器人的主夾持器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二檢測(cè)部包括: 磁體，設(shè)置在所述轉(zhuǎn)子上； 編碼器，位于與所述磁體對(duì)置的位置，與對(duì)應(yīng)于所述磁體的旋轉(zhuǎn)對(duì)應(yīng)地輸出傳感信號(hào)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的手術(shù)機(jī)器人的主夾持器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述編碼器包括絕對(duì)編碼器。`
【文檔編號(hào)】A61B19/00GK103860269SQ201310175700
【公開(kāi)日】2014年6月18日 申請(qǐng)日期:2013年5月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月18日
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