一种三轴汇交的手术器械用钢丝绳传动机构制造技术

本发明专利技术公开了一种三轴汇交的手术器械用钢丝绳传动机构，主要包括自转机构、俯仰机构和传动机构三部分。自转机构分为外自转和内自转两部分，外自转驱动整个机构绕主轴自转，内自转机构为末端执行机构提供自转；俯仰机构承载驱动电机的驱动扭矩，是整个机构俯仰的驱动部分；传动机构将自转机构的内自转轴所提供的转动传递给末端执行器，实现末端执行器的自转。其中传动机构中采用多转轴同轴的导向组合，实现了同一轴线的多自由度传动。通过本发明专利技术的结构布置方式，手术器械能够具有自身长度短、传动钢丝绳短、传动误差累积小、无自由度耦合、导向摩擦小、传动精度高、工作状态结构稳定等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种手术器械传动机构，特别涉及一种三轴汇交的手术器械用钢丝绳传动机构。
技术介绍
随着医用手术器械的发展，多自由度、操控性能好、作业稳定逐渐成为其必备的自身特点。但传统手术器械的传动机构多为串联关节式多自由度机构，在使用多个关节提供多自由度的同时，器械自身长度随之变长，导致手术器械占用空间大，手术过程中自由度控制并不十分灵活，进而导致手术器械的通用性下降。钢丝绳传动方式具有可长距离力矩传输、受拉变形小、小空间布置方便等优点，在手术器械传动中广泛应用。但传动钢丝绳长时间使用其自身会产生松弛，造成钢丝绳传动回路预紧力下降，传动精度随之影响。钢丝绳回路越长，影响越大，导致手术器械寿命减少。如何保持钢丝绳传动的优点，又尽量减小其长周期使用后变松弛的问题是对手术器械优化的一大挑战。手术器械钢丝绳传动过程中，一般是通过导向轮的导向作用改变钢丝的运动方向。为了保持器械小巧、压缩器械布置空间，导向轮与导向轮轴之间一般都不安装轴承。作业过程中，导向轮与导向轮轴之间反复摩擦会使其配合尺寸受损，从而影响传动精度、缩短了器械使用寿命。
技术实现思路
本专利技术为解决公知技术中存在的技术问题，提供了一种能够实现一轴多自由度传动、传动钢丝绳短、传动误差累积小、无自由度耦合、导向摩擦小、工作状态结构稳定的三轴汇交的手术器械用钢丝绳传动机构。为了达到上述创新之处，本专利技术所采用的技术方案如下：一种三轴汇交的手术器械用钢丝绳传动机构包括自转机构、俯仰机构和传动机构。所述自转机构包括外自转轴、内自转轴、内自转轴连接座、自转传动轴、末端执行器驱动轮、内外自转支撑轴承、外自转-俯仰连接支架。所述自转机构前端与本专利提供的结构连接，后端与现有驱动结构连接，详见公开的专利技术专利ZL200910305201.1。所述自转机构分为外自转和内自转两部分，外自转部分驱动整个机构绕主轴自转，内自转部分经动力传输后为末端执行器提供自转。所述外自转轴与内自转轴内外配合，内自转轴布置在外自转轴轴心处。所述内自转轴连接所述内自转轴连接座将动力传递到所述末端执行器驱动轮。所述外传动轴通过所述内外自转支撑轴承与所述内自转轴动力分离且保持同轴，其与所述外自转-俯仰连接支架刚性连接，驱动所述外自转-俯仰连接支架转动，从而带动机构整体自转。所述俯仰机构承载驱动电机的驱动扭矩，是整个机构俯仰的驱动部分。所述俯仰机构包括俯仰-内自转连接支架、俯仰驱动轴、俯仰驱动轮、俯仰驱动轮支撑轴承。所述俯仰驱动轴一端刚性固定在所述俯仰-内自转连接支架的安装孔位上，另一端连接所述俯仰驱动轮。所述俯仰驱动轮与所述俯仰驱动轴同样固定连接。驱动力矩通过整个俯仰机构驱动整个传动机构动作。所述传动机构将自转机构中内自转轴提供的动力传递给末端执行器，实现末端执行器自转。所述传动机构包括：导向轮组合、导向杆和末端执行器。此三部分承担钢丝绳在所述俯仰-内自转连接支架上的传动，将内自转轴提供的自转传递到所述末端执行器，实现末端执行器自转。本专利技术具有如下优点：1.本专利技术克服了传统串联关节手术器械空间利用率小的缺点，在一个转轴下能实现两个自由度的控制。能够在自由度不变的前提下，有效缩短手术器械自身长度。2.本专利技术末端执行器自转的走丝方式中，首先利用导丝轮将动力传递到主轴同轴线上，然后通过大空心轴套小空心轴的方式走丝，有效的减少了传动钢丝绳的长度。传动钢丝绳变短能够保证钢丝绳传动中松弛减少。3.本专利技术全部钢丝绳传动过程仅用一路钢丝绳，避免了自由度耦合现象的发生。4.本专利技术的导向传动轮能够实现同一轴线上传递多个自由度，有利于手术器械布置空间紧凑，且传动轮与传动轮轴之间都采用轴承配合，有效避免传统手术器械传动中传动轮与传动轮轴的干摩擦现象。5.各自由度传动各自为政，相互之间没有传动依附。钢丝绳传动控制前端自由度变化时，产生的传动误差不会累积到后面的自由度，避免传动误差累积。6.本专利技术在初始状态时，有两自由度轴线共线，工作状态时三个自由度轴线交于一点，方便其运动学建模分析，能够有效提高手术器械编程控制的可操作性。附图说明图1为本专利技术总体结构示意图；图2为本专利技术具体结构说明图；图3为本专利技术钢丝绳传动原理图；图4为本专利技术工作在垂直于初始位置时的钢丝绳传动原理图；图5为本专利技术中导向轮组合的剖视图。图中：1-1、外自转轴；1-2、内自转轴；1-3、内自转轴连接座；1-4、自转传动轴；1-5、末端执行器驱动轮A；1-6、末端执行器驱动轮B；1-7、内外自转支撑轴承；1-8、外自转-俯仰连接支架；2-1、俯仰-内自转连接支架；2-2、俯仰驱动轴；2-3、俯仰驱动轮A；2-4、俯仰驱动轮B；2-5、俯仰驱动轮支撑轴承；3-1A，3-1B，3-1C、导向轮组合；3-1-1、导向轮组合内轴；3-1-2、大导向轮；3-1-3、小导向轮；3-1-4、导向轮组合外轴；3-1-5、导向轮组合外轴承；3-1-6、导向轮组合内轴承；3-1-7、衬套；3-2-1、导向杆A；3-2-2、导向杆B；3-2-3、导向杆C；3-2-4、导向杆D；3-3-1、执行器；3-3-2、内自转终端轴；3-3-3、内自转终端传动轮A；3-3-4、内自转终端传动轮B；3-3-5、支撑轴承。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细描述。本专利技术涉及一种三轴汇交的手术器械用钢丝绳传动机构，用于提供一种能够实现一轴多自由度传动、传动钢丝绳短、传动误差累积小、无自由度耦合、导向摩擦小、工作状态结构稳定的一种传动机构。图1所示本专利技术的总体结构示意图中，主要包含三部分：自转机构1、俯仰机构2和自转传动机构3。所述自转机构1前端与本专利的传动结构连接，后端与现有驱动结构连接，详见公开的专利技术专利ZL200910305201.1。所述自转机构分为外自转和内自转两部分，外自转部分驱动整个机构绕主轴自转，内自转部分为末端执行器提供自转。所述俯仰机构2承载驱动电机的驱动扭矩，是整个机构俯仰的驱动部分。所述传动机构3是将自转机构中内自转轴提供的转动传递给所述末端执行器，实现所述末端执行器的自转。图2所示为该专利的具体结构说明图，所述自转机构1具体包括外自转轴1-1、内自转轴1-2、内自转轴连接座1-3、自转传动轴1-4、末端执行器驱动轮A1-5、末端执行器驱动轮B1-6、内外自转支撑轴承1-7、外自转-俯仰连接支架1-8。所述外自转轴1-1与内自转轴1-2内外同轴配合，内自转轴1-2布置在外自转轴轴心处。所述内自转轴1-2连接所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种三轴汇交的手术器械用钢丝绳传动机构，其特征在于，包括自转机构、俯仰机构和传动机构三部分。所述自转机构由外自转轴、内自转轴、内自转轴连接座、自转传动轴、终端执行器驱动轮、内外自转支撑轴承、外自转‑俯仰连接支架组成；所述俯仰机构由俯仰‑内自转连接支架、俯仰驱动轴、俯仰驱动轮支撑轴承组成；所述传动机构由导向组合、导向杆和末端执行机构组成。

【技术特征摘要】
1.一种三轴汇交的手术器械用钢丝绳传动机构，其特征在于，包括自转机构、俯仰机构
和传动机构三部分。所述自转机构由外自转轴、内自转轴、内自转轴连接座、自转传动轴、
终端执行器驱动轮、内外自转支撑轴承、外自转-俯仰连接支架组成；所述俯仰机构由俯仰-
内自转连接支架、俯仰驱动轴、俯仰驱动轮支撑轴承组成；所述传动机构由导向组合、导向
杆和末端执行机构组成。
2.按照权利要求1所述的一种三轴汇交的手术器械用钢丝绳传动机构，其特征在于，自
转机构分为外自转和内自转两...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑宏强，李灿，张鑫贵，金国光，刘芬，周莹，张文刚，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12