仪器驱动器中的测力传感器制造技术

一种用于从机械臂向仪器提供驱动的驱动单元，所述驱动单元包括：用于接合所述仪器的相应元件的多个驱动元件，每个驱动元件能够沿驱动轴线移动，每个所述驱动元件的所述驱动轴线基本上彼此平行；以及测力传感器结构，该测力传感器结构包括多个可偏转体和框架，所述多个可偏转体联接至述驱动元件，用于感测平行于所述驱动元件的驱动轴线作用在所述驱动元件上的负载，所述框架包括一体构件，所述一体构件支撑所述可偏转体使得每个所述可偏转体与施加到其上或其他可偏转体上的负载隔离。

A force sensor in an instrument driver

A drive unit is provided for driving the arm to the instrument, the driving unit includes a plurality of driving elements for engaging the corresponding components of the instrument, each driving element can drive along the axis of movement, each of the driving element of the drive axis is basically parallel to each other; and a force transducer structure. The sensor structure includes a plurality of deflection body and frame, the plurality of partial swivel connected to the driving element, for sensing the drive axis drive components parallel to the driving load of the components on the development, the frame includes a component, the component supporting the development the deflection body so that each can be applied to the partial rotation and deflection or other load isolation body.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】仪器驱动器中的测力传感器
本专利技术涉及感测手术机械臂和手术仪器之间的机械接口中的负载。
技术介绍
在设计用于执行手术程序的机械臂时，一个期望的特征是臂相对较小及重量轻。这些特征提供了许多优点：例如，技术人员更容易在手术开始前将臂定位，更多的臂能够一起紧密安装在手术部位周围，移动臂所需的力小于大体积装置。特别期望的是减小臂的远端的尺寸和重量。因为仪器通常附接在臂的远端，这意味着要减小臂-仪器接口的尺寸和重量。用于机器人手术的仪器可具有各种机械元件，它们可以在机器人的控制下移动。臂上设置的接口在其外部可以包括一个或多个可移动的机械元件，当仪器在接口上就位时这些机械元件能够联接到仪器上的相应元件。臂上的这些可移动元件能够被臂中的电动机或其他致动器所驱动，并且该运动能够通过接口传递到仪器上的相应元件。这样，从臂就能够驱动仪器上的机械元件。机器人的控制系统理想的是，能够接收关于机械驱动器相对于仪器的位置的反馈以及通过该驱动器所施加的力。这样做的一个方法是，在臂-仪器接口上设置一个或多个力传感器。设置这种传感器的难点是，首先它们应该小而轻，避免使臂更笨重；此外，由于手术中施加的力可以相对较小，它们应该比较敏感和准确。这需要仔细设计传感器。另外，当设置多个传感器来感测多力路径上的力时，期望的布置是，避免一条路径上的力影响另一路径的测量。图1示出了一种可行布置，用于感测在手术臂的仪器驱动器中的力。电动机1连接到丝杠2，使得电动机将使丝杠绕其轴线旋转。丝杠的轴包括螺纹部3和非螺纹部4。轴承5、6结合至非螺纹部，使得它们不能沿该轴滑动。从动螺母8被拧到丝杠上。该从动螺母例如通过被限定在该臂的外壁中的槽中运行而受到约束，使得当丝杠被电动机转动时其不能旋转。结果，由电动机1转动丝杠2将导致从动螺母8沿丝杠的轴线平移。从动螺母具有成型部9，该成型部9能够与仪器上的对应成型部匹配以当仪器固定在手术臂上时驱动仪器的一部分运动。测力传感器7位于轴承5、6之间。测力传感器在图2中更详细地示出。测力传感器包括环形外壳10。膜11被悬挂以跨越该外壳的内部。应变计13、14固定到该膜上以便感测该膜的变形。应变计提供的电气输出可指示该膜上的应变。膜的中心是孔12。这种类型的测力传感器是可商购的，例如EmsystEMS70。其他类型的测力传感器包括FOWA-1，是来自米勒工业电气有限公司的环形测力传感器。这些测力传感器所用的应用例如是测量电缆张力或螺栓压缩。当测力传感器连接到图1的仪器驱动器时，膜被保持在轴承5、6之间，丝杠的轴穿过孔12。外壳10附接到机械臂的本体。以这种方式，丝杠从机械臂的本体至少局部被测力传感器7支撑。当从该仪器沿着丝杠的轴线施加力时，该力通过成型部9被传递到从动螺母8。丝杠的螺纹的螺距使得轴向力不会引起丝杠旋转。相反，力由轴承5、6传递至测力传感器的膜，轴承5、6沿纵向用丝杠紧固。然后可以通过应变计13、14检测该力。这提供了由仪器施加的力的指示。为了驱动更复杂仪器的所有运动，机械臂能够具有多个这样的仪器驱动器。如图1所示，测力传感器能够是仪器驱动器的径向最突出部分。改进测力传感器的包装因此可以有助于臂-仪器接口的紧凑性。当该接口具有多个图1所示类型的驱动器时，有效包装它们的一种方式是使驱动器交错，以便每个驱动器的测力传感器从相邻驱动器的测力传感器纵向地偏移。然而，这样做的缺点在于，这趋于增加仪器驱动组件的总长度。需要一种用于手术机械臂的改进的驱动组件。
技术实现思路
根据本专利技术，提供一种用于提供从机械臂至仪器的驱动的驱动单元，所述驱动单元包括：用于接合所述仪器的相应元件的多个驱动元件，每个驱动元件能够沿驱动轴线移动，每个所述驱动元件的所述驱动轴线基本上彼此平行；以及测力传感器结构，包括：平行于所述驱动元件的驱动轴线联接至所述驱动元件的多个可偏转体，用于感测所述驱动元件上的负载；以及框架，所述框架包括一体构件，所述一体构件支撑所述可偏转体使得每个所述可偏转体与施加到其上或其他可偏转体上的负载隔离。驱动单元可以包括多个丝杠，每个所述驱动元件与相应一个所述丝杠处于螺纹相互接合。框架可以限定一组孔口，所述丝杠可以延伸穿过所述孔口，所述可偏转体可以从所述框架到所述丝杠延伸穿越所述孔口。每个所述可偏转体可以经由至少一个轴承联接到相应的丝杠，所述轴承构造成允许相应的丝杠绕其纵向轴线相对于相应的可偏转体自由旋转。所述框架可以大致垂直于所述丝杠或大致垂直于用于使所述驱动元件相对于臂的其余部分移动的其它致动器而延伸。所述可偏转体可以至少当它们处于未变形状态时位于所述框架的周边内。所述可偏转体可以在垂直于所述驱动元件的所述驱动轴线的平面内并排设置。所述可偏转体可以基本上是平面的。所述可偏转体可以垂直于驱动元件的驱动轴线延伸。所述可偏转体可以基本上是共面的。所述框架可以基本上是刚性的。所述框架可以构造成将每个可偏转体与其它可偏转体的运动隔离。所述框架可以与所述可偏转体是一体的。每个所述可偏转体可以联接到用于感测所述可偏转体的偏转的一个或多个应变计。根据本专利技术的第二方案，提供如上所述的驱动单元，包括：用于驱动所述驱动元件移动的多个电动机；以及支撑所述驱动元件和所述电动机的刚性壳体，所述壳体包括两个部件，所述电动机附接到第一部件，所述驱动元件在第二部件内是可移动的，所述测力传感器结构被夹在所述第一部件与所述第二部件之间。所述壳体的所述第二部件可以构造成防止所述驱动元件绕它们的驱动轴线旋转。每个电动机和相应一个丝杠之间可以有花键联轴器，每个所述花键联轴器构造成允许相应电动机和相应丝杠之间的轴向游隙。所述花键联轴器可以是奥德姆联接器。根据本专利技术的第三方案，提供了一种手术机器人，其包括基本如上所述的驱动单元。手术机器人可以具有：移动臂，其包括驱动单元；以及与所述臂接合的手术仪器，所述仪器包括相应元件，所述相应元件与所述驱动元件接合从而被驱动。附图说明现在将通过示例的方式描述本专利技术参考附图。图1示出了用于手术机械臂的驱动机构。图2示出了用于手术机械臂的测力传感器。图3示出了手术臂。图4显示了图3的臂的仪器安装件。图5示出了附接到图4的仪器安装件上的仪器。图6是图4的仪器安装件的端视图。图7是图4的仪器安装件的驱动机构的平面图。图8是图7的驱动机构沿A-A线的侧剖图。图9是图7的驱动机构沿B-B线的侧剖图。图10示出了组合式测力传感器壳体。具体实施方式在下面描述的手术臂中，运动被从臂传递到附接至臂的仪器的部件。为了传递运动，臂上的活动元件机械地链接到仪器上的元件。臂上的元件可以被臂中包括的电动机线性地移动。仪器上的元件可操作地联接至接头，通过该接头能够移动仪器的元件。臂上的元件被一组平行丝杠、活塞或其他线性致动器所移动。多个致动器附接到共用的测力传感器单元。测力传感器单元是一体构件，其提供对所有这些多个致动器的负载感测。该测力传感器单元包括一组传感器结构，对于这些致动器中每个致动器都有一个传感器结构，测力传感器单元还包括整体隔离壁，整体隔离壁将传感器结构连接在一起，还将每个传感器结构与其它传感器结构机械地彼此隔离。隔离壁大致垂直于线性致动器的运动而延伸。该传感器结构位于隔离壁的周边内。以这种方式，可以使传感器结构特别紧凑。图3示出了手术机器人的臂。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于从机械臂向仪器提供驱动的驱动单元，所述驱动单元包括：用于接合所述仪器的相应元件的多个驱动元件，每个驱动元件能够沿驱动轴线移动，每个所述驱动元件的所述驱动轴线基本上彼此平行；以及测力传感器结构，所述测力传感器结构包括：联接至述驱动元件的多个可偏转体，用于感测平行于所述驱动轴线作用在所述驱动元件上的负载；以及框架，所述框架包括一体构件，所述一体构件支撑所述可偏转体使得每个所述可偏转体与施加到该可偏转体或施加到其他可偏转体的负载隔离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.04.21 GB 1506710.11.一种用于从机械臂向仪器提供驱动的驱动单元，所述驱动单元包括：用于接合所述仪器的相应元件的多个驱动元件，每个驱动元件能够沿驱动轴线移动，每个所述驱动元件的所述驱动轴线基本上彼此平行；以及测力传感器结构，所述测力传感器结构包括：联接至述驱动元件的多个可偏转体，用于感测平行于所述驱动轴线作用在所述驱动元件上的负载；以及框架，所述框架包括一体构件，所述一体构件支撑所述可偏转体使得每个所述可偏转体与施加到该可偏转体或施加到其他可偏转体的负载隔离。2.根据权利要求1所述的驱动单元，其中：所述驱动单元包括多个丝杠，每个所述驱动元件与相应一个所述丝杠处于螺纹相互接合；以及所述框架限定一组孔口，所述丝杠延伸穿过所述孔口，所述可偏转体跨越所述孔口从所述框架延伸到所述丝杠。3.根据权利要求2所述的驱动单元，其中每个所述可偏转体经由至少一个轴承联接到相应的丝杠，所述轴承构造成允许相应的丝杠围绕其纵向轴线相对于相应的可偏转体自由旋转。4.根据前述权利要求中任一项所述的驱动单元，其中所述可偏转体在垂直于所述驱动元件的所述驱动轴线的平面内并排设置。5.根据前述权利要求中任一项所述的驱动单元，其中所述可偏转体基本上是平面的并且垂直于所述驱动元件的所述驱动轴线延伸。6.根据权利要求4所述的驱动单元，其中所述可偏转体基本上是共面的。7.根据前述权利要求中任一项所述的驱动单元，其中所述框架基本上是刚性的。8.根据前述权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·马歇尔，N·P·SL·霍尔成德，T·B·杰克森，
申请(专利权)人：剑桥医疗机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB