本發(fā)明涉及醫(yī)療器械領(lǐng)域，具體涉及一種顯微手術(shù)機(jī)器人動(dòng)力機(jī)構(gòu)及其器械原點(diǎn)初始化的設(shè)定方法。

背景技術(shù)：

1、在顯微手術(shù)器械領(lǐng)域，由于器械尺寸較小，其操作的精度要求極高。這種環(huán)境下，傳統(tǒng)的通過(guò)扭矩、電流、速度來(lái)判斷機(jī)械接合狀態(tài)的技術(shù)方案面臨著顯著的挑戰(zhàn)。具體來(lái)說(shuō)，這些傳統(tǒng)方法對(duì)判斷閾值的選擇要求極高，如果閾值設(shè)置不合適，容易出現(xiàn)誤判的情況。這在顯微手術(shù)場(chǎng)景中尤為突出，因?yàn)槠餍档某叽鐦O小，且其轉(zhuǎn)動(dòng)所需的力值非常小，傳統(tǒng)扭矩或電流檢測(cè)方法幾乎難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的初始位置判斷。這一挑戰(zhàn)極大地限制了機(jī)器人技術(shù)在顯微領(lǐng)域的應(yīng)用。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，cn106102641a與cn107660139a提出了通過(guò)識(shí)別電機(jī)扭矩來(lái)判斷器械或無(wú)菌轉(zhuǎn)接件是否到達(dá)物理限位，從而判斷器械或無(wú)菌轉(zhuǎn)接件與電機(jī)之間是否接合。這一方案雖然在某些場(chǎng)景下有效，但在顯微手術(shù)器械中，受限于器械尺寸和操作力值的限制，仍存在顯著的局限性。

3、進(jìn)一步地，cn113164211a嘗試通過(guò)識(shí)別電機(jī)扭矩、電流、速度或它們的組合來(lái)判斷器械是否受到物理約束，以此判斷器械與電機(jī)之間的接合狀態(tài)。雖然這種方法擴(kuò)展了檢測(cè)的維度，但在顯微手術(shù)器械領(lǐng)域，由于器械力值微小，仍然可能面臨閾值選擇不當(dāng)引發(fā)的誤判問(wèn)題。

4、此外，cn114929150a提出了一種不依賴物理約束的方法，通過(guò)多個(gè)電機(jī)控制器械互相抵抗，識(shí)別電機(jī)電流與速度來(lái)判斷器械與電機(jī)之間的接合狀態(tài)，并通過(guò)電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度來(lái)判斷器械所處的位置。這種方案試圖規(guī)避傳統(tǒng)方法的不足，但其復(fù)雜性和對(duì)系統(tǒng)精度的要求，使其在實(shí)際應(yīng)用中仍然面臨挑戰(zhàn)。

5、綜上所述，盡管現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)提出了一些方案來(lái)解決機(jī)械接合判斷的問(wèn)題，但在顯微手術(shù)器械領(lǐng)域，由于器械的微小尺寸和操作力值的限制，這些方案仍存在較大的不足。顯微手術(shù)機(jī)器人的發(fā)展亟需一種能夠在不依賴傳統(tǒng)扭矩或電流判斷方式的前提下，準(zhǔn)確識(shí)別器械接合狀態(tài)的創(chuàng)新技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種顯微手術(shù)機(jī)器人動(dòng)力機(jī)構(gòu)及其器械原點(diǎn)初始化的設(shè)定方法。

2、本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

3、本發(fā)明的一種顯微手術(shù)機(jī)器人動(dòng)力機(jī)構(gòu)，包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)、中間轉(zhuǎn)盤(pán)和連接轉(zhuǎn)盤(pán)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)置有若干個(gè)；若干個(gè)所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸分別與一個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)配裝連接；所述電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)通過(guò)中間轉(zhuǎn)盤(pán)與連接轉(zhuǎn)盤(pán)配裝連接，或直接與連接轉(zhuǎn)盤(pán)配裝連接；

4、若干個(gè)所述連接轉(zhuǎn)盤(pán)設(shè)置在限位支撐架內(nèi)，所述連接轉(zhuǎn)盤(pán)的周面上設(shè)置有限位凸起部，限位支撐架上設(shè)置有物理限位，當(dāng)連接轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)到一定角度時(shí)與限位凸起部接觸，阻止連接轉(zhuǎn)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)；

5、若干個(gè)所述連接轉(zhuǎn)盤(pán)分別與被驅(qū)動(dòng)件配裝連接，所述被驅(qū)動(dòng)件的類(lèi)型包括器械和無(wú)菌轉(zhuǎn)接件；

6、所述動(dòng)力機(jī)構(gòu)設(shè)置有接合判斷機(jī)構(gòu)，用于判斷連接轉(zhuǎn)盤(pán)與電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)或中間轉(zhuǎn)盤(pán)的接合狀態(tài)

7、進(jìn)一步的，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸上安裝有編碼器，所述編碼器為絕對(duì)式電機(jī)編碼器。

8、進(jìn)一步的，所述連接轉(zhuǎn)盤(pán)為圓盤(pán)狀構(gòu)件，一端帶有若干呈圓周陣列的齒狀凸起，另一端與被驅(qū)動(dòng)件連接；所述中間轉(zhuǎn)盤(pán)為兩端分別帶有若干呈圓周陣列齒狀凸起的圓柱形構(gòu)件，兩端分別與連接轉(zhuǎn)盤(pán)、電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)連接；所述電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)為桿狀件，一端帶有若干呈圓周陣列的齒狀凸起，另一端與驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接；所述電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)、中間轉(zhuǎn)盤(pán)和連接轉(zhuǎn)盤(pán)上的齒狀凸起的尖端設(shè)置有圓角或倒角過(guò)渡。

9、進(jìn)一步的，若干所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)的機(jī)體同時(shí)固定連接在電機(jī)支撐架上；所述電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)、中間轉(zhuǎn)盤(pán)、連接轉(zhuǎn)盤(pán)均位于限位支撐架和電機(jī)支撐架之間的位置；所述限位支撐架和電機(jī)支撐架設(shè)置有導(dǎo)向支撐架，導(dǎo)向支撐架與電機(jī)支撐架的相對(duì)位置固定；

10、所述限位支撐架通過(guò)外力設(shè)置有向電機(jī)支撐架不斷運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)；所述接合判斷機(jī)構(gòu)設(shè)置在限位支撐架與電機(jī)支撐架之間，當(dāng)連接轉(zhuǎn)盤(pán)與電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)或中間轉(zhuǎn)盤(pán)接合時(shí)，限位支撐架帶動(dòng)接合判斷機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，接合判斷機(jī)構(gòu)發(fā)出信號(hào)，反之不發(fā)出。

11、進(jìn)一步的，所述限位支撐架上設(shè)置有若干與連接轉(zhuǎn)盤(pán)配裝連接的轉(zhuǎn)盤(pán)槽；所述轉(zhuǎn)盤(pán)槽為圓形盲槽，盲槽的圓心處設(shè)置有通孔用于連接被驅(qū)動(dòng)件，若干所述轉(zhuǎn)盤(pán)槽直接互相連通或互相獨(dú)立；

12、所述轉(zhuǎn)盤(pán)槽的外側(cè)設(shè)置有與限位凸起部配合的弧形限位槽，限位凸起部插入弧形限位槽內(nèi)；所述弧形限位槽與轉(zhuǎn)盤(pán)槽連通，其內(nèi)徑等于轉(zhuǎn)盤(pán)槽的外徑，外邊緣輪廓為弧形。

13、進(jìn)一步的，所述接合判斷機(jī)構(gòu)包括壓桿、復(fù)位彈簧和位置傳感器；所述壓桿的一端在復(fù)位彈簧的作用下始終貼合在限位支撐架上，另一端穿過(guò)導(dǎo)向支撐架與位置傳感器配裝連接，當(dāng)連接轉(zhuǎn)盤(pán)與電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)或中間轉(zhuǎn)盤(pán)接合時(shí)，位置傳感器被觸發(fā)，反之不觸發(fā)；所述復(fù)位彈簧的一端固定在位置傳感器上，另一端貼合在壓桿的軸肩上；位置傳感器為光電式傳感器或霍爾傳感器或接觸式傳感器(如微動(dòng)開(kāi)關(guān)、行程開(kāi)關(guān)等)。

14、顯微手術(shù)機(jī)器人動(dòng)力機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以驅(qū)動(dòng)電機(jī)為核心，驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)輸出軸連接電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)，再由電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)通過(guò)中間轉(zhuǎn)盤(pán)或直接與連接轉(zhuǎn)盤(pán)配裝連接。這種多層次的連接方式，使得動(dòng)力傳遞更加靈活和精確，適應(yīng)了顯微手術(shù)機(jī)器人在手術(shù)操作中對(duì)微小位移和多自由度控制的需求。驅(qū)動(dòng)電機(jī)的多重配置，能夠?qū)崿F(xiàn)多方向、多維度的運(yùn)動(dòng)控制，以滿足顯微手術(shù)復(fù)雜的操作要求。

15、限位支撐架的設(shè)計(jì)在此技術(shù)方案中起到關(guān)鍵作用，特別是通過(guò)限位凸起部與物理限位的配合，有效阻止連接轉(zhuǎn)盤(pán)在達(dá)到特定角度后繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。這種物理限位機(jī)制不僅保護(hù)了驅(qū)動(dòng)電機(jī)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的安全，還確保了機(jī)器人在手術(shù)過(guò)程中不會(huì)因過(guò)度轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生誤操作。此外，通過(guò)限位支撐架的合理設(shè)計(jì)，整個(gè)動(dòng)力機(jī)構(gòu)得以在保證精度的同時(shí)，減少了運(yùn)動(dòng)部件的磨損，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與壽命。

16、接合判斷機(jī)構(gòu)的設(shè)置進(jìn)一步增強(qiáng)了該動(dòng)力機(jī)構(gòu)的智能化水平。接合判斷機(jī)構(gòu)能夠準(zhǔn)確判斷連接轉(zhuǎn)盤(pán)與電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)或中間轉(zhuǎn)盤(pán)的接合狀態(tài)，這對(duì)于保證動(dòng)力傳遞的可靠性至關(guān)重要。通過(guò)接合判斷機(jī)構(gòu)發(fā)出的信號(hào)，控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)接合狀態(tài)，確保每一個(gè)動(dòng)作都在受控狀態(tài)下進(jìn)行，從而提升了系統(tǒng)的安全性與精度。

17、驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸上安裝有絕對(duì)式電機(jī)編碼器或增量式電機(jī)編碼器，這一設(shè)計(jì)確保了即使在電機(jī)斷電或受到外部干擾后，系統(tǒng)仍能保持精確的位置信息。這種編碼器的應(yīng)用，使得動(dòng)力機(jī)構(gòu)具備了更高的精度與可靠性，有助于提高顯微手術(shù)機(jī)器人在實(shí)際操作中的表現(xiàn)。

18、本發(fā)明的一種顯微手術(shù)機(jī)器人器械原點(diǎn)初始化的設(shè)定方法，包括以下步驟：

19、將被驅(qū)動(dòng)件通過(guò)連接轉(zhuǎn)盤(pán)與電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)或中間轉(zhuǎn)盤(pán)進(jìn)行組裝；

20、當(dāng)控制系統(tǒng)識(shí)別到被驅(qū)動(dòng)件的組裝動(dòng)作時(shí)，此時(shí)連接轉(zhuǎn)盤(pán)與電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)或中間轉(zhuǎn)盤(pán)互相接觸但未完全接合；

21、然后控制系統(tǒng)操作驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，直至連接轉(zhuǎn)盤(pán)與電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)或中間轉(zhuǎn)盤(pán)在外力的作用下互相接合；

22、當(dāng)控制系統(tǒng)識(shí)別到連接轉(zhuǎn)盤(pán)與電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)或中間轉(zhuǎn)盤(pán)接合后，繼續(xù)操作驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，直至連接轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)到限位支撐架上預(yù)設(shè)的物理限位處并轉(zhuǎn)動(dòng)受阻；

23、控制系統(tǒng)實(shí)時(shí)讀取編碼器的輸出，當(dāng)編碼器輸出的位置信號(hào)保持不變，控制系統(tǒng)判定驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)軸受限，即識(shí)別出連接轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)到預(yù)設(shè)的物理限位處并轉(zhuǎn)動(dòng)受阻的狀態(tài)；

24、將此時(shí)的絕對(duì)位置編碼作為原點(diǎn)存儲(chǔ)在控制系統(tǒng)中，完成原點(diǎn)初始化設(shè)定。

25、進(jìn)一步的，所述控制系統(tǒng)識(shí)別被驅(qū)動(dòng)件的組裝動(dòng)作通過(guò)傳感器進(jìn)行，傳感器與控制系統(tǒng)通信連接。

26、進(jìn)一步的，控制系統(tǒng)識(shí)別到連接轉(zhuǎn)盤(pán)4與電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)2或中間轉(zhuǎn)盤(pán)3接合，通過(guò)與控制系統(tǒng)通信連接的接合判斷機(jī)構(gòu)8進(jìn)行。。

27、器械原點(diǎn)初始化的設(shè)定方法是顯微手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要功能，通過(guò)該方法可以確保機(jī)器人在每次操作前都能準(zhǔn)確定位，實(shí)現(xiàn)高精度的手術(shù)操作。該方法首先通過(guò)連接轉(zhuǎn)盤(pán)將被驅(qū)動(dòng)件與電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)或中間轉(zhuǎn)盤(pán)組裝在一起。在此階段，系統(tǒng)能夠通過(guò)傳感器識(shí)別被驅(qū)動(dòng)件的組裝動(dòng)作，確保組裝過(guò)程的順利進(jìn)行。

28、在接合過(guò)程中，驅(qū)動(dòng)電機(jī)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，使連接轉(zhuǎn)盤(pán)與電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)或中間轉(zhuǎn)盤(pán)在外力的作用下逐步接合。此時(shí)，接合判斷機(jī)構(gòu)起到關(guān)鍵作用，能夠準(zhǔn)確識(shí)別接合狀態(tài)，并將信息傳遞給控制系統(tǒng)，以便系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控整個(gè)接合過(guò)程。

29、當(dāng)連接轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)至物理限位處并轉(zhuǎn)動(dòng)受阻時(shí)，控制系統(tǒng)能夠通過(guò)實(shí)時(shí)讀取編碼器的輸出，確定當(dāng)前的轉(zhuǎn)軸位置是否已受到限位影響，同時(shí)控制系統(tǒng)會(huì)監(jiān)測(cè)電機(jī)的電流數(shù)據(jù)作為輔助參數(shù)；當(dāng)編碼器輸出的位置信號(hào)保持不變，標(biāo)志著驅(qū)動(dòng)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸已受限，系統(tǒng)可將此時(shí)的絕對(duì)位置編碼作為原點(diǎn)存儲(chǔ)，從而完成原點(diǎn)初始化的設(shè)定。

30、通過(guò)這種方法設(shè)定的原點(diǎn)能夠有效避免在手術(shù)過(guò)程中因原點(diǎn)偏移導(dǎo)致的操作誤差。該設(shè)定方法在保證精度的同時(shí)，簡(jiǎn)化了初始化操作流程，提高了系統(tǒng)的使用便捷性和操作安全性。

31、本發(fā)明的技術(shù)方案通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與精密的控制系統(tǒng)，顯著提升了顯微手術(shù)機(jī)器人在實(shí)際操作中的穩(wěn)定性與精度。動(dòng)力機(jī)構(gòu)的多層次連接方式、物理限位機(jī)制、接合判斷機(jī)構(gòu)以及絕對(duì)式編碼器的應(yīng)用，共同構(gòu)成了一個(gè)高效、可靠的動(dòng)力傳輸系統(tǒng)。而器械原點(diǎn)初始化的設(shè)定方法，進(jìn)一步保障了每次手術(shù)前的準(zhǔn)確定位，從而為手術(shù)操作提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。這兩部分技術(shù)方案相輔相成，既保證了顯微手術(shù)機(jī)器人在動(dòng)力傳輸中的穩(wěn)定性，又確保了操作精度的持久性與可靠性。

32、本發(fā)明的有益效果在于：

33、提高了原點(diǎn)初始化精度：通過(guò)將物理限位設(shè)置為器械的原點(diǎn)，有效規(guī)避了傳統(tǒng)扭矩、電流或速度檢測(cè)方式在顯微手術(shù)器械中可能出現(xiàn)的誤判問(wèn)題。由于顯微手術(shù)器械的尺寸較小，傳統(tǒng)方法難以精確識(shí)別初始位置，而物理限位提供了穩(wěn)定且可重復(fù)的參考點(diǎn)，從而顯著提高了原點(diǎn)初始化的準(zhǔn)確性和可靠性。

34、驗(yàn)證器械接合狀態(tài)：接合判斷機(jī)構(gòu)能夠在器械組裝后準(zhǔn)確判斷連接轉(zhuǎn)盤(pán)與電機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)之間的接合狀態(tài)。該機(jī)構(gòu)通過(guò)監(jiān)測(cè)接合狀態(tài)，確保器械的正確安裝，從而減少了因接合不良引發(fā)的操作失誤，為系統(tǒng)的后續(xù)操作提供了可靠保障。

35、適應(yīng)高精度手術(shù)要求：有效解決了顯微手術(shù)器械中由于尺寸微小和操作力值小而帶來(lái)的精度問(wèn)題，提升了系統(tǒng)在高精度手術(shù)環(huán)境下的應(yīng)用性能，保證了手術(shù)過(guò)程中的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，適用于對(duì)精度要求極高的顯微手術(shù)操作。

36、綜上所述，本發(fā)明通過(guò)優(yōu)化顯微手術(shù)機(jī)器人動(dòng)力機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的精確度和可靠性，改善了器械的控制精度，顯著提升了顯微手術(shù)過(guò)程中的安全性和有效性。