TWI844411B - 用於操縱手術工具之醫療裝置 - Google Patents

Abstract

本發明公開一種醫療裝置，包括軸馬達、並聯操縱器以及聯軸器。軸馬達經配置以產生用於操縱手術工具的機械力。並聯操縱器包括用於支撐手術工具的端部平臺、用於支撐軸馬達的基部平臺以及聯接在端部平臺和基部平臺之間的多個臂。多個臂經配置以控制端部平臺的移動。聯軸器具有耦接至手術工具的第一端以及耦接至軸馬達的第二端。第一端相對於第二端在一方向上為可擺動的，且聯軸器經配置以將機械力傳遞到手術工具。

Description

用於操縱手術工具之醫療裝置

本發明係為台灣專利申請案第111111535號（申請日：2022年3月28日）之分割案，該申請案之完整內容納入為本發明專利說明書的一部分以供參照。

本公開總體上涉及醫療裝置，更具體地，涉及一種具有軸馬達和並聯操縱器的醫療裝置，其可通過聯軸器以傳遞軸馬達產生的機械力到手術工具，且聯軸器耦接至手術工具的一端相對於耦接至軸馬達的另一端在一方向上為可擺動的。

並聯機構能夠以多達六個或更多的自由度來定位和定向端部平臺。並聯機構的端部平臺可用於支撐醫療裝置，例如診斷裝置或手術工具。由於並聯機構的端部平臺可以做得極小，因此該機構既可以用於通過大的手術開口進行外科手術，也可以用於通過小的手術開口或體孔進行內視鏡手術。

由於端部平臺能夠高精度、靈巧地進行操縱，因此並聯機構特別適合用於通過遠程控制進行外科手術。該機構能夠調節端部平臺的位置，使得該機構適合用於需要精確微動的醫療應用。然而，其具有用於控制安裝在端部平臺上的手術工具的馬達，會在操作期間對端部平臺造成額外的重量和力。額外的重量和力可影響響應時間和操作計劃的範圍/路徑的精度。因此，為了提高醫療裝置的精度，需要將影響並聯操縱器的端部平臺的力減到最小。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種具有軸馬達和並聯操縱器的醫療裝置，其可通過聯軸器以傳遞軸馬達產生的機械力到手術工具，且聯軸器耦接至手術工具的一端相對於耦接至軸馬達的另一端在一方向上為可擺動的。

本發明所採用的其中一技術方案是提供一種醫療裝置，包括軸馬達、並聯操縱器以及聯軸器。軸馬達經配置以產生用於操縱手術工具的機械力。並聯操縱器包括用於支撐手術工具的端部平臺、用於支撐軸馬達的基部平臺以及聯接在端部平臺和基部平臺之間的多個臂。多個臂經配置以控制端部平臺的移動。聯軸器具有耦接至手術工具的第一端以及耦接至軸馬達的第二端。第一端相對於第二端在一方向上為可擺動的，且聯軸器經配置以將機械力傳遞到手術工具。

以下描述將參考附圖以更全面地描述本發明。附圖中所示為本公開的示例性實施例。然而，本發明可以以許多不同的形式來實施，並且不應該被解釋為限於在此闡述的示例性實施例。提供這些示例性實施例是為了使本公開透徹和完整，並且將本發明的範圍充分地傳達給本領域技術人員。類似的附圖標記表示相同或類似的組件。

本文使用的術語僅用於描述特定示例性實施例的目的，而不意圖限制本發明。如本文所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否則單數形式“一”，“一個”和“該”旨在也包含複數形式。此外，當在本文中使用時，“包含”和/或“包含”或“包含”和/或“包含”或“具有”和/或“具有”，整數，步驟，運作，元件和/或元件，但不排除存在或添加一個或多個其它特徵，區域，整數，步驟，運作，元件，元件和/或其群組。

除非另外定義，否則本文使用的所有術語（包含技術和科學術語）具有與本公開所屬領域的普通技術人員通常理解的相同的含義。此外，除非文中明確定義，諸如在通用字典中定義的那些術語應該被解釋為具有與其在相關技術和本公開內容中的含義一致的含義，並且將不被解釋為理想化或過於正式的含義。

以下內容將結合附圖對示例性實施例進行描述。須注意的是，參考附圖中所描繪的元件不一定按比例顯示；而相同或類似的組件將被賦予相同或相似的附圖標記表示或類似的技術用語。

圖1示出了根據本公開的一些實施例的醫療裝置的3D表示視圖。圖2示出了根據本公開的一些實施例的醫療裝置的橫斷面圖。圖3示出了根據本公開的一些實施例的醫療裝置的分解圖。在一些實施例中，醫療裝置1包括並聯操縱器、傳動軸12和適配器13。並聯操縱器包括端部平臺11-1、基部平臺11-2以及可操作地聯接在端部平臺11-1和基部平臺11-2之間的多個臂11-3。傳動軸12設置在端部平臺11-1和基部平臺11-2之間。此外，傳動軸12由端部平臺11-1可旋轉地支撐。在一些實施例中，適配器13被配置成夾持手術工具T1，例如鑽頭、套管針或鋸片。在一些實施例中，醫療裝置1還包括設置在適配器13和端部平臺11-1之間的傳感器系統14。傳感器系統14被配置成監測由適配器13施加和接收的力。

在一些實施例中，醫療裝置1還包括殼體15、手柄16和控制模塊17。基部平臺11-2機械地附接在殼體15，並且容納機器模塊80，該機器模塊80被配置成操縱多個臂11-3的移動，這進而控制端部平臺11-1的移動。機器模塊80包括用於相應地操縱多個臂11-3的多個致動器以及用於操縱傳動軸12的軸馬達。手柄16使得用戶可以在操作期間握住並操縱醫療裝置1。控制模塊17使得用戶可以觸發、停止或調整手術工具T1的動作或執行醫療裝置1的其他功能。

可以基於自由度、臂的數量、每個臂中的接頭順序以及致動器的類型對並聯操縱器進行分類。在一些實施例中，並聯操縱器可以是具有六個自由度（6-DOF）的六自由度並聯操縱器。在一些實施例中，多個臂11-3包括六個臂。在一些實施例中，每個臂11-3具有聯接至基部平臺11-2底下的致動器的第一接頭、聯接至端部平臺11-1的第二接頭、以及在第一接頭和第二接頭之間的第三接頭。在一些實施例中，並聯操縱器是6-PUS並聯操縱器。在一些實施例中，第一接頭是棱柱形接頭(亦或，線性接頭)。在一些實施例中，第二接頭是球形接頭。在一些實施例中，第三接頭是萬向接頭。其中，萬向接頭採用兩個轉動接頭形成。

在一些實施例中，醫療裝置1還包括第一定位單元18-1和第二定位單元18-2。第一定位單元18-1和第二定位單元18-2相應地包括用於發出電磁信號、聲波、熱或其他可感知信號的多個標記，以及用於將標記相對於裝置本體以特定方向/角度安裝的適配器。在一些實施例中，標記和適配器與空間傳感器配合使用，以在操作期間實現目標跟蹤功能。第二定位單元18-2可以設置在適配器13與端部平臺11-1之間的區域中。在一些實施例中，第二定位單元18-2設置在端部平臺11-1上。在另一些實施例中，第二定位單元18-2設置在適配器13上。在另一些實施例中，第二定位單元18-2設置在工具T1上。

圖4A示出了根據本公開的一些實施例的傳動軸的透視圖。圖4B示出了根據本公開的一些實施例的萬向接頭的示意圖。在一些實施例中，傳動軸40由端部平臺可旋轉地支撐並且滑動地接合到基部平臺。在一些實施例中，傳動軸40包括配置成將機械力傳遞至手術工具（即，圖1中的手術工具T1）的傳動軛41、連接至傳動軛41的第一桿件44、連接至第一桿件44的第二桿件45、連接於第一桿件44和第二桿件45之間的萬向接頭46 (universal joint)、以及連接至第二桿件45的滑動件43。在一些實施例中，萬向接頭46（包含接頭內的連接軸）都是由結構強度較佳的實心金屬所製成，使得其與由金屬彈簧管所構成的柔性桿件相比，可具有較佳的使用壽命。萬向接頭46在結構上適應所施加的力，並且當力被移除時返回到原始結構。萬向接頭46足夠硬以承受和傳遞來自軸馬達的機械力。在一個示例性實施例中，萬向接頭46包括連接至第一桿件44的第一連接件46-1、連接至第一連接件46-1的第二連接件46-2，以及連接於第二連接件46-2和第二桿件45之間的第三連接件46-3。如圖4B所示，第一連接件46-1係通過第一連接軸S1和第二連接軸S2樞接於第二連接件46-2，且第一連接件46-1相對於第二連接件46-2分別在第一方向D1和第二方向D2上為可擺動的。另外，第二連接件46-2係通過第三連接軸S3和第四連接軸S4樞接於第三連接件46-3，且第二連接件46-2相對於第三連接件46-3分別在第一方向D1和第二方向D2上為可擺動的。具體地，第一連接件46-1係以第一連接軸S1為中心而相對於第二連接件46-2在第一方向D1上轉動，並以第二連接軸S2為中心而相對於第二連接件46-2在第二方向D2上轉動。另外，第二連接件46-2係以第三連接軸S3為中心而相對於第三連接件46-3在第一方向D1上轉動，並以第四連接軸S4為中心而相對於第三連接件46-3在第二方向D2上轉動。由於傳動軸40是可旋轉的，因此第一方向D1和第二方向D2皆不為固定方向，只要第一方向D1和第二方向D2對應的平面垂直。

在一些實施例中，萬向接頭46還可包括連接於第一連接件46-1和第二連接件46-2之間的第四連接件46-4以及連接於第二連接件46-2和第三連接件46-3之間的第五連接件46-5。如圖4B所示，第一連接件46-1係以第一連接軸S1為中心可轉動的樞接於第四連接件46-4，且第二連接件46-2係以第二連接軸S2為中心可轉動的樞接於第四連接件46-4。另外，第二連接件46-2係以第三連接軸S3為中心可轉動的樞接於第五連接件46-5，且第三連接件46-3係以第四連接軸S4為中心可轉動的樞接於第五連接件46-5。在一些實施例中，第四連接件46-4可設置有第一穿孔及第二穿孔，第一連接件46-1鄰近第四連接件46-4的一端設置有一對第一樞耳46-11，第一連接軸S1穿過該對第一樞耳46-11與第一穿孔以使第一連接件46-1以第一連接軸S1為中心可轉動的樞接於第四連接件46-4。另外，第二連接件46-2鄰近第四連接件46-4的一端設置有一對第二樞耳46-21，第二連接軸S2穿過該對第二樞耳46-21與第二穿孔以使第二連接件46-2以第二連接軸S2為中心可轉動的樞接於第四連接件46-4。相對地，第五連接件46-5可設置有第三穿孔及第四穿孔，第二連接件46-2鄰近第五連接件46-5的一端設置有一對第三樞耳46-22，第三連接軸S3穿過該對第三樞耳46-22與第三穿孔以使第二連接件46-2以第三連接軸S3為中心可轉動的樞接於第五連接件46-5。另外，第三連接件46-3鄰近第五連接件46-5的一端設置有一對第四樞耳46-31，第四連接軸S4穿過該對第四樞耳46-31與第四穿孔以使第三連接件46-3以第四連接軸S4為中心可轉動的樞接於第五連接件46-5。在一些實施例中，萬向接頭46的兩端固定點為止附螺絲鎖附迫緊實心金屬軸的銑銷平面，使得在長期使用下，該銑銷平面不會發生因結構變形而造成緊固力不足的缺陷。在一些實施例中，端部平臺和基部平臺之間的最大距離大於第一桿件44、萬向接頭46和第二桿件45的總和長度，並且端部平臺和基部平臺之間的最小距離與第一桿件44、萬向接頭46和第二桿件45的總和長度基本相同。這樣，當不使用醫療裝置時，萬向接頭46不會受到壓力。

在一些實施例中，在操作醫療裝置期間，當端部平臺和基部平臺之間處於最小距離時，只有第一桿件44、萬向接頭46和第二桿件45暴露在端部平臺和基部平臺之間。在另一些實施例中，在操作醫療裝置期間，當端部平臺和基部平臺之間處於最小距離時，第一桿件44、萬向接頭46、第二桿件45和滑動件的一部分暴露在端部平臺和基部平臺之間。換言之，當端部平臺和基部平臺之間處於最小距離時，滑動件相對於基部平臺基本上是平坦的。

另一方面，當端部平臺和基部平臺之間的距離大於最小距離時，滑動件的一部分暴露在端部平臺與基部平臺之間。當端部平臺和基部平臺之間處於最大距離時，滑動件和驅動軸之間的重疊量不小於5mm。然而，在另一些實施例中，在端部平臺和基部平臺之間處於最大距離時，滑動件和驅動軸之間的重疊量可以小於5mm。換言之，滑動件和驅動軸之間的最小重疊量不超過5mm。在操作過程中，可能會向萬向接頭46施加力，導致第一連接件46-1和第二連接件46-2擺動，而在移除施加的力時變回第一連接件46-1和第二連接件46-2不擺動的原形。

在一些實施例中，當端部平臺和基部平臺之間處於最小距離時，滑動件相對於基部平臺基本上是平坦的。此外，第一桿件44、萬向接頭46和第二桿件45的總和長度與端部平臺和基部平臺之間的最小距離基本相同。在另一些實施例中，當端部平臺和基部平臺之間處於最小距離時，滑動件從基部平臺伸出。此外，第一桿件44、萬向接頭46和第二桿件45的總和長度小於端部平臺和基部平臺之間的最小距離。在另一些實施例中，當端部平臺和基部平臺之間處於最小距離時，滑動件從基部平臺凹入。此外，第一桿件44、萬向接頭46和第二桿件45的總和長度大於端部平臺和基部平臺之間的最小距離。但是，在端部平臺和基部平臺之間處於最小距離期間，萬向接頭46處於正常狀態。在一些實施例中，萬向接頭46的正常狀態是萬向接頭46處於相對不受力的狀態。因此，萬向接頭46在正常狀態下保持其原始形狀（即，第一連接件46-1和第二連接件46-2無擺動）。

在一個示例性實施例中，傳動軸40的長度L40基本上為11.5cm（即11.495cm）。在一個示例性實施例中，第一桿件44、萬向接頭46和第二桿件45的總和長度L42基本上為5.5cm（即5.475cm）。在一個示例性實施例中，第一桿件44和第二桿件45的直徑D42基本上為0.38cm。在一個示例性實施例中，滑動件43的直徑D43基本上為1cm。在一個示例性實施例中，滑動件43的長度L43基本上為3cm（即2.995cm）。在一個示例性實施例中，傳動軛41的加寬部的直徑D41基本上為1.3cm。然而，上述尺寸僅是示例，並且不應被用來限制本公開的範圍。

圖5示出了根據本公開的一些實施例的傳動軸的分解圖。在一些實施例中，第一桿件44、萬向接頭46和第二桿件45可統稱為萬向接頭傳動軸42，且為了方便以下說明，圖5將萬向接頭傳動軸42簡化為桿來表示。傳動軛41和滑動件43相應地具有通孔，萬向接頭傳動軸42插入其中。為了將萬向接頭傳動軸42物理性地附接到傳動軛41和滑動件43，相應地使用銷41-21、41-22、43-21和43-22。銷41-21和41-22用於將萬向接頭傳動軸42的一端按到或壓到傳動軛41的通孔的內表面。在一些實施例中，銷41-21和41-22彼此正交地設置。銷43-21和43-22用於將萬向接頭傳動軸42的另一端按到或壓到滑動件43的通孔的內表面。在一些實施例中，銷43-21和43-22彼此正交地設置。因此，銷41-21、41-22、43-21和43-22的正交定位確保在操作過程中萬向接頭傳動軸42牢固地固定到傳動軛41和滑動件43上。

在使用由金屬彈簧管所構成的柔性桿件連接於傳動軛41與滑動件43之間的情況下，因為彈簧疲勞壽命較低，所以柔性桿件可為彈簧線纏繞多束金屬細線所組成。另外，因為柔性桿件在使用上會須維持彎曲狀態，所以其剛性不能夠太大。然而，柔性桿件的彈簧線的直徑尺寸會影響到其剛性的大小，所以在需要柔性桿件有彈性功能可彎曲的條件下，就須採用直徑較小的彈簧線，但直徑較小的彈簧線則使用壽命不長。另外，傳動軸12可將馬達輸出的旋轉扭力傳遞至手術工具T1上，但柔性桿件在旋轉過程中會因彈簧線的金屬表面互相摩擦而產生金屬粉塵，因此增加了損壞平臺內部的風險。本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的醫療裝置1，可使用萬向接頭46連接於傳動軛41與滑動件43之間，萬向接頭46可配合端部平臺進行多方位運動，以實現六個自由度的運動能力，亦可解決使用由金屬彈簧管所構成的柔性桿件會有使用壽命較差的問題。另外，萬向接頭46在旋轉過程中不易摩擦生塵，因此可降低損壞平臺內部的風險。

在一些實施例中，傳動軛41包括突起41-1，該突起被配置成將機械力傳遞到適配器（即，圖1中的適配器13）的接收軸。突起41-1被配置成在操作期間與適配器的接收軸的接觸最少，以防止在適配器上產生雜訊(也就是說，避免在適配器上產生不需要的力和力矩的輸入)。

如圖5所示，端部平臺50包括第一軸承51和第二軸承52。在一些實施例中，端部平臺50還包括墊圈53和保持環54。在一些實施例中，第一軸承51和第二軸承52是凸緣軸承，其中軸承的外圈上的延伸部或唇部被設計成幫助軸承的安裝和定位。在一些實施例中，第一軸承51的凸緣定位在端部平臺50的背離基部平臺的表面上（即，定位在圖3中的端部平臺11-1和適配器13之間）。在一些實施例中，第二軸承52的凸緣定位在端部平臺50的面向基部平臺的表面上（即，定位在圖3中的端部平臺11-1和基部平臺11-2之間）。

在一些實施例中，保持環54徑向安裝在傳動軛41的凹槽41-4上。保持環54可以是C形環。在一些實施例中，墊圈53設置在保持環54和第二軸承52之間，以防止第二軸承52磨損。此外，墊圈53用於填充傳動軛41的凸緣41-3與保持環54之間的間隙。在一些實施例中，通過使用保持環54基本上去除了凸緣41-3、端部平臺50、墊圈53、第一軸承51和第二軸承52之間的間隙。軸承51和52可以被夾在傳動軛41的凸緣41-3和保持環54之間。因此，傳動軛41的凸緣41-3和保持環54用於幫助傳動軛41的安裝和定位。

圖6示出了根據本公開的一些實施例的適配器的分解圖。在一些實施例中，適配器包括本體以及設置在本體內並由本體可旋轉地支撐的接收軸66。本體包括基座61和機械地附接到基座61的蓋62。接收軸66設置在基座61和蓋62之間。在一些實施例中，接收軸66包括接收軛66-1和與接收軛66-1相對的卡盤66-2。卡盤66-2被配置成夾持手術工具（即，圖1中的手術工具T1）。卡盤66-2與蓋62的通孔對準，手術工具可以插入該通孔中。接收軛66-1暴露在適配器的外部。這樣，接收軛66-1可以接收來自傳動軸的機械力。接收軛66-1與傳動軸之間的接觸被設計成盡可能最少，以防止產生雜訊。在一些實施例中，在接收軛66-1上形成凹槽（未示出），該凹槽與傳動軸的突起（即圖5中的突起41-1）互補，以接收機械力。

在一些實施例中，適配器還包括第一軸承63和第二軸承64。在一些實施例中，第一軸承63和第二軸承64是凸緣軸承，其中軸承的外圈上的延伸部或唇部被設計成幫助軸承的安裝和定位。在一些實施例中，第一軸承63的凸緣定位在基座61的面向蓋62的表面上。在一些實施例中，第二軸承64的凸緣定位在基座61的背離蓋62的表面上。

在一些實施例中，適配器還包括保持環65。在一些實施例中，保持環65徑向安裝在接收軸66的凹槽66-3上。保持環65可以是C形環。在一些實施例中，接收軛66-1的直徑大於卡盤66-2的直徑。這樣，接收軛66-1的直徑比第一軸承63和第二軸承64的內圈寬。第一軸承63和第二軸承64可以被夾在接收軛66-1和保持環65之間。因此，接收軛66-1和保持環65用於幫助接收軸66的安裝和定位。

圖7示出了根據本公開的一些實施例的機器模塊的等距視圖。在一些實施例中，機器模塊80機械地附接到並聯操縱器的基部平臺70。在一些實施例中，機器模塊80包括：多個致動器81，所述致動器被配置成控制並聯操縱器的多個臂（即，圖1中的臂11-3）的運動；以及軸馬達82，該軸馬達被配置成產生用於操縱手術工具（即圖1中的手術工具T1）的機械力。

在一些實施例中，如圖7所示，基部平臺70包括臂基座71和被臂基座71圍繞的軸基座72。臂基座71用於在並聯操縱器的多個臂與機器模塊80的致動器81之間提供結構支撐。軸基座72用於為軸馬達82提供結構支撐。在一些實施例中，傳動軸40設置在軸基座72的凹進區域內。軸馬達82的一部分可以暴露在軸基座72的凹進區域中。傳動軸40和軸馬達82可以滑動地接合在軸基座72的凹進區域內。

圖8示出了根據本公開的一些實施例的傳動軸、並聯操縱器和機器模塊的分解圖。機器模塊的軸馬達92聯接到並聯操縱器的軸基座91。在一些實施例中，軸馬達92的轉子92-1插入到軸基座91的凹進區域中。驅動軸94附接到轉子92-1並且被配置成沿與轉子92-1相同的方向移動。傳動軸的滑動件93滑動接合到軸馬達92。在一些實施例中，滑動件93滑動接合到驅動軸94，其中由軸馬達產生的機械力通過驅動軸94傳遞到滑動件93。滑動件93具有插口，並且驅動軸94的截面形狀輪廓在結構上與插口的截面形狀輪廓互補。插口被配置成沿著驅動軸94滑動。驅動軸與滑動件之間的關係的進一步圖解和相關說明應在圖9中應公開。

在一些實施例中，在軸基座91的凹進區域內放置圓筒95。當組裝醫療裝置時，圓筒95圍繞滑動件93，而滑動件93圍繞驅動軸94。圓筒95、滑動件93和驅動軸94依次裝配在彼此內。

在一些實施例中，為了減少滑動件93和驅動軸94之間的摩擦，滑動件93和驅動軸94的材料彼此不同。驅動軸94的楊氏模量與滑動件93的楊氏模量不同。在一些實施例中，滑動件93的材料是鋼，而驅動軸94的材料是銅。在一些實施例中，滑動件93和驅動軸94的材料是抗摩擦金屬聚合物。

在一些實施例中，為了減少滑動件93與驅動軸94之間的摩擦，在驅動軸94的外表面上塗覆潤滑劑。在一些實施例中，在滑動件93的內表面上塗覆潤滑劑。潤滑劑可以包括碳粉、潤滑油等中的至少一種。

在一些實施例中，為了減少滑動件93和圓筒95之間的摩擦，滑動件93和圓筒95的材料彼此不同。滑動件93的楊氏模量與圓筒95的楊氏模量不同。在一些實施例中，滑動件93的材料是鋼，而圓筒95的材料是銅。在一些實施例中，滑動件93和圓筒95的材料是抗摩擦金屬聚合物。

在一些實施例中，為了減少滑動件93與圓筒95之間的摩擦，在滑動件93的外表面上塗覆潤滑劑。在一些實施例中，在圓筒95的內表面上塗覆潤滑劑。潤滑劑可以包括碳粉、潤滑油等中的至少一種。

圖9示出了根據本公開的一些實施例的驅動軸和滑動件的橫斷面圖。提供了滑動件21和驅動軸22的代表性圖示，以幫助描述它們之間的滑動接合。滑動件21具有插口21-1。驅動軸的表面22-1的截面形狀輪廓在結構上與插口21-1的截面形狀輪廓互補。插口21-1被配置成在操作醫療裝置期間在需要時沿著驅動軸22滑動。在另一些實施例中，在操作期間在驅動軸22和滑動件21之間需要重疊量，以確保在它們之間傳遞機械力。在操作期間驅動軸22與滑動件21之間的重疊量不小於5mm，以確保在它們之間傳遞機械力。在另一些實施例中，驅動軸22與滑動件21之間的最小重疊量不大於5mm。在另一些實施例中，驅動軸22與滑動件21之間的最小重疊量的範圍在0mm至5mm之間。在另一些實施例中，驅動軸22與滑動件21之間的最小重疊量的範圍在5mm至100mm之間。在一些實施例中，插口21-1的深度L1大於驅動軸22的高度L2。在另一些實施例中，插口21-1的深度L1與驅動軸22的高度L2基本相同。

在一些實施例中，插口21-1和驅動軸22的表面22-1的截面形狀輪廓是多邊形的形狀輪廓。驅動軸22具有彼此相交的多個小平面以形成角度的交叉部。在一些實施例中，兩個小平面之間的交叉部是圓形的或彎曲的以防止在插入期間造成損壞。插口21-1是一個封閉的開口，其可抓住驅動軸22的多個小平面。 驅動軸22的小平面之間的角度為驅動滑動件21提供了抓力。

在另一些實施例中，驅動軸和滑動件具有用於傳遞機械力的不同結構。驅動軸具有突起。滑動件具有對應於突起的凹槽。在組裝好的醫療裝置中，驅動軸的突起插入滑動件的凹槽中。凹槽的高度足以使得在操作期間滑動件滑離驅動軸時，突起留在凹槽內。突起被配置成沿著相應的凹槽滑動。此外，驅動軸被配置成在運動時通過與滑動件的凹槽內側壁相切的驅動軸的突起側壁將機械力傳遞至滑動件。

在一些實施例中，驅動軸具有沿彼此相反的方向延伸的兩個突起。滑動件具有與驅動軸的兩個突起互補的兩個凹槽。在一些實施例中，驅動軸具有狗骨式驅動接頭(dogbone drive joint)，並且滑動件是驅動杯(drive cup)。

圖10示出了根據本公開的一些實施例的接收軸和傳動軛的透視圖。在一些實施例中，傳動軸的傳動軛102具有至少一個突起102-1。該至少一個突起102-1從傳動軛102的本體102-2延伸。在一些實施例中，突起102-1是圓柱形的。接收軸101具有接收軛101-1。接收軛101-1具有在結構上與傳動軛102的該至少一個突起102-1互補的凹槽101-2。在組裝醫療裝置時，將本體102-2的頂部插入接收軛101-1的凹進區域中。在操作期間，傳動軛102被配置成通過與凹槽101-2的內側壁相切的突起102-1的側壁將機械力傳遞至接收軛101-1。這樣，在操作期間接收軛101-1與傳動軛102之間的接觸最小，以防止傳動軛102產生多餘的雜訊。

在一些實施例中，傳動軛102具有兩個突起102-1。突起102-1從傳動軛102的側壁沿彼此相反的方向延伸。兩個突起102-1彼此間隔180°。接收軛101-1具有與兩個突起102-1互補的兩個凹槽101-2。以與兩個突起102-1相同的方式，兩個凹槽101-2彼此相對設置。在一些實施例中，傳動軛102是狗骨式驅動接頭，並且接收軛101-1是驅動杯。

在操作期間，把來自傳動軸的雜訊盡可能地減到最小，從而在監測手術工具的運動時不會引發問題。在一些實施例中，可以使用傳感器系統來監測手術工具。圖11示出了根據本公開的一些實施例的力傳感器的橫斷面圖。圖12示出了根據本公開的一些實施例的力傳感器的分解圖。在一些實施例中，傳感器系統110設置在端部平臺130與適配器120之間。傳感器系統110被配置成測量適配器120的力。傳感器系統110具有通孔，由軸承122可旋轉地支撐的接收軸121和由軸承131可旋轉地支撐的傳動軸140在該通孔中會合。

在一些實施例中，傳感器系統110包括力中繼器111和機械地聯接到力中繼器111的力傳感器112。力中繼器111可拆卸地聯接到適配器120。在一些實施例中，力中繼器111具有與適配器120的凹槽和突起互鎖的凹槽和突起。

在一些實施例中，力傳感器112機械地附接到力中繼器111和端部平臺130，並且配置成將施加到適配器120的力轉換成電信號。在一些實施例中，力傳感器112利用在力傳感器112的通孔的外圍周圍嵌入的緊固件113機械地附接到力中繼器111和端部平臺130。在一些實施例中，在力傳感器112的前表面和後表面上形成多個孔，以相應地容納用於力中繼器111和端部平臺130的緊固件113。在一些實施例中，力中繼器111的緊固件113與端部平臺130的緊固件113交錯。在一些實施例中，用於力中繼器111的緊固件113不與用於端部平臺130的緊固件113對準，並且不與它們在投影上重疊。

在一些實施例中，力傳感器112是環形稱重傳感器（也稱作負載墊圈或通孔稱重傳感器）。力傳感器112將諸如張力、壓縮、壓力或轉矩等力轉換成電信號。在一些實施例中，施加到力傳感器112的力與電信號的變化成比例。

在一些實施例中，除了預定力和預定轉矩之外，施加到適配器120的力還包括在操作期間測量的力偏差和轉矩偏差。力偏差表示在操作期間當設置在接收軸121上的手術工具與諸如骨骼的目標物體接觸並對其施加力時，在接收軸方向上的影響。轉矩偏差表示在操作期間當設置在接收軸121上的手術工具與諸如骨骼的目標物體接觸並對其施加力時，在接收軸的運動上的影響。

在一些實施例中，傳感器系統110用於在操作期間控制手術工具的位置和方向/角度。在一些實施例中，傳感器系統信號連接至控制器。在操作期間，由控制器接收具有預定範圍、預定路徑或其組合的操作計劃。傳感器系統測量力偏差、轉矩偏差或其組合。力偏差和轉矩偏差是與操作計劃的預定範圍（即，預定力和預定轉矩）的偏差。基於力偏差和轉矩偏差來調節手術工具的方向/角度和位置。通過控制使並聯操縱器移動的致動器來調節手術工具的方向/角度和位置。通過控制來自軸馬達的機械力來調節手術工具的運動。在一些實施例中，傳動軸可能在傳感器系統上引起雜訊。因此，在一些實施例中，低通濾波器進一步電聯接至傳感器系統以去除雜訊。

因此，本公開的一個方面提供了一種醫療裝置，該醫療裝置包括：並聯操縱器，該並聯操縱器具有端部平臺和機械地聯接到端部平臺的基部平臺；適配器，該適配器具有可拆卸地聯接至端部平臺的本體和由本體可旋轉地支撐的接收軸，該接收軸具有接收軛；由端部平臺可旋轉地支撐的傳動軸，該傳動軸具有配置成將機械力傳遞至接收軛的傳動軛、連接至傳動軛的第一桿件、連接至第一桿件的第二桿件、連接於第一桿件和第二桿件之間的萬向接頭、和連接至第二桿件的滑動件；以及軸馬達，該軸馬達被配置成產生機械力以驅動傳動軸，該軸馬達具有可滑動地接合到滑動件的驅動軸。

在一些實施例中，醫療裝置還包括設置在端部平臺與適配器之間的傳感器系統，該傳感器系統被配置成測量適配器上的力。

在一些實施例中，傳感器系統包括力中繼器，該力中繼器可拆卸地聯接到適配器；力傳感器，該力傳感器機械地附接到力中繼器和端部平臺，並且配置成將施加到適配器的力轉換成電信號。

在一些實施例中，傳動軛具有突起，並且接收軛具有在結構上與突起互補的凹槽。在一些實施例中，傳動軛被配置成在運動時通過與凹槽相切的突起的側壁將機械力傳遞至接收軛。

在一些實施例中，滑動件具有插口。驅動軸的截面形狀輪廓在結構上與插口的截面形狀輪廓互補。插口被配置成沿著驅動軸滑動。

在一些實施例中，插口和驅動軸的截面形狀輪廓是多邊形的形狀輪廓。

在一些實施例中，驅動軸具有突起，並且滑動件具有對應於突起的凹槽。在一些實施例中，突起被配置成沿著凹槽滑動。

在一些實施例中，驅動軸和滑動件之間的最小重疊量不小於5mm。

在一個實施例中，萬向接頭包括連接至第一桿件的第一連接件、連接至第一連接件的第二連接件，以及連接於第二連接件和第二桿件之間的第三連接件；第一連接件係通過第一連接軸和第二連接軸樞接於第二連接件，且第一連接件相對於第二連接件分別在第一方向和第二方向上為可擺動的；第二連接件係通過第三連接軸和第四連接軸樞接述第三連接件，且第二連接件相對於第三連接件分別在第一方向和第二方向上為可擺動的。

在一些實施例中，萬向接頭還包括連接於第一連接件和第二連接件之間的第四連接件以及連接於第二連接件和第三連接件之間的第五連接件；第一連接件係以第一連接軸為中心可轉動的樞接於第四連接件，且第二連接件係以第二連接軸為中心可轉動的樞接於第四連接件；第二連接件係以第三連接軸為中心可轉動的樞接於第五連接件，且第三連接件係以第四連接軸為中心可轉動的樞接於第五連接件。

在一些實施例中，醫療裝置還包括圍繞滑動件的圓筒。圓筒、滑動件和驅動軸依次裝配在彼此內。

在一些實施例中，驅動軸的楊氏模量與滑動件的楊氏模量不同，並且滑動件的楊氏模量與圓筒的楊氏模量不同。

在一些實施例中，醫療裝置還包括潤滑劑，該潤滑劑被施用以塗覆圓筒、滑動件和驅動軸中的至少一者的表面。

在一些實施例中，在端部平臺和基部平臺之間處於最小距離時，萬向接頭處於正常狀態。

在一些實施例中，力傳感器是環形稱重傳感器。

在一些實施例中，適配器還具有軸承，該軸承被配置成將接收軸可旋轉地附接到本體。在一些實施例中，端部平臺還具有軸承，該軸承被配置成將傳動軸可旋轉地附接到端部平臺。

最後所應說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照以上較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神和範圍。

1:醫療裝置 11-1:端部平臺 11-2:基部平臺 11-3:臂 12:傳動軸 13:適配器 14:傳感器系統 15:殼體 16:手柄 17:控制模塊 18-1:第一定位單元 18-2:第二定位單元 T1:工具 40:傳動軸 41:傳動軛 41-1:突起 41-21,41-22,43-21,43-22:銷 41-3:凸緣 41-4:凹槽 42:萬向接頭傳動軸 43:滑動件 44:第一桿件 45:第二桿件 46:萬向接頭 46-1:第一連接件 46-2:第二連接件 46-3:第三連接件 46-4:第四連接件 46-5:第五連接件 S1:第一連接軸 S2:第二連接軸 S3:第三連接軸 S4:第四連接軸 46-11:第一樞耳 46-21:第二樞耳 46-22:第三樞耳 46-31:第四樞耳 D1:第一方向 D2:第二方向 50:端部平臺 51:第一軸承 52:第二軸承 53:墊圈 54:保持環 61:基座 62:蓋 63:第一軸承 64:第二軸承 65:保持環 66:接收軸 66-1:接收軛 66-2:卡盤 66-3:凹槽 70:基部平臺 71:臂基座 72:軸基座 80:機器模塊 81:致動器 82:軸馬達 91:軸基座 92:軸馬達 92-1:轉子 93:滑動件 94:驅動軸 95:圓筒 21:滑動件 21-1:插口 22:驅動軸 101:接收軸 101-1:接收軛 101-2:凹槽 102:傳動軛 102-1:突起 102-2:本體 110:傳感器系統 111:力中繼器 112:力傳感器 113:緊固件 120:適配器 121:接收軸 130:端部平臺 122,131:軸承 140:傳動軸

圖1示出了根據本公開的一些實施例的醫療裝置的3D表示視圖。

圖2示出了根據本公開的一些實施例的醫療裝置的橫斷面圖。

圖3示出了根據本公開的一些實施例的醫療裝置的分解圖。

圖4A示出了根據本公開的一些實施例的傳動軸的透視圖。

圖4B示出了根據本公開的一些實施例的萬向接頭的示意圖。

圖5示出了根據本公開的一些實施例的傳動軸的分解圖。

圖6示出了根據本公開的一些實施例的適配器的分解圖。

圖7示出了根據本公開的一些實施例的機器模塊的透視圖。

圖8示出了根據本公開的一些實施例的傳動軸、並聯操縱器和機器模塊的分解圖。

圖9示出了根據本公開的一些實施例的驅動軸和滑動件的橫斷面圖。

圖10示出了根據本公開的一些實施例的接收軸和傳動軛的透視圖。

圖11示出了根據本公開的一些實施例的力傳感器的橫斷面圖。

圖12示出了根據本公開的一些實施例的力傳感器的分解圖。

1:醫療裝置

11-1:端部平臺

11-2:基部平臺

11-3:臂

12:傳動軸

13:適配器

14:傳感器系統

15:殼體

16:手柄

17:控制模塊

18-1:第一定位單元

18-2:第二定位單元

T1:工具

Claims (10)

1. 一種醫療裝置，包括： 一軸馬達，經配置以產生用於操縱一手術工具的一機械力； 一並聯操縱器，包括： 一端部平臺，用於支撐該手術工具； 一基部平臺，用於支撐該軸馬達；以及 多個臂，聯接在該端部平臺和該基部平臺之間，並且經配置以控制該端部平臺的移動；以及 一聯軸器，具有耦接至該手術工具的一第一端以及耦接至該軸馬達的一第二端，其中該第一端相對於該第二端在一方向上為可擺動的，且該聯軸器經配置以將該機械力傳遞到該手術工具。
2. 如請求項1所述的醫療裝置，其中該聯軸器為一萬向接頭或一柔性桿件，且該醫療裝置還包括： 一接收軛，耦接於該手術工具和該聯軸器的該第一端之間； 一滑動件，耦接於該軸馬達和該聯軸器的該第二端之間，其中該滑動件滑動接合到該軸馬達，並且經配置以接收該機械力；以及 一傳動軛，耦接於該聯軸器的該第一端以及該接收軛之間，並且經配置以將該機械力傳遞到該接收軛。
3. 如請求項2所述的醫療裝置，其中該滑動件和該軸馬達可滑動地接合在該基部平臺的一凹進區域內。
4. 如請求項2所述的醫療裝置，其中該軸馬達產生的該機械力係通過一驅動軸傳遞到該滑動件，且該滑動件被配置成可沿著該驅動軸滑動。
5. 如請求項2所述的醫療裝置，其中該接收軛係通過一卡盤耦接該手術工具，且該卡盤被配置成夾持該手術工具。
6. 如請求項5所述的醫療裝置，其中該接收軛和該卡盤可旋轉地附接到一本體，且該本體經配置以聯接該端部平臺。
7. 如請求項2所述的醫療裝置，其中該端部平臺具有一軸承，且該軸承被配置成將該滑動件和該傳動軛可旋轉地附接到該端部平臺。
8. 如請求項2所述的醫療裝置，其中該傳動軛具有至少一突起，並且通過該至少一突起傳遞該機械力到該接收軛。
9. 如請求項8所述的醫療裝置，其中該接收軛具有相對應該至少一突起的至少一凹槽，並且通過該至少一凹槽接收該機械力。
10. 如請求項5所述的醫療裝置，還包括： 多個致動器，耦接該些臂，並且經配置以控制該些臂的運動，其中該基部平臺還用於在該些臂與該些致動器之間提供結構支撐，且該接收軛和該卡盤根據該機械力旋轉該手術工具。

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