(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210916592.6 (22)申请日 2022.08.01 (71)申请人 清华大学 地址 100084 北京市海淀区清华园 (72)发明人 廖洪恩　王杰　马龙飞　 (74)专利代理 机构 北京清亦华知识产权代理事 务所(普通 合伙) 11201 专利代理师 蒋松 (51)Int.Cl. B25J 9/10(2006.01) B25J 9/16(2006.01) A61B 34/30(2016.01) A61B 34/00(2016.01) (54)发明名称 驱动系统和具有该驱动系统的手术机 器人 (57)摘要 本发明公开了一种驱动系统及其控制方法 和具有该驱动系统的手术机器人， 驱动系统包 括： 多个直线驱动装置、 多个传动轴和多个控制 线。 每个直线驱动装置具有驱动轴， 每个驱动轴 设有第一连接件和第二连接件中的一者； 每个传 动轴设有第一连接件和第二连接件中的另一者， 其中多个第二连接件能够一一对应地且可脱离 地配合在多个第一连接件内多个控制线一一对 应地与多个传动轴相连， 每个控制线适于与线驱 器械相连。 本发明实施例的驱动系统， 以直线电 机代替旋转电机， 以直线动力传递代 替旋转动力 传递， 可以进行手术器械的快速切换， 且能够实 现高精度驱动， 同时该驱动系统可以使得刚性器 械具备顺 从性， 避免器械在手术中与组织发生刚 性碰撞。 权利要求书2页 说明书9页 附图4页 CN 115284272 A 2022.11.04 CN 115284272 A 1.一种驱动系统， 其特 征在于， 包括： 多个直线驱动装置， 每个所述直线驱动装置具有驱动轴， 每个所述驱动轴设有第一连 接件和第二连接件中的一 者； 多个传动轴， 每个所述传动轴设有所述第一连接件和所述第二连接件中的另一者， 其 中多个所述第二连接件能够一 一对应地且可脱离地配合在多个所述第一连接件内； 和 多个控制线， 多个所述控制线一一对应地与多个所述传动轴相连， 每个所述控制线适 于与线驱器械相连。 2.根据权利要求1所述的驱动系统， 其特征在于， 所述第一连接件为卡槽， 所述第二连 接件为凸台， 其中多个所述凸台能够一一对应地且可脱离地配合在多个所述卡槽内， 每个 所述凸台从所述驱动轴和所述传动轴中的相应一者、 朝向与相配合的所述卡槽的开口方向 相反的方向延伸。 3.根据权利要求2所述的驱动系统， 其特征在于， 每个所述卡槽具有朝第 一方向敞开的 开口， 每个所述凸台从所述驱动轴和所述传动轴中的相应一者向第二方向延伸， 所述第一 方向和所述第二方向相反。 4.根据权利要求2或3所述的驱动系统， 其特征在于， 每个所述驱动轴包括轴体和设在 所述轴体上的连接块， 所述连接块的周面设有容纳槽， 所述容纳槽的底壁面设有 所述卡槽， 所述卡槽为楔形， 所述连接块的端面开设有与所述容纳槽连通的过槽， 其中所述凸台包括 楔形部， 所述凸台穿过相应的所述连接块的所述过槽且容纳在其所述容纳槽内， 所述楔形 部配合在相应的所述 卡槽内。 5.根据权利要求2或3所述的驱动系统， 其特 征在于， 进一 步包括： 基座， 多个所述直线驱动装置设在所述基座上， 可选地， 所述直线驱动装置为直线电 机； 和 安装架， 多个所述传动轴设在所述安装架上， 所述安装架通过卡扣可拆卸地设在所述 基座上。 6.根据权利要求5所述的驱动系统， 其特征在于， 所述卡扣的扣合方向与每个所述卡槽 的开口方向相反。 7.根据权利要求6所述的驱动系统， 其特 征在于， 进一 步包括： 底座， 所述基座设在所述底座上且所述基座 能够沿着所述驱动轴的轴向方向在所述底 座上移动。 8.根据权利要求2或3所述的驱动系统， 其特 征在于， 进一 步包括： 安装架， 多个所述传动轴设在所述 安装架上； 和 多个弹性件， 每个所述弹性件设在所述安装架上， 每个所述弹性件处于形变状态， 其中 每个所述控制线包括驱动线和传动线， 多个所述驱动线的一端一一对应地与多个所述传动 轴相连， 每个所述驱动线的另一端适于与线驱器械相连， 多个所述传动线的一端一一对应 地与多个所述弹性件相连， 每 个所述传动线的另一端适于与线驱器械相连。 9.根据权利要求8所述的驱动系统， 其特征在于， 所述安装架包括沿所述传动轴的轴向 间隔设置的第一板和第二板， 多个所述传动轴设在所述第一板上， 所述第二板用于安装线 驱器械， 其中多个所述弹性件设在所述第一板上， 每个所述弹性件处于拉伸状态以便对所 述传动线施加沿所述传动轴的轴向朝向所述第一板的拉力。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115284272 A 210.根据权利要求9所述的驱动系统， 其特征在于， 进一步包括多个支撑件， 每个所述支 撑件设在所述第一板上， 其中每个所述支撑件沿所述传动轴的轴向延伸， 多个所述弹性件 一一对应地套设在多个所述支撑件上。 11.根据权利要求1或2所述的驱动系统， 其特征在于， 每个所述控制线包括驱动线和传 动线， 多个所述驱动线的一端一一对应地与多个所述传动轴相连， 每个所述驱动线的另一 端适于与线驱器械相连； 进一步包括多个标记块和用于捕捉每个所述标记块的位置的摄像头， 多个所述标记块 一一对应地设在所述驱动线上。 12.根据权利要求1 1所述的驱动系统， 其特 征在于， 进一 步包括： 安装架， 所述安装架包括沿所述传动轴的轴向间隔设置的第一板和第二板， 多个所述 传动轴设在所述第一板上， 每个所述传动线的一端与所述第一板相连， 每个所述传动线的 另一端适于与线驱器械相连， 所述第二板包括用于安装线驱器械的安装部； 以及 多个第一线轮和多个第 二线轮， 多个所述第 一线轮和多个所述第 二线轮环绕所述安装 部交替地设在所述第二板上， 多个所述驱动线一一对应地绕过多个所述第一线轮， 多个所 述传动线一一对应地绕过多个所述第二线轮， 其中每个所述标记块位于相应的所述驱动线 的所述一端与相应的所述第一线轮之间。 13.根据权利要求12所述的驱动系统， 其特征在于， 所述第 一板的中间设有一个工具通 道， 所述工具通道的位置与所述第二板上的所述 安装部的位置相对应。 14.一种如权利要求11 ‑13中任一项所述的驱动系统的控制方法， 其特征在于， 针对直 线驱动装置 本身的误差， 通过控制器PID控制算法实现闭环控制； 驱动轴和传动轴的切换界面中第一连接件和第二连接件的加工误差， 以及， 传动轴的 运动传递到驱动线的连接处的误差， 和驱动线受到拉力作用而发生伸长的误差， 通过摄像 头捕捉驱动线上的标记块的位移量作为闭环反馈； 驱动线的位移量传递到与线驱器械的关节引起线驱器械的位姿变化， 这个过程出现的 误差， 通过采用位姿传感器、 视觉传感器或者磁传感器获取器械的位姿信息作为整个线驱 器械驱动系统的闭环反馈信号。 15.一种手术机器人， 其特 征在于， 包括： 驱动系统， 所述驱动系统为 根据权利要求1 ‑12中任一项所述的驱动系统； 以及 线驱器械， 所述驱动系统的每 个控制线与所述线驱器械相连。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115284272 A 3