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一种与线性驱动装置(1)的承载器一起使用的离合机构(5)，包括：壳体(3)；与壳体连接的第一齿轮(6)，并且该第一齿轮具有被配置为与线性驱动装置的螺纹轴(2)啮合的轮齿(61)，从而螺纹轴的旋转使壳体在第一操作模式下沿螺纹轴移动；以及与第一齿轮相关联的第一离合装置，该第一离合装置被配置为当施加于第一齿轮上的旋转力小于阈值力时阻止第一齿轮相对于壳体的实质性旋转，并且当施加于第一齿轮上的旋转力大于阈值力时允许第一齿轮相对于壳体旋转，从而通过向壳体施加力使通过螺纹轴和轮齿的相互作用而施加于第一齿轮上的旋转力超过第一阈值，壳体能够在第二操作模式下沿螺纹轴的长度方向手动地移动。

1.  一种与线性驱动装置的承载器一起使用的离合机构，所述离合机构包括：
壳体；
第一齿轮，所述第一齿轮与所述壳体连接并且具有被配置为与线性驱动装置的螺纹轴啮合的轮齿，从而螺纹轴的旋转使所述壳体在第一操作模式下沿螺纹轴移动；以及
第一离合装置，所述第一离合装置与所述第一齿轮相关联并且被配置为当施加于所述第一齿轮上的旋转力小于阈值力时阻止所述第一齿轮相对于所述壳体的实质性旋转，并且当施加于所述第一齿轮上的旋转力大于阈值力时允许所述第一齿轮相对于所述壳体旋转，从而通过向所述壳体施加力使通过螺纹轴和所述轮齿的相互作用而施加于所述第一齿轮上的旋转力超过第一阈值，所述壳体能够在第二操作模式下沿螺纹轴的长度方向手动地移动。

2.  根据权利要求1所述的离合机构，其中，所述第一离合装置包括设置为向所述第一齿轮施加压力的第一离合器板和第二离合器板。

3.  根据权利要求1所述的离合机构，其中，所述第一离合器板与所述壳体整体成型，而所述第二离合器板能相对于所述第一离合器板移动。

4.  根据上述权利要求中任意一项所述的离合机构，其中，设有调节机构用以改变第一齿轮上的阈值力。

5.  根据权利要求4所述的离合机构，其中，所述调节机构包括可由使用者驱动的把手。

6.  根据权利要求2或3所述的离合机构，其中，设有弹性偏压元件用以维持所述第一齿轮上的压力。

7.  根据上述权利要求中任意一项所述的离合机构，所述离合机构进一步包括与壳体连接的第二齿轮，所述第二齿轮具有被配置为与线性驱动装置的螺纹轴啮合的轮齿，从而在所述第一齿轮和所述第二齿轮之间限定出适于接纳线性驱动装置的螺纹轴的通道。

8.  根据权利要求7所述的离合机构，其中，所述第二齿轮能够实质上相对于所述壳体自由地旋转。

9.  根据权利要求7所述的离合机构，所述离合机构进一步包括与所述第二齿轮相关联的第二离合装置，所述第二离合装置被配置为当施加于所述第二齿轮的至少一个轮齿上的旋转力小于阈值力时阻止所述第二齿轮相对于所述壳体的实质性旋转，并且当施加于所述第二齿轮上的旋转力大于阈值力时允许所述第二齿轮相对于所述壳体旋转，从而能够通过旋转线性驱动装置的螺纹轴使所述壳体在第一操作模式下沿螺纹轴移动，并且能够使所述壳体在第二操作模式下沿螺纹轴的长度方向手动地移动。

10.  一种线性驱动装置，包括：
螺纹轴；
与所述螺纹轴连接并被配置为驱动所述螺纹轴旋转的马达；以及
通过根据上述任意一项权利要求所述的离合机构安装到所述螺纹轴上的承载器。

11.  一种手术工具夹持机构，包括根据权利要求10所述的线性驱动装置或根据权利要求1至9中任意一项所述的离合机构。

12.  根据权利要求11所述的手术工具夹持机构，其中，所述壳体进一步包括适于接纳手术工具或器械的连接装置。

13.  根据权利要求12所述的手术工具夹持机构，进一步包括与所述连接装置连接的内窥镜工具。

14.  一种实质上如此前参照附图所描述的离合机构。

15.  一种实质上如此前参照附图所描述的线性驱动装置。

16.  一种实质上如此前参照附图所描述的手术工具夹持机构。

17.  此处公开的任何新的特征或者特征的组合。

离合机构
技术领域
本发明的实施例涉及与线性驱动装置一起使用的离合机构，涉及包括这种离合机构的线性驱动装置，以及涉及包括这样的线性驱动装置的手术工具夹持机构。尤其，本发明的实施例涉及包括线性驱动装置和离合机构的手术工具夹持机构。
背景技术
已知线性驱动装置的各种应用。通常，这些装置包括与螺纹轴连接的马达和安装在螺纹轴上的承载器。承载器具有与螺纹轴的螺纹接合的元件，而且当马达驱动螺纹轴旋转时承载器被阻止绕螺纹轴转动，于是承载器被沿着螺纹轴的长度方向以线性运动的方式驱动。反向旋转螺纹轴使承载器沿螺纹轴在线性运动方向反向运动。于是，可利用马达向承载器传递线性运动。
这种线性驱动装置的一个应用实例是在手术机器人或其它手术工具夹持机构的操作过程中驱动安装于装置的承载器上的内窥镜的移动--换句话说，将内窥镜或内窥镜检查器械移入或移出手术位置。
比如手术机器人技术(或类似情况)中应用的线性驱动装置常常被配置为以低速驱动承载器--例如，处于安全原因。如果需要进行较大的运动，允许承载器较快地运动会比较方便。这可以通过设置与承载器的元件连接的执行机构来实现。执行机构启动后使元件与线性驱动装置的螺纹轴的螺纹脱离。因此，无须螺纹轴本身的旋转，承载器可以自由地沿螺纹轴的长度方向手动地移动。当承载器沿螺纹轴的长度方向移动到期望的位置时，使执行机构失效以使元件与螺纹轴的螺纹重新接合。然后，可以通过常规的方式驱动承载器运动。
与元件和螺纹轴完全分离相关联的问题是，元件完全接合或者分离。于是，当元件开始分离时，由于承载器及其上连接的器械的重量突然不再由工具夹持机构支撑而且，例如，可能比使用者预想的更重，因此，承载器的重量可能引起承载器非故意的运动。此外，元件分离后承载器的运动增加了承载器其它误动的危险。在手术应用中，承载器的误动可能是严重的安全问题(潜在地引起对病人或外科医生的伤害)。
发明内容
本发明实施例的目标是试图改善与现有技术相关联的问题。
因此，本发明的一个方面提供了一种与线性驱动装置的承载器一起使用的离合机构，该离合机构包括：壳体；与壳体连接的第一齿轮，并且该第一齿轮具有被配置为与线性驱动装置的螺纹轴啮合的轮齿，从而螺纹轴的旋转使壳体在第一操作模式下沿螺纹轴移动；以及与第一齿轮相关联的第一离合装置，该第一离合装置被配置为当施加于第一齿轮上的旋转力小于阈值力时阻止第一齿轮相对于壳体的实质性旋转，并且当施加于第一齿轮上的旋转力大于阈值力时允许第一齿轮相对于壳体旋转，从而通过向壳体施加力使通过螺纹轴和轮齿的相互作用而施加于第一齿轮上的旋转力超过第一阈值，壳体能够在第二操作模式下沿螺纹轴的长度方向手动地移动。
优选地，第一离合装置包括设置为向第一齿轮施加压力的第一离合器板和第二离合器板。
有利地，第一离合器板与壳体整体成型，而第二离合器板可以相对于第一离合器板移动。
便利地，设有调节机构用以改变第一齿轮上的阈值力。
优选地，调节机构包括可由使用者驱动的把手。
有利地，设有弹性偏压元件用以维持第一齿轮上的压力。
优选地，所述离合机构进一步包括与壳体连接的第二齿轮，第二齿轮具有被配置为与线性驱动装置的螺纹轴啮合的轮齿，从而在第一齿轮和第二齿轮之间限定出适于接纳线性驱动装置的螺纹轴的通道。
优选地，第二齿轮能够实质上相对于壳体自由地旋转。
有利地，所述离合机构进一步包括与第二齿轮相关联的第二离合装置，该第二离合装置被配置为当施加于第二齿轮的至少一个轮齿上的旋转力小于阈值力时阻止第二齿轮相对于壳体的实质性旋转，并且当施加于第二齿轮上的旋转力大于阈值力时允许第二齿轮相对于壳体旋转，从而可以通过旋转线性驱动装置的螺纹轴使壳体在第一操作模式下沿螺纹轴移动，并且可以使所述壳体在第二操作模式下沿螺纹轴的长度方向手动地移动。
本发明的另一方面提供了一种线性驱动装置，包括：螺纹轴；与螺纹轴连接并被配置为驱动螺纹轴旋转的马达；以及通过离合机构安装到螺纹轴上的承载器。
本发明的另一方面提供了包括线性驱动装置或离合机构的手术工具夹持机构。
有利地，所述壳体进一步包括适于接纳手术工具或器械的连接装置。
优选地，所述机构进一步包括与连接装置连接的内窥镜工具。
附图说明
现参照附图以示例的方式对本发明的实施例进行描述，图中：
图1示出了包括离合机构的线性驱动装置的第一视图；
图2示出了包括离合机构的线性驱动装置的第二视图；
图3示出了包括离合机构的线性驱动装置的第三视图；
图4示出了包括线性驱动装置和离合机构的机构；
图5示出了包括离合机构的线性驱动装置的第一视图；
图6示出了包括离合机构的线性驱动装置的第一视图；
图7示出了包括离合机构的线性驱动装置的第一视图；以及
图8示出了包括离合机构的线性驱动装置的第一视图。
具体实施方式
参照图1，本申请的一个实施例包括线性驱动装置1。
线性驱动装置1包括螺纹轴2以及与螺纹轴连接的马达16，激活马达16会引起螺纹轴2旋转。优选地，马达16与螺纹轴2的近端连接。这种连接可以通过使用齿轮箱(未示出)或通过直接连接实现。
螺纹轴2和马达16安装于壳体4中。马达16固定于壳体4上并被阻止相对于壳体转动。这可以例如通过使用粘合剂或者一个或多个螺钉实现。作为选择，马达16可具有与壳体4整体成型的基座(未示出)。其它的安装方式也是可能的。
螺纹轴2由马达16驱动相对于壳体4自由旋转。在一个实施例中，在螺纹轴2的远端设有轴承(未示出)，用以相对于壳体4支撑螺纹轴2。
参照图2，设有包括壳体3和离合机构(clutch mechanism)5的承载器(carrier)。壳体3限定出第一腔31，还可以限定出第二腔32。每个腔31、32可以包括由一个或多个隔板35(在图3中最佳地示出)彼此分隔开的一对壁33、34。
如图2所示，离合机构5被配置成与壳体3相适应并包括第一齿轮6和第二齿轮7。第一齿轮6安装于壳体3的第一腔31内(位于壳体的壁33、34之间)，而第二齿轮7安装于壳体3的第二腔32内(位于壳体的壁33、34之间)。在第一齿轮6和第二齿轮7之间形成通道21，该通道被配置成接纳线性驱动装置1的螺纹轴2。
第一齿轮6和第二齿轮7具有齿61、71，这些齿适于与容纳在由齿轮6、7所限定的通道21中的线性驱动装置1的螺纹轴2的螺纹22啮合。
第一齿轮6和第二齿轮7安装在各自的轴8、9上。轴8、9安装在壳体3上，并且第一齿轮6和第二齿轮7每个都可以绕相关的轴8、9的纵向轴线充分自由地旋转。轴8、9可以使穿过每个齿轮6、7上的孔62、72的细长形元件；轴8、9的长度可以比各自的齿轮6、7的长度长一些。
第一齿轮6绕其轴8的纵向轴线的转动受到例如压力的限制或约束，该压力穿过第一齿轮6的两个断面63、64。该压力可以通过使用一对离合器板或制动板10、11(或者任何其它此类的元件或机构)实现。
每个离合器板10、11邻接第一齿轮6各自的端面63、64设置，并被配置为向第一齿轮6的各自的端面63、64施加力。离合器板10、11与第一齿轮6一起位于壳体3的第一腔31中，布置为使离合器板10、11通常与第一腔31的壁33、34平行。
施加于第一齿轮6上的压力可利用调节机构进行调节。
例如，在一个实施例中，轴8的第一端穿过由邻接第一齿轮6的第一端面63的第一离合器板11限定的孔111，并从壳体3的第一腔31中穿出。把手12固定在轴8的第一端81上。
设有弹性偏压元件(例如，螺旋弹簧)17--可以形成调节机构的一部分。弹性偏压元件17用以在把手12的内表面121和壳体3的一个壁33的外表面之间形成偏压而分开。在该实施例中，把手12可以固定在轴8上使其不能沿轴8的长度方向移动。
轴8的第二端82(越过轴8的长度与轴8的第一端81相对)延伸穿过第一齿轮6的第二端面64(其越过第一齿轮6的长度与第一齿轮6的第一端面63相对)而进入第二离合器板10。
优选地，例如利用位于轴8第二端82的锁定部分(keyed section)阻止轴8绕其纵向轴线相对于壳体3旋转--其中轴8的锁定部分被配置为与第二离合器板10的相应地锁定部分配合，而第二离合器板10与壳体3的第一腔31锁定在一起(以防止相对的转动)--例如通过与一个或多个腔体隔板35接合(abutment)。
另外，轴8的第二端82固定在第二离合器板10上，从而轴8相对于壳体3的第一腔31的线性运动会引起第二离合器板10的相应的线性运动。
第一离合器板11被配置为与第一腔31一个壁33的内表面以及第一齿轮6的第一端面63邻接。
于是，弹性偏压元件17(通过轴8)偏压第二离合器板10从而向第一齿轮6的第二端面64施加力。这导致第一齿轮6的第一端面63与第一离合器板11邻接，而壳体3的第一腔31的(同样与第一离合器板11邻接的)一个壁33的内表面阻止第一离合器板11的进一步运动(在平行于轴8的纵向轴线且远离第一齿轮6的方向上)。同样地，压力被施加于第一齿轮6的第一端面63和第二端面64上。
通过两个离合器板10、11施加于第一齿轮6上的压力限定了为使第一齿轮6绕其轴8旋转而必须施加到第一齿轮6的齿61上的阈值力。
第二齿轮7安装在轴9上并且可绕轴9的纵向轴线自由旋转。轴9的第一端91和第二端92可以安装在壳体3上(这里的安装可以使用轴承--未示出)。
第一离合器板10可以与壳体3整体成型。
连接装置18可以安装或连接与承载器上(例如在壳体3上)，并可被配置为接纳工具或器械。例如，连接装置可以适于接纳内窥镜或内窥镜手术工具15--如图4所示。
在某些实施例中，线性驱动装置1安装在臂12上。臂12接下来安装在元件13上，该元件13允许并且可以驱动元件13及臂12绕支撑体的转动，该支撑体形成机器人主体14的一部分。
可以认为线性驱动装置1、臂12、元件13以及机器人主体14合起来(或者这些特征的任意子组合)形成了机器人17(或者其它类型的机构)，可以是手术机器人(或者其它类型的手术工具夹持机构)。在某些实施例中，手术机器人为内窥镜手术辅助机器人(或工具夹持机构)，被配置为在内窥镜手术操作中例如通过对内窥镜15或其它工具进行支撑而为外科医生提供帮助。
在一些实施例中(参见图5)，未设置第二齿轮7，而是可以改为设有配置为略过螺纹轴2的螺纹22的充分光滑的支撑表面。该支撑表面可以构成与上面描述的第二齿轮7位于通常相同位置的邻接块19的一部分。于是，上面描述的通道21就形成在邻接块19和第一齿轮6之间。
在操作过程中，承载器(即壳体3及离合机构5)可以通过激活马达16使螺纹轴2旋转而实现。随着螺纹轴2的旋转，螺纹轴2的螺纹22与第一齿轮6及第二齿轮7的齿61、71协同作用。由于第一齿轮6被保持为其旋转被施加于其上的压力阻止或基本上阻止，承载器被沿着螺纹轴2的长度方向驱动(按照惯例，承载器被阻止相对于马达16旋转)。
在承载器的运动过程中，第二齿轮7基本上自由地旋转。
承载器沿螺纹轴2的运动可以在马达16的控制下(马达可由机器人17控制)以这种方式实现。
当承载器需要进行较大的线性运动时，使用者可以抓住承载器壳体3并根据需要要螺纹轴2的长度方向手动地推动或拉动承载器。这时，由(例如)通过两个离合器板10、11施加于第一齿轮6上的压力所限定的阈值力被克服。第一齿轮6绕其轴8的纵向轴线旋转，而承载器可以沿螺纹轴2向上或向下移动。当承载器到达螺纹轴2长度方向上的希望位置时，使用者放开承载器，施加在第一齿轮6的齿61上的力再次降到促使第一齿轮6绕其轴9的纵向轴线旋转的阈值力以下。于是，承载器保持在螺纹轴2长度方向上的这一位置。
承载器由马达16驱动的运动为第一操作模式，而承载器在手动作用下的运动为第二操作模式。这两种操作模式不会同时发生。
应该理解，这样的布置方式可以改善上面讨论过的与现有技术相关的问题。特别地，离合机构5有助于减少承载器(以及附于其上的物体)误动的危险。
在上述实施例中，使用者可能会在壳体3方向上逆着弹性偏压元件17的力向把手12施加力。这一动作导致施加于第一齿轮6上的压力减少，于是减小了阈值力--从而允许承载器沿螺纹轴2更加容易地运动。作为选择，把手12可以被封闭与壳体3中而使用者无法接触。
在一个实施例中(由图6最佳地示出)，调节机构可以不包括弹性偏压元件17。例如，把手12可以通过轴8第一端81的螺纹部分83与轴8连接。可以在把手12的纳轴中空部(axle receiving hollow)122中设置相应的螺纹。这允许通过将把手12的纳轴中空部122安装到轴8的螺纹部分83上使螺纹相互匹配而将把手12固定在轴8的螺纹部分83上。把手12位于壳体3的第一腔31的外侧，把手12的内表面121被配置为与壳体3的一个壁33的外表面邻接。把手12的旋转使其沿轴8的螺纹部分83移动(朝向或者远离第一齿轮6的第一端面--取决于旋转方向)。当把手12被旋转到使得把手12的内表面121邻接壳体3的壁33的外表面时，把手12进一步的旋转(在相同方向上)会使轴8被拉入把手12中。这导致第二离合器板10向第一齿轮6的第二端面64施加力。于是，压力被基本上如上面所描述的那样施加到第一齿轮6上。
在一个实施例中(由图7最佳地示出)，弹性偏压元件17被设置用以对第一离合器板11施加偏压而使其远离壳体3的一个壁33的内表面。第二离合器板10位于壳体3的第一腔31中并与壳体3的壁34以及第一齿轮6的第二端面64相邻。于是，弹性偏压元件17在于第一齿轮6的第一端面63邻接的第一离合器板11上施加力，并将第一齿轮6的第二端面64压靠在第二离合器板10上(第二离合器板10接着压靠壳体3的第一腔31的一个壁34的内表面)。通过这种方式将压力施加到第一齿轮6上。
在一个实施例中(由图8最佳地示出)，壳体3的壁33被配置为在由其限定的螺纹孔中接纳第一离合器板11的相对应的螺纹元件112。在该实施例中，把手12的旋转可用于推动(或挤压)第一离合器板11靠着第一齿轮6的第一端面63，从而基本上如上面所描述的那样施加压力(与第二离合器板10协同)。
在该实施例以及类似的实施例中，轴8、9可以每个包括两个单独的细长元件，该细长元件被设置为从齿轮6、7的相对的端面中伸出。作为选择，每个轴8、9可以与每个各自的齿轮6、7整体成型。
应该理解，可以将不同的器械或工具连接于承载器的壳体3上，因此，承载器和工具的总重量可以变化。同样地，能够利用把手12改变施加于第一齿轮6上的压力，从而改变阈值力。第一齿轮6上的较大的压力意味着需要较大的阈值力来使第一齿轮6绕其轴8的纵向轴线旋转。
另外，在设置包括这样的线性驱动装置1和离合机构5的机器人17的过程中，可以调节把手12以便显著地减少施加于第一齿轮6上的压力，进而允许承载器沿螺纹轴2容易地运动。当到达期望的设置位置时，可以调节把手12以便增加(例如)由离合器板10、11施加于第一齿轮6上的压力。于是，承载器就被设置在期望的位置。
使用与第一齿轮6有关的轴8、离合器板10、11以及把手12仅仅是偏压机构的一种示例性实现方式，该偏压机构限定了为使第一齿轮6绕其轴8的纵向轴线旋转而必须施加于第一齿轮6的齿上的阈值力。其它的布置方式可以不需要离合器板或制动板。作为代替，也可以利用其它的机构来限定阈值力。
可以想象，在某些实施例中，第二齿轮7可以设有与同第一齿轮6相关联的离合机构5相同或等同的离合机构。同样地，离合机构5可以包括与第一齿轮6相关联的第一离合机构以及与与第二齿轮7相关联的第二离合机构。
在前面术语“机器人”被用作可以夹持工具的机构的实例。涉及“机器人”的内容同样适用于其它的工具夹持机构。类似地，“手术机器人”为手术工具夹持机构的实例，而涉及“手术机器人”的内容同样适用于其它的手术工具夹持机构。
说明书和权利要求书中使用的术语“包括”及其变体表示包括特定的特征、步骤或整体。该术语不应该解释为排除其他特征、步骤或组成部分地存在。
前述的说明书、或权利要求、或附图中所公开的特征，以其特定的形式或根据用以实现所公开功能的装置、或用以获得所公开结果的方法或过程，可以适当地用来单独地或者以这些特征的任意组合的方式通过其不同的形式实现本发明。