一种微创手术机器人的制作方法

本发明涉及手术机器人的技术领域，尤其涉及一种微创手术机器人。

背景技术：

手术机器人，尤其是微创手术机器人，由于活动空间小，因此，自身尺寸不能太大。现有的微创手术机器人为了控制方便，往往需要设置多套控制机构，以实现机器人的机器手的各个方向的灵活控制，比如需要对机器手的移动、弯曲及机器手前端的夹钳等设备的单独控制。一般而言，机器手的每个动作均需要对应一套控制机构，控制越精细，控制机构越多，控制越复杂，不利于机器手的小型化和简单化。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种微创手术机器人，利用相互套接的外软轴和内软轴，可以实现机器手的三种动作，而不需要单独设置三个控制机构，简化了微创机械手结构，通过驱动轮组件可以方便地对机器手进行控制。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种微创手术机器人，包括微创机械手结构和驱动机构，所述微创机械手结构包括固定部、机器手和驱动机构，所述固定部开设有通孔，所述机器手包括夹钳和中空条形且具有弹性的臂本体，所述臂本体的外端从所述通孔穿出且与所述夹钳的中部铰接，所述夹钳的内端通过连杆连接有推拉件，当推拉所述推拉件时，所述夹钳相应的打开或夹紧，所述驱动机构包括内软轴、外软轴和驱动轮组件，所述外软轴为中空结构且套接于所述内软轴外，所述外软轴的第一端穿入所述臂本体中且与所述臂本体的外端连接，所述内软轴的第一端从所述外软轴的第一端伸出且通过丝杆传动机构与所述推拉件连接，所述驱动轮组件包括第一驱动部件、第二驱动部件和移动机构，所述第一驱动部件与所述外软轴的第二端连接，所述第二驱动部件与所述内软轴的第二端连接，所述第一驱动部件和所述第二驱动部件均设置于支架上，所述支架与所述移动机构的移动端固定；所述臂本体的两侧的抗弯曲强度不一致和/或所述外软轴的第一端与所述臂本体的连接处偏向所述臂本体的一侧。

其中，所述第二驱动部件包括位于所述第一驱动部件后侧的第二驱动电机，所述内软轴的第二端与所述第二驱动电机的输出轴通过连接件连接。

其中，所述第一驱动部件包括套设并固定于所述外软轴外的第一驱动轮和驱动所述第一驱动轮转动的第一驱动电机。

其中，所述第一驱动轮的中部凸出形成支撑轴，所述支撑轴可转动的与所述支架连接，所述支撑轴中部呈中空状，所述支撑轴套设并固定于所述外软管的第二端外。

其中，所述第一驱动电机固定于所述支架，且所述第一驱动电机的输出轴连接有主动轮，所述主动轮驱动所述第一驱动轮转动。

其中，所述主动轮和所述第一驱动轮之间为齿轮啮合传动，或摩擦轮传动，或所述主动轮和所述第一驱动轮通过皮带传动。

其中，所述移动机构包括可在底座上滑动的滑动件和固定于所述底座上的第三驱动电机，所述第三驱动电机和所述滑动件之间通过丝杆螺母机构传动，所述支架固定于所述滑动件上。

其中，所述微创机械手结构还包括预紧件，所述预紧件包括滑套和弹簧，所述固定部的内部开设有滑槽，滑槽沿所述臂本体的伸出方向开设，所述滑套只沿所述滑槽滑动，所述滑套套设于所述臂本体的内端外且与所述臂本体之间通过所述弹簧连接。

其中，所述弹簧为筒状的螺旋弹簧，所述弹簧套设于所述臂本体外且位于所述滑套内，所述弹簧的一端与所述臂本体固定，另一端固定有限位块，所述滑套上开设有与所述滑槽同向的第一限位槽，所述限位块卡入所述第一限位槽。

其中，所述臂本体的内端的外侧凸设有卡接部，所述卡接部上开设有固定孔，所述弹簧的一端插入所述固定孔中。

有益效果：本发明提供了一种微创手术机器人，包括微创机械手结构和驱动机构，所述微创机械手结构包括固定部、机器手和驱动机构，所述固定部开设有通孔，所述机器手包括夹钳和中空条形且具有弹性的臂本体，所述臂本体的外端从所述通孔穿出且与所述夹钳的中部铰接，所述夹钳的内端通过连杆连接有推拉件，当推拉所述推拉件时，所述夹钳相应的打开或夹紧，所述驱动机构包括内软轴、外软轴和驱动轮组件，所述外软轴为中空结构且套接于所述内软轴外，所述外软轴的第一端穿入所述臂本体中且与所述臂本体的外端连接，所述内软轴的第一端从所述外软轴的第一端伸出且通过丝杆传动机构与所述推拉件连接，所述驱动轮组件包括第一驱动部件、第二驱动部件和移动机构，所述第一驱动部件与所述外软轴的第二端连接，所述第二驱动部件与所述内软轴的第二端连接，所述第一驱动部件和所述第二驱动部件均设置于支架上，所述支架与所述移动机构的移动端固定；所述臂本体的两侧的抗弯曲强度不一致和/或所述外软轴的第一端与所述臂本体的连接处偏向所述臂本体的一侧。通过移动机构拉动外软轴和内软轴时，可以使得臂本体的外端受到拉力而弯曲；通过第二驱动部件驱动内软轴在外软轴内转动时，可以带动丝杆传动机构转动，从而带动推拉件推拉夹钳，实现夹紧或打开；通过第一驱动部件和第二驱动部件配合驱动内软轴和外软轴同步转动时，可以带动机器手转动到不同的角度，调整弯曲后的机器手的外端的位置。因此，利用相互套接的外软轴和内软轴，可以实现机器手的三种动作，不需要单独设置三个控制机构，简化了微创机械手结构。

附图说明

图1是本发明的实施例1提供的微创手术机器人的微创机械手结构的结构示意图。

图2是本发明的实施例1提供的臂本体和夹钳的爆炸图。

图3是本发明的实施例1提供的微创手术机器人的结构示意图。

图4是本发明的实施例1提供的驱动轮组件的结构示意图。

图5是本发明的实施例1提供的固定部剖视后与机器手的装配示意图。

图6是本发明的实施例1提供的预紧件和固定部的爆炸图。

图7是本发明的实施例1提供的预计件和臂本体的爆炸图。

图8是本发明的实施例1提供的微创机械手结构在机器手弯曲时的结构示意图。

其中：

1-固定部，11-通孔，12-滑槽，121-第二限位槽，2-机器手，21-夹钳，22-臂本体，221-开槽，222-卡接部，23-推拉件，3-驱动机构，31-内软轴，32-外软轴，33-驱动轮组件，331-第一驱动部件，3311-第一驱动轮，3312-第一驱动电机，3313-主动轮，332-第二驱动部件，333-移动机构，3331-滑动件，3332第三驱动电机，334-支架，4-预紧件，41-滑套，411-第一限位槽，42-弹簧，43-限位块。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例1

如图1-图8所示，本实施例提供了一种微创手术机器人，包括微创机械手结构和驱动机构，微创机械手结构包括固定部1、机器手2，固定部1开设有通孔11，机器手2包括夹钳21和中空条形且具有弹性的臂本体22，臂本体22的外端从通孔11穿出且与夹钳21的中部铰接，夹钳21的内端通过连杆连接有推拉件23，当推拉推拉件23时，夹钳21相应的打开或夹紧；驱动机构3包括内软轴31、外软轴32和驱动轮组件33，外软轴32为中空结构且套接于内软轴31外，外软轴32的第一端穿入臂本体22中且与臂本体22的外端连接，内软轴31的第一端从外软轴32的第一端伸出且通过丝杆传动机构与推拉件23连接，驱动轮组件33包括第一驱动部件331、第二驱动部件332和移动机构333，第一驱动部件331与外软轴32的第二端连接，第二驱动部件332与内软轴31的第二端连接，第一驱动部件331和第二驱动部件332均设置于支架334上，支架334与移动机构333的移动端固定。本实施例中，臂本体22的两侧的抗弯曲强度不一致，因此，在臂本体22的外端收到向内的拉力时，臂本体22会朝抗弯曲强度低的一侧弯曲。在控制外软轴32和内软轴31时，通过移动机构33移动支架334，拉动外软轴32和内软轴31，可以使得臂本体22的外端受到拉力而弯曲；通过第二驱动部件332控制内软轴31在外软轴32内转动时，可以带动丝杆传动机构转动，从而带动推拉件23推拉夹钳21，实现夹紧或打开；通过第一驱动部件331和第二驱动部件332配合控制内软轴31和外软轴32同步转动时，可以带动机器手2转动到不同的角度，可以调整弯曲后的机器手21的外端的位置，即调整夹钳21的位置。因此，利用相互套接的外软轴32和内软轴31，可以实现机器手2的三种动作，又不需要单独设置三个控制机构，简化了微创机械手结构。

具体而言，第二驱动部件332包括位于第一驱动部件331后侧的第二驱动电机，内软轴31的第二端与第二驱动电机的输出轴通过连接件连接。当第二驱动电机转动时，带动内软轴31转动，而外软轴32保持不动，从而控制内软轴31在外软轴32中转动，带动推拉件23移动。连接于内软轴31和第二驱动电机之间的连接件可以是万向节或联轴器等，允许两者具有一定的错位。

第一驱动部件331包括套设并固定于外软轴32外的第一驱动轮3311和驱动第一驱动轮3311转动的第一驱动电机3312。通过第一驱动电机3312带动第一驱动轮3311转动，而带动穿入第一驱动轮3311内部的外软轴32转动。当第一驱动电机3312和第二驱动电机配合转动，使得外软轴32和内软轴31同步转动时，即可实现机械臂2的整体转动。

为了便于第一驱动轮3311和支架334之间连接，第一驱动轮3311的中部凸出形成支撑轴，支撑轴可转动的与支架334连接，支撑轴中部呈中空状，支撑轴套设并固定于外软管的第二端外。通过支撑轴，既实现第一驱动轮3311和支架连接，又允许外软管32和第一驱动轮3311很好的固定。具体而言，可以通过销钉等结构将外软管32和支撑轴固定。为了便于驱动第一驱动轮3311转动，第一驱动电机3312固定于支架334，且第一驱动电机3312的输出轴连接有主动轮3313，主动轮3313驱动第一驱动轮3311转动，使得第一驱动电机3312和主动轮3313均位于第一驱动轮3311的一侧，不会从第一驱动轮3311中穿出的外软管32造成影响。主动轮3313和第一驱动轮3311之间可以为齿轮啮合传动，传动可靠，便于控制。此外，当主动轮3313和第一驱动轮3311之间受力不大时，也可以采用摩擦轮传动，通过皮带传动，皮带可以优选为同步带，避免打滑，控制更可靠。

内软轴31和外软轴32通过移动机构333和支架334配合移动，移动机构333包括可在底座上滑动的滑动件3331和固定于底座上的第三驱动电机3332，第三驱动电机3332和滑动件3331之间通过丝杆螺母机构传动，支架334固定于滑动件3331上。第一驱动机构3332和丝杆螺母机构配合控制滑动件3331和支架334的移动，丝杆螺母机构控制精准，有利于提高机器手2的控制精度。

为了使得臂本体22的两侧的抗弯曲强度不一致，本实施例中，臂本体22的两侧开设有间距不一致的开槽221，通过开槽221的间距来改变臂本体22在此处的抗弯曲强度。此种方式加工简单，容易控制两侧的开槽221的间距，比较方便控制臂本体22整体的弯曲角度，利于控制夹钳21的位置。并且，开槽221本身可以增大臂本体22的孔隙，与未开设卡槽相比，可以允许臂本体22弯曲更大的角度。也可以只是臂本体22的一侧开设开槽221，另一侧不开设开槽221，也可使得臂本体21的外端向开设开槽221的一侧弯曲。

本实施例的机器手2结构，还包括预紧件4，预紧件4包括滑套41和弹簧42，固定部1的内部开设有滑槽12，滑槽12沿臂本体22的伸出方向开设，滑套41容置于滑槽12内，滑套41套设于臂本体22的内端外且与臂本体22之间通过弹簧42连接。预紧件4用于连接固定部1和臂本体22，滑套41被滑槽12限位后，只能沿着滑槽12移动，滑套41通过弹簧42和臂本体22连接后，臂本体22也跟随滑套41在滑槽12中滑动。弹簧42还为臂本体22提供了预紧力，臂本体22在滑套41中的轴向转动方向收到弹簧42的限制，可以保持臂本体22和滑套41之间轴向转动的稳定性

为了更好的固定弹簧42，本实施中，弹簧42为筒状的螺旋弹簧，弹簧42套设于臂本体22外且位于滑套41内，弹簧42的一端与臂本体22固定，另一端固定有限位块43，滑套41上开设有与滑槽12同向的第一限位槽411，限位块43卡入第一限位槽411，使得弹簧42的端部无法在限位块43上转动，只能沿第一限位槽411滑动。当外软轴32和内软轴31同步转动，带动臂本体22转动时，臂本体22会带动弹簧42的连接端旋转，由于弹簧42的另一端无法旋转，因此弹簧42在伸缩的过程中长度会变化，从而带动限位块43沿着第一限位槽411滑动。

为了简化结构，可以将限位块43凸出第一限位槽411，在滑槽12的内壁开设与第一限位槽411同向的第二限位槽121，限位块43卡入第二限位槽121，使得限位块43可以对滑套41限位，避免滑套41在滑槽12内转动，使得滑套41只能沿滑槽12滑动。

为了方便地将弹簧42和臂本体22之间固定，臂本体22的内端的外侧凸设有卡接部222，卡接部222上开设有固定孔，弹簧42的一端插入固定孔中。本实施例中，卡接部222沿第一限位槽411方向的两端均固定有弹簧42，且两端的弹簧42彼此反向的与卡接部222固定。两端的弹簧42可以分别从卡接部222的相反的方向提供预紧力，保持臂本体22在轴向转动方向的稳定。相应的，两个弹簧42的远离卡接部222的一端均固定有限位块43，两个限位块43均卡入限位槽411，且分别位于限位槽411的两端，为弹簧42提供一个初始的预紧力。当然，也可以只设置一个弹簧42，但是需要将弹簧42的中部与卡接部222之间牢固固定，比如，在卡接部222上开设沿着臂本体22轴向方向的固定孔，弹簧42的中部从此固定孔中穿过，也可以保证弹簧42可以对臂本体22在轴向转动方向的两个方向均具有预紧力。

实施例2

在实施例1的基础上，与实施例1不同的是，本实施例为了使得臂本体的两侧的抗弯曲强度不一致，也可以通过材料本身的抗弯曲强度来改变。可以将臂本体由至少两种材料混合制成，且臂本体两侧的材料的抗弯曲强度不一致。比如将臂本体分为两侧，每侧均为半圆柱形的半体，两侧的半体合成臂本体，当两侧的半体本身的抗弯曲强度不一致即可。即使臂本体两侧的材料一致，也可以通过在其中某一侧中增加一些抗弯曲性比较强的材料的方式，改变两侧材料的一致性。

实施例3

在实施例1的基础上，与实施例1不同的是，外软轴32的第一端与臂本体22的连接处偏向臂本体22的一侧。当外软轴向内拉时，臂本体22两侧的受力不一致，因此，臂本体22也可弯曲，达到机器手弯曲的目的。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。