换向机构及手术机器人的制作方法

本实用新型涉及医疗设备技术领域，特别是涉及一种换向机构及手术机器人。

背景技术：

手术机器人的机械臂末端通常设置有单一导向路径的导向器，导向器放置有操作工具，如果手术中需要将操作工具转换多个方向，只能依靠机械臂的运动来实现。如果多个方向的变化角度很大，机械臂的运动姿态可能会遮挡住手术操作者的视野或者大幅挤压手术操作者的操作空间，影响手术的正常操作。

为了避免上述情况的发生，现有技术还提供了一种多导向路径的导向器，即将位于不同方向的多个导向器固定于机械臂的末端，但结构复杂、互相交叉，易遮挡手术操作者的视野，例如，在一些膝关节手术中，还会使导向器与膝关节干涉，只能停止在较远的位置，这加长了摆锯的距离，影响手术精度。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种换向机构及手术机器人，该换向机构可以快速实现目标物体的换向操作。

一方面，本实用新型提供了一种换向机构，该换向机构包括：导向器杆，沿自身轴向的一端具有用于放置目标物体的容纳部；套筒，套设于导向器杆的外周侧；定位组件，包括卡接部和两个以上的套接部，卡接部设置于导向器杆和套筒中的任一者，两个以上的套接部设置于导向器杆和套筒中的另一者的周向上，卡接部相对于套接部沿轴向可分离且沿周向可转动，并容纳于任一套接部内。

根据本实用新型实施例的一个方面，卡接部设置于导向器杆上，两个以上的套接部沿套筒的周向间隔分布。

根据本实用新型实施例的一个方面，导向器杆与容纳部相对的一端设置有止挡部；卡接部靠近容纳部一侧设置且沿导向器杆的径向向外凸出，两个以上的套接部对应设置于套筒沿自身轴向的一端且沿套筒的周向分布；止挡部与套筒的另一端之间设置有弹性件。

根据本实用新型实施例的一个方面，卡接部为由导向器杆的外周面沿自身径向向外凸出形成的凸柱，或者卡接部为沿导向器杆的径向设置的紧固件；套接部为由套筒的外周面沿自身径向向内凹陷形成的具有开口的凹槽。

根据本实用新型实施例的一个方面，导向器杆与容纳部相对的一端设置有卡接部；两个以上的套接部对应设置于套筒沿自身轴向的一端且沿套筒的周向分布；导向器杆的容纳部与套筒的另一端之间设置有弹性件。

根据本实用新型实施例的一个方面，卡接部包括固定座和设置于固定座上的两个以上的齿部，两个以上的齿部沿导向器杆的轴向朝向容纳部延伸，套接部为沿套筒的轴向向内凹陷形成的齿槽，齿部与齿槽互相嵌合。

根据本实用新型实施例的一个方面，弹性件为压缩弹簧或者拉伸弹簧。

根据本实用新型实施例的一个方面，卡接部设置于套筒上，两个以上的套接部沿导向器杆的周向间隔分布。

根据本实用新型实施例的一个方面，卡接部为设置于套筒内周侧的弹性滚珠，两个以上的套接部为间隔设置于导向器杆的外周侧的导向槽内的定位孔。

根据本实用新型实施例的一个方面，容纳部具有固定槽，固定槽呈柱状或者狭缝状设置。

另一方面，本实用新型实施例还提供了一种手术机器人，其包括机械臂、光学相机和主机，还包括如前所述的任一种换向机构，换向机构通过套筒连接于机械臂的末端。

本实用新型提供的换向机构，通过使定位组件的卡接部能够相对于套接部沿轴向可分离且沿周向可转动，并容纳于任一套接部内，可以快速地将导向器杆定位至套筒周向上的两个以上的位置，以实现目标物体的换向操作，操作简单、便捷，提高了换向效率。

附图说明

下面将参考附图来描述本实用新型示例性实施例的特征、优点和技术效果。

图1是本实用新型提供的一种换向机构的结构示意图；

图2是图1所示的换向机构的区域a的局部放大结构示意图；

图3是图1所示的换向机构的纵向剖切结构示意图；

图4是本实用新型提供的另一种换向机构的结构示意图；

图5是本实用新型提供的另一种换向机构的结构示意图；

图6是图5所示的换向机构的区域b的局部放大结构示意图；

图7是本实用新型提供的另一种换向机构的结构示意图；

图8是本实用新型提供的另一种换向机构的结构示意图。

其中：

1-第一挂接部；2-第二挂接部；10-导向器杆；11-容纳部；111-固定槽；112-定位孔；31-卡接部；13-止挡部；311-固定座；312-齿部；20-套筒；21-连接部；32-套接部；30-定位组件；33-弹性件。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将详细描述本实用新型的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本实用新型的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本实用新型可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本实用新型的示例来提供对本实用新型的更好的理解。在附图和下面的描述中，至少部分的公知结构和技术没有被示出，以便避免对本实用新型造成不必要的模糊；并且，为了清晰，可能夸大了部分结构的尺寸。此外，下文中所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。

下述描述中出现的方位词均为图中示出的方向，并不是对本实用新型的具体结构进行限定。在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸式连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

为了更好地理解本实用新型，下面结合图1至图7对本实用新型实施例提供的换向机构及手术机器人进行详细描述。

本实用新型提供了一种手术机器人，其包括机械臂、光学相机和主机，还包括换向机构，换向机构连接于机械臂的末端。

手术机器人一般包括机械臂、光学相机和主机，光学相机相当于手术机器人的眼睛，通过固定在机械臂上的示踪器来获得机械臂末端的空间姿态，再由主机将运动指令传给机械臂，带动其末端的换向机构精确运行到病人的手术位置，由手术操作者进行后续操作。

换向机构上设置有目标物体，例如手术中常用的手术工具，由于换向机构可以快速完成目标物体的换向操作，提高了手术精度和稳定性，缩短了手术时间。同时，手术中常用的手术工具可以使机械臂运行的姿态更容易控制和实现，给手术操作者保留更好的操作空间和视野，也使固定在机械臂上的示踪器在光学相机的空间内视角更好，提高了操作臂末端的姿态精度。

下面结合附图详细描述该换向机构的具体结构。

请一并参阅图1和图2，本实用新型提供了一种换向机构，该换向机构包括：导向器杆10、套筒20和定位组件30。

导向器杆10沿自身轴向的一端具有用于放置目标物体的容纳部11。目标物体可以为手术中常用的手术工具。

套筒20套设于导向器杆10的外周侧，套筒20上设置有与外部设备连接的连接部21，外部设备例如可以为手术机器人的操作臂。

定位组件30包括卡接部31和两个以上的套接部32，卡接部31设置于导向器杆10和套筒20中的任一者，两个以上的套接部32设置于导向器杆10和套筒20中的另一者的周向上，卡接部31相对于套接部32沿轴向可分离且沿周向可转动，并容纳于任一套接部32内，以使目标物体完成换向动作。

由于导向器杆10和套筒20均为细长的轴类件，占用空间较小，导向器杆10和套筒20中的任一者的卡接部31相对于导向器杆10和套筒20中的另一者的套接部32沿轴向可移动且沿周向可转动，二者的相对运动不会遮挡住手术操作者的视野，也不必远离患者的手术部位，提高了手术精度。

本实用新型提供的换向机构，通过使定位组件30的卡接部31相对于套接部32沿轴向可分离且沿周向可转动而容纳于任一套接部32内，可以快速地将导向器杆10定位至套筒20周向上的两个以上的位置，以实现目标物体的换向操作，操作简单、便捷，提高了换向效率。

参阅图3，导向器杆10沿自身轴向的一端的容纳部11具有固定槽111，固定槽111呈柱状设置，以便于固定手术工具，例如导针、标识器，用于辅助手术操作者在手术部位进行相关操作。固定槽111可以为圆柱状、棱形柱状、方形柱状等，具体根据手术工具的形状而定。

进一步地，定位组件30的卡接部31设置于导向器杆10上，两个以上的套接部32沿套筒20的周向间隔分布。导向器杆10相对于套筒20沿轴向被拉伸后，再转动预定角度固定，例如通过螺钉将导向器杆10固定至套筒20上，可以将卡接部31从套筒20上的一个套接部32定位至套筒20上的另一个套接部32内，从而使容纳部11内放置的目标物体完成换向动作。

可选地，导向器杆10与容纳部11相对的一端设置有止挡部13。套筒20套设于导向器杆10的外周侧后再将止挡部13固定于导向器杆10的一端。

卡接部31靠近容纳部11一侧设置且沿导向器杆10的径向向外凸出，两个以上的套接部32对应设置于套筒20沿自身轴向的一端且沿套筒20的周向分布。导向器杆10的长度大于套筒20的长度，止挡部13与套筒20的另一端之间设置有弹性件33。

可选地，弹性件33为压缩弹簧，通过弹性件33的压缩弹簧力将卡接部31紧固于套接部32内。

进一步地，卡接部31为由导向器杆10的外周面沿自身径向向外凸出形成的凸柱，或者卡接部31为沿导向器杆10的径向设置的紧固件；套接部32为由套筒20的外周面沿自身径向向内凹陷形成的具有开口的凹槽。凹槽可以为锥形槽，如图3所示。凹槽还可以为弧形槽或者t形槽，卡接部31从锥形槽、弧形槽或者t形槽的开口一端容纳于套接部32内。

例如，三个以上的套接部32沿套筒20的周向均匀分布，每隔120°设置一个套接部32。当导向器杆10的容纳部11内放置的目标物体需要换向时，手术操作者握住容纳部11，并相对于套筒20沿轴向向外拉伸后，再转动预定角度，以使卡接部31在弹性件33的压缩弹簧力作用下从套筒20的某一个套接部32内卡入另一个套接部32内，松开导向器杆10，即可将导向器杆10定位至该位置，完成目标物体的换向操作。手术操作者单手操作即可，不必放下手中的操作工具等，操作简单、便捷。

由此，弹性件33一方面可以缓冲导向器杆10相对于套筒20沿轴向被拉伸过程中受到的冲击力，提高了操作的稳定性和可靠性，另一方面，可以在导向器杆10定位至套筒20上的某个位置后，防止卡接部31沿轴向从套接部32内脱开。

另外，卡接部31与导向器杆10一体成型设置或者分体设置。为了便于加工，可选地，卡接部31与导向器杆10分体设置，卡接部31可以为具有外螺纹的紧固件，导向器杆10上对应设置有内螺纹孔，通过紧固件与内螺纹孔的螺纹配合将卡接部31固定于导向器杆10上。卡接部31也可以为销钉，通过焊接方式固定于导向器杆10上，不再赘述。

参阅图4，本实用新型还提供了另一种换向机构，其与图1所示的换向机构的结构类似，不同之处在于，弹性件33为拉伸弹簧。

具体地，套筒20的一端通过套接部32与导向器杆10的卡接部31固定后，其另一端高于导向器杆10的止挡部13，套筒20的另一端上设置有第一挂接部1，止挡部13上设置有第二挂接部2，拉伸弹簧设置于第一挂接部1与第二挂接部2之间。

由此，当导向器杆10的容纳部11内放置的目标物体需要换向时，手术操作者握住容纳部11，并相对于套筒20沿轴向向外拉伸后，再转动预定角度，以使卡接部31在弹性件33的拉伸弹簧力作用下从套筒20的某一个套接部32内卡入另一个套接部32内，松开导向器杆10，即可将导向器杆10定位至该位置，完成目标物体的换向操作。

请一并参阅图5和图6，本实用新型还提供了另一种换向机构，其与图1或者图2所示的换向机构的结构类似，不同之处在于，定位组件30的结构及其连接方式不同。

具体地，导向器杆10与容纳部11相对的一端设置有卡接部31，两个以上的套接部32对应设置于套筒20沿自身轴向的一端且沿套筒20的周向分布，卡接部31能够容纳于套接部32内。弹性件33设置于导向器杆10的容纳部11与套筒20的另一端之间。

进一步地，卡接部31包括固定座311和设置于固定座311上的两个以上的齿部312，两个以上的齿部312沿导向器杆10的轴向朝向容纳部11延伸，套接部32为沿套筒20的轴向向内凹陷形成的齿槽，齿部312与齿槽互相嵌合。

弹性件33为压缩弹簧，通过弹性件33的压缩弹簧力将卡接部31的两个以上的齿部312与两个以上的套接部32的齿槽相互嵌合，防止卡接部31沿轴向从套接部32内脱开。

当导向器杆10的容纳部11内放置的目标物体需要换向时，手术操作者握住卡接部31的固定座311，并相对于套筒20沿轴向向外拉伸后，再转动预定角度，以使卡接部31在弹性件33的压缩弹簧力作用下从套筒20的某一个套接部32内卡入另一个套接部32内，松开固定座311，即可使容纳部11内放置的目标物体实现换向操作。该换向机构由于不需要在导向器杆10上加工销孔或者凸柱，减少了对导向器杆10的形位公差精度的影响，提高了换向机构的整体加工精度。

需要说明的是，图5所示的换向机构中的弹性件33也可以为拉伸弹簧，相应的套筒20的结构可以做适应性的修改，不再赘述。

参阅图7，本实用新型还提供了另一种换向机构，其与图1至图6所示的换向机构的结构类似，不同之处在于，定位组件30的结构及其连接方式不同。

具体地，定位组件30的卡接部31设置于套筒20上，两个以上的套接部32沿导向器杆10的周向间隔分布。卡接部31为设置于套筒20内周侧的弹性滚珠，两个以上的套接部32为间隔设置于导向器杆10的外周侧的导向槽内的定位孔。容纳部11(图中未示出)可以设置于导向器杆10的任意一端。

弹性滚珠包括管状件、与管状件的一端配合的螺母、设置于管状件内的滚珠及设置于滚珠与螺母之间的压缩弹簧。弹性滚珠设置于套筒20内且轴向朝向套筒20的径向设置。

导向器杆10的外周侧设置有导向槽，定位孔设置于该导向槽内，防止导向器杆10沿轴向拉伸的过程中偏离定位孔，提高转向速度。

参阅图8，本实用新型还提供了另一种换向机构，其与图1至图7所示的换向机构的结构类似，不同之处在于，容纳部11的结构不同。

具体地，容纳部11的固定槽111呈狭缝状设置，以便于固定手术工具，例如截骨器，截骨器的摆锯插入该狭缝状的固定槽111中进行截骨操作。为了扩大摆锯在固定槽111内的运动范围，可选地，容纳部11的侧面还开设置有多个定位孔112，通过将紧固件拧入不同的定位孔112来调整摆锯的具体位置。需要说明的是，容纳部11不限于本实施例所述的结构形式，根据不同的手术工具还可以具有其它结构形式，只要其能够固定相应的手术工具即可。

可以理解的是，本实用新型实施例提供的上述任一种换向机构不仅可以应用于手术机器人，也可以用于任何一种需要换向的设备或者装置中。

虽然已经参考优选实施例对本实用新型进行了描述，但在不脱离本实用新型的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本实用新型并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。