一种微创手术机器人用手术器械

1.本发明涉及微创手术器械技术领域，尤其涉及一种微创手术机器人用手术器械。


背景技术：

2.微创外科手术是通过小创口进行手术的方法，与开放式手术相比，有创伤小、出血少、并发症少、康复快和住院时间短等优势，微创外科的发展对于人类医学技术的发展和健康的保障产生了巨大的影响。特别是，近年来随着机器人科学的发展和医学领域的开拓，集成了视觉反馈、主从遥操作、手术规划等功能微创机器人得以出现并得到迅速发展。专利申请号为cn200910073301.6、公开号为cn101732093a、公开日为2010年6月16日的发明专利申请公开了一种《腹腔微创手术用微型机械手》,该专利通过钢丝传动实现传动轴管、腕部和左/右钳爪的运动，该专利器械有动作灵活、质量体积小的特点；但多组钢丝传动中钢丝与线轮的非线性摩擦力给系统带来了较大的迟滞特性，影响器械力和运动控制精度；同时丝传动布线复杂、刚度不足。


技术实现要素：

3.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种力和运动控制精度高、布线简单、刚度高的微创手术机器人用手术器械。
4.一种微创手术机器人用手术器械，包括：
5.末端钳爪部分，包括左钳爪和右钳爪，所述左钳爪和右钳爪能够相对打开或关闭；
6.水平旋转调节机构，用于驱动所述末端钳爪部分在水平面内旋转；
7.俯仰调节机构，用于驱动所述末端钳爪部分向上或向下翻转；
8.连接管部分，与所述末端钳爪部分相连接，所述连接管部分用于驱动所述末端钳爪部分绕所述连接管部分的轴线进行旋转；
9.驱动接口部分，分别与所述水平旋转调节机构、俯仰调节机构和连接管部分相连接，所述驱动接口部分用于驱动所述水平旋转调节机构、俯仰调节机构和连接管部分动作。
10.在其中一个实施例中，所述水平旋转调节机构包括腕关节、关节连接件、传动丝和钳爪驱动接口；
11.所述左钳爪的一端和右钳爪的一端通过转动销与所述腕关节的一端相铰接，所述左钳爪和右钳爪能够绕所述转动销相对转动实现开合；
12.所述腕关节的另一端通过转动轴与所述关节连接件相铰接，其中，所述转动销的轴线与所述转动轴的轴线相垂直；所述关节连接件还与所述连接管部分的一端相连接；
13.所述传动丝的中部固定在所述左钳爪或右钳爪的丝槽内，所述左钳爪的传动丝的一端依次缠绕在甲组转向轮的外侧、甲组腕关节转向轮内侧、甲组导向轮的外侧后，固定在所述钳爪驱动接口上；所述传动丝的另一端还依次缠绕在乙组转向轮的内侧、乙组腕关节转向轮外侧、乙组导向轮的内侧后，固定在所述钳爪驱动接口上；所述右钳爪的传动丝缠绕方式与所述左钳爪的传动丝缠绕方式相反；
14.钳爪驱动接口与所述驱动接口部分的机器人接口接通后带动所述传动丝运动。
15.在其中一个实施例中，所述传动丝包括丝状本体和丝扣，所述丝扣设置在所述丝状本体上，所述左钳爪或右钳爪上设有丝扣固定位，所述丝扣固定在所述丝扣固定位处，所述丝状本体绕设在所述左钳爪或右钳爪的丝槽内。
16.在其中一个实施例中，所述俯仰调节机构包括腕关节面齿轮、腕关节小齿轮、小齿轮传动杆、驱动接口小齿轮、腕部驱动接口和驱动接口面齿轮；
17.所述转动轴包括相互连接的腕部支撑轴和面齿轮安装轴，所述腕关节面齿轮安装在所述面齿轮安装轴上；
18.所述腕关节小齿轮安装在所述小齿轮传动杆上，且所述腕关节小齿轮与腕关节面齿轮相啮合，所述小齿轮传动杆的末端设置有驱动接口小齿轮，所述驱动接口小齿轮与驱动接口面齿轮啮合，所述驱动接口面齿轮安装在所述驱动接口部分的腕部驱动接口上。
19.在其中一个实施例中，连接管部分包括操作管、自转部小齿轮、自转部面齿轮、器械自转驱动接口，所述自转部小齿轮固定在所述操作管上，且所述自转部小齿轮与所述自转部面齿轮相啮合，所述自转部面齿轮安装在所述驱动接口部分中的器械自转驱动接口上。
20.上述微创手术机器人用手术器械，具有以下优点：
21.1)、本发明具有四个自由度，可在狭小空间的微创环境下进行灵活度强、传动精度高和力控制准确的缝合打结等微创手术动作，刚度高，体积质量小；
22.2)、本发明采用传动丝和面齿轮的复合传动方法，优化了传动丝在传动中力和运动控制精度非线性和刚度不足的问题，同时，实现布线简化和轻量化，保证了微创环境中手术器械的准确性和可靠性。
附图说明
23.图1是本发明的微创手术机器人用手术器械的结构示意图；
24.图2是本发明的微创手术机器人用手术器械的末端钳爪部分的结构示意图；
25.图3是本发明的微创手术机器人用手术器械的末端钳爪部分的另一角度的结构示意图；
26.图4是本发明的微创手术机器人用手术器械的左钳爪的传动丝连接示意图；
27.图5是本发明的微创手术机器人用手术器械的左钳爪的结构示意图；
28.图6是本发明的微创手术机器人用手术器械的传动丝的结构示意图；
29.图7是本发明的微创手术机器人用手术器械的俯仰调节机构的部分结构示意图；
30.图8是本发明的微创手术机器人用手术器械的俯仰调节机构的另一部分的结构示意图；
31.图9是本发明的微创手术机器人用手术器械的连接管部分的结构示意图。
具体实施方式
32.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透
彻全面。
33.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
34.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
35.参阅图1
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9所示，本发明一实施例提供一种微创手术机器人用手术器械，包括：末端钳爪部分1、水平旋转调节机构2、俯仰调节机构3、连接管部分4和驱动接口部分5。
36.具体地，末端钳爪部分1包括左钳爪11和右钳爪12，所述左钳爪11和右钳爪12能够相对打开或关闭；其中，左钳爪11和右钳爪12的开合自由度为本发明的第一个自由度r1。
37.进一步地，水平旋转调节机构2用于驱动所述末端钳爪部分1在水平面内旋转，需要说明的是，本发明中所指的水平面，为左钳爪11和右钳爪12的开合所在平面；俯仰调节机构3用于驱动所述末端钳爪部分1向上或向下翻转；连接管部分4与所述末端钳爪部分1相连接，所述连接管部分4用于驱动所述末端钳爪部分1绕所述连接管部分4的轴线进行旋转；驱动接口部分5分别与所述水平旋转调节机构2、俯仰调节机构3和连接管部分4相连接，所述驱动接口部分5用于驱动所述水平旋转调节机构2、俯仰调节机构3和连接管部分4动作。
38.在本发明一实施例中，所述水平旋转调节机构2包括腕关节21、关节连接件22、传动丝23和钳爪驱动接口26；所述左钳爪11的一端和右钳爪12的一端通过转动销27与所述腕关节21的一端相铰接，所述左钳爪11和右钳爪12能够绕所述转动销27相对转动实现开合；所述腕关节21的另一端通过转动轴28与所述关节连接件22相铰接，其中，所述转动销27的轴线与所述转动轴28的轴线相垂直；所述关节连接件22还与所述连接管部分4的一端相连接；
39.请参阅图4，本实施例中，以左钳爪丝传动为例，左钳爪的所述传动丝23绕过左钳爪11，所述传动丝23的一端依次缠绕在甲组转向轮241的外侧、甲组腕关节转向轮211内侧、甲组导向轮251的外侧后，固定在所述钳爪驱动接口26上；所述传动丝23的另一端还依次缠绕在所述乙组转向轮242的内侧、所述乙组腕关节转向轮212外侧、所述乙组导向轮252的内侧后，固定在所述钳爪驱动接口26上；钳爪驱动接口26与所述驱动接口部分5的机器人接口接通后带动所述传动丝23运动，使得左钳爪11绕转动销27运动。
40.需要说明的是，右钳爪12的传动丝连接方式与左钳爪11的传动丝连接方式相反；当左钳爪11与右钳爪12同向偏转时，使末端钳爪部分1产生偏转，从而使本发明具有第二个自由度r2，而当左钳爪11与右钳爪12反向偏转时，其能实现末端钳爪部分1的开合。
41.在本发明一实施例中，所述传动丝23包括丝状本体231和丝扣232，所述丝扣232设置在所述丝状本体231上，所述左钳爪11或右钳爪12上设有丝扣固定位14，所述丝扣232固定在所述丝扣固定位14处，所述丝状本体231绕设在所述左钳爪11或右钳爪12的丝槽13内。
42.在本发明一实施例中，所述俯仰调节机构3包括腕关节面齿轮31、腕关节小齿轮32、小齿轮传动杆33、驱动接口小齿轮34、腕部驱动接口35和驱动接口面齿轮36；
43.所述转动轴28包括相互连接的腕部支撑轴281和面齿轮安装轴282，所述腕关节面齿轮31安装在所述面齿轮安装轴282上；
44.所述腕关节小齿轮32安装在所述小齿轮传动杆33上，且所述腕关节小齿轮32与腕关节面齿轮31相啮合，所述小齿轮传动杆33的末端设置有驱动接口小齿轮34，所述驱动接口小齿轮34与驱动接口面齿轮36相啮合，所述驱动接口面齿轮36安装在所述驱动接口部分5的腕部驱动接口35上。
45.本实施例中，腕部驱动接口35带动驱动接口面齿轮36转动后，带动驱动接口小齿轮34转动，然后，经小齿轮传动杆33将转动传递给腕关节小齿轮32和腕关节面齿轮31，从而实现所述腕关节21的腕部俯仰动作，从而使本发明具有第三个自由度r3。
46.在本发明一实施例中，连接管部分4包括操作管41、自转部小齿轮42、自转部面齿轮43、器械自转驱动接口44，所述自转部小齿轮42固定在所述操作管41上，且所述自转部小齿轮42与所述自转部面齿轮43相啮合，所述自转部面齿轮43安装在所述驱动接口部分5中的器械自转驱动接口44上。本实施例中，通过器械自转驱动接口44接通后旋转，带动所述自转部面齿轮43转动，带动自转部小齿轮42，然后，操作管41随之转动，从而实现操作管41的器械自转，从而使本发明具有第四个自由度r4。
47.综上，本发明的微创手术机器人用手术器械，具有以下优点：
48.1)、本发明具有四个自由度，可在狭小空间的微创环境下进行灵活度强、传动精度高和力控制准确的缝合打结等微创手术动作，刚度高，体积质量小；
49.2)、本发明采用传动丝和面齿轮的复合传动方法，优化了传动丝在传动中力和运动控制精度非线性和刚度不足的问题，同时，实现布线简化和轻量化，保证了微创环境中手术器械的准确性和可靠性。
50.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
51.以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。