具有摆动驱动结构的主手控制器及手术机器人的制作方法

1.本发明涉及医疗机器人技术领域，更具体地说，涉及一种具有摆动驱动结构的主手控制器及手术机器人。


背景技术：

2.利用手术机器人进行外科手术时，医生主控台是医生操作的主控台，一般位于手术室无菌区之外，主刀医生使用双手，通过操作两个主控制器及脚踏板，将医生的手、手腕和手指运动准确地翻译成手术器械的微细而精确的运动，手术器械尖端与外科医生的双手同步运动，来控制器械和一个三维高清内窥镜，进行手术操作。
3.主控制器由医生双手控制，操作手术器械，医生通过手指操作手术控制器，手指套在上面进行操作，能同时控制器械臂，进行移动、切割、止血、缝合、打结等各种操作，其对手术器械操作的稳定性，影响着手术质量。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明提供了一种具有摆动驱动结构的主手控制器，以实现手术器械的驱动控制；本发明还提供了一种手术机器人。
5.为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
6.一种具有摆动驱动结构的主手控制器，包括手部控制端，与所述手部控制端传动连接的驱动端，所述驱动端连接至手术器械；
7.所述手部控制端设有手柄，摆动靠近或远离所述手柄的指环摆杆，所述指环摆杆的中部伸出有指环连杆；
8.所述手柄内设有滑动布置，并与所述驱动端的传动配合的传动部件；
9.所述指环连杆具有与所述指环摆杆转动连接的第一端，和与所述传动部件转动连接的第二端。
10.优选地，在上述具有摆动驱动结构的主手控制器中，所述手柄的中部设有连通至所述驱动端的传动通道，所述传动部件为可伸缩布置于所述传动通道内的传动轴，所述指环连杆铰接连接于所述传动轴的轴端。
11.优选地，在上述具有摆动驱动结构的主手控制器中，所述指环摆杆与所述手柄之间设置支撑轴，所述指环摆件上设置与所述支撑轴转动配合的轴孔；
12.所述指环连杆与所述指环摆杆处于同一工作平面。
13.优选地，在上述具有摆动驱动结构的主手控制器中，所述指环摆杆包括对称设于所述手柄径向的第一指环摆杆和第二指环摆杆，所述第一指环摆杆的中部伸出第一指环连杆，所述第二指环摆杆的中部伸出第二指环连杆；
14.所述第一指环摆杆和所述第二指环摆杆夹持靠近或松开时，同步驱动所述第一指环连杆和所述第二指环连杆，以带动所述传动轴伸出或收回。
15.优选地，在上述具有摆动驱动结构的主手控制器中，所述指环摆杆的摆动外侧布
置环形指套。
16.优选地，在上述具有摆动驱动结构的主手控制器中，还包括所述壳体，所述壳体具有手柄转动套筒，手柄上布置手柄转动座，所述手柄转动座可转动的布置在所述手柄转动套筒内；
17.所述壳体内侧设置支撑所述驱动端的内支座，所述传动轴上设有连接所述驱动端的夹钳驱动器。
18.优选地，在上述具有摆动驱动结构的主手控制器中，所述夹钳驱动器限位安装于所述传动轴的轴端，所述夹钳驱动器的内部设有对所述传动轴的转动进行支撑的驱动器轴承。
19.优选地，在上述具有摆动驱动结构的主手控制器中，所述驱动端具有由所述传动轴伸缩驱动，与所述夹钳驱动器的外圈传动配合，控制所述手术器械开闭的指环电机；
20.和，由所述传动轴转动驱动，控制手术器械转动的转动电机。
21.优选地，在上述具有摆动驱动结构的主手控制器中，所述夹钳驱动器的外圈设有传动齿条，所述指环电机上设有伸出所述内支座的夹钳齿轮，所述传动齿条与所述夹钳齿轮传动配合。
22.优选地，在上述具有摆动驱动结构的主手控制器中，所述传动齿条布置于所述夹钳驱动器径向的第一端，所述夹钳驱动器径向的第二端设置平衡轮，所述夹钳驱动器上设有与所述平衡轮行走配合的导向轨道；
23.所述内支座上设有支撑所述平衡轮的平衡座。
24.优选地，在上述具有摆动驱动结构的主手控制器中，所述手柄转动座上固装有第一锥齿轮，所述内支座上设有第二锥齿轮，所述第二锥齿轮位于所述夹钳驱动器的下方；
25.所述转动电机固装于所述内支座，并连接于所述第二锥齿轮。
26.一种手术机器人，包括医生操作台和手术平台，所述手术平台上具有由所述医生控制台控制的手术器械，其特征在于，所述医生控制台上设手术控制器，所述手术控制器具有对所述手术器械控制的如上任意一项所述的具有摆动驱动结构的主手控制器。
27.本发明提供的具有摆动驱动结构的主手控制器，手部控制端传动连接驱动端，驱动端连接至手术器械，对手术器械的手术操作进行控制；手部控制端设有手柄，手柄端部具有摆动靠近或远离的指环摆杆，指环摆杆的中部伸出有指环连杆；手柄内设有滑动布置的传动部件，指环连杆与传动部件连接；指环连杆两端与指环摆杆和传动部件均转动连接，医生握持手柄，由指部驱动指环摆杆摆动，指环摆杆绕手柄根部摆动时，由其中部推动指环连杆转动，指环连杆受指环摆杆的推动，由其第二端推动传动部件在手柄内部滑动伸缩，通过设置指环摆杆和指环连杆的摆动驱动结构，对传动部件进行伸缩控制，满足主手控制器的调节控制。
附图说明
28.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
29.图1为本发明提供的具有摆动驱动结构的主手控制器的顶部视图；
30.图2为图1的a-a方向剖视图；
31.图3为图1中具有摆动驱动结构的主手控制器的左视图；
32.图4为图3中b-b方向剖视图；
33.图5为图1中手柄结构示意图；
34.图6为图5中c-c方向剖视图；
35.图7为图2中手柄内部结构放大图；
36.图8为图7中安装座的立体结构图。
具体实施方式
37.本发明公开了一种具有摆动驱动结构的主手控制器，实现了手术器械的驱动控制；本发明还提供了一种手术机器人。
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.如图1-图4所示，图1为本发明提供的具有摆动驱动结构的主手控制器的顶部视图；图2为图1的a-a方向剖视图；图3为图1中具有摆动驱动结构的主手控制器的左视图；图4为图3中b-b方向剖视图；图5为图1中手柄结构示意图；图6为图5中c-c方向剖视图；图7为图2中手柄内部结构放大图；图8为图7中安装座的立体结构图。
40.本实施例提供的具有摆动驱动结构的主手控制器，手部控制端传动连接驱动端，驱动端连接至手术器械，对手术器械的手术操作进行控制；手部控制端设有手柄2，手柄2端部具有摆动靠近或远离的指环摆杆41，指环摆杆41的中部伸出有指环连杆42；手柄2内设有滑动布置的传动部件，指环连杆42与传动部件连接；指环连杆42两端与指环摆杆41和传动部件均转动连接，医生握持手柄2，由指部驱动指环摆杆41摆动，指环摆杆41绕手柄2根部摆动时，由其中部推动指环连杆42转动，指环连杆42受指环摆杆41的推动，由其第二端推动传动部件在手柄内部滑动伸缩，通过设置指环摆杆41和指环连杆42的摆动驱动结构，对传动部件进行伸缩控制，满足主手控制器的调节控制
41.本实施例提供的主手控制器由壳体1提供安装支撑，壳体1上伸出手柄2，手柄2内部具有传动轴3。主手控制器对于器械的控制包括器械的开合控制和扭转控制，对应地，两种控制过程，通过对传动轴3的转动，以及沿传动轴的轴向伸缩进行控制。
42.在壳体1的内部，为传动轴3的传动端，其通过对与指环4动作配合的夹钳电机4，和与传动轴3转动配合的转动电机6传动配合，进行动作控制和传递。
43.指环4位于手柄2的伸出端。
44.在本实施例中，指环4通过指环摆杆41铰接于手柄2端部，指环摆杆41的中部伸出指环连杆42，指环连杆42的一端铰接于指环摆杆41的中部，另一端铰接于传动轴3的轴端。
45.医生通过手指套装到指环4上，沿指环摆杆41的转动方向拖动其摆动，指环摆杆41、指环连杆42与传动轴3构成曲柄滑块结构。
46.进一步地，为保证传动稳定性，以及手操作的便利性，指环4包括沿传动轴3径向布
置的两个，二者夹紧靠近或远离配合。
47.如图1中所示，两个指环4均具有第一指环摆杆41-1和第二指环摆杆41-2，对应地，第一指环摆杆41-1由其中部伸出第一指环连杆42-1，第二指环摆杆41-2由其中部伸出第二指环连杆42-2，第一指环连杆42-1和第二指环连杆42-2呈对称方式，均铰接于传动轴3的端部。第一指环连杆42-1和第二指环连杆42-2与传动轴3的连接点远离手柄2端部，在进行指环4的夹紧或松开动作时，由第一指环连杆42-1和第二指环连杆42-2同步推送或抽拉传动轴3，从而保证对传动轴3传动工作稳定性。
48.进一步地，为提高操作者对于第一指环摆杆41-1和第二指环摆杆41-2的操作便利性，第一指环摆杆41-1和第二指环摆杆41-2设置相互靠近的锐角夹角结构，二者通过第一指环连杆42-1和第二指环连杆42-2传递至传动轴3的作用力方向，为夹紧时，推动传动轴3伸出，在张开时，拉动传动轴收回。
49.优选地，第一指环连杆42-1和第二指环连杆42-2均远离第一指环摆杆41-1和第二指环摆杆41-2的铰接点伸出。进一步地，为保证指环连杆42和指环摆杆41摆动方向的稳定性，设置铰接结构为柱状结构的支撑轴43，设置指环摆杆41和指环连杆42的摆动方向，与支撑轴43的转动方向同向，支撑轴43同时起到对传动轴3伸缩方向的导向功能。
50.壳体1上设置手柄转动套筒11，手柄2由伸出部分支撑指环摆杆41，同时手柄1上一体设置的手柄转动座21，其与手柄转动套筒11转动配合，手柄转动套筒11内圈设置第一转动轴承12。手柄转动座21内部设置传动轴3的传动通道22，传动轴3穿过传动通道2伸入至壳体1内部。
51.传动轴3在壳体1内部，传递由手柄2传递的轴向伸缩和转动。对于主手控制器，手柄2的转动，以及指夹的夹持动作，分别对应手术器械的不同功能，因此在壳体1内，设置对传动轴3伸缩和转动不同的伸缩结构。
52.对于传动轴3的轴向伸缩，对应指环的夹持功能，壳体内部设置与指环4的夹持配合的夹钳电机5，夹钳电机5的输出端连接第一减速器51，第一减速器51由壳体1内的内支座13支撑，第一减速器51的动力输送端设置夹钳齿轮52，对应地，传动轴3的轴端设置夹钳驱动器7，夹钳驱动器7为套装于传动轴3轴端的筒状结构的夹钳驱动器7。
53.夹钳驱动器7的筒状结构外圈设置传动齿条71，传动齿条71为直齿条，其沿传动轴3的轴向布置。
54.对应夹钳齿轮52为直齿轮，与传动齿条71传动配合。通过控制指环4的相互夹紧或张开，传动轴3推动夹钳驱动器7前后滑移，夹钳齿轮52和传动齿条71之间啮合进行传动，通过夹钳齿轮52的转动，带动第一减速器51输出控制夹钳电机5的力矩，通过夹钳电机5的转动角度，进行器械端的夹紧和松开控制。壳体1内还设置与夹钳电机51连接的夹钳电机编码器，其记录电机的转动角度，以进一步对手术器械的控制精确度。同时夹钳电机5对指环4的夹持动作提供力反馈，具体地，在对指环4进行夹持控制时，其提供夹钳电机5转动的驱动力，夹钳电机5受到外部力矩驱动后，提供与驱动方向反向作用力，通过反向旋转，传递到指环操作的夹持阻力，用以反馈手术器械夹持力，提高对手术器械操作的力反馈准确性。
55.夹钳驱动器7和夹钳齿轮52之间啮合传动，为保证传动结构稳定，设置夹钳齿轮52和传动轴3处于同一高度。同时，夹钳齿轮52受夹钳驱动器7的驱动力矩，为保证传动轴3的径向力平衡，在传动轴3径向的第二侧设置平衡轮8，内支座13上布置平衡座81，平衡座81上
伸出平衡柱82，平衡轮8转动布置在平衡柱82上。
56.平衡轮8与夹钳齿轮52分布于夹钳驱动器7径向的两侧，在传动齿条71和夹钳齿轮52进行力矩传递时，平衡轮8提供对夹钳驱动器7的径向支撑，降低由于传动轴3单侧受力，提高传动齿条71和夹钳齿轮52力矩传递精度。
57.对应平衡轮8的布置高度，该高度与传动轴3的中心高度相同。夹钳驱动器7的外端面设置导向轨道72，平衡轮8在导向轨道72内行走，导向轨道72呈u型槽结构，同时起到对夹钳驱动器7的转动进行限位功能。
58.手柄2由壳体1进行支撑，利用手柄转动套筒11和手柄转动座21的转动结构，在手柄转动套筒11的内侧设置第一锥齿轮61，第一锥齿轮61与传动轴3同轴布置，内支座13上设置第二锥齿轮62，与第一锥齿轮61传动配合。
59.第二锥齿轮62承接手柄2转动传递的转动扭矩，该转动扭矩对应手术器械的扭转操作。
60.对应地，第二锥齿轮62连接转动减速器和转动电机6。转动减速器和转动电机6对手柄2转动进行力矩传递，与夹钳电机5的力矩传递采用基本相同的控制原理。第一锥齿轮61和第二锥齿轮62传递转动扭矩，经转动减速器进行扭矩变换后，传递至转动电机6，转动电机6下端设置转动编码器，用于记录转动电机的转动角度。同时，转动电机6提供对于手柄2转动过程中的力反馈，在转动电机6受到手柄2传递的转动力矩后，提供反向的转动力，反馈至手柄，用以反应手术器械端的转动阻力。
61.转动电机6和转动减速器均采用柱状结构；夹钳电机5和夹钳减速器51采用柱状结构。转动电机6和夹钳电机5并行布置，转动电机6靠近手柄转动套筒11布置，第一锥齿轮61的轴套伸入手柄转动套筒11，其背侧贴靠于手柄转动座21，第一锥齿轮61和手柄转动座21之间固定连接，二者同步转动。
62.手柄转动座21的传动通道22内设置传动套筒23，传动轴3滑动布置于传动套筒23内。第一锥齿轮61中部开孔，位于传动套筒23的外圈。在进行手柄2的转动控制时，手柄2由手柄转动座21，传递对第一锥齿轮61转动的驱动扭矩；两个指环4的夹持操作，对传动轴3的推拉在传动套筒内进行。
63.手柄2转动时，传动轴3在传动套筒23内同步转动，夹钳驱动器7同时承担对传动轴3的轴向传动和周向转动。
64.夹钳驱动器7包括筒状结构的筒状壳体，传动齿条71和导向轨道72布置在筒状壳体的外壳。筒状壳体的内腔布置驱动器轴承73，筒状壳体上固装轴承压板74，将驱动器轴承73压装在内部。
65.传动轴3伸入到筒状壳体内，并与驱动器轴承73转动配合，同时，传动轴3在轴向，通过设于其上的台阶结构，与轴承压板74配合，对驱动器轴承73进行轴向压紧，保证传动轴3进行轴向伸缩时，对夹钳驱动器5轴向推送的同步性。
66.主手控制器工作时，需要进行指环4夹紧和手柄2转动的制动，在手柄2上设置离合结构9，手柄2上设置安装离合结构的安装沉槽24，离合结构9由安装座91固装在安装沉槽24内，安装座91包括座体，座体中部开设贯穿其厚度方向，并沿长度方向布置的导向通槽92，座体上布置两条导向凸台92，导向凸台92位于导向通槽91的宽度方向两侧，两条导向凸台82与导向通槽81，围成连通至手柄2内部的滑动空间。
67.座体上布置滑动按钮93，滑动按钮93宽度方向的两侧搭接在两个导向凸台92上，其中部伸出导向滑块94，导向滑块94伸入到两个导向凸台92之间的滑动区域。
68.滑动按钮93上伸出拨动销轴95，拨动销轴95伸入到导向通槽92内，并与传动套筒23固接，具体地，传动套筒23上设置贯穿其厚度方向的连接孔，拨动销轴95伸入到连接孔内。离合结构9动作时，推动滑动按钮93，利用导向凸台92对导向滑块94的滑移导向，滑动按钮93沿手柄2的轴向前后平移，拨动销轴95随滑动按钮93的平移同步动作，进而带动传动套筒23沿轴向伸缩，完成一次离合操作。
69.安装座91固装在安装沉槽24内，具体地，安装座91长度方向的第一端伸出限位凸台96，对应安装沉槽24的内壁面布置限位卡槽25，安装座91装入时，限位凸台96首先卡入到限位卡槽25内，然后落入到安装沉槽24内。安装座91的第二端设置螺钉通过孔97，对应地，手柄2的安装沉槽24内设置螺钉安装孔，安装座91安装入位后，由螺钉将其固定到手柄2上。
70.滑动按钮93由其导向滑块94落入到两个导向凸台92之间，利用两个导向凸台92伸出座体91的结构，在两个导向凸台92之间设置贯穿二者厚度方向的连接销孔99，连接销孔99的高度，对应滑动按钮93上导向滑块94的伸入厚度，对应地，导向滑块94上设置沿滑动按钮93滑移方向的限位长槽98，滑动按钮93装入安装座91后，连接销孔99与限位长槽98的位置相对，安装连接销后，滑动按钮93在安装座91上进行平移。
71.进一步地，手柄2径向的两侧设置对称布置的两个安装沉槽24，对应地，离合结构9包括分别布置在两个安装沉槽24内的两个。两个离合结构9上均伸出有拨动销轴95，由两个拨动销轴95分别连接传动套筒23径向的两侧，降低对传动套筒23轴向伸缩的驱动难度，提高离合结构驱动的便利性。
72.进一步地，传动套筒23的内侧伸入到壳体1内，内支座13上固装微动开关25，微动开关25具有微动开关摆杆，传动套筒23伸入壳体1的一端设置摆杆驱动盘26，摆杆驱动盘26的边缘与微动开关摆杆接触配合，在拨动驱动按钮93一次前后滑移，传动套筒23进行前后伸缩，进而拖动摆杆驱动盘26对微动开关摆杆进行一次按压，微动开关25即受到一次触发。微动开关25与夹钳电机5和转动电机6电连接，通过微动开关25的触发，实现对电机的锁止和驱动操作。
73.优选地，摆杆驱动盘26为聚四氟乙烯材质的摆杆驱动盘，以降低对壳体1内电机和编码器的工作干扰，保证壳体内电气元件工作稳定性。
74.进一步地，第一锥齿轮61的内圈设置复位弹簧27，复位弹簧27套装在传动套筒23上，复位弹簧27第一端与第一锥齿轮61固接，另一端与摆杆驱动盘26固接，滑动按钮93拨动进行摆杆驱动盘26的一次触发后，由复位弹簧27将摆杆驱动盘27牵引复位，进而拖动传动套筒23和驱动按钮93的滑移，使得传动套筒23回位至初始位置。
75.基于上述实施例中提供的具有摆动驱动结构的主手控制器，本发明还提供了一种手术机器人，包括医生操作台和手术平台，手术平台上具有由医生控制台控制的手术器械，该医生控制台上设手术控制器，手术控制器具有对手术器械控制的如上述实施例中提供的具有摆动驱动结构的主手控制器。
76.由于该手术机器人采用了上述实施例的具有摆动驱动结构的主手控制器，所以该手术机器人由具有摆动驱动结构的主手控制器带来的有益效果请参考上述实施例。
77.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。
对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。