一种用于单孔微创机器人的蛇形关节及其机构的制作方法
【专利摘要】本发明公开了用于单孔微创机器人的蛇形关节机构，它包括蛇形关节以及蛇形骨架结构，蛇形关节包括弹性薄片，弹性薄片包括上层弹性薄片，上层弹性薄片与下层弹性薄片扣合相连并形成中间通道，上层弹性薄片与下层弹性薄片成共轭曲线结构，中层弹性薄片滑动连接在中间通道内，中层弹性薄片的后部通过中层连接块与直线运动驱动源相连，蛇形骨架结构包括多个结构相同的蛇形单元，多个蛇形单元的中空通道共同组成蛇形通道,蛇形关节的弹性薄片安装在蛇形通道内，直线运动驱动源控制中层弹性薄片的相对滑动以控制蛇形骨架的运动。本结构更加紧凑，装配更为方便,可更有效的避免工具在手术操作时的碰撞问题。
【专利说明】
一种用于单孔微创机器人的蛇形关节及其机构
技术领域
[0001]本发明涉及一种微创手术机器人关节及其机构，特别涉及一种用于微创外科单孔手术机器人用的关节及其机构。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的发展，特别是影像技术和控制技术，现代医学领域已进入了机器人辅助微创外科时代。所谓机器人辅助微创外科就是利用机器人技术在手术过程中辅助医生完成一系列的手术操作，使得手术操作更加精细，创伤更小。美国Da Vinci公司生产的DaVinci手术机器人系统和中国天津大学自主研发的妙手机器人系统最为典型。而随着医疗技术的发展，单孔手术逐渐问世，同时也带来了单孔手术专用的单孔手术机器人的出现。
[0003]单孔手术是指在一个15mm-40mm的小切口上置入多个穿刺器或多孔道穿刺器，再置入手术器械进行手术操作。传统的单孔手术采用的均是直杆工具，器械灵活性差，易在体内发生碰撞，内镜视野也偏小。而单孔手术机器人的出现，正是为克服以上问题。现有的单孔手术机器人主要包括图像系统、控制系统、机构系统等三大系统于一体。在现有的单孔手术操作中，由于器械多为硬杆工具且都由一个通道进入，容易产生“筷子效应”而导致器械在体内碰撞，影响手术时间和手术质量。而现有的蛇形工具虽然能够解决上述问题，但其自身结构复杂，装配较难。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于克服已有技术的不足，提供一种在单孔手术过程中器械不会发生碰撞，提升了图像系统的视野空间、手术质量和手术的安全性的用于单孔微创机器人的蛇形关节及其机构。
[0005]本发明通过以下技术手段实现上述目的:
[0006]本发明的一种用于单孔微创机器人的蛇形关节，它包括弹性薄片，所述的弹性薄片包括上层弹性薄片，所述的上层弹性薄片与下层弹性薄片扣合相连并形成中间通道，所述的上层弹性薄片与下层弹性薄片成共轭曲线结构，中层弹性薄片滑动连接在所述的中间通道内，所述的上层弹性薄片和下层弹性薄片由镍钛合金制成，所述的中层弹性薄片的后部通过中层连接块与直线运动驱动源相连，直线运动驱动源控制中层弹性薄片的相对滑动以控制上层弹性薄片和下层弹性薄片的曲率变化，实现相应的弯曲运动。
[0007]本发明的用于单孔微创机器人的蛇形关节机构，它包括蛇形关节以及蛇形骨架结构，所述的蛇形关节包括弹性薄片，所述的弹性薄片包括上层弹性薄片，所述的上层弹性薄片与下层弹性薄片扣合相连并形成中间通道，所述的上层弹性薄片与下层弹性薄片成共轭曲线结构，中层弹性薄片滑动连接在所述的中间通道内，所述的上层弹性薄片和下层弹性薄片由镍钛合金制成，所述的中层弹性薄片的后部通过中层连接块与直线运动驱动源相连，所述的蛇形骨架结构包括多个结构相同的蛇形单元，每一个蛇形单元包括一个中间具有中空的通道的本体，在所述的本体的内壁上均匀间隔设置有多组丝通道，每组丝通道由两个走丝通孔组成，所述的多组丝通道的轴线与本体轴线平行，多组丝通道用于穿过钢丝，多个蛇形单元间通过圆柱销前后顺次转动连接组成蛇形骨架，多个蛇形单元的中空通道共同组成蛇形通道，所述的蛇形关节的弹性薄片安装在蛇形通道内，直线运动驱动源控制中层弹性薄片的相对滑动以控制蛇形骨架的运动。
[0008]本发明与现有技术相比具有以下有益效果:
[0009]本发明的一种用于单孔微创机器人的蛇形关节机构与传统的蛇形关节相比，结构更加紧凑，装配更为方便。
[0010]本发明的一种用于单孔微创机器人的蛇形关节机构可更有效的避免工具在手术操作时的碰撞问题。
[0011]本发明的一种用于单孔微创机器人的蛇形关节机构与传统的蛇形关节相比，驱动形式上更加方便，控制更加简单。
[0012]本发明的一种用于单孔微创机器人的蛇形关节机构虽然是针对单孔手术器械设计，但该关节机构具有较高的可移植性，也可直接用于其他手术工具中，具有向其它医疗领域扩展的潜力。
【附图说明】
[0013]图1为本发明一种用于单孔微创机器人的蛇形关节机构总图；
[0014]图2为图1所示的机构的爆炸图；
[0015]图3为本发明一种用于单孔微创机器人的蛇形关节与蛇形骨架连接示意图；
[0016]图4-1为本发明一种用于单孔微创机器人的蛇形关节的一种工作状态下的动作示意图；
[0017]图4-2为本发明一种用于单孔微创机器人的蛇形关节的另一种工作状态下的动作示意图；
[0018]图4-3为本发明一种用于单孔微创机器人的蛇形关节的又一种工作状态下的动作示意图；
[0019]图5为本发明一种用于单孔微创机器人的蛇形关节机构在三个典型的工作状态下动作示意图；
[0020]图6为本发明一种蛇形关节机构在单孔微创机器人中的工作状态示意图；
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。
[0022]如附图所示的本发明的一种用于单孔微创机器人的蛇形关节，它包括弹性薄片1-2，所述的弹性薄片1-2包括上层弹性薄片2-2，所述的上层弹性薄片2-2与下层弹性薄片2-4扣合相连并形成中间通道，所述的上层弹性薄片2-2与下层弹性薄片2-4成共轭曲线结构，中层弹性薄片2-3滑动连接在所述的中间通道内，所述的上层弹性薄片2-2和下层弹性薄片2-4由镍钛合金制成。所述的中层弹性薄片2-3的后部通过中层连接块2-5与直线运动驱动源相连，所述的直线运动驱动源的动力可以来自手驱动或者直线驱动电机等。直线运动驱动源控制中层弹性薄片2-3的相对滑动以控制上层弹性薄片和下层弹性薄片的曲率变化，实现相应的弯曲运动。
[0023]弹性薄片1-2安装时，先将上层弹性薄片2-2和下层弹性薄片2-4扣合，扣合后形成一个中空的孔道，再将中层弹性薄2-3片推入孔道之内。
[0024]如附图所示的本发明的一种用于单孔微创机器人的蛇形关节机构，它包括所述的蛇形关节以及蛇形骨架结构，所述的蛇形骨架结构包括多个结构相同的蛇形单元3-1，每一个蛇形单元3-1包括一个中间具有中空的通道的本体，优选的所述的本体为圆环体，可以在完全包覆弹性薄片的同时，不对弹性体的运动产生影响，并能有效的为后续的机械结构提供丝通道，以便于后续机械结构的驱动。在所述的本体的内壁上均匀间隔设置有多组丝通道3-2，每组丝通道由两个走丝通孔组成，所述的多组丝通道的轴线与本体轴线平行，图中所示内壁均匀分别为六组丝通道。
[0025]多个蛇形单元间通过圆柱销5-1前后顺次转动连接组成蛇形骨架1-1，如图3所示，在每一个蛇形单元3-1的两侧端面上分别轴对称的安装有两个连接架，相邻的两个蛇形单元3-1上的连接架通过圆柱销5-1前后顺次转动连接。多组丝通道3-2用于穿过钢丝，以控制与前端固定套2-1相连的前部钳头6-3的运动。钢丝的布置方式可以采用现有的结构，多个蛇形单元3-1的中空通道共同组成蛇形通道。所述的蛇形关节的弹性薄片1-2安装在蛇形通道内，直线运动驱动源控制中层弹性薄片2-3的相对滑动以控制蛇形骨架的运动。
[0026]蛇形关节安装时，将整个弹性薄片1-2置于蛇形骨架结构之后，形成支撑。
[0027]图4-1，4-2，4_3分别为本发明一种用于单孔微创机器人的蛇形关节的三种典型工作状态示意图。在图4-1中，所示的弹性元件为工作的初始状态。上层弹性薄片和下层弹性薄片扣合，形成预先设计的曲线形状，中间留有中间通道，将相反曲线结构的中层弹性薄片完全插入其中，则由于两者的内应力和弯曲方向完全相反的原因，此时三个薄片在叠加后会形成直线状态，中层弹性薄片位于初始位置。在图4-2中，所示的弹性元件由于中层弹性薄片向后滑移，整个弹性薄片的前端由于失去了相反的内应力和弯曲结构，前端恢复未叠加中层弹性薄片的状态，而后部的AB段，由于中层弹性薄片的存在，内部仍有一定相反的内应力，因此其依旧保持在一定的平稳状态。在图4-3中，所示的弹性元件由于中层弹性薄片的进一步滑动，整体弹性薄片的前端完全抬起，若在向后移动中层弹性薄片，则整个弹性薄片可完全恢复原始状态。
[0028]图5为本发明一种用于单孔微创机器人的蛇形关节机构蛇形骨架在弹性薄片驱动下的三种典型运动状态。状态I为初始状态，此时中层弹性薄片与上层弹性薄片和下层弹性薄片完全吻合。状态2、3分别是中层弹性薄片向后滑动后，蛇形骨架在弹性薄片的驱动下所形成的运动状态。
[0029]图6是本发明一种用于单孔微创机器人的蛇形关节机构在图像系统和机构系统中应用工作的工作示意图。本装置在使用时，在所述的蛇形骨架结构1-1的前后端分别固定连接有前端固定套2-1和后端固定套，同时前端固定套的前侧与前端工具即前部钳头6-3相连接，而后端固定套2-7的后侧与连接套筒2-6相连接并通过连接套筒与后部工具杆件1-3形成连接。所述的直线运动驱动源穿过后端固定套2-7、连接套筒2-6与后部工具杆件1-3设置，在图像系统上，本发明一种用于单孔微创机器人的蛇形关节机构用在内窥镜的后部，为内窥镜提供了多自由度的运动。在机构系统中，本发明一种用于单孔微创机器人的蛇形关节机构用于工具钳头后部，使得在单孔手术中器械能形成操作三角，避免了器械在体内碰撞的问题。
[0030]以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的只是本发明的实施方式之一，实际的结构也并不局限于此。如果本领域的技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其它形式的传动、驱动装置以及连接方式不经创造性的设计与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种用于单孔微创机器人的蛇形关节，其特征在于:它包括弹性薄片，所述的弹性薄片包括上层弹性薄片，所述的上层弹性薄片与下层弹性薄片扣合相连并形成中间通道，所述的上层弹性薄片与下层弹性薄片成共轭曲线结构，中层弹性薄片滑动连接在所述的中间通道内，所述的上层弹性薄片和下层弹性薄片由镍钛合金制成，所述的中层弹性薄片的后部通过中层连接块与直线运动驱动源相连，直线运动驱动源控制中层弹性薄片的相对滑动以控制上层弹性薄片和下层弹性薄片的曲率变化，实现相应的弯曲运动。2.—种采用权利要求1所述的蛇形关节的用于单孔微创机器人的蛇形关节机构，其特征在于:它包括蛇形关节以及蛇形骨架结构，所述的蛇形关节包括弹性薄片，所述的弹性薄片包括上层弹性薄片，所述的上层弹性薄片与下层弹性薄片扣合相连并形成中间通道，所述的上层弹性薄片与下层弹性薄片成共轭曲线结构，中层弹性薄片滑动连接在所述的中间通道内，所述的上层弹性薄片和下层弹性薄片由镍钛合金制成，所述的中层弹性薄片的后部通过中层连接块与直线运动驱动源相连，所述的蛇形骨架结构包括多个结构相同的蛇形单元，每一个蛇形单元包括一个中间具有中空的通道的本体，在所述的本体的内壁上均勾间隔设置有多组丝通道，每组丝通道由两个走丝通孔组成，所述的多组丝通道的轴线与本体轴线平行，多组丝通道用于穿过钢丝，多个蛇形单元间通过圆柱销前后顺次转动连接组成蛇形骨架，多个蛇形单元的中空通道共同组成蛇形通道，所述的蛇形关节的弹性薄片安装在蛇形通道内，直线运动驱动源控制中层弹性薄片的相对滑动以控制蛇形骨架的运动。
【文档编号】A61B17/00GK106073897SQ201610548724
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年7月12日
【发明人】李进华, 任祥云, 王树新, 王建辰
【申请人】天津大学