一种微创手术机器人的手术器械末端结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及手术器械技术领域，特别是涉及一种微创手术机器人的手术器械末端结构。
【背景技术】
[0002]微创手术因具有创伤小、疼痛少、住院时间短、身体机能恢复快等优点，越来越受到患者的欢迎，给患者带来福音。但是微创手术器具自身所具有的一些特点，例如细长手术器具有限的灵巧度、有限的视场以及镜像运动效果等，使得在实施微创手术的时候对医生提出了更高要求。近年来，为了解决传统微创手术器具给医生造成的手术执行障碍，主从式的遥操作机器人技术被引入到微创手术中，如达芬奇手术机器人(IntuitiveSurgical, Inc.)，这种主从式微创手术机器人最大的优点是引入了多自由度的手术操作手臂来增加手术器具的灵活性，还有引入了诸如高清晰的手术场景图像显示技术、消除手术医生震颤技术等。
[0003]为了最大限度的模拟开腔手术中外科医生肩关节和腕关节的运动，常见的微创外科手术机器人从端操作臂自由度数一般设置为6个。在机器人微创外科手术中，为了实现手术器械末端能够到达患者病灶，手术开始之前需要在患者腔壁上开4-5个直径为1mm的切口，细长的手术器具通过这些切口实现对患者病灶部位的手术操作。然而，这些小的切口限制了手术器具2个自由度，为了模拟医生手臂运动，这就使得在患者体外的手术器具自由度必须达到4个。这外部的4个自由度模拟了外科医生在开放式手术中的肩关节运动情况，而在患者体内的手术器具2个自由度末端用于模拟外科医生的腕部2个自由度的运动。
[0004]如美国实用新型专利US2010/0004663A1，名称为“SurgicalInstrument Wrist”，公开了一种具有6个自由度的微创手术器具，其中在患者体内的手术器具末端有两个自由度，留在患者体外的手术器具为4个自由度。然而，这种手术器具末端的两个旋转轴不在同一个轴平面内，这使得末端两个自由度发生耦合，当驱动器给一个关节发送驱动信号的时候，导致两个关节发生联动。此外，该手术器具的末端无法实现单独沿着手术器具插入方向上的旋转运动，该旋转运动必须借助于安装在患者体外的其他旋转轴来实现。
[0005]美国实用新型专利US7819884B2，名称为 “Robotically Controlled MedicalInstrument”，公开了一种由串联铰链组成的多自由度手术器具，该手术器具可以实现对手术器具末端执行器位姿的柔性控制。然而该实用新型公开的手术器具末端仅具有一个夹紧机构，同时也无法实现末端关节沿着手术器具插入方向的旋转操作。
[0006]文献[“Development of a dexterous minimalIy-1nvasive surgicalsystem，，(J.Arata, S.ffarisawa, M.Hashizume, and M.Mitsuishi, IFMBE Proceedings, 2007, 14(6):4153-4156)](中文名称:一种灵巧的微创手术系统的开发)开发了一款灵巧的、具有力反馈功能的手术机器人系统，该系统的手术器具末端采用刚性的连杆机构来实现手术器具末端关节在患者体内的3个自由度运动。但是连杆驱动的手术器具的末端关节在旋转运动时具有较大的摩擦力，这对关节驱动器的驱动能力有较高的要求。此外，该手术器具的末端也不能实现单独的旋转运动。
[0007]文献[“Developmentof a Medical Robot System for Minimally InvasiveSurgery，，(M.Feng, Y.Fu, B.Pan, C.Liu, The Internat1nal Journal of Medical Roboticsand Computer Assisted Surgery, 2011，8 (I):85-96)](中文名称:一种适用于微创手术的医疗机器人系统的开发)提出了一种具有4个自由度的微创机器人手术器械，该手术器械的末端旋转自由度由安装在患者体外的其他旋转关节来完成。
[0008]文献[一种新型机器人微创手术微器械的机构设计及运动学分析，马如奇，王伟东，董为，杜志江，机器人，2013，35 (4):402-409.]开发了一种使用钢丝驱动的具有柔性关节的微创手术机器人手术器械。同样，该手术器械的末端关节也没有设置单独的旋转关节，无法实现单独的旋转运动。
[0009]综上所述，当前常见的微创手术机器人手术器具通常采用模拟医生手臂的肩关节4个自由度运动与手腕的2个自由度运动，缺少模拟医生手臂肘关节的运动自由度。在此情况下，当手术医生希望能够对手术器具末端做器具插入方向的旋转运动的时候，必须借助于手术器具在患者体外的手术器具运动关节才能实现该手术操作，这必然需要对整个手术器具做一个插入方向的较大角度的旋转运动。然而，当前在患者体内实施的绝大多数微创手术操作中，留给医生的手术操作空间非常狭小，上述大角度的旋转运动很容易会意外触碰，甚至划伤其他重要脏器，造成意外出血，甚至威胁患者生命安全。
【发明内容】
[0010]鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种能够模拟肩关节、肘关节、腕关节的医生手臂全部关节运动功能的微创手术机器人的手术器械末端结构，以克服现有技术的上述缺陷。
[0011]为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种微创手术机器人的手术器械末端结构，包括连接圆筒、第一关节旋转基座、第二关节旋转基座、第三关节旋转基座、第一关节旋转轴、第二关节旋转轴、第三关节旋转轴、钳口固定部件、钳口活动件、复位弹簧；
[0012]所述第一关节旋转基座的后端与所述连接圆筒的前端固定连接，所述第一关节旋转基座的前端与所述第二关节旋转基座的后端通过第一关节旋转轴实现铰接，所述第二关节旋转基座的前端与所述第三关节旋转基座的后端通过第二关节旋转轴实现铰接，所述第一关节旋转轴与所述第二关节旋转轴垂直排布，所述第三关节旋转轴的后端通过轴承安装于所述第三关节旋转基座的前端；
[0013]所述钳口固定部件的后端与所述第三关节旋转轴的前端固定连接；所述钳口活动件为L形，包括钳口夹紧臂和连接臂，钳口夹紧臂和连接臂的连接处与所述钳口固定部件的后端铰接，连接臂的端部与一钳口内部活动块活动连接；所述钳口内部活动块在钳口驱动钢丝绳的带动下，在第三关节旋转轴的内部做轴向移动，钳口驱动钢丝绳穿过连接圆筒的内孔、第一关节旋转基座、第二关节旋转基座、第三关节旋转基座和第三关节旋转轴，与钳口内部活动块相连接，所述复位弹簧设于所述钳口内部活动块与第三关节旋转轴之间；
[0014]所述第二关节旋转基座的后端设有两根第一驱动钢丝绳，两根第一驱动钢丝绳设于第一关节旋转轴的两侧，两根第一驱动钢丝绳穿过所述连接圆筒的内孔和第一关节旋转基座，与第二关节旋转基座相连接，带动所述第二关节旋转基座绕第一关节旋转轴摆动；
[0015]所述第三关节旋转基座的后端设有两根第二驱动钢丝绳，两根第二驱动钢丝绳设于第二关节旋转轴的两侧，两根第二驱动钢丝绳穿过连接圆筒的内孔、第一关节旋转基座和第二关节旋转基座，与第三关节旋转基座相连接，带动所述第三关节旋转基座绕第二关节旋转轴摆动；
[0016]所述第三关节旋转轴的后端设有两根第三驱动钢丝绳，两根第三驱动钢丝绳穿过连接圆筒的内孔、第一关节旋转基座、第二关节旋转基座和第三关节旋转基座，缠绕在第三关节旋转轴上形成缠绕线圈，带动所述第三关节旋转轴在轴承内做周向转动。
[0017]优选地，所述第一关节旋转基座