CN103948435A - 单孔腹腔镜微创手术机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单孔腹腔镜微创手术系统。该系统包括功能端和控制端。功能端包括功能机械臂、摄像照明模块以及套管模块。控制端包括摄像照明模块控制模块、功能机械臂控制模块和固定模块。其中，摄像照明模块控制模块可实现摄像照明模块的伸缩和弯转，功能机械臂控制模块可实现功能机械臂的伸缩、弯转和末端执行器的开合，从而使得摄像照明模块与功能机械臂能够在缩入套管模块的姿态下通过单切口进入到腹腔的手术部位，且在到达手术部位后，摄像照明模块以及功能机械臂能够运动到指定空间位置进入工作姿态。本发明的功能端的最大直径仅为12mm，因而本发明具有体积小、使用方便、安全等优点。

Description

单孔腹腔镜微创手术机器人系统

技术领域

本发明涉及医用器械，特别涉及单孔腹腔镜微创手术系统。

背景技术

现代医疗领域中微创手术成功地降低了病人的术后疼痛、并发症、住院时间并改善了术后的疤痕状况。虽然经人体自然腔道腹腔镜手术(naturalorifice trans-luminal endoscopic surgery,NOTES)方法不需要任何切口，但技术难度较高，手术器械需要通过一个狭长复杂的人体腔道之后进行夹持缝合等手术动作，大部分现有NOTES手术机构均存在体积过大、操作精度不够等诸多缺陷，很难满足腹腔镜缝合手术的技术要求，导致这一类器械并未在临床上被广泛应用。故由于微创手术独特的优点，更多的病人开始选择微创手术。

在微创手术中，腹腔镜手术为一大类。在多数腹腔镜手术过程中，手术器械、腹腔镜及气腹针进入人体往往需要通过两个或两个以上的小切口。但随着人们对微创手术效果的要求越来越高，手术切口的数量进一步被控制，最后有学者提出了单孔腹腔镜手术，其可通过1.5cm～4cm的小切口置入多个穿刺器或一个带有多个操作孔道的穿刺器，通过操作孔道置入手术器械完成手术操作。通常取脐部小切口，但不完全限于脐部。单孔腹腔镜手术能将手术所需要的切口减少到一个，因而成为微创手术的一个重要发展方向，故而针对单孔腹腔镜手术机器人的研究具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构紧凑、操作灵活，功能端外径为12mm，通过少数电机驱动冗余机械臂的单孔腹腔镜微创手术机器人系统。

为实现上述目的，本发明提供了一种单孔腹腔镜微创手术机器人系统，该系统包括：

功能端，功能端包括摄像照明模块、功能机械臂及套管模块，套管模块固定连接在固定模块上，摄像照明模块和功能机械臂能够在套管模块的通道中进行前后进给运动；以及

控制端，控制端包括摄像照明模块控制模块、功能机械臂控制模块及固定模块，摄像照明模块控制模块和功能机械臂控制模块固定连接在固定模块上，其中

摄像照明模块控制模块用于驱动摄像照明模块的一个伸缩自由度和两个平面弯转自由度，功能机械臂控制模块用于驱动功能机械臂的两个伸缩自由度和四个弯转自由度，摄像照明模块与功能机械臂能够在缩入套管模块的姿态下通过单切口进入到人体腹腔的手术部位，且在到达手术部位后，摄像照明模块以及功能机械臂能够从套管模块中伸出并运动至指定空间位置而进入工作姿态。

在一优选实施例中，摄像照明模块包括成像端和摄像照明机械臂，成像端设有照明装置和用于立体成像的两个摄像头，摄像照明机械臂包括第一节摄像照明机械臂和第二节摄像照明机械臂，第一节摄像照明机械臂和第二节摄像照明机械臂具有柔性连续体机构，其中照明装置和摄像头通过柔性电路板与外界进行供电和通信，在摄像照明机械臂上设有供摄像头和照明装置的供电线路及信号线路通过的通道。

在一优选实施例中，照明装置为LED灯，较佳地摄像照明模块的成像端上粘结10个LED灯。

在一优选实施例中，摄像照明模块最大直径为12mm。

在一优选实施例中，摄像模块照明模块控制模块包括：上端控制模块，上端控制模块包括单电机和直线滑板，单电机通过联轴器和滚珠丝杠驱动直线滑板相对于固定模块滑动；以及下端控制模块，下端控制模块包括两个电机、两个直线导轨和两个锁紧块，两个电机分别通过相应的联轴器和滚珠丝杠驱动两个锁紧块前后运动。

在一优选实施例中，摄像照明机械臂由三根不锈钢控制丝穿过间隔片和锁紧片构成，其中两根不锈钢控制丝的一端固定在第一节摄像照明机械臂的前端且另一端固定在摄像模块照明模块控制模块的一个锁紧块上，另一根不锈钢控制丝的一端固定于第二节摄像照明机械臂的前端且另一端固定在摄像模块照明模块控制模块的另一个锁紧块上。

在一优选实施例中，功能机械臂模块包括功能机械臂、驱动环、末端执行器和末端执行器驱动机构，末端执行器位于功能机械臂的前端，驱动环和末端执行器驱动机构固定在固定模块上，驱动环用于连接功能机械臂控制模块与功能机械臂，末端执行器驱动机构用于驱动末端执行器运动，其中，驱动环包括扁线弹簧、固定基座、驱动丝和从动丝，扁线弹簧的两端固定于固定基座上，扁线弹簧的四周开有豁口供驱动丝通过，驱动丝的一端固定于固定基座上且另一端固定于功能机械臂控制模块，从动丝的一端固定于固定基座上且另一端固定于功能机械臂；功能机械臂包括第一节功能机械臂和第二节功能机械臂，两节功能机械臂皆为柔性连续体结构且能够实现空间中两个自由度的弯转和一个自由度的伸缩；末端执行器驱动机构包括压紧板、末端执行器控制丝、直线导轨和基座，基座固定于固定模块上，直线导轨固定于基座上，末端执行器控制丝的一端固定在压紧板上且另一端固定于末端执行器上，压紧板能够沿直线导轨滑动。

在一优选实施例中，驱动环包括两节扁线弹簧、三个固定基座、八根驱动丝和十八根从动丝，每节扁线弹簧中各穿过九根从动丝，穿过一节扁线弹簧的九根从动丝固定于第一节功能机械臂的末端，穿过另一节扁线弹簧的九根从动丝固定于第二节功能机械臂的末端。

在一优选实施例中，该末端执行器为手术钳，该手术钳包括滑块、销、主动钳和被动钳。其中，被动钳的始端与功能机械臂固定相连，穿过末端执行器驱动机构中的末端执行器控制丝与滑块固定，不锈钢丝推拉滑块可带动销同时在主动钳滑槽和被动钳滑槽中滑动，当销滑至滑槽的两端时，可实现主动钳的开或闭。

在一优选实施例中，驱动丝的直径为1.2mm，从动丝的直径为0.4mm。

在一优选实施例中，套管模块包括固定套管、插入式套管和多腔套管，固定套管与控制端的固定模块固定相连，插入式套管与固定套管固定相连，插入式套管为连接腹腔与外界的通道，多腔套管以及功能端的所有手术用部件在插入式套管中穿过。

在一优选实施例中，插入式套管的最大外径为12mm。

在一优选实施例中，多腔套管的腔道中可伸入用于抽血、充气以及吸气的细管等。

在一优选实施例中，功能机械臂模块控制模块包括驱动环驱动模块和末端执行器驱动机构的驱动模块，其中，驱动环驱动模块包括电机、联轴器、滚珠丝杠、螺母副、驱动丝压紧板、直线导轨，电机驱动带动螺母副连同驱动丝压紧板沿着直线导轨前后运动，进而实现推拉驱动丝的前后运动；末端执行器驱动机构的驱动模块电机、联轴器、滚珠丝杠、螺母副、直线导轨、驱动杆，驱动杆与末端执行器驱动机构中压紧板的末端连接，通过电机驱动驱动杆相对于直线导轨前后推拉，从而实现末端执行器驱动机构中压紧板的前后运动。

在一优选实施例中，每个功能机械臂控制模块具有九个电机，其中八个电机通过滚珠丝杠与直线导轨分别推拉八根驱动丝从而控制驱动环中扁线弹簧的形状，其中四根驱动丝用于控制第一节扁线弹簧，其余四根丝用于控制第二节扁线弹簧，第一节和第二节扁线弹簧的变形则可分别推拉每节中九根从动丝来驱动第一节功能机械臂和第二节功能机械臂的运动；第九个电机用于通过滚珠丝杠与直线导轨推拉用于控制末端执行器的末端执行器控制丝。

在一优选实施例中，固定模块包括整体基座，在整体基座上设有摄像照明模块控制模块基座、功能机械臂控制模块基座、驱动环基座和末端执行器驱动机构安装基座，分别用于安装固定摄像照明模块控制模块、功能机械臂控制模块、驱动环和末端执行器驱动机构。

在一优选实施例中，在整体基座上设有与工业机器人机械连接的接口法兰。

在一优选实施例中，功能端的最大直径为12mm。

在一优选实施例中，驱动环驱动模块和末端执行器驱动机构还包括间隔板，驱动丝和末端执行器控制丝分别穿过间隔板，相邻间隔板通过韧性好的连接线相连，从而保证推动驱动丝的过程中，相邻间隔板之间距离不会增加而导致驱动丝和/或末端执行器控制丝发生失稳弯曲。

在一优选实施例中，功能机械臂模块可实现快换功能，能方便地对机械臂进行更换。

本发明的单孔腹腔镜微创手术系统中，功能端中摄像照明模块和功能机械臂的最大外径为12mm。该系统能以一种闭合的姿态通过直径仅为12mm的单切口到达手术部位，之后其功能端可伸展成工作姿态以进行手术操作，同时功能机械臂可方便地进行快换。本发明的功能端可以灵活地伸缩以及朝向各个方向弯转，使得操作者能够方便地使用本系统来进行微创手术。本发明具有体积小、使用方便、安全等优点。

附图说明

图1是本发明的单孔腹腔镜微创手术系统的整体结构的立体图；

图2a是本发明的单孔腹腔镜微创手术系统的摄像照明模块的立体图；

图2b是图2中摄像照明模块的成像端的立体图；

图3a是本发明的单孔腹腔镜微创手术系统的单只功能机械臂模块的立体图；

图3b是图3a中单只功能机械臂模块的驱动环的立体图；

图3c是图3a中单只功能机械臂模块的柔性连续体机械臂的立体图；

图3d是图3a中单只功能机械臂模块的末端执行器的立体图；

图3e是图3a中单只功能机械臂模块的末端执行器驱动机构的立体图；

图4是本发明的单孔腹腔镜微创手术系统的套管模块的立体图；

图5是本发明的单孔腹腔镜微创手术系统的摄像照明模块控制模块的立体图；

图6a是本发明的单孔腹腔镜微创手术系统的功能机械臂控制模块的立体图；

图6b是本发明的单孔腹腔镜微创手术系统的驱动环驱动模块的立体图；

图6c是本发明的单孔腹腔镜微创手术系统的末端执行器驱动机构的驱动模块立体图；以及

图7a和7b是本发明的单孔腹腔镜微创手术系统的固定模块不同视角的立体图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

图1是本发明的单孔腹腔镜微创手术系统的整体结构的立体图。

如图1所示，本发明的单孔腹腔镜微创手术系统包括功能端1和控制端2两大部分，其中功能端1包括摄像照明模块3、功能机械臂模块4及套管模块5，控制端2包括摄像照明模块控制模块6、功能机械臂控制模块7及固定模块8。其中，套管模块5、摄像照明模块控制模块6和功能机械臂控制模块7均固定连接在固定模块8上，摄像照明模块1和功能机械臂能够在套管模块5的通道中进行前后进给运动。

摄像照明模块控制模块6用于控制摄像照明模块1的伸缩和弯转，功能机械臂控制模块7用于实现功能机械臂4的伸缩和弯转，摄像照明模块1与功能机械臂能够在缩入套管模块5的姿态下通过单切口进入到人体腹腔的手术部位，且在到达手术部位后，摄像照明模块1以及功能机械臂能够从套管模块5中伸出并运动至指定空间位置从而进入工作姿态。

图1所示的单孔腹腔镜微创手术系统包括两个功能机械臂，然而应理解，根据实际需要，也可包括三个、四个或更多个功能机械臂。

图2a是本发明的单孔腹腔镜微创手术系统的摄像照明模块的立体图。如图2a所示，本发明的单孔腹腔镜微创手术系统功能端的摄像照明模块包括成像端9和摄像照明机械臂，其中摄像照明机械臂包括皆具有柔性连续体机构的第一节摄像照明机械臂10和第二节摄像照明机械臂11。摄像照明机械臂由结构骨(包括不锈钢丝12与镍钛合金板)、间隔片和锁紧片构成。

具体地，摄像照明机械臂包括三根不锈钢丝12，其中两根不锈钢丝用于控制第一节摄像照明机械臂10的弯转运动，这两根不锈钢丝的一端固定在第一节摄像照明机械臂10的前端101；另一根不锈钢丝用于控制第二节摄像照明机械臂11的弯转运动，这一根不锈钢丝的一端固定在第二节摄像照明机械臂11的前端111。三根不锈钢丝12的另一端固定于摄像照明模块控制模块的锁紧块48上，下文中将进一步描述。

图2b是图2中摄像照明模块的成像端的立体图。如图2b所示，本发明的摄像照明模块成像端9包括成像端头部15和保护盖板16，其中，在成像端头部15设有用于照明的LED照明灯13和用于立体成像的两个摄像头14，保护盖板16用于保护摄像头14，LED照明灯和摄像头均通过柔性电路板与外界进行供电和通信，且在摄像照明机械臂上设有供摄像头和LED灯的供电线路及信号线路通过的通道。该摄像照明机械臂可实现空间中两个自由度的弯转运动，同时可在套管模块的通道中进行前后进给运动。

两个摄像头14可实现立体视觉，从而减少摄像照明模块的自由度。

较佳地，成像端头部设有十个LED灯和两个摄像头。

较佳地，摄像照明模块最大直径为12毫米。

图3a本发明的单孔腹腔镜微创手术系统的单只功能机械臂模块的立体图。如图3a所示，本发明的单孔腹腔镜微创手术系统的单只功能机械臂模块包括功能机械臂17、驱动环18、末端执行器19和末端执行器驱动机构20。末端执行器19位于功能机械臂17的前端，驱动环18连接功能机械臂控制模块7与功能机械臂17，驱动环18的变形将推拉一端固定于其中的不锈钢丝，不锈钢丝穿过起轨道固定作用的不锈钢管21进而驱动柔性连续体机械臂运动。

末端执行器驱动机构同样可通过推拉其中固定的一根不锈钢丝来控制手术钳的开闭。

不同的功能机械臂可以携带不同种类的末端执行器，本例中优选地采用手术钳。实际手术中，可通过快速更换功能机械臂来进行不同种类的手术操作。

图3b是图3a中单只功能机械臂模块的驱动环的立体图。如图3b所示，驱动环18包括两节扁线弹簧22、三个固定基座23、八根连接功能机械臂控制模块4的不锈钢丝24以及十八根用于驱动柔性连续体机械臂的不锈钢丝25。不锈钢丝24和不锈钢丝25的一端均固定于固定基座23上，同时扁线弹簧22的两端也固定于固定基座上，由此，通过功能机械臂控制模块4推拉不锈钢丝24可以控制两节扁线弹簧22的弯曲形状，进而推拉穿过两节扁线弹簧22中的十八根不锈钢丝25。每节扁线弹簧22中穿过九根不锈钢丝25，每九根不锈钢丝25用于控制功能机械臂中的一节功能机械臂，故驱动环18可控制两节功能机械臂，下文中将进一步描述。

较佳地，不锈钢丝24的直径为1.2mm，不锈钢丝25的直径为0.4mm。

图3c是图3a中单只功能机械臂模块的功能机械臂的立体图。如图3c所示，本发明的功能机械臂17包括非圆套管26、间隔片27、第一节功能机械臂28和第二节功能机械臂29。其中，间隔片27的截面形状从非圆截面向圆截面渐变，第一节功能机械臂28和第二节功能机械臂29均具有由外圈打孔的波纹管焊接而成的柔性连续体结构且均可实现空间中两个自由度的弯转和伸缩。波纹管结构使得功能机械臂抗扭强度增加，每个机械臂具有两柔性连续体结构，且每节柔性体结构可以改变自身的长短，因而增加了机械臂的灵活度。

由驱动环18控制的十八根不锈钢丝通过不锈钢管21穿过非圆套管26和间隔片21，一节扁线弹簧控制的九根不锈钢丝一端固定于第一节功能机械臂28末端，另一节扁线弹簧控制的九根不锈钢丝一端固定于第二节功能机械臂29末端，从而实现驱动环18对功能机械臂17的控制。在该功能机械臂中设有供控制末端执行器的不锈钢丝通过的通道。

在单孔腹腔镜微创手术机器人系统处于闭合状态时，功能机械臂可携带末端执行器(即手术工具)完全收回到最大外径为12mm的套管模块通道之中。

图3d是图3a中单只功能机械臂模块的末端执行器的立体图。如图3d所示，本实施例中，末端执行器19为采用连杆滑块机构的手术钳，该手术钳包括滑块30、销31、主动钳32和被动钳33。其中，被动钳33在被动钳始端330与功能机械臂17固定相连，末端执行器驱动机构20中推拉的一根不锈钢丝35穿过被动钳始端330与滑块30固定，不锈钢丝35推拉滑块可带动销31同时在主动钳滑槽310和被动钳滑槽311中滑动，当销31滑至滑槽的两端时，可实现主动钳32的开或闭。

图3e是图3a中单只功能机械臂模块的末端执行器驱动机构的立体图。如图33所示，末端执行器驱动机构20包括不锈钢丝压紧板34、不锈钢丝35、间隔板36、直线导轨37和基座38。通过功能机械臂控制模块7中电机的驱动，推拉不锈钢丝压紧板34沿导轨37前后滑动，进而推拉穿过间隔板的不锈钢丝从而实现对末端执行器的控制。其中间隔板36亦可沿导轨37滑动，每两块相邻间隔板36通过韧性极好的钓鱼线相连，保证了推动镍钛丝35的过程中，相邻间隔板之间距离不会增加而导致镍钛丝35发生失稳弯曲。基座38可通过背面的凸台孔380以销连接的方式固定于控制端固定模块8上，这种连接保证了功能机械臂整体相对于单孔腹腔镜微创手术系统的快拆性。

图4是本发明的单孔腹腔镜微创手术系统的套管模块5的立体图。如图4所示，本发明的单孔腹腔镜微创手术系统的套管模块5包括皆为刚性管体的固定套管39、插入式套管40和多腔套管41。其中，固定套管39与控制端固定模块8固定相连，并用于固定插入式套管40。手术时，插入式套管40为连接腹腔与外界的唯一通道，多腔套管41以及功能端1的所有手术用部件会从插入式套管40中穿过。较佳地，插入式套管40的最大外径仅为12mm。多腔套管41中的腔道中可伸入用于抽血、充气以及吸气的细管等。

上文描述了单孔腹腔镜微创手术系统功能端1的各个部件的结构，下文将对单孔腹腔镜微创手术系统的控制端2的各个部件进行详细描述。

控制端2的各个部件均位于病人体外。控制端2可化分为摄像照明模块控制模块6、功能机械臂控制模块7和固定模块8，各个控制模块中均有相应的驱动电机与传动系统。摄像照明模块控制模块6位于控制端2的上端，两套功能机械臂控制模块7相互垂直地对称布置于控制端2的下端，这三个控制模块共同固定于固定模块8上，固定模块8具有与工业机器人相连的接口，在未来应用中，工业机器人可带动单孔腹腔镜微创手术系统整体运动并到达病人腹腔切口处。

图5是本发明的单孔腹腔镜微创手术系统的摄像照明模块控制模块6的立体图。如图5所示，本发明的单孔腹腔镜微创手术系统的摄像照明模块控制模块6固定连接于固定模块8的摄像照明模块控制模块基座65上，摄像照明模块控制模块6包括上端控制模块和下端控制模块。上端控制模块包括单电机42、联轴器43、滚珠丝杠44、直线导轨45、螺母副46和直线滑板，单电机42通过联轴器和滚珠丝杠驱动直线滑板相对于直线导轨45滑动。下端控制模块包括左右对称布置的两个电机42’、两个联轴器43’、两个滚珠丝杠44’、两个直线导轨45’、两个螺母副46’以及锁紧块48a、48b，两个直线导轨45’固定安装在直线导轨45上，锁紧块48a、48b可沿相应的直线导轨45’滑动。这两个电机42’可分别通过联轴器43’和滚珠丝杠44’驱动锁紧块48a、48b前后运动，由于摄像照明模块3中驱动两节摄像照明机械臂10、11的三根镍钛丝12的一端固定于锁紧块48a、48b上，故两个锁紧块48a、48b的前后运动可推拉其中的不锈钢丝进而实现两节柔性连续体结构的弯转运动。其中，用于控制第一节摄像照明机械臂的两根不锈钢丝的一端固定在锁紧块48a上，用于控制第二节摄像照明机械臂的另一根不锈钢丝的一端固定在锁紧块48b上。

由此可以看出，上端电机42a连同滚珠丝杠与直线导轨控制下端控制模块的整体前后进给，进而控制摄像照明模块的整体前后进给；下端两个电机42b连同滚珠丝杠与直线导轨分别推拉用于控制摄像照明模块3的两节柔性连续体结构机械臂的不锈钢丝12，进而控制成像端的空间位置。

图6a是本发明的单孔腹腔镜微创手术系统的单只功能机械臂模块控制模块的立体图。如图6a所示，本发明的单孔腹腔镜微创手术系统的单只功能机械臂模块控制模块由八组驱动环驱动模块49和一组末端执行器驱动机构的驱动模块50组成，八组驱动环驱动模块49可分别推拉八根通过不锈钢套管的直径为1.2mm的不锈钢丝24进而控制驱动环18，一组末端执行器驱动机构的驱动模块50用于直接推拉末端执行器驱动机构中的不锈钢丝35。整体功能机械臂控制模块与固定模块相连接固定。

单孔腹腔镜微创手术系统的两个功能机械臂控制模块共具有十八个电机，每个控制模块具有九个电机，其中八个电机通过滚珠丝杠与直线导轨分别推拉八根直径1.2mm的不锈钢丝24，通过推拉这八根合金丝控制驱动环18中扁线弹簧22的形状，其中四根丝控制第一节扁线弹簧，其余四根丝控制第二节扁线弹簧，第一节与第二节扁线弹簧的变形则可分别推拉每节中九根直径0.4mm的不锈钢丝来驱动第一节功能机械臂和第二节功能机械臂的运动。单只功能机械臂模块控制模块的第九个电机可通过滚珠丝杠与直线导轨推拉用于控制末端执行器的不锈钢丝35。

图6b是本发明的单孔腹腔镜微创手术系统的驱动环驱动模块的立体图。如图6b所示，本发明的驱动环驱动模块49结构与末端执行器驱动机构20类似，驱动环驱动模块49包括电机51、联轴器52、滚珠丝杠53、螺母副54、镍钛丝压紧板55、直线导轨56和间隔板57。通过电机驱动带动螺母副54连同固定在其上的不锈钢丝压紧板55沿着直线导轨56前后运动，进而实现推拉不锈钢丝的前后运动。各个间隔板57亦可沿直线导轨56滑动，每两块相邻间隔板57以韧性极好的钓鱼线相连，从而保证推动末端不锈钢丝的过程中，相邻间隔板之间距离不会增加而导致不锈钢丝发生失稳弯曲。

图6c是本发明的单孔腹腔镜微创手术系统的末端执行器驱动机构的驱动模块立体图。如图6c所示，末端执行器驱动机构的驱动模块50包括电机58、联轴器59、滚珠丝杠60、螺母副61、直线导轨62、驱动杆63，驱动杆63的端部与末端执行器驱动机构20中压紧板34的末端630通过销连接。该模块的驱动原理与驱动环驱动模块的驱动原理类似，可实现驱动杆63的前后推拉，进而可实现末端执行器驱动机构中不锈钢丝丝压紧板34的前后运动。

图7a和7b是本发明的单孔腹腔镜微创手术系统的固定模块立体图。固定模块用于提供手术系统各部件的支撑固定并作为与工业机器人机械连接的接口法兰。如图7所示，本发明的单孔腹腔镜微创手术系统的固定模块8包括整体基座64、摄像照明模块控制模块基座65、两套功能机械臂控制模块基座66、两套驱动环基座67和两套末端执行器驱动机构基座68。其中，末端执行器驱动机构中的基座38通过上下两组销连接固定于末端执行器驱动机构基座68上。整体基座64中心的圆盘可作为与工业机器人机械连接的接口法兰。

本发明的单孔腹腔镜微创手术系统结构紧凑，功能端中摄像照明模块和功能机械臂的最大外径为12mm，这大大小于现有的腹腔镜系统的直径(一般超过15mm)。该系统能以一种闭合的姿态通过直径仅为12mm的单切口到达手术部位，之后其功能端可伸展成工作姿态以进行手术操作，同时功能机械臂可方便地实现快拆快换。此外，本发明的功能端可以灵活地伸缩以及朝向各个方向弯转，使得操作者能够方便地使用本系统来进行微创手术。

以上已详细描述了本发明的较佳实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种单孔腹腔镜微创手术机器人系统，其特征在于，所述系统包括：

功能端，所述功能端包括摄像照明模块、功能机械臂及套管模块，所述摄像照明模块和所述功能机械臂能够在所述套管模块的通道中进行前后进给运动，和

控制端，所述控制端包括摄像照明模块控制模块、功能机械臂控制模块及固定模块，所述摄像照明模块控制模块、所述功能机械臂控制模块以及所述套管模块均固定连接在所述固定模块上，其中

所述摄像照明模块控制模块用于驱动摄像照明模块的一个伸缩自由度和两个平面弯转自由度，所述功能机械臂控制模块用于驱动功能机械臂的两个伸缩自由度和四个弯转自由度，所述摄像照明模块与所述功能机械臂能够在缩入所述套管模块的姿态下通过单切口进入到人体腹腔的手术部位，且在到达手术部位后，所述摄像照明模块以及功能机械臂能够从所述套管模块中伸出并运动至指定空间位置而进入工作姿态。

2.如权利要求1所述的单孔腹腔镜微创手术机器人系统，其特征在于，所述摄像照明模块包括：

成像端，所述成像端设有LED照明装置和用于成像的两个CCD摄像头，和

摄像照明机械臂，所述摄像照明机械臂包括第一节摄像照明机械臂和第二节摄像照明机械臂，所述第一节摄像照明机械臂和第二节摄像照明机械臂为柔性连续体机构，其中

所述照明装置和摄像头通过柔性电路板与外界进行供电和通信，在所述摄像照明机械臂上设有供摄像头和照明装置的供电线路及信号线路通过的通道。

3.如权利要求2所述的单孔腹腔镜微创手术机器人系统，其特征在于，所述摄像模块照明模块控制模块包括：

上端控制模块，所述上端控制模块包括一个电机和直线滑板，该电机通过联轴器和滚珠丝杠驱动直线滑板相对于所述固定模块滑动，以及

下端控制模块，所述下端控制模块包括两个电机、两个直线导轨和两个锁紧块，所述两个电机分别通过相应的联轴器和滚珠丝杠驱动两个锁紧块前后运动。

4.如权利要求3所述的单孔腹腔镜微创手术机器人系统，其特征在于，所述摄像照明机械臂由三根不锈钢控制丝穿过间隔片和锁紧片构成，其中两根不锈钢控制丝的一端固定在所述第一节摄像照明机械臂的前端且另一端固定在所述摄像模块照明模块控制模块的一个锁紧块上，另一根不锈钢控制丝的一端固定于所述第二节摄像照明机械臂的前端且另一端固定在所述摄像模块照明模块控制模块的另一个锁紧块上。

5.如权利要求1所述的单孔腹腔镜微创手术机器人系统，其特征在于，所述功能机械臂模块包括功能机械臂、驱动环、末端执行器和末端执行器驱动机构，所述末端执行器位于所述功能机械臂的前端，所述驱动环和所述末端执行器驱动机构固定在所述固定模块上，所述驱动环用于连接功能机械臂控制模块与所述功能机械臂，所述末端执行器驱动机构用于驱动所述末端执行器运动，其中

所述驱动环包括扁线弹簧、固定基座、驱动丝和从动丝，所述扁线弹簧的两端固定于固定基座上，扁线弹簧四周开有豁口，供所述驱动丝通过，所述驱动丝的一端固定于固定基座上且另一端固定于所述功能机械臂控制模块，所述从动丝的一端固定于固定基座上且另一端固定于所述功能机械臂；

所述功能机械臂包括第一节功能机械臂和第二节功能机械臂，两节功能机械臂皆为柔性连续体结构且能够实现空间中两个自由度的弯转和一个自由度的伸缩；以及

所述末端执行器驱动机构包括压紧板、末端执行器控制丝、直线导轨和基座，所述基座固定于所述固定模块上，所述直线导轨固定于所述基座上，末端执行器控制丝的一端固定在所述压紧板上且另一端固定于所述末端执行器上，所述压紧板能够沿直线导轨滑动。

6.如权利要求1所述的单孔腹腔镜微创手术机器人系统，其特征在于，所述套管模块由三根刚性管体构成，分别为固定套管、插入式套管和多腔套管，所述固定套管与所述控制端的固定模块固定相连，所述插入式套管与所述固定套管固定相连，所述插入式套管为连接腹腔与外界的通道，所述多腔套管以及功能端的所有手术用部件在插入式套管中穿过。

7.如权利要求5所述的单孔腹腔镜微创手术机器人系统，其特征在于，所述功能机械臂模块控制模块包括驱动环驱动模块和末端执行器驱动机构的驱动模块，其中

所述驱动环驱动模块包括电机、联轴器、滚珠丝杠、螺母副、驱动丝压紧板、直线导轨，所述电机驱动带动所述螺母副连同所述驱动丝压紧板沿着所述直线导轨前后运动，进而实现推拉驱动丝的前后运动；

所述末端执行器驱动机构的驱动模块电机、联轴器、滚珠丝杠、螺母副、直线导轨、驱动杆，驱动杆与末端执行器驱动机构中压紧板的末端连接，通过所述电机驱动所述驱动杆相对于所述直线导轨前后推拉，从而实现末端执行器驱动机构中压紧板的前后运动。

8.如权利要求1所述的单孔腹腔镜微创手术机器人系统，其特征在于，所述固定模块包括整体基座，在所述整体基座上设有摄像照明模块控制模块基座、功能机械臂控制模块基座、驱动环基座和末端执行器驱动机构安装基座，分别用于安装固定摄像照明模块控制模块、功能机械臂控制模块、驱动环和末端执行器驱动机构。

9.如权利要求1所述的单孔腹腔镜微创手术机器人系统，其特征在于，所述功能端的最大直径为12mm。

10.如权利要求5或7所述的单孔腹腔镜微创手术机器人系统，其特征在于，所述驱动环驱动模块和所述末端执行器驱动机构还包括多个间隔板，驱动丝和末端执行器控制丝分别穿过各间隔板，相邻间隔板通过韧性好的连接线相连，从而保证推动驱动丝的过程中，相邻间隔板之间距离不会增加而导致驱动丝和/或末端执行器控制丝发生失稳弯曲。