CN104546032B - 一种用于外科手术的摇杆型多自由度手术器械 - Google Patents

一种用于外科手术的摇杆型多自由度手术器械 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于外科手术的摇杆型多自由度手术器械，包括手持组件、与所述手持组件固定连接的驱动组件、与所述驱动组件连接的指尖执行机构、控制所述驱动组件运动的控制系统，所述手持组件包括连杆、与所述连杆相连的底部摇杆、与所述底部摇杆相连的上部摇杆以及设置在所述上部摇杆上的手指夹持部分，所述连杆与底部摇杆通过转动副连接，所述底部摇杆与上部摇杆通过转动副连接，所述手指夹持部分固定设置在所述上部摇杆的顶部，所述连杆与所述底部摇杆、所述底部摇杆与上部摇杆以及所述手指夹持部分的关节处设置有编码器。本发明具有操作灵活、结构简单紧凑、能有效减轻操作者手部的承载力以及手术过程中的疲劳感的优点。

Description

一种用于外科手术的摇杆型多自由度手术器械
技术领域：
本发明涉及医疗器械技术领域，更具体的说涉及一种用于外科手术的手术器械。
背景技术：
外科手术是指透过外科设备或外科仪器，经医生的操作下，进入人体组织，以外力方式排除病变、改变构造或植入外来物的处理过程。在外科手术中经常要借助各种不同的器械装置来完成手术，有些复杂的手术往往需要很长时间来完成，医生的手部在长时间握持后很容易疲惫，由此容易造成医生手部的不适；有些手术步骤非常的复杂和精细，往往要求手术器械具有一定的自由度，而现有技术中手术器械自由度相对较少，很大程度上限制了手术器械的发挥。上述这些问题在很大程度上影响了手术的精度与质量。因此，针对现有技术中存在的问题予以改进。
发明内容：
本发明的目的就是针对现有技术之不足，而提供一种用于外科手术的摇杆型多自由度手术器械，具有操作灵活、结构简单紧凑、能有效减轻操作者手部的承载力以及手术过程中的疲劳感、提高手术精度的优点。
本发明的技术解决措施如下：一种用于外科手术的摇杆型多自由度手术器械，包括手持组件、与所述手持组件固定连接的驱动组件、与所述驱动组件连接的指尖执行机构、控制所述驱动组件运动的控制系统，所述手持组件包括连杆、与所述连杆相连的底部摇杆、与所述底部摇杆相连的上部摇杆以及设置在所述上部摇杆上的手指夹持部分，所述连杆与底部摇杆通过转动副连接，所述底部摇杆与上部摇杆通过转动副连接，所述手指夹持部分固定设置在所述上部摇杆的顶部，所述连杆与所述底部摇杆、所述底部摇杆与上部摇杆以及所述手指夹持部分的关节处设置有编码器；
其中，所述驱动组件和手持组件均通过线路与所述控制系统相连，所述手持组件的运动会带动其内部关节处编码器的运动，编码器采集相应关节的运动信息，然后将其反馈给所述控制系统，所述驱动组件接收所述控制系统的信号后驱动所述指尖执行机构完成俯仰、偏摆和夹持动作。
作为上述技术方案的优选，所述的驱动组件固定设置在所述连杆的一端，其包括外罩，固定设置在所述外罩内的偏摆电机、俯仰电机和夹持电机，与所述偏摆电机输出轴相连的偏摆电机主动拨轮，与所述俯仰电机输出轴相连的俯仰电机主动拨轮，与所述夹持电机输出轴相连的夹持电机主动拨轮，分别与所述偏摆电机主动拨轮、所述俯仰电机主动拨轮和所述夹持电机主动拨轮一一对应连接的偏摆电机被动拨轮、俯仰电机被动拨轮和夹持电机被动拨轮，分别与所述偏摆电机被动拨轮、所述俯仰电机被动拨轮和所述夹持电机被动拨轮一一对应连接的刚丝缠绕装置，一端固定设置在所述外罩内、另一端延伸至所述外罩外侧的细长连杆，其中，所述偏摆电机依次与所述偏摆电机主动拨轮、所述偏摆电机被动拨轮及所述刚丝缠绕装置相连，所述俯仰电机依次与所述俯仰电机主动拨轮、所述俯仰电机被动拨轮及所述刚丝缠绕装置相连，所述夹持电机依次与所述夹持电机主动拨轮、所述夹持电机被动拨轮及所述刚丝缠绕装置相连。
作为上述技术方案的优选，所述的指尖执行机构与所述细长连杆和所述刚丝缠绕装置的钢丝相连。
作为上述技术方案的优选，所述的连杆与所述底部摇杆之间的转动副对应手部的偏摆关节，所述底部摇杆与上部摇杆之间的转动副对应手部的俯仰关节，所述手指夹持部分的运动对应手指的夹持关节。
作为上述技术方案的优选，所述的底部摇杆的长度小于所述上部摇杆的长度。
作为上述技术方案的优选，所述的上部摇杆的长度等于操作者手掌的宽度。
作为上述技术方案的优选，所述的上部摇杆的外圈均匀设置有若干凸点。
作为上述技术方案的优选，所述的驱动组件与所述编码器均通过线路与所述控制系统相连。
本发明的有益效果在于：本发明具有俯仰、偏摆、夹持以及轴转4个自由度，当操作者的手部握持在手持组件的上部摇杆时，通过手持组件和驱动组件能够控制指尖执行机构完成俯仰、偏摆以及夹持运动，此外，操作者手臂的转动可映射成指尖执行机构的轴转运动，极大地提升了器械的灵活度，能够胜任复杂又精细的手术操作；
本发明底部摇杆设置的比较短，使得本发明的结构更为小巧、紧凑，进而有效减轻操作者手部的承载力以及手术过程中的疲劳感；
另外，从人机工程学的角度考虑，上部摇杆的外圈均匀分布有凸点，能够有效增大操作者手部与上部摇杆之间的摩擦力，从而能够提高手术操作的精度与质量。
附图说明：
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明的手持组件的立体结构示意图；
图3为本发明的手持组件的俯视方向的结构示意图；
图4为本发明的驱动组件的电机部分的结构示意图；
图5为本发明的驱动组件的钢丝缠绕装置部分的结构示意图。
图中，10、手持组件；11、连杆；12、手指夹持部分；13、上部摇杆；14、底部摇杆；20、驱动组件；21、偏摆电机主动拨轮；22、俯仰电机主动拨轮；23、夹持电机主动拨轮；24、偏摆电机；25、俯仰电机；26、夹持电机；27、偏摆电机被动拨轮；28、俯仰电机被动拨轮；29、夹持电机被动拨轮；210、刚丝缠绕装置；211、细长连杆；30、指尖执行机构。
具体实施方式：
实施例：以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，本实施例中提到的“顶部”和“底部”描述是按照通常的意义而定义的，比如，参考重力的方向定义，重力的方向是下方，相反的方向是上方，类似地在上方的是顶部或者顶端，在下方的是底部或底端，也仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，也当视为本发明可实施的范畴。
见图1所述，一种用于外科手术的摇杆型多自由度手术器械，包括手持组件10、与所述手持组件10固定连接的驱动组件20、与所述驱动组件20连接的指尖执行机构30、控制所述驱动组件20运动的控制系统(图未示)。
见图2和图3所示，所述手持组件10包括连杆11、与所述连杆11相连的底部摇杆14、与所述底部摇杆14相连的上部摇杆13以及设置在所述上部摇杆13上的手指夹持部分12，所述连杆11与底部摇杆14通过转动副连接，所述底部摇杆14与上部摇杆13通过转动副连接，所述手指夹持部分12固定设置在所述上部摇杆13的顶部，所述连杆11与所述底部摇杆14、所述底部摇杆14与上部摇杆13以及所述手指夹持部分12的关节处设置有编码器(图未示)。所述连杆11与所述底部摇杆14之间的转动副对应手部的偏摆关节，所述底部摇杆14与上部摇杆13之间的转动副对应手部的俯仰关节，所述手指夹持部分12的运动对应手指的夹持关节。其中，所述底部摇杆14的长度小于所述上部摇杆13的长度；所述上部摇杆13的长度等于操作者手掌的宽度，方便操作者握持及夹持；所述上部摇杆13的外圈均匀设置有若干凸点，所述凸点的设置能够有效增大操作者手部与上部摇杆之间的摩擦力，方便操作者手部握持。
所述驱动组件20固定设置在所述连杆11的一端，见图4和图5所示，其包括外罩(图未示)，固定设置在所述外罩内的偏摆电机24、俯仰电机25和夹持电机26，与所述偏摆电机24输出轴相连的偏摆电机主动拨轮21，与所述俯仰电机25输出轴相连的俯仰电机主动拨轮22，与所述夹持电机26输出轴相连的夹持电机主动拨轮23，分别与所述偏摆电机主动拨轮21、所述俯仰电机主动拨轮22和所述夹持电机主动拨轮23一一对应连接的偏摆电机被动拨轮27、俯仰电机被动拨轮28和夹持电机被动拨轮29，分别与所述偏摆电机被动拨轮27、所述俯仰电机被动拨轮28和所述夹持电机被动拨轮29一一对应连接的刚丝缠绕装置210，一端固定设置在所述外罩内、另一端延伸至所述外罩外侧的细长连杆211，其中，所述偏摆电机24依次与所述偏摆电机主动拨轮21、所述偏摆电机被动拨轮27及所述刚丝缠绕装置210相连，所述俯仰电机25依次与所述俯仰电机主动拨轮22、所述俯仰电机被动拨轮28及所述刚丝缠绕装置210相连，所述夹持电机26依次与所述夹持电机主动拨轮23、所述夹持电机被动拨轮29及所述刚丝缠绕装置210相连。本发明具有俯仰、偏摆、夹持以及轴转4个自由度，其中，俯仰、偏摆以及夹持自由度由驱动组件驱动，轴转自由度由手部直接带动。
见图1至图5所示，所述指尖执行机构30与所述细长连杆211和所述刚丝缠绕装置210的钢丝(图未示)相连。所述驱动组件和手持组件均通过线路与所述控制系统相连。
使用时，操作者的手部握住手持组件10的上部摇杆13，拇指和食指按住手指夹持部分12，手部的俯仰、偏摆以及夹持运动均可带动手持组件10中对应关节处的编码器运动，通过编码器采集相应关节的运动信息，接着将所述运动信息反馈给控制系统，所述驱动组件20接收所述控制系统的信号后驱动所述指尖执行机构30完成俯仰、偏摆和夹持动作。此外，操作者手臂的转动可映射成指尖执行机构30的轴转运动。
本发明中所述偏摆、俯仰和夹持动作的实现过程如下：所述偏摆电机24依次与所述偏摆电机主动拨轮21以及所述偏摆电机被动拨轮27相连，经由所述刚丝缠绕装置210，带动所述指尖执行机构30完成相应的偏摆动作；所述俯仰电机25依次与所述俯仰电机主动拨轮22以及所述俯仰电机被动拨轮28相连，经由所述刚丝缠绕装置210，带动所述指尖执行机构30完成相应的俯仰动作；所述夹持电机26依次与所述夹持电机主动拨轮23以及所述夹持电机被动拨轮29相连，经由所述刚丝缠绕装置210，带动所述指尖执行机构30完成相应的夹持动作。
所述实施例用以例示性说明本发明，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对所述实施例进行修改，因此本发明的权利保护范围，应如本发明的权利要求所列。

Claims (7)

1.一种用于外科手术的摇杆型多自由度手术器械，其特征在于：包括手持组件(10)、与所述手持组件(10)固定连接的驱动组件(20)、与所述驱动组件(20)连接的指尖执行机构(30)、控制所述驱动组件(20)运动的控制系统，所述手持组件(10)包括连杆(11)、与所述连杆(11)相连的底部摇杆(14)、与所述底部摇杆(14)相连的上部摇杆(13)以及设置在所述上部摇杆(13)上的手指夹持部分(12)，所述连杆(11)与底部摇杆(14)通过转动副连接，所述底部摇杆(14)与上部摇杆(13)通过转动副连接，所述手指夹持部分(12)固定设置在所述上部摇杆(13)的顶部，所述连杆(11)与所述底部摇杆(14)、所述底部摇杆(14)与上部摇杆(13)以及所述手指夹持部分(12)的关节处设置有编码器；
其中，所述驱动组件(20)和手持组件(10)均通过线路与所述控制系统相连，所述手持组件(10)的运动会带动其内部关节处编码器的运动，编码器采集相应关节的运动信息，然后将其反馈给所述控制系统，所述驱动组件(20)接收所述控制系统的信号后驱动所述指尖执行机构(30)完成俯仰、偏摆和夹持动作。
2.根据权利要求1所述的一种用于外科手术的摇杆型多自由度手术器械，其特征在于：所述驱动组件(20)固定设置在所述连杆(11)的一端，其包括外罩，固定设置在所述外罩内的偏摆电机(24)、俯仰电机(25)和夹持电机(26)，与所述偏摆电机(24)输出轴相连的偏摆电机主动拨轮(21)，与所述俯仰电机(25)输出轴相连的俯仰电机主动拨轮(22)，与所述夹持电机(26)输出轴相连的夹持电机主动拨轮(23)，分别与所述偏摆电机主动拨轮(21)、所述俯仰电机主动拨轮(22)和所述夹持电机主动拨轮(23)一一对应连接的偏摆电机被动拨轮(27)、俯仰电机被动拨轮(28)和夹持电机被动拨轮(29)，分别与所述偏摆电机被动拨轮(27)、所述俯仰电机被动拨轮(28)和所述夹持电机被动拨轮(29)一一对应连接的刚丝缠绕装置(210)，一端固定设置在所述外罩内、另一端延伸至所述外罩外侧的细长连杆(211)，其中，所述偏摆电机(24)依次与所述偏摆电机主动拨轮(21)、所述偏摆电机被动拨轮(27)及所述刚丝缠绕装置(210)相连，所述俯仰电机(25)依次与所述俯仰电机主动拨轮(22)、所述俯仰电机被动拨轮(28)及所述刚丝缠绕装置(210)相连，所述夹持电机(26)依次与所述夹持电机主动拨轮(23)、所述夹持电机被动拨轮(29)及所述刚丝缠绕装置(210)相连。
3.根据权利要求2所述的一种用于外科手术的摇杆型多自由度手术器械，其特征在于：所述指尖执行机构(30)与所述细长连杆(211)和所述刚丝缠绕装置(210)的钢丝相连。
4.根据权利要求1所述的一种用于外科手术的摇杆型多自由度手术器械，其特征在于：所述连杆(11)与所述底部摇杆(14)之间的转动副对应手部的偏摆关节，所述底部摇杆(14)与上部摇杆(13)之间的转动副对应手部的俯仰关节，所述手指夹持部分(12)的运动对应手指的夹持关节。
5.根据权利要求1所述的一种用于外科手术的摇杆型多自由度手术器械，其特征在于：所述底部摇杆(14)的长度小于所述上部摇杆(13)的长度。
6.根据权利要求1所述的一种用于外科手术的摇杆型多自由度手术器械，其特征在于：所述上部摇杆(13)的长度等于操作者手掌的宽度。
7.根据权利要求1所述的一种用于外科手术的摇杆型多自由度手术器械，其特征在于：所述上部摇杆(13)的外圈均匀设置有若干凸点。
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