CN104546066A - 被动式鼻内镜手术辅助机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种被动式鼻内镜手术辅助机器人，其包括可适配于不同导轨上的导轨适配器、连接于导轨适配器上的升降机构及依次连接于升降机构上的活动关节机构、末端进给微调机构及夹持机构，升降机构支撑活动关节机构、末端进给微调机构及夹持机构一同在升降方向上移动，还包括串行于活动关节机构的各个关节的气路，于气路排气时，保持所有关节的位置固定而处于制动状态，于所述气路至少部分冲气时，保持对应关节可活动而处于松开状态。发明采用反向制动的控制方式，使得手术中即使发生各种意外，机器人的各个关节也能很好的保持原来的位置和姿态，从而保护病人和医生不受伤害，避免主动控制方式在断电、电机失效等产生关节失控所带来的潜在危险性。

Description

被动式鼻内镜手术辅助机器人

技术领域

本发明属于医疗器械领域，尤其涉及一种被动式鼻内镜手术辅助机器人。

背景技术

鼻内镜手术以去除鼻腔病灶，恢复鼻腔冲气为主要目的。传统的鼻内镜手术主要是医生左手持镜、右手操作的手术模式，该模式存在着以下问题：

1、几乎所有的手术操作都是靠医生的右手单手完成，左手的长期持镜会导致手术医生肌肉酸疼，难以长时间保持操作稳定性，从而引发视野画面的晃动，这些都不利于手术的顺利进行，严重时还会对患者造成额外的创伤。

2、对于一些复杂操作(如切除操作)很难由单手完成，需要双手操作，单手操作模式限制了复杂手术的开展。

为了解决医生的左手长期持镜的问题，现有技术中存在几种解决方案，例如，在专利公告号为CN2857870Y的专利中，公开了一种鼻内镜支撑架，其中所有的关节采用电磁控制，每个旋转套杆和相对应的衔铁都刻有互相配合的卡纹，结构上过于复杂，对卡纹的配合精度有很高的要求，否则整个机构的刚度就无法保证。另外，电磁铁控制过程中有一定的噪音和电磁辐射，对手术环境中导航存在潜在影响；在专利公告号为CN2496393Y的专利中，公开了一种鼻内窥镜支撑架，该支撑架可以固定在患者头部，结构紧凑，但手术过程中调节比较繁琐，稳定性不高，而且整个机构的受力全部通过头圈作用在患者头部，显然这种固定方式不太友好；专利CN101091665A公开了一种鼻腔手术内窥镜辅助机械手，该机械手包括辅助机械手支架、摆升机构、旋转机构、俯仰机构、进给机构和控制系统。该发明的机械手由电机驱动，采用语音控制方式，属于主动式的鼻腔手术内窥镜辅助机械手，而且采用语音识别的主动控制，具有一定的延时和潜在的危险性，比如手术中断电，电机失效等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种被动式鼻内镜手术辅助机器人，旨在解决现有技术中存在的噪音及电磁辐射对手术环境的不良影响、支撑架直接固定于患者头部所带来的调节繁琐及稳定性不高的问题及主动控制方式在断电、电机失效等突发情况下具有一定的延时和潜在的危险性的问题。

本发明是这样实现的，一种被动式鼻内镜手术辅助机器人，其包括可适配于不同导轨上的导轨适配器、连接于所述导轨适配器上的升降机构、连接于所述升降机构末端的活动关节机构、连接于所述活动关节机构末端且用以微调鼻内镜的进给量的末端进给微调机构及用于夹持鼻内镜的夹持机构，所述夹持机构固定连接于所述末端进给微调机构上，所述升降机构支撑所述活动关节机构、所述末端进给微调机构及所述夹持机构一同在升降方向上移动，所述被动式鼻内镜手术辅助机器人还包括串行于所述活动关节机构的各个关节的气路，所述活动关节机构于所述气路排气时保持所有关节的位置固定而使所述活动关节机构处于制动状态，所述活动关节机构于所述气路至少部分冲气时保持对应关节可活动而使所述活动关节机构的该对应关节处于松开状态。

进一步地，所述活动关节机构包括顺次连接于所述升降机构末端的若干转动关节组件及依次连接于若干所述转动关节组件中最末端的一个所述转动关节组件上的若干球关节组件，所述末端进给微调机构连接于若干所述球关节组件中最末端的一个所述球关节组件上，所述气路串行于所述转动关节组件与所述球关节组件之间。

进一步地，所述转动关节组件包括第一关节座、套设于所述第一关节座的第二关节座、固定于所述第一关节座内的第一摩擦片、滑设于所述第二关节座内的第二摩擦片及限位于所述第二关节座内的第一气缸，所述第一摩擦片通过轴承与所述第二关节座活动连接，所述第一气缸于活塞与缸筒之间形成有第一气室，所述第一气缸的活塞于所述第一气室冲气时带动所述第一摩擦片与所述第二摩擦片分离而使所述第一关节座与所述第二关节座处于活动状态，当所述第一气室排气时，所述第二摩擦片在弹性回复力的作用下与所述第一摩擦片楔面接触而使所述第一关节座与所述第二关节座之间位置固定。

进一步地，所述第一气缸包括第一缸筒、滑设于所述第一缸筒内的第一活塞及止挡所述第一缸筒于所述第二关节座内的气缸盖，所述第一活塞的活塞杆穿过所述第一缸筒的筒底和所述第二摩擦片，于所述第二摩擦片的相对两侧分别设置有一个蝶形弹性元件及固定件，所述蝶形弹性元件弹性压缩于所述第二摩擦片与所述第一缸筒的筒底之间，所述固定件固定于所述第一活塞的活塞杆上并将所述第二摩擦片限位并套于所述第一活塞的活塞杆上。

进一步地，所述气缸盖螺纹锁入所述第二关节座内，所述固定件螺纹套于所述第一活塞的活塞杆上，所述气缸盖与所述固定件共同调整所述蝶形弹性元件的压缩变形量。

进一步地，所述球关节组件包括球关节座、限位于所述球关节座内的球头、滑设于所述球关节座内的第三摩擦片及限位于所述球关节座内的第二气缸，所述球头与所述球关节座球面接触，所述第二气缸于活塞与缸筒之间形成有第二气室，所述第二气缸的活塞于所述第二气室冲气时带动所述第三摩擦片与所述球头分离而使所述球关节座与所述球头处于活动状态，当所述第二气室排气时，所述第三摩擦片在弹性回复力的作用下楔入所述球头周围而使所述球关节座与所述球头之间位置固定。

进一步地，位于最末端的所述球关节组件还包括与所述球关节连接的摆杆及形成于所述摆杆末端的安装板，所述末端进给微调机构包括与所述安装板固定的第一滑座、与所述夹持机构固定连接的第二滑座、安装于所述第一滑座与所述第二滑座之间的交叉滚子导轨及微调所述第二滑座与所述第一滑座之间相对滑动位移的微调组件。

进一步地，所述微调组件包括丝杠、与所述丝杠啮合的丝杠螺母及固定于所述丝杠一端并可使所述丝杠转动的手柄，所述丝杠穿设且限位于所述第二滑座内，所述丝杠螺母在所述第二滑座内移动，所述丝杠螺母与所述第一滑座固定连接。

进一步地，所述升降机构包括固定于所述导轨适配器的顶侧的齿轮箱、安装于所述齿轮箱上以驱动该齿轮箱内的齿轮组传动的手轮件、升降套筒、套于所述升降套筒内的升降轴及连接于所述齿轮箱、所述升降套筒及所述升降轴之间的传动机构，所述传动机构包括丝杠及啮合于所述丝杠上的丝杠螺母，所述丝杠螺母固定于所述升降轴上，所述丝杠与所述齿轮箱内的齿轮组传动连接并通过轴承穿设于所述升降套筒中。

进一步地，所述丝杠为梯形丝杠。。

当气路冲气时，相应关节可以处于松开状态，此时，相应关节可以活动，使用者可以随意地调整相应关节的相对位置，以达到调节鼻内镜的位置。当气路断气或排气时，所有关节的相对位置均是固定的，此种气路控制方式为反向制动的控制方式或被动式控制方式，采用反向制动的控制方式，使得手术中即使发生各种意外，机器人的各个关节也能很好的保持原来的位置和姿态，从而保护病人和医生不受伤害。这种锁紧方式更为安全、可靠；代替医生左手持镜操作，实现医生的双手操作，也可以避免噪音及电磁辐射对手术环境的不良影响，机器人固定于手术床的导轨上，不会直接固定于患者头部，避免对患者头部的不友好、调节繁琐及稳定性不高，也避免主动控制方式在断电、电机失效等突发情况下具有一定的延时和潜在的危险性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的被动式鼻内镜手术辅助机器人处于使用中的结构示意图。

图2是图1的被动式鼻内镜手术辅助机器人使用中的局部放大图。

图3是图2的被动式鼻内镜手术辅助机器人的升降机构的剖视结构图。

图4是图3的局部放大图。

图5是图2的被动式鼻内镜手术辅助机器人的活动关节机构的立体结构图。

图6是图5的活动关节机构的其中一个转动关节组件的剖视结构图。

图7是图5的活动关节机构的其中一个球关节组件的俯视结构图。

图8是图7的活动关节机构的球关节组件沿线A-A的剖视结构图。

图9是图5的活动关节机构的另外一个球关节组件的立体结构图。

图10是图9的活动关节机构的球关节组件的俯视结构图。

图11是图10的活动关节机构的球关节组件沿线B-B的剖视结构图。

图12是图2的被动式鼻内镜手术辅助机器人的末端进给微调机构的立体分解图。

图13是图2的被动式鼻内镜手术辅助机器人的夹持机构的立体结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请同时参阅图1和图2，本发明实施例提供的被动式鼻内镜手术辅助机器人包括可适配于不同导轨10上的导轨适配器11、连接于所述导轨适配器11上的升降机构12、连接于所述升降机构12末端的活动关节机构13、连接于所述活动关节机构13末端且用以微调鼻内镜15的进给量的末端进给微调机构14及用于夹持鼻内镜15的夹持机构16。所述夹持机构16固定连接于所述末端进给微调机构14上，所述升降机构12支撑所述活动关节机构13、所述末端进给微调机构14及所述夹持机构16一同在升降方向上移动。

活动关节机构13、末端进给微调机构14及夹持机构16依次连接于升降机构12末端。

考虑到存在着不同规格的手术床导轨10尺寸，导轨适配器11可以适应不同规格的手术床导轨10尺寸，该导轨适配器11不仅能很好的适应不同规格的手术床导轨10尺寸，而且能很好的固定机器人，保证机器人本体结构的稳定，增加了机器人与导轨10的连接刚度。

升降机构12固定在手术床导轨适配器11上方，升降机构12的上下移动，可以带动活动关节机构13、末端进给微调机构14及夹持机构16一同在升降方向上移动，当夹持机构16夹持鼻内镜15后，升降机构12可以粗调鼻内镜15的位置，在末端进给微调机构14的作用下，可以微调鼻内镜15的位置，更方便医生调节鼻内镜15的位置。

所述被动式鼻内镜手术辅助机器人还包括串行于所述活动关节机构13的各个关节的气路(图未示)，所述活动关节机构13于所述气路排气时保持所有关节的位置固定而使所述活动关节机构13处于制动状态，所述活动关节机构13于所述气路至少部分冲气时保持对应关节可活动而使所述活动关节机构13的该对应关节处于松开状态。

当气路冲气时，相应关节可以处于松开状态，此时，相应关节可以活动，使用者可以随意地调整相应关节的相对位置，以达到调节鼻内镜15的位置。当气路断气或排气时，所有关节的相对位置均是固定的，此种气路控制方式为反向制动的控制方式或被动式控制方式，在本发明的被动式鼻内镜手术辅助机器人，采用反向制动的控制方式，使得手术中即使发生各种意外(比如停电、气泵故障、气路故障等)，机器人的各个关节也能很好的保持原来的位置和姿态，从而保护病人和医生不受伤害。这种锁紧方式更为安全、可靠。

被动式鼻内镜手术辅助机器人可以代替医生左手持镜操作，实现医生的双手操作，也可以避免噪音及电磁辐射对手术环境的不良影响，该被动式鼻内镜手术辅助机器人固定于手术床的导轨10上，不会直接固定于患者头部，避免对患者头部的不友好、调节繁琐及稳定性不高，也避免主动控制方式在断电、电机失效等突发情况下具有一定的延时和潜在的危险性。

所述活动关节机构13包括顺次连接于所述升降机构12末端的若干转动关节组件17及依次连接于若干所述转动关节组件17中最末端的一个所述转动关节组件17上的若干球关节组件18，所述末端进给微调机构14连接于若干所述球关节组件18中最末端的一个所述球关节组件18上，所述气路串行于所述转动关节组件17与所述球关节组件18之间。

各个转动关节组件17及各个球关节组件18都进行了模块化处理，结构简单，紧凑，成本低。气动锁紧方式，更加洁净，噪声低，无电磁辐射。该发明的应用，解放了医生的左手，使得医生在术中能够双手操作，从而改善手术质量，降低医生的劳动强度，减少并发症。

请同时参阅图3和图4，所述导轨适配器11包括卡于所述导轨10上的框架19，所述框架19上开设有卡槽20，所述导轨10卡于该卡槽20内，所述框架19的第一侧开设有一开口21，该开口21与该卡槽20相连通，所述框架19具有与第一侧相对的第二侧，所述框架19的底侧设置有第一旋钮210，所述框架19的第二侧设置有第二旋钮22，当导轨10卡于卡槽20内后，第一旋钮210与第二旋钮22旋入卡槽20内并抵顶于该导轨10上，使导轨适配器11固定于导轨10上，当导轨适配器11固定于不同尺寸型号的导轨10时，第一旋钮210和第二旋钮22可以调节其伸入卡槽20内并抵于对应的导轨10上，同样可以将该导轨适配器11固定于对应的导轨10上，达到了导轨适配器11可以适应不同尺寸型号的目的。

升降机构12固定于框架19的顶侧。该升降机构12包括固定于框架19的顶侧的齿轮箱23、安装于齿轮箱23上以驱动该齿轮箱23内的齿轮组传动的手轮件24、升降套筒25、套于升降套筒25内的升降轴26及连接于所述齿轮箱23、所述升降套筒25及所述升降轴26之间的传动机构27。手轮件24驱动齿轮箱23内的齿轮组中的各个齿轮转动，然后将该传动传递至传动机构27，从而带动升降轴26在升降套筒25内滑动，活动关节机构13的首端连接于升降轴26上。具体地，活动关节机构13的首端的转动关节组件17连接于升降轴26上。

齿轮箱23的底部与框架19的顶侧相固定连接。升降套筒25的底部固定座于所述齿轮箱23的顶部，升降套筒25的底部封设有连接板28，升降轴26为一个中空的轴筒，其底端封设有板体29，齿轮箱23内设置相互啮合的锥齿轮30，所述手轮件24包括手轮31及与手轮31固定连接的轮轴32，手轮31的转动带动轮轴32转动，其中一个锥齿轮30固定套于轮轴32上，传动机构27包括第一丝杠33及啮合于第一丝杠33上的第一丝杠螺母34，另外一个锥齿轮30固定于第一丝杠33的底端。第一丝杠33由连接板28穿入升降套筒25内，然后穿过板体29并伸入升降轴26内，第一丝杠螺母34固定于板体29内，并与第一丝杠33啮合，连接板28内设置有丝杠轴承35，第一丝杠33与连接板28之间通过丝杠轴承35连接。

转动手轮31，轮轴32带动其中一个锥齿轮30转动，传动至另外一个锥齿轮30，由此，第一丝杠33相对于连接板28转动，在第一丝杠33转动时，由于第一丝杠螺母34是固定于升降轴26的板体29上的，由此，第一丝杠33的转动使第一丝杠螺母34与升降轴26一同上升或下降。为了使升降轴26在相对于升降套筒25上下升降时不产生相对转动，在升降套筒25内固定一光轴36，该光轴36的底端固定于连接板28上，顶端穿过板体29并伸入升降轴26内，光轴36通过直线轴承37与板体29连接。

在升降套筒25的顶端部内侧设置有自润滑轴承38，并在其顶端盖设有轴承盖39，升降轴26穿过轴承盖39。轮轴32穿过齿轮箱23的相对两侧，并通过轴承40与齿轮箱23连接，具体地，齿轮箱23的左右两侧分别设置有一个轴承40，手轮31位于齿轮箱23的外部，轮轴32依次与两个轴承40连接，并且穿设其中一个锥齿轮30，该锥齿轮30位于两个轴承40之间。

在本实施例中，第一丝杠33为梯形丝杠，避免升降轴26相对于升降套筒25上升后在重力的作用下滑落下来。

所述升降机构12是通过旋转手轮31带动两个相互啮合的锥齿轮30转动，进而带动梯形丝杠33旋转来实现机器人整体升降。

活动关节机构13固定在升降机构12的末端，该部分主要由三个模块化的转动关节组件17和两个球关节组件18组成。五个关节均采用气动锁紧方式,且气动锁紧关节采用反向制动的锁紧方式。初始时处于锁紧状态，按下气动开关后，五个关节同时放松或者，按下气动关节后，部分关节放松，例如，第一次按下一个气动开关，两个球关节组件18放松，再按下另外一个气动开关，三个转动关节组件17也放松，此时，可以由医生自由拖动机器人的末端。到达预定位置后，松开气动开关，五个关节同时锁紧；反向制动的锁紧方式的引入，使得手术中即使发生各种意外(比如停电、气泵故障、气路故障等)，机器人的各个关节也能很好的保持原来的位置和姿态，从而保护病人和医生不受伤害。这种锁紧方式更为安全、可靠。

手术前，将手术床导轨适配器11的第一旋钮210和第二旋钮22松开，通过在手术床导轨10上移动导轨适配器11将机器人调整到合适的位置，拧紧手术床导轨适配器11的第一旋钮210和第二旋钮22，将其固定。该手术床导轨适配器11与其他手术床固定架相比，不但能起到很好的紧固作用，而且还能在保证机器人连接刚度的同时适应不同的导轨10尺寸。在本实施例中，第一旋钮210和第二旋钮2均为螺钉，在其他实施例中，第一旋钮210和第二旋钮2可以为其它能够调节并固定导轨的零件。

齿轮箱23通过螺钉固定在手术床导轨适配器11上方。一对啮合的锥齿轮30分别固定在轮轴32和梯形丝杠33上。手轮31固定在轮轴32的一端。轮轴32通过一对轴承40固定在齿轮箱23上。丝杠轴承35内外圈分别与梯形丝杠33和升降套筒25的连接板28配合。光轴36固定在升降套筒25的连接板28上。直线轴承37固定在升降轴26上。直线轴承37可沿光轴36上下滑动，其作用是阻止升降轴26的转动。第一丝杠螺母34也固定在升降轴26上。自润滑轴承38通过自润滑轴承盖39固定在升降套筒25内侧。升降轴26可沿自润滑轴承38上下滑动。紧钉螺钉41用于将转动关节组件17固定在升降轴26上。

综上所述，升降机构12的工作原理如下：通过转动手轮31带动一对锥齿轮30转动，运动传递到梯形丝杠副上，与第一丝杠螺母34固连的升降轴26沿自润滑轴承38上下移动，实现机器人的升降。利用梯形丝杠副的自锁原理，使机器人保持在调整好的高度上，而不会在自身重力作用下下降。

请同时参阅图5和图6，机器人的活动关节机构13用于实现手术中对鼻内镜15末端的姿态和位置进行调整，主要包括三个模块化的转动关节组件17和两个模块化的球关节18。

三个模块化的转动关节组件17的内部结构类似，都是采用反向制动的气动控制结构，以下以其中一个转动关节组件为例进行说明。

该转动关节组件17包括第一关节座42、套设于所述第一关节座42的第二关节座43、固定于所述第一关节座42内的第一摩擦片44、滑设于所述第二关节座43内的第二摩擦片45及限位于所述第二关节座43内的第一气缸46，所述第一摩擦片44通过轴承47与所述第二关节座43活动连接，所述第一气缸46于活塞与缸筒之间形成有第一气室48，所述第一气缸46的活塞于所述第一气室48冲气时带动所述第一摩擦片44与所述第二摩擦片45分离而使所述第一关节座42与所述第二关节座43处于活动状态，当所述第一气室48断气时，所述第二摩擦片45在弹性回复力的作用下与所述第一摩擦片44楔面接触而使所述第一关节座42与所述第二关节座43之间位置固定。

所述第一气缸46包括第一缸筒50、滑设于所述第一缸筒50内的第一活塞49及止挡所述第一缸筒50于所述第二关节座43内的第一气缸盖51，所述第一活塞49的活塞杆穿过所述第一缸筒50的筒底和所述第二摩擦片45，于所述第二摩擦片45的相对两侧分别设置有一个第一蝶形弹性元件52及第一固定件53，所述第一蝶形弹性元件52弹性压缩于所述第二摩擦片45与所述第一缸筒50的筒底之间，所述第一固定件53固定于所述第一活塞49的活塞杆上并将所述第二摩擦片45限位并套于所述第一活塞49的活塞杆上。

所述第一气缸盖51螺纹锁入所述第二关节座43内，所述第一固定件53螺纹套于所述第一活塞49的活塞杆上，所述第一气缸盖51与所述第一固定件53共同调整所述第一蝶形弹性元件52的压缩变形量。

由于该转动关节组件17还连接有一个转动关节组件17，因此该转动关节组件17还包括固定连接于第一关节座42上的连杆54，通过该连杆54连接前一个转动关节组件17的关节座，达到两个相邻转动关节组件17的相互连接。连杆54与第一关节座42通过螺钉55固连在一起。轴承47的内外圈分别与第一摩擦片44、第二关节座43配合。

第一关节座42与第一摩擦片44配合面为花键配合，二者通过螺钉56固连在一起。第一摩擦片44与第二摩擦片45的接触面为环型楔面，可以增大摩擦面的正压力。第一碟形弹性元件52的一端顶在第二摩擦片45上，另一端顶在第一缸筒50的筒底上。第二摩擦片45可以在第一碟形弹性元件52和第一固定件53(即调节螺母53)之间沿第一活塞49的活塞杆滑动。调节螺母53可以在第一活塞49的活塞杆上拧进和拧出，以此来调节第一气缸46充气时活塞杆位移的大小。

第一缸筒50和第二摩擦片45与第二关节座43的接触面的配合均为花键配合。第一缸筒50及第二摩擦片45可以沿轴向相对移动，但不能相对转动。第一气缸盖51与第二关节座43的接触面为螺纹配合。第一气缸盖51的上端面压在第一缸筒50上。可以通过第一气缸盖51沿第二关节座43的拧进、拧出来调节第一碟形弹性元件52的初始压缩量和第一摩擦片44与第二摩擦片45的摩擦面的正压力，间接地调节了转动关节组件17的锁紧力。第一活塞49的活塞杆顶端与气路的管接头57相连，所述第一缸筒50的一侧连接有另一个管接头57，两个管接头57连接有气管(图未示)，使气流在两个管接头57、第一气室48及其他关节是流通的。

综上所述，该转动关节组件17的工作过程如下：初始时，第一气室48中的空气压强与外界大气压相同，通过调节第一气缸盖51和调节螺母53将转动关节调整到所需的初始锁紧力，使得第一碟形弹性元件52处于压缩状态，第一摩擦片44与第二摩擦片45的摩擦面存在正压力，从而使得整个转动关节组件17处于锁紧状态，即第一关节座42和第二关节座43之间不能转动。当该转动关节组件17需要松开时，按下气动开关，压缩气体沿气路进入第一气室48，第一活塞49的活塞杆下移，调节螺母53的下侧压紧第二摩擦片45并带动第二摩擦片45向下移动，使第一碟形弹性元件52进一步压缩，第一摩擦片44与第二摩擦片45的摩擦面分离，转动关节组件17处于松开状态，即第一关节座42和第二关节座43之间可以自由转动。

在第一活塞49的活塞杆与第一缸筒50之间的连接处设置有活塞杆密封圈58，第一活塞49的活塞杆的底端具有活塞板59。活塞板59在第一缸筒50内滑动。第一缸筒50与活塞板59之间也形成有活塞密封圈60。

两个模块化的球关节组件18内部结构类似，都是采用反向制动的气动控制结构，以下分别对两个球关节组件18进行说明。

请同时参阅图7和图8，图中示出的是连接最末端的转动关节组件17的球关节组件18，该球关节组件18包括球关节座61、限位于所述球关节座61内的球关节62(即球头)、滑设于所述球关节座61内的第三摩擦片63及限位于所述球关节座61内的第二气缸64，所述球关节62与所述球关节座61球面接触，所述第二气缸64于活塞与缸筒之间形成有第二气室65，所述第二气缸64的活塞66于所述第二气室65冲气时带动所述第三摩擦片63与所述球关节62分离而使所述球关节座61与所述球关节62处于活动状态，当所述第二气室65断气时，所述第三摩擦片63在弹性回复力的作用下楔入所述球关节62周围而使所述球关节座61与所述球关节62之间位置固定。

所述第二气缸64包括第二缸筒67、滑设于所述第二缸筒67内的第二活塞66及止挡所述第二缸筒67于所述球关节座61内的第二气缸盖68，所述第二活塞66的活塞杆穿过所述第二缸筒67的筒底和所述第三摩擦片63，于所述第三摩擦片63的相对两侧分别设置有一个第二蝶形弹性元件69及第二固定件70，所述第二蝶形弹性元件69弹性压缩于所述第三摩擦片63与所述第二缸筒67的筒底之间，所述第二固定件70固定于所述所述第二活塞66的活塞杆上并将所述第三摩擦片63限位并套于所述所述第二活塞66的活塞杆上。

所述第二气缸盖68螺纹锁入所述球关节座61内，所述第二固定件70螺纹套于所述所述第二活塞66的活塞杆上，所述第二气缸盖68与所述第二固定件70共同调整所述第二蝶形弹性元件69的压缩变形量。

在本实施例中，第二固定件70即为调节螺母70，第二蝶形弹性元件69为蝶形弹簧69。

由于该球关节组件18还连接有一个球关节组件18，因此，该球关节组件18还包括固定连接于球关节62上的摆杆71，通过该摆杆71连接相邻球关节组件18的球关节座61，达到两个相邻球关节组件18的相互连接。

球关节座61在本实施例中为一套筒，该套筒61的右端是一个与球头62直径大小相同的球面切口，球头62从套筒的左侧装进套筒，被球面切口挡在右端，形成球面连接的关节；球头62与摆杆71通过螺纹副连接。

第三摩擦片63上具有与球头62相配合的球面凹槽；碟形弹簧69的一端抵顶在第三摩擦片63上，另一端抵顶在第二缸筒67上。第三摩擦片63左端可以在碟形弹簧69和调节螺母70之间沿所述第二活塞66的活塞杆滑动。调节螺母70可以在所述第二活塞66的活塞杆上拧进和拧出，以此来调节气缸充气时活塞位移的大小；第二缸筒67和第三摩擦片63与套筒61的接触面的配合均为花键配合，三者可以沿轴向相对移动，不能相对转动。第二气缸盖68与套筒61的接触面为螺纹配合。第二气缸盖68的右端面压在第二缸筒67上。可以通过第二气缸盖68沿套筒的拧进、拧出来调节碟形弹簧69的初始压缩量和球头62与第三摩擦片63，球头62与套筒61的两个摩擦面的正压力，间接地调节了球关节组件18的锁紧力。第二活塞66右侧的活塞杆与气路的管接头72相连，管接头72与第二气室65相连通，使气体进入或排出第二气室65。

综上所述，本球关节组件18的工作过程如下：初始时，第二气室65中的空气压强与外界大气压相同，通过调节第二气缸盖68和调节螺母70将球关节组件18调整到所需的初始锁紧力，使得碟形弹簧69处于压缩状态，球头62与套筒61、第三摩擦片63的摩擦面存在正压力，从而使得整个球关节组件18处于锁紧状态，即摆杆71和套筒61之间不能转动。当关节需要松开时，按下气动开关，压缩气体沿气路进入第二气缸64的第二气室65，所述第二活塞66的活塞杆左移，调节螺母70的左侧压紧第三摩擦片63并带动第三摩擦片63向左移动，使碟形弹簧70进一步压缩，球头62与第三摩擦片63的摩擦面分离，球关节组件18处于松开状态，即摆杆71和套筒61之间可以自由转动。

在所述第二活塞66的活塞杆与第二缸筒67之间的连接处设置有活塞杆密封圈73，所述第二活塞66的活塞杆的底端具有活塞板74。活塞板74在第二缸筒67内滑动。第二缸筒67与活塞板74之间也形成有活塞密封圈75。

请同时参阅图9至图11，最末端的球关节组件18的结构与上述球关节组件18大致相同，其不同之处在于：球头62的摆杆71的末端连接有安装板76，所述末端进给微调机构14安装于该安装板76上。

请同时参阅图12，末端进给微调机构14主要用于手术过程中鼻内镜15沿进给方向的精细调整以获得更清晰的手术视野。

所述末端进给微调机构14包括与所述安装板76固定的第一滑座77、与所述夹持机构16固定连接的第二滑座78、安装于所述第一滑座77与所述第二滑座78之间的交叉滚子导轨79及微调所述第二滑座78与所述第一滑座77之间相对滑动位移的微调组件80。第一滑座77与第二滑座78之间的交叉滚子导轨79使二者可以相对滑动。

第二滑座78上开设有通槽81，并于第二滑座78的一侧开设有与该通槽81相连通的通口82。微调组件80包括第二丝杠83及与第二丝杠83的啮合的第二丝杠螺母84，第二丝杠83穿设于第二滑座78的通槽81内，第二丝杠螺母84与第二丝杠83啮合，第二丝杠螺母84的主体85位于该通槽81内，第二丝杠螺母84具有连接于该主体85上的凸块86，该凸块86伸入通口82内并可在通口82内滑动，第一滑座77固定于该凸块86上，第二丝杠83的相对两端通过轴承87安装于第二滑座78上。在本实施例中，第二丝杠83为梯形丝杠。

微调组件80还包括固定于第二丝杠83的一端上的手柄88，通过手柄88的旋转，使梯形丝杠83转动，第二丝杠螺母84带动第一滑座77相对第二滑座78移动，实现对鼻内镜15的微调。

所述交叉滚子导轨79包括第一导轨89、与第一导轨89相对的第二导轨90及设置于第一导轨89与第二导轨90之间的滚珠(图未示)。第一导轨89和第二导轨90分别固定于第一滑座77和第二滑座78上，当第二丝杠83转动时，第二丝杠螺母84与第一滑座77一起移动，由于交叉滚子导轨79的存在，使第一滑座77相对第二滑座78移动。

末端进给微调机构14采用自锁的梯形丝杠副驱动，医生通过旋转手柄88即可实现鼻内镜15沿进给方向的微调。因为驱动部分采用能够自锁的梯形丝杠副，故当医生松开旋转手柄88时，鼻内镜15能够保持在设定的位置不动，此时即可双手进行手术操作。

鼻内镜15的夹持机构16包括固定于第二滑座78上的固定板91、连接于固定板91上的主夹板92、枢接于主夹板92上的副夹板93及调整主夹板92与副夹板93之间的张口大小的旋钮94。主夹板92与副夹板93之间形成V型槽95，鼻内镜15夹持于该V型槽95内，该夹持机构16采用V型夹紧形式，通过旋转旋钮94即可将鼻内镜15夹紧或者松开。

综上所述，本发明涉及的被动式鼻内镜手术辅助机器人工作过程如下：1)将手术床导轨适配器11置于手术床导轨10的合适位置后锁紧；2)旋转升降机构12的手轮31，将鼻内镜15调整到手术需要的高度；3)按下气动开关，压缩空气进入，使得活动关节机构13中的所有活塞动作，转动关节组件17和球关节组件18处于自由状态；医生将鼻内镜15调整到合适的位置，松开气动开关，压缩空气排出，使得所有活塞复位，转动关节组件17和球关节组件18处于锁紧状态；4)医生手动调节末端进给微调机构14，获得清晰的手术视野。在完成以上的调节步骤后，医生即可双手持械进行手术操作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。16 -->

Claims (10)

1.一种被动式鼻内镜手术辅助机器人，其特征在于：所述被动式鼻内镜手术辅助机器人包括可适配于不同导轨上的导轨适配器、连接于所述导轨适配器上的升降机构、连接于所述升降机构末端的活动关节机构、连接于所述活动关节机构末端且用以微调鼻内镜的进给量的末端进给微调机构及用于夹持鼻内镜的夹持机构，所述夹持机构固定连接于所述末端进给微调机构上，所述升降机构支撑所述活动关节机构、所述末端进给微调机构及所述夹持机构一同在升降方向上移动，所述被动式鼻内镜手术辅助机器人还包括串行于所述活动关节机构的各个关节的气路，所述活动关节机构于所述气路排气时保持所有关节的位置固定而使所述活动关节机构处于制动状态，所述活动关节机构于所述气路至少部分冲气时保持对应关节可活动而使所述活动关节机构的该对应关节处于松开状态。

2.如权利要求1所述的被动式鼻内镜手术辅助机器人，其特征在于：所述活动关节机构包括顺次连接于所述升降机构末端的若干转动关节组件及依次连接于若干所述转动关节组件中最末端的一个所述转动关节组件上的若干球关节组件，所述末端进给微调机构连接于若干所述球关节组件中最末端的一个所述球关节组件上，所述气路串行于所述转动关节组件与所述球关节组件之间。

3.如权利要求2所述的被动式鼻内镜手术辅助机器人，其特征在于：所述转动关节组件包括第一关节座、套设于所述第一关节座的第二关节座、固定于所述第一关节座内的第一摩擦片、滑设于所述第二关节座内的第二摩擦片及限位于所述第二关节座内的第一气缸，所述第一摩擦片通过轴承与所述第二关节座活动连接，所述第一气缸于活塞与缸筒之间形成有第一气室，所述第一气缸的活塞于所述第一气室冲气时带动所述第一摩擦片与所述第二摩擦片分离而使所述第一关节座与所述第二关节座处于活动状态，当所述第一气室断气时，所述第二摩擦片在弹性回复力的作用下与所述第一摩擦片楔面接触而使所述第一关节座与所述第二关节座之间位置固定。

4.如权利要求3所述的被动式鼻内镜手术辅助机器人，其特征在于：所述第一气缸包括第一缸筒、滑设于所述第一缸筒内的第一活塞及止挡所述第一缸筒于所述第二关节座内的气缸盖，所述第一活塞的活塞杆穿过所述第一缸筒的筒底和所述第二摩擦片，于所述第二摩擦片的相对两侧分别设置有一个蝶形弹性元件及固定件，所述蝶形弹性元件弹性压缩于所述第二摩擦片与所述第一缸筒的筒底之间，所述固定件固定于所述第一活塞的活塞杆上并将所述第二摩擦片限位并套于所述第一活塞的活塞杆上。

5.如权利要求4所述的被动式鼻内镜手术辅助机器人，其特征在于：所述气缸盖螺纹锁入所述第二关节座内，所述固定件螺纹套于所述第一活塞的活塞杆上，所述气缸盖与所述固定件共同调整所述蝶形弹性元件的压缩变形量。

6.如权利要求2所述的被动式鼻内镜手术辅助机器人，其特征在于：所述球关节组件包括球关节座、限位于所述球关节座内的球头、滑设于所述球关节座内的第三摩擦片及限位于所述球关节座内的第二气缸，所述球头与所述球关节座球面接触，所述第二气缸于活塞与缸筒之间形成有第二气室，所述第二气缸的活塞于所述第二气室冲气时带动所述第三摩擦片与所述球头分离而使所述球关节座与所述球头处于活动状态，当所述第二气室断气时，所述第三摩擦片在弹性回复力的作用下楔入所述球头周围而使所述球关节座与所述球头之间位置固定。

7.如权利要求6所述的被动式鼻内镜手术辅助机器人，其特征在于：位于最末端的所述球关节组件还包括与所述球关节连接的摆杆及形成于所述摆杆末端的安装板，所述末端进给微调机构包括与所述安装板固定的第一滑座、与所述夹持机构固定连接的第二滑座、安装于所述第一滑座与所述第二滑座之间的交叉滚子导轨及微调所述第二滑座与所述第一滑座之间相对滑动位移的微调组件。

8.如权利要求7所述的被动式鼻内镜手术辅助机器人，其特征在于：所述微调组件包括丝杠、与所述丝杠啮合的丝杠螺母及固定于所述丝杠一端并可使所述丝杠转动的手柄，所述丝杠穿设且限位于所述第二滑座内，所述丝杠螺母在所述第二滑座内移动，所述丝杠螺母与所述第一滑座固定连接。

9.如权利要求1-7任一项所述的被动式鼻内镜手术辅助机器人，其特征在于：所述升降机构包括固定于所述导轨适配器的顶侧的齿轮箱、安装于所述齿轮箱上以驱动该齿轮箱内的齿轮组传动的手轮件、升降套筒、套于所述升降套筒内的升降轴及连接于所述齿轮箱、所述升降套筒及所述升降轴之间的传动机构，所述传动机构包括丝杠及啮合于所述丝杠上的丝杠螺母，所述丝杠螺母固定于所述升降轴上，所述丝杠与所述齿轮箱内的齿轮组传动连接并通过轴承穿设于所述升降套筒中。

10.如权利要求9所述的被动式鼻内镜手术辅助机器人，其特征在于：所述丝杠为梯形丝杠。