CN106806023A - 一种四自由度手术器械的走丝装置及其走丝方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种四自由度手术器械的走丝装置及其走丝方法，先将从持针钳上引出的6根钢丝绳分别穿过连接座上的6个走丝孔；接着将穿过所述走丝孔的6根钢丝绳从器械杆引出后分为三组，每一组包括2根钢丝绳；然后将所述每一组的2根钢丝绳分为上、下两种走线方式；最后利用安装在底座壳体内的电机带动所述轮轴转动。本发明采用2/2/2过线法，将从持针钳装配组件上引出的6根钢丝绳分成3组，每组走2根钢丝绳，从而使得钢丝绳从与电机轴线平行的状态过渡到与电机轴线垂直的状态，有效提高了立式器械的传动效率，使用效果好。

Description

一种四自由度手术器械的走丝装置及其走丝方法

技术领域：

本发明涉及医疗器械技术领域，更具体的说是涉及一种用于微创手术机器人的丝传动四自由度手术器械的走丝装置及其走丝方法。

背景技术：

微创手术机器人的丝传动四自由度手术器械采用钢丝绳传动。钢丝绳在走线时不仅要考虑钢丝绳的位置，确保钢丝绳之间不交叉、不摩擦，同时还要考虑钢丝绳与绳轮之间的位置情况，尽量避免钢丝绳与绳轮相切情况的出现。传统的由达芬奇手术机器人设计的器械，其电机轴线与器械杆的轴线为垂直关系，器械的传动效率较低。基于此，人们研发了电机轴线与器械杆的轴线平行的器械，通过将电机轴线与器械杆的轴线设计成平行的状态，从而提高器械的传动效率。由于结构上的改进，这类立式器械的钢丝绳的走线就不能采用传统达芬奇手术机器人所采用的2/4过线法，2/4过线法一般只适用于横向结构的器械，而用于立式器械就不合适了。

发明内容：

本发明的目的就是针对现有技术之不足，而提供一种四自由度手术器械的走丝装置及其走丝方法，其采用2/2/2过线法，将从持针钳装配组件上引出的6根钢丝绳分成3组，每组走2根钢丝绳，从而使得钢丝绳从与电机轴线平行的状态过渡到与电机轴线垂直的状态，有效提高了立式器械的传动效率，使用效果好。

本发明的技术解决措施如下：一种四自由度手术器械的走丝装置，包括：底座组件，其包括一具有容置腔的底座壳体和一嵌置在所述底座壳体顶部的底座盖板，所述底座壳体的容置腔内安装有电机；持针钳装配组件，其通过器械杆安装在所述底座组件的下方，所述持针钳装配组件上绕设有钢丝绳；隔菌板单元，其固定设置在所述底座盖板的顶端面上；中间嵌件组件，其安装在所述隔菌板单元的中央，所述中间嵌件组件上设置有第一过渡轮和第二过渡轮；器械底板，其安装在所述隔菌板单元上，所述器械底板上成型有供所述中间嵌件组件穿设的中心孔，所述器械底板上固定设置有凸座和中间盖板，所述凸座沿着所述中心孔的边缘设置，所述中间盖板位于所述凸座的上方，所述凸座的顶部设置有与所述第一过渡轮相配合的第一导向轮，所述中间盖板的顶部设置有与所述第二过渡轮相配合的第二导向轮；绳轮组件，其设置在所述中间盖板的周边且通过所述隔菌板单元与所述电机的输出轴相连；其中，所述钢丝绳在通过所述器械杆后分为两部分，一部分经由所述第一过渡轮和所述第一导向轮绕设在所述绳轮组件上，另一部分经由所述第二过渡轮和所述第二导向轮绕设在所述绳轮组件上。

作为上述技术方案的优选，所述持针钳装配组件包括一连接座和一铰接在所述连接座上的持针钳，其中，所述持针钳装配组件通过所述连接座与所述器械杆连接，所述连接座上成型有供所述钢丝绳穿设的走丝孔，所述持针钳上缠绕有所述钢丝绳。

作为上述技术方案的优选，所述连接座上成型有六个所述走丝孔。

作为上述技术方案的优选，所述器械杆的顶部与所述底座壳体连接，所述器械杆的底部与所述连接座连接；所述器械杆的轴线与所述电机的轴线相平行。

作为上述技术方案的优选，所述凸座的数量为3个，每一个所述凸座的顶部均设置有一所述第一导向轮，所述第一导向轮通过销轴转动的设置在所述凸座上。

作为上述技术方案的优选，所述中间盖板的中央形成有一供所述中间嵌件组件穿设的容置孔，所述中间盖板的顶部分布有3个所述第二导向轮，所述第二导向轮通过销轴转动的设置在所述中间盖板上。

作为上述技术方案的优选，所述中间嵌件组件包括3个中间嵌件，每一个所述中间嵌件上设置有一所述第一过渡轮和一所述第二过渡轮，其中，所述第一过渡轮与所述第二过渡轮分别位于所述中间嵌件的两侧，且所述第二过渡轮位于所述第一过渡轮的上方。

作为上述技术方案的优选，所述绳轮组件的数量为3组，每一组所述绳轮组件包括一与所述电机的输出轴相连的轮轴、通过轴承转动设置在所述轮轴上的绳轮，其中，所述轮轴的上部和下部分别设置有一个所述绳轮，位于所述轮轴上部的所述绳轮上缠绕有经由所述第二过渡轮和所述第二导向轮走线的钢丝绳，位于所述轮轴下部的所述绳轮上缠绕有经由所述第一过渡轮和所述第一导向轮走线的钢丝绳。

一种四自由度手术器械的走丝方法，包括如下步骤：

S1：将从持针钳上引出的6根钢丝绳分别穿过连接座上的6个走丝孔；

S2：将穿过所述走丝孔的6根钢丝绳从器械杆引出后分为三组，每一组包括2根钢丝绳；

S3：将步骤S2中的所述每一组的2根钢丝绳分为上、下两种走线方式；其中，上走线方式中的钢丝绳在经由第二过渡轮和第二导向轮后缠绕在轮轴的上绳轮上；下走线方式中的钢丝绳在经由第一过渡轮和第一导向轮后缠绕在所述轮轴的下绳轮上；

S4：利用安装在底座壳体内的电机带动所述轮轴转动。

本发明的有益效果在于：采用2/2/2过线法，将从持针钳装配组件上引出的6根钢丝绳分成3组，每组走2根钢丝绳，从而使得钢丝绳从与电机轴线平行的状态过渡到与电机轴线垂直的状态；具体的，通过电机带动轮轴和绳轮转动，绳轮上缠绕的钢丝绳通过导向轮和过渡轮将电机的旋转运动转化为竖直方向的直线运动，有效提高了立式器械的传动效率，使用效果好。

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为本发明的第一视角的结构示意图；

图2为本发明的第二视角的结构示意图；

图3为本发明的持针钳装配组件的结构示意图。

图中，10、持针钳装配组件；11、连接座；111、走丝孔；12、持针钳；20、器械杆；30、钢丝绳；40、底座组件；41、底座壳体；42、底座盖板；43、按键；50、隔菌板单元；51、下隔菌板；52、上隔菌板；60、器械底板；61、凸座；611、第一导向轮；62、中间盖板；621、第二导向轮；70、中间嵌件组件；71、第一过渡轮；72、第二过渡轮；73、中间嵌件；80、绳轮组件；81、轮轴；82、绳轮；821、第一半绳轮；822、第二半绳轮；83、轴承；84、卡环。

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“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等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和图2所示，一种四自由度手术器械的走丝装置，包括：持针钳装配组件10、器械杆20、钢丝绳30、底座组件40、隔菌板单元50、器械底板60、中间嵌件组件70和绳轮组件80，所述器械底板60上设置有凸座61和中间盖板62，所述凸座61和中间盖板62上分别设置有第一导向轮611和第二导向轮621，所述中间嵌件组件70上设置有第一过渡轮71和第二过渡轮72，所述钢丝绳30在通过所述器械杆20后分为两部分，一部分经由所述第一过渡轮71和所述第一导向轮611绕设在所述绳轮组件80上，另一部分经由所述第二过渡轮72和所述第二导向轮621绕设在所述绳轮组件80上。本发明以所述中间盖板62为界上、下分线，避免了钢丝绳30之间的碰撞和摩擦，使得传动平稳。

见图1和图2所示，所述底座组件40包括一具有容置腔的底座壳体41和一嵌置在所述底座壳体41顶部的底座盖板42，所述底座壳体41的容置腔内安装有电机，所述底座壳体41的外壁上设置有用于控制所述电机转动的按键43。

见图1和图3所示，所述持针钳装配组件10通过所述器械杆20安装在所述底座组件40的下方，所述持针钳装配组件10上绕设有所述钢丝绳30。所述持针钳装配组件10包括一连接座11和一铰接在所述连接座11上的持针钳12，其中，所述持针钳装配组件10通过所述连接座11与所述器械杆20连接，所述连接座11上成型有供所述钢丝绳30穿设的走丝孔111，所述持针钳12上缠绕有所述钢丝绳30。所述器械杆20的顶部与所述底座壳体41连接，所述器械杆20的底部与所述连接座11连接；所述器械杆20的轴线与所述电机的轴线相平行，减少了中间过渡项，使得传动更有效率。本发明中，所述连接座11上成型有六个所述走丝孔111，从所述持针钳12上引出的6根所述钢丝绳30分别穿过6个所述走丝孔111。

见图1和图2所示，所述隔菌板单元50固定设置在所述底座盖板42的顶端面上。所述隔菌板单元50包括一下隔菌板51和一上隔菌板52，所述上隔菌板52位于所述下隔菌板51的正上方。

见图1和图2所示，所述中间嵌件组件70安装在所述隔菌板单元50的中央，具体的，所述中间嵌件组件70的安装部分夹设在所述下隔菌板51与所述上隔菌板52之间。所述中间嵌件组件70包括3个中间嵌件73，每一个所述中间嵌件73上设置有一所述第一过渡轮71和一所述第二过渡轮72，其中，所述第一过渡轮71与所述第二过渡轮72分别位于所述中间嵌件73的两侧，且所述第二过渡轮72位于所述第一过渡轮71的上方。所述第一过渡轮71与所述第二过渡轮72的这种安装方式不仅能有效利用空间，还能够避免钢丝绳30之间的碰撞与摩擦。

见图1和图2所示，所述器械底板60安装在所述隔菌板单元50上，所述器械底板60上成型有供所述中间嵌件组件70穿设的中心孔，所述器械底板60上固定设置有所述凸座61和所述中间盖板62，所述凸座61沿着所述中心孔的边缘设置，所述中间盖板62位于所述凸座61的上方，所述凸座61的顶部设置有与所述第一过渡轮71相配合的第一导向轮611，所述中间盖板62的顶部设置有与所述第二过渡轮72相配合的第二导向轮621。所述凸座61的数量为3个，每一个所述凸座61的顶部均设置有一所述第一导向轮611，所述第一导向轮611通过销轴转动的设置在所述凸座61上。所述中间盖板62的中央形成有一供所述中间嵌件组件70穿设的容置孔，所述中间盖板62的顶部分布有3个所述第二导向轮621，所述第二导向轮621通过销轴转动的设置在所述中间盖板62上。

见图1和图2所示，所述绳轮组件80设置在所述中间盖板62的周边且通过所述隔菌板单元50与所述电机的输出轴相连；所述绳轮组件80的数量为3组，每一组所述绳轮组件80包括一与所述电机的输出轴相连的轮轴81、通过轴承83转动设置在所述轮轴81上的绳轮82，其中，所述轮轴81的上部和下部分别设置有一个所述绳轮82，位于所述轮轴81上部的所述绳轮82上缠绕有经由所述第二过渡轮72和所述第二导向轮621走线的钢丝绳30，位于所述轮轴81下部的所述绳轮82上缠绕有经由所述第一过渡轮71和所述第一导向轮611走线的钢丝绳30。所述绳轮82包括一第一半绳轮821和一第二半绳轮822，所述第一半绳轮821与所述第二半绳轮822之间通过螺钉紧固，所述轴承83的一端还安装有用于限位的卡环84，所述卡环84为E型卡环。本发明中，所述电机的数量也设置为3个，即一组所述绳轮组件80对应有一个电机。

本发明采用2/2/2过线法，零位时，使得位于所述器械杆20内的钢丝绳30不交叉，具体的，走丝装置中设置有3个所述中间嵌件73、3个所述第一导向轮611、3个所述第二导向轮621和3个所述绳轮组件80，而每一个所述中间嵌件73上又设置有一个所述第一过渡轮71和一个所述第二过渡轮72，即设置有3个所述第一过渡轮71和3个所述第二过渡轮72。在走丝过程中，将一个所述中间嵌件73、一个所述第一导向轮611、一个所述第二导向轮621和一个所述绳轮组件80划分为一个走丝单元，共能够划分成3个走丝单元；每一个走丝单元可以走上、下两根钢丝绳30，其中，一根钢丝绳30在经由第二过渡轮72和第二导向轮621后缠绕在轮轴81的上绳轮82上；另一根钢丝绳30在经由第一过渡轮71和第一导向轮611后缠绕在所述轮轴81的下绳轮82上。然后，通过所述电机带动所述轮轴81和所述绳轮82转动，所述绳轮82上缠绕的钢丝绳30通过导向轮和过渡轮将所述电机的旋转运动转化为竖直方向的直线运动，有效提高了立式器械的传动效率，使用效果好；另外，每个所述中间嵌件73都靠近与其相关的电机，减少了钢丝绳30在过渡轮上的包角，有效减小了摩擦力。

一种四自由度手术器械的走丝方法，包括如下步骤：

S1：将从持针钳12上引出的6根钢丝绳30分别穿过连接座11上的6个走丝孔111；

S2：将穿过所述走丝孔111的6根钢丝绳30从器械杆20引出后分为三组，每一组包括2根钢丝绳30；

S3：将步骤S2中的所述每一组的2根钢丝绳30分为上、下两种走线方式；其中，上走线方式中的钢丝绳30在经由第二过渡轮72和第二导向轮621后缠绕在轮轴81的上绳轮82上；下走线方式中的钢丝绳30在经由第一过渡轮71和第一导向轮611后缠绕在所述轮轴81的下绳轮82上；

S4：利用安装在底座壳体41内的电机带动所述轮轴81转动。

所述走丝方法采用2/2/2过线法，将从所述持针钳装配组件10上引出的6根钢丝绳30分成3组，每组走2根钢丝绳30，从而使得钢丝绳30从与电机轴线平行的状态过渡到与电机轴线垂直的状态，有效提高了立式器械的传动效率，使用效果好。

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 (9)

1.一种四自由度手术器械的走丝装置，其特征在于，包括：

底座组件(40)，其包括一具有容置腔的底座壳体(41)和一嵌置在所述底座壳体(41)顶部的底座盖板(42)，所述底座壳体(41)的容置腔内安装有电机；

持针钳装配组件(10)，其通过器械杆(20)安装在所述底座组件(40)的下方，所述持针钳装配组件(10)上绕设有钢丝绳(30)；

隔菌板单元(50)，其固定设置在所述底座盖板(42)的顶端面上；

中间嵌件组件(70)，其安装在所述隔菌板单元(50)的中央，所述中间嵌件组件(70)上设置有第一过渡轮(71)和第二过渡轮(72)；

器械底板(60)，其安装在所述隔菌板单元(50)上，所述器械底板(60)上成型有供所述中间嵌件组件(70)穿设的中心孔，所述器械底板(60)上固定设置有凸座(61)和中间盖板(62)，所述凸座(61)沿着所述中心孔的边缘设置，所述中间盖板(62)位于所述凸座(61)的上方，所述凸座(61)的顶部设置有与所述第一过渡轮(71)相配合的第一导向轮(611)，所述中间盖板(62)的顶部设置有与所述第二过渡轮(72)相配合的第二导向轮(621)；

绳轮组件(80)，其设置在所述中间盖板(62)的周边且通过所述隔菌板单元(50)与所述电机的输出轴相连；

其中，所述钢丝绳(30)在通过所述器械杆(20)后分为两部分，一部分经由所述第一过渡轮(71)和所述第一导向轮(611)绕设在所述绳轮组件(80)上，另一部分经由所述第二过渡轮(72)和所述第二导向轮(621)绕设在所述绳轮组件(80)上。

2.根据权利要求1所述的四自由度手术器械的走丝装置，其特征在于：所述持针钳装配组件(10)包括一连接座(11)和一铰接在所述连接座(11)上的持针钳(12)，其中，所述持针钳装配组件(10)通过所述连接座(11)与所述器械杆(20)连接，所述连接座(11)上成型有供所述钢丝绳(30)穿设的走丝孔(111)，所述持针钳(12)上缠绕有所述钢丝绳(30)。

3.根据权利要求2所述的四自由度手术器械的走丝装置，其特征在于：所述连接座(11)上成型有六个所述走丝孔(111)。

4.根据权利要求2所述的四自由度手术器械的走丝装置，其特征在于：所述器械杆(20)的顶部与所述底座壳体(41)连接，所述器械杆(20)的底部与所述连接座(11)连接；所述器械杆(20)的轴线与所述电机的轴线相平行。

5.根据权利要求1所述的四自由度手术器械的走丝装置，其特征在于：所述凸座(61)的数量为3个，每一个所述凸座(61)的顶部均设置有一所述第一导向轮(611)，所述第一导向轮(611)通过销轴转动的设置在所述凸座(61)上。

6.根据权利要求1所述的四自由度手术器械的走丝装置，其特征在于：所述中间盖板(62)的中央形成有一供所述中间嵌件组件(70)穿设的容置孔，所述中间盖板(62)的顶部分布有3个所述第二导向轮(621)，所述第二导向轮(621)通过销轴转动的设置在所述中间盖板(62)上。

7.根据权利要求1所述的四自由度手术器械的走丝装置，其特征在于：所述中间嵌件组件(70)包括3个中间嵌件(73)，每一个所述中间嵌件(73)上设置有一所述第一过渡轮(71)和一所述第二过渡轮(72)，其中，所述第一过渡轮(71)与所述第二过渡轮(72)分别位于所述中间嵌件(73)的两侧，且所述第二过渡轮(72)位于所述第一过渡轮(71)的上方。

8.根据权利要求1所述的四自由度手术器械的走丝装置，其特征在于：所述绳轮组件(80)的数量为3组，每一组所述绳轮组件(80)包括一与所述电机的输出轴相连的轮轴(81)、通过轴承(83)转动设置在所述轮轴(81)上的绳轮(82)，其中，所述轮轴(81)的上部和下部分别设置有一个所述绳轮(82)，位于所述轮轴(81)上部的所述绳轮(82)上缠绕有经由所述第二过渡轮(72)和所述第二导向轮(621)走线的钢丝绳(30)，位于所述轮轴(81)下部的所述绳轮(82)上缠绕有经由所述第一过渡轮(71)和所述第一导向轮(611)走线的钢丝绳(30)。

9.一种四自由度手术器械的走丝方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将从持针钳(12)上引出的6根钢丝绳(30)分别穿过连接座(11)上的6个走丝孔(111)；

S2：将穿过所述走丝孔(111)的6根钢丝绳(30)从器械杆(20)引出后分为三组，每一组包括2根钢丝绳(30)；

S3：将步骤S2中的所述每一组的2根钢丝绳(30)分为上、下两种走线方式；其中，上走线方式中的钢丝绳(30)在经由第二过渡轮(72)和第二导向轮(621)后缠绕在轮轴(81)的上绳轮(82)上；下走线方式中的钢丝绳(30)在经由第一过渡轮(71)和第一导向轮(611)后缠绕在所述轮轴(81)的下绳轮(82)上；

S4：利用安装在底座壳体(41)内的电机带动所述轮轴(81)转动。