CN107714182A - 一种外科微创手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外科微创手术机器人，属于医疗器械技术领域，其包括末端执行装置，末端执行装置包括相连的上平台和下平台，上平台上设置有用于夹持医疗器具的两个交叉设置的夹钳，各夹钳与上平台之间为转动连接，末端执行装置还包括传动臂、定位座及中间轴，传动臂有两根，其中一根传动臂与一个夹钳的末端相铰接，另一根传动臂与另一个夹钳的末端相铰接，两根传动臂的另一端均与定位座相铰接，定位座与所述中间轴相连；所述机器人还包括驱动装置，驱动装置包括用于带动所述下平台实现平移和摆动的第一驱动装置以及用于带动中间轴实现旋转旋转驱动装置。利用本发明代替人手夹持医疗器具，减少了手术过程中因人手抖动带来的手术伤害。

Description

一种外科微创手术机器人

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，尤其涉及一种外科微创手术机器人。

背景技术

随着科学技术的发展,特别是计算机技术的发展,手术微创机器人在临床中的作用越来越受到人们的重视。外科手术辅助导航系统作为外科医生的第三只眼,可以让手术医师看到手术部位的内部结构,避免了因医生经验不足而造成的手术失误,使手术更安全、更可靠、更精确、更科学,具有极其广阔的应用前景。微创外科手术(MIS)技术兴起于20世纪80年代,一般也称为介入式手术。它借助于各种视觉图像设备和先进灵巧的手术器械装备,将手术器械经过小切口进入人体进行治疗或诊断。与传统开放性手术相比,微创手术具有创伤小,可减轻患者痛苦、术后恢复快、有利于提高手术质量和降低医疗社会成本等诸多优点。因此,受到医生和患者的普遍欢迎,是外科手术发展的必然趋势。腹腔镜微创外科手术作为微创手术的代表,是对传统开放性手术的一次重大变革。

腹腔微创手术是在腹腔切开3～4个5～10mm大的切口，把手术器械插入腹腔，在视觉显示系统的引导下切除病变的脏器和肿物，具有不开腹、创伤小、痛苦小、恢复快等优点。目前，国内大部分的腹腔微创手术需要医生把持手术器械进行手术操作，长时间准确地把持手术器械增加了医生的劳动强度，随着劳动强度的增加，会造成医生手部颤抖，从而引起操作误差，降低了手术的准确性，对患者的生命造成威胁。

由此可见，现有技术有待于进一步的改进和提高。

发明内容

本发明为避免上述现有技术存在的不足之处，提供了一种外科微创手术机器人，用以代替人手夹持医疗器具，减少因为人手抖动带来的手术伤害。

本发明所采用的技术方案为：

一种外科微创手术机器人，包括末端执行装置，所述末端执行装置包括相连的上平台和下平台，上平台上设置有用于夹持医疗器具的两个交叉设置的夹钳，各夹钳与上平台之间相铰接，末端执行装置还包括传动臂、定位座及中间轴，传动臂有两根，其中一根传动臂与一个夹钳的末端相铰接，另一根传动臂与另一个夹钳的末端相铰接，两根传动臂的另一端均与所述定位座相铰接，定位座与所述中间轴相连；所述机器人还包括驱动装置，驱动装置包括第一驱动装置和旋转驱动装置，第一驱动装置用于带动所述下平台实现平移和摆动，旋转驱动装置用于带动所述中间轴实现旋转。

所述第一驱动装置包括三个第一电机、三套第一传动机构、三根第一传动轴及三根球关节轴，一个第一电机通过一套第一传动机构对应驱动一根第一传动轴，各第一传动轴在第一电机和第一传动机构的作用下实现平移运动，一根第一传动轴对应连接一根球关节轴，各球关节轴与所述下平台的底端相铰接，当三个第一电机同时工作时，下平台在第一传动轴和球关节轴的作用下实现平移，当三个第一电机中的其中两个工作、另一个停机时，下平台在第一传动轴和球关节轴的作用下实现摆动。

各所述第一传动机构均包括齿轮及与齿轮相适配的齿条，齿轮由与之对应的第一电机驱动，齿条设置在第一传动轴上，第一电机通过齿轮带动所述齿条移动，从而带动第一传动轴平移。

各所述第一传动机构还分别包括第一锥齿轮、第二锥齿轮和第二传动轴，第一锥齿轮与第一电机的输出轴相连，第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合传动，第二锥齿轮套置在第二传动轴的一端，所述齿轮套置在第二传动轴的另一端，第一电机通过第一锥齿轮、第二锥齿轮带动所述第二传动轴旋转，从而带动齿轮旋转，齿轮旋转带动所述齿条平移。

所述旋转驱动装置包括第二电机、第二传动机构、第三传动轴及万向铰，万向铰的一端与所述中间轴相连、另一端与所述第三传动轴相连，第二电机通过第二传动机构带动第三传动轴旋转，第三传动轴旋转通过万向铰带动中间轴旋转，中间轴通过所述定位座、传动臂、夹钳带动上平台旋转。

所述第二传动机构为同步带传动机构或同步链轮传动机构。

所述下平台为圆盘且中间开孔的结构，上平台包括底盘及与底盘固连的两个相对设置的支撑板，所述底盘为圆盘且中间开孔的结构，所述定位座、传动臂均设置在两个支撑板之间，夹钳与支撑板相铰接。

所述中间轴的一端横穿下平台和所述底盘，且中间轴与下平台、底盘之间设置有套筒，所述套筒与下平台之间为过盈配合，套筒与底盘之间为间隙配合，中间轴与套筒之间为间隙配合。

所述机器人还包括箱体，各所述齿轮及齿条均设置在箱体内。

所述箱体呈分体式设置，包括左箱体和右箱体。

由于采用了上述技术方案，本发明所取得的有益效果为：

1、本发明中的机器人能够实现夹持医疗器具，且运行过程中根据实际情况，可调整各个电机的启停及转动速度，以轻松实现机器人夹钳部分的夹取，转动和摆动，增加了手术动作的灵活性，满足了微型手术器械在体积、功能、夹持力等方面的要求，降低了医生的劳动强度，消除了由于医生手部颤抖而造成的操作误差，同时为手术操作节省了空间。

2、本发明具有操控灵活，高刚度，高精度，高负载，运行平缓，稳定性高，可靠性强与协调性好等优点，特别适于在外科微创手术中，用以代替人手夹持医疗器具，减少因为人手抖动带来的手术伤害。

附图说明

图1为本发明的轴测图一。

图2为本发明的轴测图二。

图3为本发明的侧视图。

图4为本发明的半剖示意图。

图5为本发明中末端执行装置的结构示意图。

其中，

1、夹钳 2、传动臂 3、定位座 4、上平台 5、下平台 6、中间轴 7、万向铰 8、第三传动轴 9、球关节轴 10、第一传动轴 11、筒体 12、右箱体 13、左箱体 14、齿轮 15、齿条 16、第二电机 17、第一电机 18、第一锥齿轮 19、第二锥齿轮 20、第二传动轴 21、同步带 22、第一同步带轮 23、第二同步带轮 24、套筒

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施例。

如图1至图5所示，一种外科微创手术机器人，包括箱体、末端执行装置及驱动装置。

所述箱体呈分体式设置，包括左箱体13和右箱体12。左、右箱体的两侧分别设置有位置相对的定位块，相邻两定位块分别通过紧固件螺栓螺母相连。所述箱体的一侧还设置有与其相连的筒体11。

所述末端执行装置包括相连的上平台4和下平台5，上平台4上设置有用于夹持医疗器具的两个交叉设置的夹钳1。各夹钳1用于夹持医疗器具的夹面上均设置有夹齿。各夹齿的截面呈波浪状。

具体的来说，所述下平台5为圆盘且中间开孔的结构，上平台4包括底盘及与底盘固连的两个相对设置的支撑板，所述底盘为圆盘且中间开孔的结构。两个夹钳1设置在两块支撑板之间，且两个夹钳1通过一根转轴与两块支撑板相铰接，需夹取医疗器具时，两个夹钳绕转轴同步转动实现对医疗器具的夹持

所述末端执行装置还包括传动臂2、定位座3及中间轴6，所述定位座3、传动臂2均设置在两个支撑板之间。传动臂2有两根，各传动臂2均呈薄片状，其中一根传动臂2与一个夹钳1的末端相铰接，另一根传动臂2与另一个夹钳1的末端相铰接，两根传动臂2的另一端通过同一根铰接轴与所述定位座3相铰接，使用时，两根传动臂2可绕铰接轴同步转动。

所述定位座3与所述中间轴6相连。所述中间轴6的一端横穿下平台5和所述底盘，且中间轴6与下平台5、底盘之间设置有套筒24。所述套筒24与下平台5之间为过盈配合，套筒24与底盘之间为间隙配合，中间轴6与套筒24之间为间隙配合。

所述驱动装置包括旋转驱动装置，旋转驱动装置用于带动所述中间轴6实现旋转。具体来讲，所述旋转驱动装置包括第二电机16、第二传动机构、第三传动轴8及万向铰7，万向铰7的一端与所述中间轴6相连、另一端与所述第三传动轴8相连。所述第三传动轴8围包在下述三根第一传动轴10的中间。第三传动轴8的一部分位于右箱体12内，一部分穿过筒体11后与上述中间轴6相连。第二电机16和第二传动机构均设置在左箱体13外侧。且左箱体13的一侧设置有用于安装第二电机16的第二电机安装座。第二电机16通过第二传动机构带动第三传动轴8旋转，第三传动轴8旋转通过万向铰7带动中间轴6旋转，中间轴6旋转时，通过所述定位座3、传动臂2、夹钳1带动上平台4旋转，从而实现两个夹钳1方位的转换。

所述第二传动机构为同步带传动机构，包括设置在第三传动轴8的轴端的第一同步带轮22、设置在第二电机16输出轴轴端的第二同步带轮23以及套置在第一、第二同步带轮之间的同步带21。

当然，所述第二传动机构并不仅仅局限于所述的同步带传动机构，还可以采用其他的传动方式，例如，可以是同步链轮传动机构，包括设置在第三传动轴8的轴端的第一链轮、设置在第二电机16输出轴轴端的第二链轮以及套置在第一、第二链轮之间的同步链条。当然还可以采用其他的传动方式，只要能将第二电机16的旋转驱动传递至第三传动轴8即可。

需要进一步说明的是，所述旋转驱动装置也可以省却如上所述的第二传动机构，而使第三传动轴8直接由第二电机16驱动，进而带动中间轴6旋转，中间轴6旋转通过所述定位座3、传动臂2、夹钳1带动上平台4旋转，从而实现两个夹钳1方位的转换。

所述驱动装置包括还第一驱动装置，第一驱动装置用于带动所述下平台5实现平移和摆动。

具体地来说，所述第一驱动装置包括三个第一电机17、三套第一传动机构、三根第一传动轴10及三根球关节轴9，一个第一电机17通过一套第一传动机构对应驱动一根第一传动轴10。一根第一传动轴10对应连接一根球关节轴9，各球关节轴9与所述下平台5的底端相铰接。三个第一电机17分别设置在左箱体13的外侧，且左箱体13上设置有用于安装三个第一电机17的第一电机安装座。各第一传动轴10的一部分位于右箱体12内，一部分穿过筒体11后和与其位置相对应的球关节轴9相连。各所述第一传动机构均包括齿轮14及与齿轮14相适配的齿条15。齿轮14和齿条15均位于右箱体12内。齿轮14由与之对应的第一电机17驱动，齿条15设置在第一传动轴10上。各所述第一传动机构还分别包括第一锥齿轮18、第二锥齿轮19和第二传动轴20，第一锥齿轮18与第一电机17的输出轴相连，第一锥齿轮18与第二锥齿轮啮合19传动，第二锥齿轮19套置在第二传动轴20的一端，所述齿轮14套置在第二传动轴20的另一端，第一电机17通过第一锥齿轮18、第二锥齿轮19带动所述第二传动轴20旋转，从而带动齿轮14旋转，齿轮14旋转带动所述齿条15平移，从而带动安装有齿条15的第一传动轴10实现平移运动。第一传动轴10移动带动与其相连的下平台5的连接端移动。

所述第二电机16及各所述第一电机17均采用伺服电机。

在第二电机16未启动，即中间轴6不动的情况下，同时开启三个第一电机17，下平台5在第一传动轴10和球关节轴9的作用下实现平移，从而带动与下平台5相连的上平台4的移动，因中间轴6不动，上平台4相对中间轴6移动，从而带动两个夹钳1向彼此运动，实现夹钳1夹取动作。

在第二电机16未启动，即中间轴6不动的情况下，开启三个第一电机17中的两个、另一个停机，则下平台5在第一传动轴10和球关节轴9的作用下向与未开启的第一电机相对应的第一传动轴一侧摆动，从而带动上平台4实现摆动，最终实现夹钳1的摆动效果。

当第二电机启动16时，第二电机16通过第三传动轴8带动中间轴6旋转，从而带动上平台4旋转，实现夹钳1方位的转换。

本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种外科微创手术机器人，其特征在于，包括末端执行装置，所述末端执行装置包括相连的上平台和下平台，上平台上设置有用于夹持医疗器具的两个交叉设置的夹钳，各夹钳与上平台之间相铰接，末端执行装置还包括传动臂、定位座及中间轴，传动臂有两根，其中一根传动臂与一个夹钳的末端相铰接，另一根传动臂与另一个夹钳的末端相铰接，两根传动臂的另一端均与所述定位座相铰接，定位座与所述中间轴相连；所述机器人还包括驱动装置，驱动装置包括第一驱动装置和旋转驱动装置，第一驱动装置用于带动所述下平台实现平移和摆动，旋转驱动装置用于带动所述中间轴实现旋转。

2.根据权利要求1所述的一种外科微创手术机器人，其特征在于，所述第一驱动装置包括三个第一电机、三套第一传动机构、三根第一传动轴及三根球关节轴，一个第一电机通过一套第一传动机构对应驱动一根第一传动轴，各第一传动轴在第一电机和第一传动机构的作用下实现平移运动，一根第一传动轴对应连接一根球关节轴，各球关节轴与所述下平台的底端相铰接，当三个第一电机同时工作时，下平台在第一传动轴和球关节轴的作用下实现平移，当三个第一电机中的其中两个工作、另一个停机时，下平台在第一传动轴和球关节轴的作用下实现摆动。

3.根据权利要求2所述的一种外科微创手术机器人，其特征在于，各所述第一传动机构均包括齿轮及与齿轮相适配的齿条，齿轮由与之对应的第一电机驱动，齿条设置在第一传动轴上，第一电机通过齿轮带动所述齿条移动，从而带动第一传动轴平移。

4.根据权利要求3所述的一种外科微创手术机器人，其特征在于，各所述第一传动机构还分别包括第一锥齿轮、第二锥齿轮和第二传动轴，第一锥齿轮与第一电机的输出轴相连，第一锥齿轮与第二锥齿轮啮合传动，第二锥齿轮套置在第二传动轴的一端，所述齿轮套置在第二传动轴的另一端，第一电机通过第一锥齿轮、第二锥齿轮带动所述第二传动轴旋转，从而带动齿轮旋转，齿轮旋转带动所述齿条平移。

5.根据权利要求1所述的一种外科微创手术机器人，其特征在于，所述旋转驱动装置包括第二电机、第二传动机构、第三传动轴及万向铰，万向铰的一端与所述中间轴相连、另一端与所述第三传动轴相连，第二电机通过第二传动机构带动第三传动轴旋转，第三传动轴旋转通过万向铰带动中间轴旋转，中间轴通过所述定位座、传动臂、夹钳带动上平台旋转。

6.根据权利要求5所述的一种外科微创手术机器人，其特征在于，所述第二传动机构为同步带传动机构或同步链轮传动机构。

7.根据权利要求1所述的一种外科微创手术机器人，其特征在于，所述下平台为圆盘且中间开孔的结构，上平台包括底盘及与底盘固连的两个相对设置的支撑板，所述底盘为圆盘且中间开孔的结构，所述定位座、传动臂均设置在两个支撑板之间，夹钳与支撑板相铰接。

8.根据权利要求7所述的一种外科微创手术机器人，其特征在于，所述中间轴的一端横穿下平台和所述底盘，且中间轴与下平台、底盘之间设置有套筒，所述套筒与下平台之间为过盈配合，套筒与底盘之间为间隙配合，中间轴与套筒之间为间隙配合。

9.根据权利要求3所述的一种外科微创手术机器人，其特征在于，所述机器人还包括箱体，各所述齿轮及齿条均设置在箱体内。

10.根据权利要求9所述的一种外科微创手术机器人，其特征在于，所述箱体呈分体式设置，包括左箱体和右箱体。