CN108498173A - 具有可旋转末端器械的操作臂、从操作设备及手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有可旋转末端器械的操作臂以及应用该操作臂的从操作设备、手术机器人。操作臂包括：末端器械、连接组件及第一驱动单元，末端器械的远端用于执行操作；连接组件用于调整所述末端器械的姿态及位置，其远端与所述末端器械旋转连接；第一驱动单元的远端连接所述末端器械，并驱动末端器械相对所述连接组件基本沿所述第一驱动单元的轴向旋转。

Description

具有可旋转末端器械的操作臂、从操作设备及手术机器人

技术领域

本发明涉及微创手术领域，特别是涉及一种操作臂及应用该操作臂的从操作设备、手术机器人。

背景技术

微创手术是指利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械及相关设备在人体腔体内部施行手术的一种手术方式。相比传统手术方式微创手术具有创伤小、疼痛轻、恢复快等优势。

随着科技的进步，微创手术机器人技术逐渐成熟，并被广泛应用。微创手术机器人通常包括主操作台及从操作设备，医生通过操作主操作台控制从操作设备进行相应的手术操作。其中，从操作设备通常包括机械臂及设置于机械臂上的操作臂，机械臂用于调节操作臂的位置，操作臂用于伸入体内，并执行手术操作，然而目前的操作臂灵活度较差，令手术机器人在一些手术中受到限制，不能灵活地进行操作。

发明内容

基于此，有必要提供一种灵活性较好的操作臂以及应用该操作臂的从操作设备、手术机器人。

一种具有可旋转末端器械的操作臂，包括：

末端器械，远端用于执行操作；

连接组件，用于调整所述末端器械的姿态及位置，其远端与所述末端器械旋转连接；

第一驱动单元，远端连接所述末端器械，并驱动末端器械相对所述连接组件基本沿所述第一驱动单元的轴向旋转。

其中一个实施例中，所述第一驱动单元沿所述连接组件的轴向穿设所述连接组件，并随所述连接组件可弯曲。

其中一个实施例中，所述操作臂还包括驱动齿轮组，其主动齿轮固定设置于所述第一驱动单元的末端，其从动齿轮连接所述末端器械并驱动所述末端器械转动。

其中一个实施例中，所述主动齿轮的转轴与所述第一驱动单元垂直。

其中一个实施例中，所述主动齿轮的转轴与所述第一驱动单元同轴。

其中一个实施例中，所述驱动齿轮组为行星齿轮机构，所述主动齿轮为太阳轮，所述从动齿轮为行星齿轮，齿轮圈设置于所述连接组件上，所述从动齿轮与所述末端器械固定设置，以使所述末端器械随所述从动齿轮旋转。

其中一个实施例中，所述从动齿轮为多个，相对于所述主动齿轮对称设置。

其中一个实施例中，所述驱动齿轮组中的各齿轮均为锥齿轮，所述从动齿轮为多个，同时驱动所述末端器械转动。

一种从操作设备，包括：

所述的操作臂；

动力机构，与所述操作臂相连接，用于驱动所述操作臂；

机械臂，与所述动力机构相连接，用于调节所述操作臂的位置。

一种手术机器人，包括：主操作台及所述的从操作设备，

所述主操作台用于根据医生的操作向所述从操作设备发送控制命令，以控制所述从操作设备，所述从操作设备用于响应主操作台发送的控制命令，并进行相应的操作。

具有上述操作臂的手术机器人，由于末端器械相对连接组件可旋转，手术过程中，当需要旋转末端器械时，可直接旋转末端器械，保持连接组件静止，令具有上述操作臂的手术机器人的灵活性更高，适用范围更广。

附图说明

图1为本发明手术机器人一实施例的结构示意图；

图2为手术机器人中从操作设备一实施例的局部示意图；

图3为手术机器人中从操作设备一实施例的局部示意图；

图4为从操作设备中操作臂一实施例的结构示意图；

图5为从操作设备中操作臂一实施例的局部结构示意图；

图6为从操作设备中操作臂一实施例的局部结构示意图；

图7为从操作设备中操作臂一实施例的局部结构示意图；

图8为从操作设备中操作臂一实施例的局部结构示意图；

图9为从操作设备中操作臂一实施例的局部结构示意图；

图10为从操作设备中操作臂一实施例的局部结构示意图；

图11为从操作设备中操作臂一实施例的局部结构示意图；

图12为从操作设备中操作臂一实施例的局部结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“耦合”另一个元件，它可以是直接耦合到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。本文所使用的术语“远端”、“近端”作为方位词，该方位词为介入医疗器械领域惯用术语，其中“远端”表示手术过程中远离操作者的一端，“近端”表示手术过程中靠近操作者的一端。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图3所示，其分别为本发明手术机器人一实施例的结构示意图，及从操作设备不同实施例的局部示意图。

手术机器人包括主操作台1000及从操作设备2000。其中，主操作台1000用于根据医生的操作向从操作设备2000发送控制命令，以控制从操作设备2000，其还用于显示从设备2000获取的影像。从操作设备2000用于响应主操作台1000发送的控制命令，并进行相应的操作，并且从操作设备2000还用于获取体内的影像。

具体地，从操作设备2000包括机械臂1、设置于机械臂1上的动力机构2、设置于动力机构2上的操作臂3，以及套设操作臂3的套管4。机械臂1用于调节操作臂3的位置；动力机构2用于驱动操作臂3执行相应操作；操作臂3用于伸入体内，并通过其位于远端的末端器械20执行手术操作，及/或获取体内影像。具体的，如图2、图3所示，操作臂3穿设套管4，其末端器械20伸出套管4外，并通过动力机构2驱动其执行操作。图2中，操作臂3位于套管4内的区域为刚性区域；图3中，操作臂3位于套管4内的区域为柔性区域，套管随柔性区域弯曲。其他实施例中，也可以省略套管4，此时，无需套管。

一实施例中，操作臂3为多个，均设置于同一个动力机构2上，多个操作臂3的远端通过人体上的一个切口伸入体内，以使其末端器械20移动至病灶3000附近进行手术操作。具体地，动力机构具有多个动力部，每个动力部与一操作臂对应连接。其他实施例中，动力机构为多个，每个动力机构2上设置一个操作臂3，且多个操作臂从一个切口伸入体内，此时多个动力机构2既可以设置于一个机械臂1上，也可以设置于多个机械臂1上。需要说明的是，多个操作臂3也可以从多个切口伸入体内，例如，每个切口内伸入两个操作臂，再如，每个切口内伸入一个操作臂。

一实施例中，从操作设备2还包括戳卡，戳卡用于穿设人体上的切口，并固定设置于切口区域，操作臂通过戳卡伸入到体内。

如图4所示，其为本发明操作臂一实施例的结构示意图。

操作臂3包括：依次连接的末端器械20、连接组件10、连杆90及驱动机构91，其中，末端器械20用于执行手术操作，连杆90用于穿设套管，驱动机构91用于驱动连接组件10运动，进而改变末端器械20的位置及姿态。其他实施例中，也可以省略连杆90，此时连接组件直接与驱动机构连接。

如图5所示，其为本发明一实施例的局部结构示意图。

操作臂3包括：末端器械20、连接组件10及驱动机构。其中，末端器械20的远端用于执行操作，近端与连接组件10的远端旋转连接；驱动机构具有第一驱动单元30，第一驱动单元30的远端连接末端器械20，并驱动末端器械20相对连接组件10旋转，以使末端器械20基本沿第一驱动单元30的轴向旋转，即末端器械的旋转轴与第一驱动单元轴向同轴或平行；连接组件为上述任意一实施例的连接组件。

本实施例中，第一驱动单元30沿连接组件10的轴向穿设连接组件10，并随连接组件10可弯曲。例如，第一驱动单元30为可弹性弯曲的钢杆；再如，第一驱动单元30为多个钢丝编织或缠绕而成的钢杆。当第一驱动单元30转动时，与其连接的末端器械20随之旋转。其他实施例中，第一驱动单元也可以为其他结构。

如图6至图8所示，操作臂3还包括驱动齿轮组40，其主动齿轮41固定设置于第一驱动单元30的远端，其从动齿轮42驱动末端器械20转动。当第一驱动单元30转动时，其驱动主动齿轮41旋转，进而驱动从动齿轮42旋转，以驱动末端器械旋转。

具体的，图6中驱动齿轮组40为行星齿轮机构，各齿轮的转轴均与第一驱动单元30的远端平行，其中，主动齿轮41为太阳轮，从动齿轮42为行星齿轮，齿轮圈43设置于连接组件10远端的连接单元100上，或者远端的连接单元100内设置齿轮圈，即连接单元100具有齿轮圈结构。从动齿轮42与末端器械20固定设置，以使末端器械20随从动齿轮42旋转。本实施例中，从动齿轮42为多个，相对于主动齿轮41对称设置，主动齿轮41与第一驱动单元30同轴。其他实施例中，从动齿轮也可以仅为一个。

图7中驱动齿轮组40中的各齿轮均为锥齿轮，其中，主动齿轮41与第一驱动单元30的远端同轴，第一从动齿轮42A的旋转轴与主动齿轮41垂直，第二从动齿轮42B的旋转轴与主动齿轮41平行或同轴，并且末端器械20固定设置于第二从动齿轮42B上。具体的，第一从动轮42A为多个，并相对主动齿轮41对称设置，第二从动齿轮42B为一个，与多个第一从动齿轮42A啮合，当主动齿轮41驱动第一从动齿轮42A转动时，第一从动齿轮42A驱动第二从动齿轮42B转动，进而驱动末端器械20转动。其他实施例中，第二从动齿轮也可以为多个，多个第二从动齿轮共同驱动末端器械。

如图8所示，一实施例中，也可以省略第二从动齿轮，此时，末端器械20的旋转轴与第一从动齿轮42A的旋转轴平行或同轴，与主动齿轮41的旋转轴垂直。具体的，第一驱动单元30包括驱动杆31、器械驱动丝32。其中，驱动杆31一端设置于主动齿轮上，另一端转动设置于连接组件上；器械驱动丝32沿连接组件10延伸，其远端设置于驱动杆31上，近端设置于驱动机构上，以驱动所述驱动杆31转动，进而驱动主动齿轮41转动，例如，器械驱动丝32远端缠绕于驱动杆31上。

如图6所示，末端器械20包括连接部21及设置于连接部21上的两个夹持部22，其中，连接部21与连接组件10的远端连接，夹持部21用于执行相应操作。本实施例中，连接部21通过驱动齿轮组40与连接组件10相连接。具体的，连接部与从动齿轮固定连接，其中，连接部21为盘状结构，盘状结构上设有固定凸起，以与从动齿轮固定连接。其他实施例中，连接部也可以为连杆结构，其一端穿设从动齿轮，另一端设置于夹持部上。

进一步的，操作臂3还包括第二驱动单元50，用于驱动末端器械20开合。具体的，第二驱动单元50穿设连接组件10，其远端与末端器械20相连接。本实施例中，第一驱动单元30为中空结构，具有收容腔，第二驱动单元50穿设第一驱动单元30，收容于收容腔内，即连接组件10、第一驱动单元30、第二驱动单元50依次套设。此时，夹持部22的近端开设有滑槽23，两个滑槽均套设第二驱动单元的远端，以使第二驱动单元沿轴向移动时，驱动两个夹持部开启或闭合。

一实施例中，第一驱动单元、第二驱动单元均为驱动杆，驱动杆均随连接组件可弯曲。其他实施例中，第二驱动单元也可以为驱动丝，此时夹持部上设有复位机构，以使驱动丝驱动其开启或闭合后复位。

如图9、图10所示，其分别为本发明操作臂不同实施例的局部结构示意图。

操作臂3包括：末端器械20、连接组件10及第一驱动单元30。其中，末端器械20开设有螺旋槽24，且末端器械20与连接组件10旋转连接；第一驱动单元30的远端收容于螺旋槽24内，以驱动末端器械20旋转，令末端器械20基本沿第一驱动单元30远端部分的轴向旋转。具体的，当第一驱动单元30沿轴向运动时，其远端在螺旋槽24内滑动，并驱动末端器械20转动。

末端器械20包括连接部21及设置于连接部上的两个夹持部22。其中，连接部具有柱状结构及连接盘，连接盘与连接组件10的远端连接，螺旋槽24开设于连接部21的柱状结构上，以使连接部被第一驱动单元30驱动旋转；夹持部22设置于连接部21上，并随连接部21旋转。

如图9所示，一实施例中，连接部21套设第一驱动单元30，以令第一驱动单元驱动连接部转动。例如，螺旋槽24为通槽，以使第一驱动单元30的远端从连接部21内伸出螺旋槽24，并收容于螺旋槽24内。再如，螺旋槽设置于连接部的内表面上，第一驱动单元的远端收容于螺旋槽内。

如图10所示，一实施例中，第一驱动单元30从末端器械20的外部驱动其转动。具体的，第一驱动单元30为驱动杆，其远端从连接部21的外部延伸至连接部的螺旋槽24内，且第一驱动单元30的轴向与末端器械20的旋转轴平行间隔设置，此时螺旋槽设置于连接部的外表面上，或者为通槽结构。

上述实施例中，第一驱动单元30为驱动杆，其远端具有弯折，以收容于螺旋槽内，其他实施例中，第一驱动单元也可以为其他结构。如图11所示，一实施例中，第一驱动单元30包括依次连接的滑块33、连接丝，以及第一驱动单元主体35。其中，滑块33收容于螺旋槽24内，当第一驱动单元主体35沿轴向将滑块33拉向近端时，连接丝张紧，并通过滑块33驱动末端器械旋转。此时，操作臂还包括与滑块33连接的复位件60，第一驱动单元的主体35将滑块33拉到近端后，需向远端移动滑块33时，复位件60使滑块朝向远端移动。本实施例中，复位件为弹簧，具体的弹簧一端设置于连接组件上，一端设置于滑块上，当滑块朝向近端移动时，弹簧压缩。

需要说明的是，第一驱动单元也可以省略第一驱动单元主体，此时，通过连接丝驱动滑块朝向近端移动。此外，其他实施例中，也可以省略连接丝，此时滑块直接设置于第一驱动单元的主体上。

进一步地，操作臂还包括用于驱动末端器械开合的第二驱动单元，其结构与上述各实施例相同，此处不再复述。需要说明的是，图9至图11所示实施例中，第二驱动单元无需穿设第一驱动单元，其与第一驱动个单元并列设置。

如图12所示，其为本发明操作臂一实施例的结构示意图。

操作臂3包括：末端器械20、连接组件10及旋转驱动丝70。其中，连接组件10的远端与末端器械20旋转连接；旋转驱动丝70一端缠绕于末端器械20上，一端且用于连接驱动机构，以驱动末端器械20相对连接组件10转动。当驱动机构驱动旋转驱动丝70沿连接组件10的轴向运动时，旋转驱动丝70驱动末端器械20转动。例如，末端器械20沿连接组件10的轴向旋转。

末端器械20包括：连接部21以及夹持部22，其中，连接部21与连接组件22的远端旋转连接，旋转驱动丝70缠绕于连接部21上；夹持部22设置于连接部21上，以随连接部21旋转。具体的，远端连接单元的侧壁上设有凹槽，连接部21的边沿收容于凹槽内，并沿凹槽滑动，以使连接部相对该连接单元100转动。例如，连接部21具有连接盘21A以及设置于连接盘21A上的绕线件21B，连接盘的周缘收容于凹槽内，旋转驱动丝70缠绕于绕线件上。

操作臂3还包括相对连接组件10远端静止的滑轮80。例如，滑轮80设置于连接组件10远端的连接单元上。其中，滑轮80临近末端器械10设置，且滑轮80的旋转轴与末端器械10的旋转轴垂直，即与连接部21的旋转轴垂直，以使沿连接组件延伸的旋转驱动丝70改变方向，缠绕于末端器械的连接部上。

本实施例中，滑轮80为两个，旋转驱动丝为一根，两个滑轮80的旋转轴平行，旋转驱动丝70的两端分别经过两个滑轮80，以驱动末端器械20的连接部21沿其旋转轴正向或反向旋转。其他实施例中，驱动丝也可以为两根，两根驱动丝均一端设置于驱动机构上，另一端固定设置于末端器械上，并且两个驱动丝分别经过两个滑轮中对应的滑轮。

其他实施例中，滑轮也可以为其他数量；或者也可以省略滑轮，此时延伸至末端器械的旋转驱动丝直接缠绕于连接部上。

一实施例中，操作臂还包括用于驱动末端器械20执行操作的第二驱动单元，其远端与末端器械相连接，且第二驱动单元穿设连接组件。其中，第二驱动单元与前述各实施例中的第二驱动单元结构相似，此处不再复述。需要说明的是，第二驱动单元穿设末端器械缠绕旋转驱动丝的区域，即穿设连接部。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种具有可旋转末端器械的操作臂，其特征在于，包括：

末端器械，远端用于执行操作；

连接组件，用于调整所述末端器械的姿态及位置，其远端与所述末端器械旋转连接；

第一驱动单元，远端连接所述末端器械，并驱动末端器械相对所述连接组件基本沿所述第一驱动单元的轴向旋转。

2.根据权利要求1所述的操作臂，其特征在于，所述第一驱动单元沿所述连接组件的轴向穿设所述连接组件，并随所述连接组件可弯曲。

3.根据权利要求1所述的操作臂，其特征在于，所述操作臂还包括驱动齿轮组，其主动齿轮固定设置于所述第一驱动单元的末端，其从动齿轮连接所述末端器械并驱动所述末端器械转动。

4.根据权利要求3所述的操作臂，其特征在于，所述主动齿轮的转轴与所述第一驱动单元垂直。

5.根据权利要求3所述的操作臂，其特征在于，所述主动齿轮的转轴与所述第一驱动单元同轴。

6.根据权利要求5所述的操作臂，其特征在于，所述驱动齿轮组为行星齿轮机构，所述主动齿轮为太阳轮，所述从动齿轮为行星齿轮，齿轮圈设置于所述连接组件上，所述从动齿轮与所述末端器械固定设置，以使所述末端器械随所述从动齿轮旋转。

7.根据权利要求6所述的操作臂，其特征在于，所述从动齿轮为多个，相对于所述主动齿轮对称设置。

8.根据权利要求3所述的操作臂，其特征在于，所述驱动齿轮组中的各齿轮均为锥齿轮，所述从动齿轮为多个，同时驱动所述末端器械转动。

9.一种从操作设备，其特征在于，包括：

权利要求1至8任一项所述的操作臂；

动力机构，与所述操作臂相连接，用于驱动所述操作臂；

机械臂，与所述动力机构相连接，用于调节所述操作臂的位置。

10.一种手术机器人，其特征在于，包括：主操作台及权利要求9所述的从操作设备，

所述主操作台用于根据医生的操作向所述从操作设备发送控制命令，以控制所述从操作设备，所述从操作设备用于响应主操作台发送的控制命令，并进行相应的操作。