CN109199590A - 血管介入用变通道和顺位的操作机械手及手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种血管介入用变通道和顺位的操作机械手及手术机器人，包括一组或多组机械手机构、第一导向杆、第一丝杆、丝杆电机，机械手机构之间通过第一导向杆、第一丝杆相互连接，第一丝杆的一端连接机械手机构，第一丝杆的另一端连接丝杆电机；所述机械手部件包括末端执行器(5)、翻转关节(6)、反射板(7)、力传感器(8)、输出杆(9)、移动关节(16)；其中，输出杆(9)的一端连接移动关节(16)，输出杆(9)的另一端与力传感器(8)、翻转关节(6)、末端执行器(5)依次连接，反射板(7)安装在翻转关节(6)上。本发明可以实现多通道任意变位的介入操作，包括便道和顺位，且结构紧凑，动作灵活。

Description

血管介入用变通道和顺位的操作机械手及手术机器人

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体地涉及血管介入用变通道和顺位的操作机械手及手术机器人，尤其涉及一种可以对多通道导管、导丝进行夹持、推送、旋转的可变顺位的多机械手操作装置。

背景技术

血管介入手术机器人是一种代替医生在射线环境中进行导管导丝操作的遥控装置，可以使医生避开射线损伤，并且通过机械和运动控制算法来消除医生手部颤抖，提高介入精准度。目前的血管介入手术机器人一般采用一个导管导丝通道，允许机器人对于该通道内的数个器件如导管、导丝、球囊、支架导管等进行串行操作，但是目前随着多通道介入器械的出现，兼容单通道和多通道操作的操作手就变得非常必要。

用于完成冠状动脉手术的CorPath System机器人由Corindus公司研发，可以灵活的操纵血管介入手术过程所需的导管和导丝设备。Sensiji机器人导管系统是最早使用的血管介入手术机器人，医生在三维图像引导下，对导管进行遥操作。Catheter Robotics公司开发的血管介入手术机器人系统手柄可以控制导管轴向运动、旋转运动以及导管前端弯曲角度，可以进入角度比较难于控制的血管。近年来，国内的血管介入机器人研究已取得了较大的发展。清华大学，北京大学，上海交通大学以及北京航空航天大学等学校都有相应的研究团队投入到血管介入手术机器人的研究之中，并取得了一系列研究成果。北京航空航天大学所研制的血管介入手术机器人不仅完成了远程模拟手术而且顺利的进行了动物实验。

血管介入机器人辅助技术的发展，从目前来看，主要存在的问题在于以下几个方面。第一，机器人可以操作单根导管导丝的旋转、推拉，但是对于更为复杂的动作，例如导管导丝的协同操作、支架的输运和释放就无法进行；第二，随着多通道介入器械的出现，原有的单通道操作机器人需要进行改进，不仅可以完成单通道串行，而且可以完成多通道并行操作；第三，操作手在操作过程中应该具有更多的灵活性，具有任意的选位功能，从而更加模拟人手进行操作的场景；第四，机器人对导管导丝的夹持部分应该具有和目前商业化的介入器件相容的能力，使得绝大部分器械可以直接应用在机器人上，而不需要对器械做二次开发。为了解决上述问题，满足临床需求，需要探索新的结构和原理。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种血管介入用变通道和顺位的操作机械手及手术机器人。

根据本发明提供的一个方面，提供一种机械手部件，所述机械手部件包括末端执行器、翻转关节、反射板、力传感器、输出杆、移动关节；其中，输出杆的一端连接移动关节，输出杆的另一端与力传感器、翻转关节、末端执行器依次连接，反射板安装在翻转关节上。

优选地，所述移动关节包括支撑筒、移动电机、电机固定盘、移动联轴器、丝杆支撑盘、第二导向杆、第二丝杆、螺母、筒端盖、波纹管；其中，移动电机通过电机固定盘安装在支撑筒内，移动电机通过移动联轴器连接第二丝杆，第二导向杆、第二丝杆的一端均连接丝杆支撑盘，第二导向杆、第二丝杆的另一端均连接筒端盖，螺母连接第二导向杆、第二丝杆、输出杆，波纹管的一端紧固连接筒端盖，波纹管的另一端紧固连接输出杆。

优选地，所述翻转关节包括翻转机架、电磁抱闸、安装板、电机安装盖、翻转电机联轴器、翻转电机、摆臂轴、摆臂；其中，电机安装盖紧固安装在翻转机架上，翻转电机紧固安装在电机安装盖上，翻转电机通过翻转电机联轴器连接安装在翻转机架上的摆臂轴，摆臂连接摆臂轴，电磁抱闸通过安装板安装在翻转机架上，电磁抱闸上设置通孔，摆臂轴贯穿电磁抱闸上的通孔，电磁抱闸通电时抱死摆臂轴，摆臂的末端设置有圆弧形支撑槽；

翻转关节的关节轴线与输出杆的轴线垂直相交，并垂直于交点与通道中心的连线；翻转关节翻转前末端执行器与输出杆垂直，翻转后末端执行器与输出杆共线。

优选地，所述末端执行器包括转丝组件、夹持组件，转丝组件的一端连接翻转关节，转丝组件的另一端连接夹持组件；

转丝组件包括转丝电机，转丝初级齿轮，转丝次级齿轮，转丝电机安装在翻转关节的摆臂上，转丝初级齿轮安装在转丝电机的输出轴上，转丝初级齿轮齿合转丝次级齿轮，转丝次级齿轮滑动安装在翻转关节的摆臂的圆弧形支撑槽中；

夹持组件包括夹持丝杆、左手指、聚拢弹片右手指、夹持次级齿轮、固定架、夹持电机、夹持初级齿轮；夹持丝杆两端分别连接翻转关节的摆臂末端圆弧形支撑槽的两端，夹持电机通过固定架安装在夹持丝杆上，夹持初级齿轮安装在夹持电机的输出轴上，夹持初级齿轮齿合夹持次级齿轮，夹持次级齿轮紧固连接夹持丝杆的中部，夹持丝杆中点两侧分别旋合安装左手指、右手指，左手指、右手指上分别安装有聚拢弹片；

夹持丝杆中点两侧螺纹旋向相反，夹持丝杆正反转动时，左手指和右手指相向或者相离运动，从而夹紧或者松开夹持中心位置的导管导丝。

优选地，所述翻转关节的摆臂的末端的圆弧形支撑槽、转丝次级齿轮的圆心与持中心位置重合。

根据本发明的第二个方面，提供一种血管介入用变通道和顺位的操作机械手，包括一组或多组机械手机构、第一导向杆、第一丝杆、丝杆电机，机械手机构之间通过第一导向杆、第一丝杆相互连接，第一丝杆的一端连接机械手机构，第一丝杆的另一端连接丝杆电机。

优选地，所述械手机构包括一个或多个机械手部件、端盖、激光测距传感器、支撑杆、支撑块，操作手安装在主要由端盖、支撑杆、支撑块组成的机架上，与操作手相对应的激光测距传感器安装在端盖上。

优选地，第一导杆、第一丝杆均安装在支撑块上，支撑块上设置有与第一丝杆对应螺纹孔，第一丝杆的贯穿支撑块，第一丝杆的一端连接丝杆电机，第一丝杆的另一端连接另一支撑块上的螺纹孔，在第一导向杆的导向下通过丝杆电机控制第一丝杆的旋进和旋出对应螺纹孔来控制两个操作手的合并和分离，从而实现通道变化。

优选地，将机械手机构中的两个机械手部件分别记为一个机械手部件、另一个机械手部件；一个机械手部件与另一个机械手部件之间能够处于避开状态，其中，在所述避开状态下，所述一个机械手部件的末端执行器与另一个机械手部件的末端执行器之间，在机械手部件的轴向行进方向上错位避开；

顺位变更时，在初始位置一个机械手部件的翻转关节(6)转动一个角度使得一个机械手部件的末端执行器避开另一个机械手部件，一个机械手部件的输出杆向前推进，越过另一个机械手部件的末端执行器到达指定位置后，一个机械手部件的翻转关节回转一个角度，一个机械手部件的末端执行器进入通道；

顺位变更时，伸缩关节使一个机械手部件与另一个机械手部件之间能够处于避开状态，在初始位置一个机械手部件的伸缩关节带动一个机械手部件的末端执行器缩回，一个机械手部件的输出杆向前推进，越过另一个机械手部件的末端执行器到达指定位置后，一个机械手部件的伸缩关节带动一个机械手部件的末端执行器伸长，一个机械手部件的末端执行器进入通道。

根据本发明的第三个方面，提供一种手术机器人，所述手术机器人采用所述的机械手部件和/或血管介入用变通道和顺位的操作机械手。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明可以实现多通道任意变位的介入操作，包括变通道和顺位，且结构紧凑，动作灵活。

2、本发明翻转关节的摆臂的末端的圆弧形支撑槽、转丝次级齿轮的圆心与持中心位置重合，当夹持时，导管导丝的中心会自动定位于夹持机械手指的夹持中心，夹持中心固定，不会因为导管导丝规格变化而变化。

3、本发明通过移动关节、翻转关节、转丝关节、夹持手指串行安装形成多自由度机械手，机械手部件可以模仿医生一只手的动作来进行导管导丝的操作，在典型的应用中，两组共四只机械手可以模拟实现主刀医生及其助手，完成手术中的所有操作，自由度和操作灵活性满足临床需求。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明器件通道变化示意图。

图3为本发明移动关节及机械手部件前端的结构示意图。

图4为本发明翻转关节、末端执行器的结构示意图。

图5为本发明利用翻转关节实现顺位变更的示意图。

图6为本发明利用伸缩关节实现顺位变更的示意图。

图中示出：

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明提出了血管介入用变通道和顺位的操作机械手及手术机器人。每个机械手部件由移动关节、翻转关节、转丝关节、夹持手指等依次串联组成。夹持手指闭合时夹紧导管导丝等介入器材于夹持中心，转丝关节旋转导管导丝，移动关节移动导管导丝，此三个关节可以实现导管导丝等介入手术器件的夹持、转动和推送等基本动作。夹持手指和转丝关节组成的末端执行器安装在翻转关节的转动部件上，在夹持手指打开时，翻转关节转动使末端执行器与移动关节的输出杆共线对齐，在移动关节的推拉下，末端执行器可以变位到任意顺序位置，提高操作灵活性；翻转关节转动转丝关节和夹持手指，与移动关节输出杆同轴线，在移动关节推送下可以越过其他夹持手指实现任意位置变化。夹持手指对称旋和在正反旋螺杆上，夹持手指的夹持面是一个平面，在夹持手指的夹持面上安装V型弹片来聚拢介入器件到夹持中心，当丝杆驱动手指夹持时，对于不同规格的介入器件夹持中心保持不变；平移手指整体安装在转丝关节的转动部件上，在设计上保证夹持中心为转动部件转动中心，可以保证转丝关节转动时被夹持的导管导丝等介入器件绕自身的轴线转动；在移动关节的机架上安装非接触式激光测距传感器发射器，在输出杆上安装有反射板，可以实时动态测量推拉导管导丝的位移、速度和加速度等运动量；移动关节的输出杆上安装力传感器，用以感觉导丝导管操作时的阻力变化，力传感可以测量最为关注的一维推拉阻力、也可以测量多维阻力用于评估导管导丝的空间受力状况。两个机械手部件的转丝关节的转动中心重合，形成一个器件通道，两个机械手的移动关节的机架固定连接为一组，四个机械手组成两组，转动中心重合，在两组的机架之间采用丝杆螺母进行机架之间的分离，可以实现一通道到二通道的变化。在周向增加多组机械手，可以进行多通道的变化。本发明可以实现多通道任意变位的介入操作，结构紧凑，动作灵活。

根据本发明的一个方面，提供一种机械手部件，如图1所示，所述机械手部件包括末端执行器5、翻转关节6、反射板7、力传感器8、输出杆9、移动关节16；其中，输出杆9的一端连接移动关节16，输出杆9的另一端与力传感器8、翻转关节6、末端执行器5依次连接，反射板7安装在翻转关节6上；

如图3所示，所述移动关节16包括支撑筒161、移动电机162、电机固定盘163、移动联轴器164、丝杆支撑盘165、第二导向杆166、第二丝杆167、螺母168、筒端盖169、波纹管1610；其中，移动电机162通过电机固定盘163安装在支撑筒161内，移动电机162通过移动联轴器164连接第二丝杆167，第二导向杆166、第二丝杆167的一端均连接丝杆支撑盘165，第二导向杆166、第二丝杆167的另一端均连接筒端盖169，螺母168连接第二导向杆166、第二丝杆167、输出杆9，波纹管1610的一端紧固连接筒端盖169，波纹管1610的另一端紧固连接输出杆9。

如图4所示，所述翻转关节6包括翻转机架61、电磁抱闸62、安装板63、电机安装盖64、翻转电机联轴器65、翻转电机66、摆臂轴67、摆臂68，其中，电机安装盖64紧固安装在翻转机架61上，翻转电机66紧固安装在电机安装盖64上，翻转电机66通过翻转电机联轴器65连接安装在翻转机架61上的摆臂轴67，摆臂68连接摆臂轴67，电磁抱闸62通过安装板63安装在翻转机架61上，电磁抱闸62上设置通孔，摆臂轴67贯穿电磁抱闸62上的通孔，电磁抱闸62通电时抱死摆臂轴67，摆臂68的末端设置有圆弧形支撑槽；

翻转关节6的关节轴线与输出杆9的轴线垂直相交，并垂直于交点与通道中心的连线；翻转关节6翻转前末端执行器5与输出杆9垂直，翻转后末端执行器5与输出杆9共线。

如图3、图4所示，所述末端执行器包括转丝组件、夹持组件，转丝组件的一端连接翻转关节6，转丝组件的另一端连接夹持组件；

转丝组件包括转丝电机511，转丝初级齿轮512，转丝次级齿轮513，转丝电机511安装在翻转关节6的摆臂68上，转丝初级齿轮512安装在转丝电机511的输出轴上，转丝初级齿轮512齿合转丝次级齿轮513，转丝次级齿轮513滑动安装在翻转关节6的摆臂68的圆弧形支撑槽中；

夹持组件包括夹持丝杆521、左手指522、聚拢弹片523右手指525、夹持次级齿轮526、固定架527、夹持电机528、夹持初级齿轮529，夹持丝杆521两端分别连接翻转关节6的摆臂68末端圆弧形支撑槽的两端，夹持电机528通过固定架527安装在夹持丝杆521上，夹持初级齿轮529安装在夹持电机528的输出轴上，夹持初级齿轮529齿合夹持次级齿轮526，夹持次级齿轮526紧固连接夹持丝杆521的中部，夹持丝杆521中点两侧分别旋合安装左手指522、右手指525，左手指522、右手指525上分别安装有聚拢弹片523；

夹持丝杆521中点两侧螺纹旋向相反，夹持丝杆521正反转动时，左手指522和右手指525相向或者相离运动，从而夹紧或者松开夹持中心位置524的导管导丝。

所述翻转关节6的摆臂68的末端的圆弧形支撑槽、转丝次级齿轮513的圆心与持中心位置524重合。

根据本发明的第二个方面，提供一种血管介入用变通道和顺位的操作机械手，如图1所示，包括一组或多组机械手机构、第一导向杆、第一丝杆、丝杆电机，机械手机构之间通过第一导向杆、第一丝杆相互连接，第一丝杆的一端连接机械手机构，第一丝杆的另一端连接丝杆电机。所述械手机构包括一个或多个机械手部件、端盖、激光测距传感器11、支撑杆、支撑块，操作手安装在主要由端盖、支撑杆、支撑块组成的机架上，与操作手相对应的激光测距传感器11安装在端盖上。第一导杆、第一丝杆均安装在支撑块上，支撑块上设置有与第一丝杆对应螺纹孔，第一丝杆的贯穿支撑块，第一丝杆的一端连接丝杆电机，第一丝杆的另一端连接另一支撑块上的螺纹孔，在第一导向杆的导向下通过丝杆电机控制第一丝杆的旋进和旋出对应螺纹孔来控制两个操作手的合并和分离，从而实现通道变化。

将机械手机构中的两个机械手部件分别记为一个机械手部件、另一个机械手部件；一个机械手部件与另一个机械手部件之间能够处于避开状态，其中，在所述避开状态下，所述一个机械手部件的末端执行器5与另一个机械手部件的末端执行器5之间，在机械手部件的轴向行进方向上错位避开。

顺位变更时，在初始位置一个机械手部件的翻转关节6转动一个角度使得一个机械手部件的末端执行器5避开另一个机械手部件，一个机械手部件的输出杆9向前推进，越过另一个机械手部件的末端执行器5到达指定位置后，一个机械手部件的翻转关节6回转一个角度，一个机械手部件的末端执行器5进入通道；优选地，顺位变更时，在初始位置一个机械手部件的翻转关节6转动90°使得一个机械手部件的末端执行器5与输出杆9共线，一个机械手部件的输出杆9向前推进，越过另一个机械手部件的末端执行器5到达指定位置后，一个机械手部件的翻转关节6回转90°，使得一个机械手部件的末端执行器5与越位输出杆9垂直，一个机械手部件的末端执行器5进入通道。

顺位变更时，伸缩关节26使一个机械手部件与另一个机械手部件之间能够处于避开状态，在初始位置一个机械手部件的伸缩关节26带动一个机械手部件的末端执行器5缩回，一个机械手部件的输出杆9向前推进，越过另一个机械手部件的末端执行器5到达指定位置后，一个机械手部件的伸缩关节26带动一个机械手部件的末端执行器5伸长，一个机械手部件的末端执行器5进入通道；优选地，顺位变更时，伸缩关节26使一个机械手部件与另一个机械手部件之间能够处于避开状态，在初始位置一个机械手部件的伸缩关节26带动一个机械手部件的末端执行器5缩回，一个机械手部件的输出杆9向前推进，越过另一个机械手部件的末端执行器5到达指定位置后，一个机械手部件的伸缩关节26带动一个机械手部件的末端执行器5伸长，使得一个机械手部件的末端执行器5与越位输出杆9垂直，一个机械手部件的末端执行器5进入通道。

根据本发明的第三个方面，提供一种手术机器人，所述手术机器人采用所述的机械手部件和/或血管介入用变通道和顺位的操作机械手。

优选地，四个机械手部件并联安装，分布在在以夹持中心为圆心的圆周上，在单通道操作中，四个机械手部件对处于一个器件通道中的导管导丝进行操作；四个机械手部件每两个分为一组，使用丝杆螺母驱动分离两组机械手的机架，从而使得两组机械手的通道中心分离，从而可以实现两通道操作，如果在以通道中心为圆心的圆周上扩充多组机械手，采用类似的方法使各组机械手的机架之间产生偏移，则可以实现多器件通道中心操作。

优选地，两只机械手部件为一组，并行安装在一个机架上面，机械手部件最前端为夹持器，采用反向螺旋丝杆上啮合的双螺母平动移动夹持手指进行导管导丝的夹持，两只机械手部件的夹持中心共线，形成一个器件通道，夹持器安装在转丝关节末端上，转动中心为夹持器的夹持中心，当夹持器夹住导管导丝时，转丝关节可以进行导管导丝绕其自身轴线的转动，转丝关节安装在翻转关节末端上，翻转关节轴线与转丝关节轴线垂直并与器件通道中心线平行，翻转关节安装在移动关节末端上，移动关节做直线运动，输出杆上安装力传感器测量操作时的阻力，同时安装位移传感器测量输出杆的位移，以进行精确的导管导丝介入推进控制，当翻转关节未翻转并且导管导丝夹紧时，移动关节运动可以进行导管导丝的移动，当夹持器松开导管导丝后翻转关节翻转90°时，移动关节运动可以移动夹持手指越过另一个机械手的夹持手指，实现操作顺位的变更。两组机械手的机架并行安装，初始位时两组机械手的器件通道重合，采用丝杆螺母驱动两组机械手的机架实现分离，分离方向垂直于通道中心线。两只机械手部件并行组成一组，可以模拟一个人的两只手，实现单个医生的手工操作，在典型的应用中，两组共四只机械手可以模拟实现主刀医生及其助手，完成手术中的所有操作，自由度和操作灵活性满足临床需求。

优选地，两组并行安装的机械手机构，可以进行通道变更，两组机械手分离后各自具有一个器件通道，可以并行对器件进行操作，实现两通道介入手术的操作，在应对复杂更多通道的手术操作时，按照两通道变更相似的方法，可以实现三通道及以上的通道变更。

优选地，本发明是由移动关节、翻转关节、转丝关节、夹持手指串行安装的四自由度机械手，机械手可以模仿医生一只手的动作来进行导管导丝的操作。

优选地，本发明的移动关节，由减速电机的输出轴经过联轴器连接滚珠丝杆，滚珠丝杆啮合丝杆螺母在导杆上直线移动，并通过输出杆将运动输出，减速电机的基座固定在机械手机架上，滚珠丝杆支撑在机械手机架上，输出杆在机械手机架的端部伸出或者缩回，形成推拉机构，锥形波纹管的两端面分别固定在机械手机架和输出杆的端部实现对推拉机构的密封。

优选地，本发明的翻转转动关节，基座安装在力传感器的一端，基座上安装减速电机，减速电机输出轴与摆臂轴通过联轴器联结，摆臂轴支撑在基座上，摆臂轴上固定安装摆臂，同时摆臂轴上安装电磁抱死装置，在翻转动作完成前后，均处于抱死状态。翻转关节初始位置时，摇臂与输出杆方向垂直，进行导管导丝的操作，翻转后摇臂与输出杆方向相同，用于跨越其他机械手进行操作顺位的变更。

优选地，本发明的转丝转动关节，转丝电机安装在摇臂上，转丝电机上安装的齿轮与转丝齿轮啮合，转丝齿轮在摇臂的圆弧槽型滑道中滑行转动，转丝电机采用步进电机或者采用带有编码器的减速电机，实现高精度的转动。

优选地，本发明的夹持手指的减速电机支撑在转丝齿轮内壁上，减速电机输出轴上安装初级齿轮，丝杆支撑在转丝齿轮上，丝杆的中间位置固定安装次级齿轮，丝杆的两端螺距相同、旋向相反，当夹持减速电机带动初级齿轮啮合次级齿轮时，丝杆转动，啮合在旋向相反的丝杆上的手指螺母会相向或者相背运动，手指螺母相向运动会夹紧导管或者导丝，相背运动会松开导管或者导丝，手指螺母上具有V型聚拢弹簧片，用来定位导管导丝，当夹持时，导管导丝的中心会自动定位于夹持机械手指的夹持中心，夹持中心固定，不会因为导管导丝规格变化而变化，此夹持中心在设计上保证与转丝齿轮的转动中心重合。

优选的，机械手采用移动-转动Ⅰ-转动Ⅱ-平动的四个关节顺序配置方式，移动-转动Ⅰ配合实现顺位变更，移动、转动Ⅱ、平动实现对导管导丝的推送、转动、夹持等手术动作，模拟人工操作时的人手动作；

优选的，用于夹持导管导丝的夹持手指采用平板型接触面，聚拢导管导丝的机构采用V型弹片，V型弹片使得导管导丝能够向夹持中心自适应的聚拢，而导管导丝被夹持在平面型接触面中间，不仅可以提高夹持力，而且能够保持导管导丝在加持后不会翘曲。

实施例1：

1号操作手1与2号操作手2组成I组，并行安装在由I组前端盖10与I组后端盖18之间固定I组支撑块15组成I组的机架上，3号操作手3与4号操作手4组成II组，并行安装在由II组前端盖25与II组后端盖19之间固定II组支撑块23组成II组的机架上，前丝杆电机24和后丝杆电机21安装在II组的机架上，分别通过驱动前第一丝杆14和后第一丝杆17在前导杆13和后第一导向杆20的导向下旋和I组机架上的I组支撑块15上的螺纹孔，I组机架和II组机架分离、合并来实现通道变化，在2号机械手2中输出杆9由移动关节16驱动产生直线运动，输出杆9前端串行安装力传感器8用来测量操作过程中的阻力，翻转关节6串行安装在力传感器8的端部，翻转关节6上安装反射盘7，配合安装在I组前端盖10上的激光测距传感器11进行输出杆9的位移测量，翻转关节6的关节轴线与输出杆9的轴线垂直相交，并垂直于交点与通道中心的连线，翻转关节6翻转前末端执行器5与输出杆9垂直，翻转后与输出杆9共线，末端执行器5上具有导管导丝夹持和转丝功能，夹持中心和转丝的转动中心重合，作为器件通道中心。

如图2所示，一种血管介入用变通道和顺位的操作械手及手术机器人，其通道变化可以实现一变二，1号操作手1和2号操作手2为一组，3号操作手3和4号操作手4为一组，两组在(a)状态时共用一个通道A，分离后变为(b)状态，产生两个器件通道A1和A2，此外，如果增加额外的操作机械手，即5号操作机械手S1和6号操作机械手S2，组成的第三组，分离后可以实现一通道、二通道、三通道之间的互变，例如状态(c)由共用通道B变为(d)状态的三通道B1、B2和B3。

如图3所示，一种血管介入用变通道和顺位的操作械手及手术机器人，移动关节16包括支撑筒161，移动电机162，电机固定盘163，移动联轴器164，丝杆支撑盘165，第二导向杆166，第二丝杆167，螺母168，筒端盖169，波纹管1610；移动电机162由电机固定盘163固定在支撑筒161内，第二丝杆167的两端由丝杆支撑盘165和筒端盖169支撑，移动电机162的输出轴与第二丝杆167通过移动联轴器164联结，旋和在第二丝杆167上的螺母168，由两端固定支撑在丝杆支撑盘165和筒端盖169上的第二导向杆166止转导向产生直线运动，由输出杆9将运动输出到外部，波纹管1610一端固定在筒端盖169上，一端固定在输出杆9端部，用于密封防护，在输出杆9后部串行安装力传感器8，用于末端执行器5的阻力测量，力传感器8后端串行安装翻转关节6，安装在转动关节6上的反射板7和安装在支撑筒161上的激光测距传感器11测量输出杆9的位移，转丝组件51绕翻转关节6的轴线进行90°的翻转，夹持组件52装在转丝组件51上，转丝组件51转动夹持组件52绕夹持中心T转动，转动方向R是双向的，夹持组件51沿C方向进行导管导丝的夹持。

如图4所示，一种血管介入用变通道和顺位的操作械手及手术机器人，翻转关节6包括翻转机架61，电磁抱闸62，安装板63，电机安装盖64，翻转电机联轴器65，翻转电机66，摆臂轴67，摆臂68，电机安装盖64固定在翻转机架61上，翻转电机66固定在电机安装盖64上，支撑在翻转机架61上的摆臂轴67通过翻转电机联轴器65联接翻转电机66，摆臂68两端固定支撑在摆臂轴67上，将翻转运动输出，电磁抱闸62通过安装板63安装在翻转机架61上，电磁抱闸62为中空型，摆臂轴67穿行其中，电磁抱闸62通电时会抱死摆臂轴67。转丝组件51包括：转丝电机511，转丝初级齿轮512，转丝次级齿轮513，转丝电机511安装在摆臂68上，转丝初级齿轮512安装在转丝电机511的输出轴上，转丝次级齿轮513支撑在摆臂68的圆弧形支撑槽中，可以滑动，转丝次级齿轮513与转丝初级齿轮512啮合并且转丝电机511启动时，转丝次级齿轮513转动。夹持组件52包括：夹持丝杆521，左手指522，聚拢弹片523，右手指525，夹持次级齿轮526，固定架527，夹持电机528，夹持初级齿轮529，夹持电机528通过固定架527安装在转丝次级齿轮513上，夹持电机528的电机输出轴上固定安装夹持初级齿轮529，夹持丝杆521两端支撑在转丝次级齿轮513上，夹持丝杆521的中间固定安装夹持次级齿轮526，夹持次级齿轮526与夹持初级齿轮529啮合，夹持丝杆521的丝杆左右各一半长度为左右旋向相反的，左手指522和右手指525分别旋和在这两个旋向相反的半段上，夹持丝杆521正反转动时，左手指522和右手指525产生相向或者相离运动，夹紧或者松开由安装在其上的聚拢弹片523聚拢和自动定位在夹持中心524位置的导管导丝，需要指出的是在设计摆臂68上的圆弧形滑槽和设计圆弧形的转丝次级齿轮513时，需要保证其圆弧的中心与夹持中心524重合。

如图5所示，在顺位变更时，需要采取的步骤一般为：(a)为初始位置，翻转关节C6转动90°使得末端执行器C5与输出杆C9共线，如(b)，然后输出杆C9推进，越过末端执行器5到达需要的位置，如(c)，然后翻转关节C6回转90°，末端执行器C5进入通道，各状态(a)、(b)、(c)、(d)对应的从输出杆9推进方向看过去的正面视图分别如其右侧图所示。

如图6所示，在顺位变更时，可以使用其他相类似的方法，一种方法是将图1中的翻转关节6变为伸缩关节26，需要采取的步骤一般为：(a)为初始位置，伸缩关节C26带动末端执行器C5缩回，如(b)，然后输出杆C9推进，越过末端执行器5到达需要的位置，如(c)，然后伸缩关节26伸长，末端执行器C5伸出进入通道，各状态(a)、(b)、(c)、(d)对应的从输出杆9推进方向看过去的正面视图分别如其右侧图所示。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种机械手部件，其特征在于，所述机械手部件包括末端执行器(5)、翻转关节(6)、反射板(7)、力传感器(8)、输出杆(9)、移动关节(16)；其中，输出杆(9)的一端连接移动关节(16)，输出杆(9)的另一端与力传感器(8)、翻转关节(6)、末端执行器(5)依次连接，反射板(7)安装在翻转关节(6)上。

2.根据权利要求1所述的一种机械手部件，其特征在于，所述移动关节(16)包括支撑筒(161)、移动电机(162)、电机固定盘(163)、移动联轴器(164)、丝杆支撑盘(165)、第二导向杆(166)、第二丝杆(167)、螺母(168)、筒端盖(169)、波纹管(1610)；其中，移动电机(162)通过电机固定盘(163)安装在支撑筒(161)内，移动电机(162)通过移动联轴器(164)连接第二丝杆(167)，第二导向杆(166)、第二丝杆(167)的一端均连接丝杆支撑盘(165)，第二导向杆(166)、第二丝杆(167)的另一端均连接筒端盖(169)，螺母(168)连接第二导向杆(166)、第二丝杆(167)、输出杆(9)，波纹管(1610)的一端紧固连接筒端盖169，波纹管(1610)的另一端紧固连接输出杆(9)。

3.根据权利要求1所述的一种机械手部件，其特征在于，所述翻转关节(6)包括翻转机架(61)、电磁抱闸(62)、安装板(63)、电机安装盖(64)、翻转电机联轴器(65)、翻转电机(66)、摆臂轴(67)、摆臂(68)；其中，电机安装盖(64)紧固安装在翻转机架(61)上，翻转电机(66)紧固安装在电机安装盖(64)上，翻转电机(66)通过翻转电机联轴器(65)连接安装在翻转机架(61)上的摆臂轴(67)，摆臂(68)连接摆臂轴(67)，电磁抱闸(62)通过安装板(63)安装在翻转机架(61)上，电磁抱闸(62)上设置通孔，摆臂轴(67)贯穿电磁抱闸(62)上的通孔，电磁抱闸(62)通电时抱死摆臂轴(67)，摆臂(68)的末端设置有圆弧形支撑槽；

翻转关节(6)的关节轴线与输出杆(9)的轴线垂直相交，并垂直于交点与通道中心的连线；翻转关节(6)翻转前末端执行器(5)与输出杆(9)垂直，翻转后末端执行器(5)与输出杆(9)共线。

4.根据权利要求1所述的一种机械手部件，其特征在于，所述末端执行器包括转丝组件、夹持组件，转丝组件的一端连接翻转关节(6)，转丝组件的另一端连接夹持组件；

转丝组件包括转丝电机(511)，转丝初级齿轮(512)，转丝次级齿轮(513)，转丝电机(511)安装在翻转关节(6)的摆臂(68)上，转丝初级齿轮(512)安装在转丝电机(511)的输出轴上，转丝初级齿轮(512)齿合转丝次级齿轮(513)，转丝次级齿轮(513)滑动安装在翻转关节(6)的摆臂(68)的圆弧形支撑槽中；

夹持组件包括夹持丝杆(521)、左手指(522)、聚拢弹片(523)右手指(525)、夹持次级齿轮(526)、固定架(527)、夹持电机(528)、夹持初级齿轮(529)；夹持丝杆(521)两端分别连接翻转关节(6)的摆臂(68)末端圆弧形支撑槽的两端，夹持电机(528)通过固定架(527)安装在夹持丝杆(521)上，夹持初级齿轮(529)安装在夹持电机(528)的输出轴上，夹持初级齿轮(529)齿合夹持次级齿轮(526)，夹持次级齿轮(526)紧固连接夹持丝杆(521)的中部，夹持丝杆(521)中点两侧分别旋合安装左手指(522)、右手指(525)，左手指(522)、右手指(525)上分别安装有聚拢弹片(523)；

夹持丝杆(521)中点两侧螺纹旋向相反，夹持丝杆(521)正反转动时，左手指(522)和右手指(525)相向或者相离运动，从而夹紧或者松开夹持中心位置(524)的导管导丝。

5.根据权利要求4所述的一种机械手部件，其特征在于，所述翻转关节(6)的摆臂(68)的末端的圆弧形支撑槽、转丝次级齿轮(513)的圆心与持中心位置(524)重合。

6.一种血管介入用变通道和顺位的操作机械手，其特征在于，包括一组或多组机械手机构、第一导向杆、第一丝杆、丝杆电机，机械手机构之间通过第一导向杆、第一丝杆相互连接，第一丝杆的一端连接机械手机构，第一丝杆的另一端连接丝杆电机。

7.根据权利要求6所述的血管介入用变通道和顺位的操作机械手，其特征在于，所述械手机构包括一个或多个机械手部件、端盖、激光测距传感器(11)、支撑杆、支撑块，操作手安装在主要由端盖、支撑杆、支撑块组成的机架上，与操作手相对应的激光测距传感器(11)安装在端盖上。

8.根据权利要求7所述的血管介入用变通道和顺位的操作机械手，其特征在于，第一导杆、第一丝杆均安装在支撑块上，支撑块上设置有与第一丝杆对应螺纹孔，第一丝杆的贯穿支撑块，第一丝杆的一端连接丝杆电机，第一丝杆的另一端连接另一支撑块上的螺纹孔，在第一导向杆的导向下通过丝杆电机控制第一丝杆的旋进和旋出对应螺纹孔来控制两个操作手的合并和分离，从而实现通道变化。

9.根据权利要求6所述的血管介入用变通道和顺位的操作机械手，其特征在于，将机械手机构中的两个机械手部件分别记为一个机械手部件、另一个机械手部件；一个机械手部件与另一个机械手部件之间能够处于避开状态，其中，在所述避开状态下，所述一个机械手部件的末端执行器(5)与另一个机械手部件的末端执行器(5)之间，在机械手部件的轴向行进方向上错位避开；

顺位变更时，在初始位置一个机械手部件的翻转关节(6)转动一个角度使得一个机械手部件的末端执行器(5)避开另一个机械手部件，一个机械手部件的输出杆(9)向前推进，越过另一个机械手部件的末端执行器(5)到达指定位置后，一个机械手部件的翻转关节(6)回转一个角度，一个机械手部件的末端执行器(5)进入通道；

顺位变更时，伸缩关节(26)使一个机械手部件与另一个机械手部件之间能够处于避开状态，在初始位置一个机械手部件的伸缩关节(26)带动一个机械手部件的末端执行器(5)缩回，一个机械手部件的输出杆(9)向前推进，越过另一个机械手部件的末端执行器(5)到达指定位置后，一个机械手部件的伸缩关节(26)带动一个机械手部件的末端执行器(5)伸长，一个机械手部件的末端执行器(5)进入通道。

10.一种手术机器人，其特征在于，所述手术机器人采用权利要求1至9中任一项所述的机械手部件和/或血管介入用变通道和顺位的操作机械手。