CN109303610B - 手术器械夹持机构、末端执行器及采用其的手术机械臂 - Google Patents

Abstract

一种手术器械夹持机构、末端执行器及采用其的手术机械臂。该手术机械臂可在实时CT图像引导下，远程控制来调整手术器械的穿刺轨迹，并引导手术器械沿目标穿刺轨迹推进入目标深度。同时，机械臂末端的手术器械进给装置可以与机械臂脱离并能实现与机械臂的重新接合。手术器械与机械臂的脱离，可以使手术器械伴随呼吸运动来消除机械臂对手术器械端部的刚性固定而引起的轨迹偏移和穿刺点损伤等，也能满足紧急状况下，手术器械的快速释放；与手术机械臂的重新接合，可以使手术器械恢复与手术机械臂的相对位置，以便进行再一次的穿刺轨迹调整。

Description

手术器械夹持机构、末端执行器及采用其的手术机械臂

技术领域

本发明涉及一种医用设备领域，尤其是涉及一种手术器械夹持机构、末端执行器及采用其的手术机械臂。

背景技术

针穿刺是现代外科手术中较为普通的技术，特别是在微创外科领域。穿刺针在影像和其他传感的引导下，刺入软组织病灶靶点，完成防止药物、活检、局部麻醉、放射和消融治疗等操作。针穿刺广泛应用于前列腺、肺、肝、肾和脊柱等器官组织的诊疗。

穿刺针的穿刺路径引导主要有超声引导和CT引导两种。尽管CT引导的实时性和效率都不及超声引导，但超声诊断仅对实质性脏器有效，对腹部和肺脏含有大量气体的器官无效，而CT检查优秀的成像质量，其高分辨力对胸部疾病诊断的优越性，使得CT引导在穿刺术中常常被引用。

然而在传统的CT扫描的情况下，穿刺轨迹依赖于术前CT图像，无法克服穿刺过程中患者的生理运动例如呼吸对穿刺针角度和位置的影响，医生无法实时观察穿刺针在患者体内的运动方向和针尖实际到达的位置，很难一次准确的穿刺到正确部位，导致会出现反复多次调整进针，反复CT扫描验证的现象，这种无法精确到位的穿刺，直接增加了病人的痛苦，并造成手术时间长，同时存在CT扫描验证需要医护人员扶针、重复性差等诸多问题。

而利用CT透视引导实时穿刺能够克服患者的生理运动对穿刺方向的影响，并且在穿刺过程中可以实时监测穿刺针穿过组织器官所引起的变化，从而能够大大提高穿刺的准确性和安全性。但是，常规的CT透视的应用需要医生紧靠CT扫描架站立，并把手伸入扫描架内手持穿刺针，通过医生的手动操作将穿刺针穿入患者体内。一方面由于医生暴露于X射线下操作难以避免射线对医生的辐射；另一方面，医生的操作受到CT机特定的狭小空间的限制，使得医生对穿刺针的操作极为不方便，从而影响穿刺的效果。

随着机器人辅助技术的发展，及其在医疗领域的应用，使这一现状得到了改善，主从式手术机器人的出现，能避免医生直接暴露于射线中，同时克服医生疲劳、手抖动和手眼协调问题等引起的操作误差，提高了穿刺的精准性和稳定性。

但是现有的穿刺针与机械臂刚性固连，不能随呼吸运动且穿刺姿态调整仅一个自由度，穿刺范围有限；或者在考虑呼吸作用时，仍然可能会对穿刺点处的皮肤有撕扯，同时器械成本居高不下。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种手术机械臂，以解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，本发明提供了一种手术器械夹持机构，其特征在于，包括：

夹具，用于夹持待操作的手术器械，且能够在外来输入动力的驱动下，驱使所述手术器械执行规定动作；

固定连接单元，用于将所述手术器械夹持机构与一手术机械臂实现可拆卸的固定连接；

柔性连接单元，用于在解除所述固定连接之时使所述手术器械夹持机构与所述手术机械臂保持柔性连接；所述柔性连接是指通过能够弯曲和/或拉伸的柔性连接带进行连接；所述柔性连接单元包括柔性连接带和/或柔性连接带固定端。

作为本发明的另一个方面，本发明还提供了一种手术机械臂的末端执行器，包括动力输入单元和运动传递单元，其特征在于：

所述动力输入单元用于将来自手术机械臂主体部分的外来输入动力传输至与之连接的运动传递单元；

所述运动传递单元用于将所述外来输入动力进一步传输至与之连接的手术器械夹持机构，以驱动所述手术器械夹持机构夹持的手术器械执行规定动作；

其中，所述运动传递单元上设置有固定连接单元和柔性连接单元；所述固定连接单元用于与所述手术器械夹持机构实现可拆卸的固定连接；所述柔性连接单元用于在解除所述固定连接之时使所述运动传递单元与所述手术器械夹持机构保持柔性连接；所述柔性连接单元包括柔性连接带和/或柔性连接带固定端。

作为本发明的再一个方面，本发明还提供了一种手术机械臂，包括机械臂台车、被动机械臂、姿态调整机构和末端执行器；其中：

所述被动机械臂由所述机械臂台车支撑，能够手动调节所述被动机械臂的姿势和位置；

所述姿态调整机构安装于所述被动机械臂上，包括铰接成空间平行四边形结构的多条连杆，用于对安装在其上的末端执行器的姿势进行调整；

所述末端执行器为如上所述的末端执行器，用于与手术器械夹持机构连接。

基于上述技术方案可知，本发明的远端从动手术机械臂具有如下有益效果：可以实现各类相关的经皮穿刺动作，如定向消融、活检等；该机械臂可以在实时CT图像引导下，被远程控制来调整手术器械(如穿刺针、消融针)的穿刺轨迹，并引导手术器械沿目标穿刺轨迹推进入目标深度；同时，机械臂末端的手术器械进给装置可以与机械臂脱离并能实现与机械臂的重新接合。手术器械与机械臂的脱离，可以使手术器械伴随呼吸运动来消除机械臂对手术器械端部的刚性固定而引起的轨迹偏移和穿刺点损伤等，也能满足紧急状况(如手术器械的过度弯曲而引发折断危险)下，手术器械的快速释放；与机械臂的重新接合，可以使手术器械恢复与机械臂的相对位置，以便进行再一次的穿刺轨迹调整。

附图说明

图1A是本发明的手术机械臂的结构形态1及相对安装关系的示意图；

图1B是本发明的手术机械臂的结构形态2及相对安装关系的示意图；

图2是本发明的穿刺姿态调整装置的主视图；

图3是本发明的穿刺姿态调整装置的左视图；

图4是本发明的穿刺姿态调整装置中空间平行四边形机构的曲柄的示意图；

图5是本发明的动力传送的布局图；

图6是本发明的动力传送的俯视图；

图7是本发明的动力输入装置的轴测图；

图8是本发明的动力输入装置内部结构的示意图；

图9是本发明的运动传递装置的轴测图；

图10是本发明的运动传递装置的俯视图；

图11是本发明的运动传递装置的布局示意图；

图12是本发明的器械进给装置的轴测图；

图13是本发明的器械进给装置的爆炸图；

图14A是本发明的末端执行装置位于最大退回状态时的剖面结构示意图；

图14B是本发明的末端执行装置位于连线完全张紧状态时的剖面结构示意图；

图14C是本发明的末端执行装置位于卡扣收紧状态时的剖面结构示意图；

图14D是本发明的末端执行装置位于完全插入状态时的剖面结构示意图；

图15是本发明的机械臂的应用场景的示意图；

图16A是本发明的手术机械臂在手术中应用时的接合状态的示意图；

图16B是本发明的手术机械臂在手术中应用时的脱离状态的示意图。

上图中，附图标记含义如下：

1-机械臂台车，11-控制箱，12-安装定位座，111-固定滑块，121-脚轮，122-底盘；

2-被动机械臂，21-立柱，22、23、24-机械臂连杆；

3-穿刺姿态调整装置，31-空间平行四边形结构，32-电机组，33-传动带轮组；

4-末端执行器，包括41-动力输入装置，42-运动传递装置，43-器械进给装置；

10-手术机械臂；

20-O型臂CT；

30-手术床。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

本发明公开了一种主从控制医用机器人系统中从动端机械臂的结构及应用，可以实现各类相关的经皮穿刺动作，如定向消融、活检等。该机械臂可以在实时CT图像引导下，被远程控制来调整手术器械(如穿刺针、消融针)的穿刺轨迹，并引导手术器械沿目标穿刺轨迹推进入目标深度。同时，机械臂末端的手术器械进给装置可以与机械臂脱离并能实现与机械臂的重新接合。手术器械与机械臂的脱离，可以使手术器械伴随呼吸运动来消除机械臂对手术器械端部的刚性固定而引起的轨迹偏移和穿刺点损伤等，也能满足紧急状况(如手术器械的过度弯曲而引发折断危险)下，手术器械的快速释放；与机械臂的重新接合，可以使手术器械恢复与机械臂的相对位置，以便进行再一次的穿刺轨迹调整。

具体地，本发明公开了一种手术器械夹持机构，其特征在于，包括：

夹具，用于夹持待操作的手术器械，且能够在外来输入动力的驱动下，驱使手术器械执行规定动作；该手术器械例如为穿刺针、消融针、内窥镜等。

固定连接单元，用于将该手术器械夹持机构与一手术机械臂实现可拆卸的固定连接；该固定连接单元例如采用卡扣连接、毡扣连接、螺栓连接或磁铁吸合连接。

柔性连接单元，用于在解除固定连接之时使该手术器械夹持机构与手术机械臂保持柔性连接；该柔性连接是指通过能够弯曲和/或拉伸的柔性连接带进行连接；柔性连接单元包括柔性连接带和/或柔性连接带固定端。

其中，该夹具为两个圆辊，其中一个固定不动，另一个能够在外来输入动力的驱动下转动。

其中，该柔性连接带例如包括连接线、绳索或链条，例如钓鱼线、麻绳、绸带、塑料链或铁链等。

其中，该手术器械夹持机构中设置有一驱动该夹具的驱动机构，该驱动机构上设置一多边形或偏心的驱动孔，用于接收外来输入动力。该多边形例如为正三角形、正方形或正六边形，只要卡合后能够带动该夹具，例如圆辊转动即可。作为优选，在该驱动孔的孔口处设置有圆倒角，以方便驱动杆，例如动力传动杆的进入。

本发明还公开了一种手术机械臂的末端执行器，包括动力输入单元和运动传递单元，其特征在于：

动力输入单元用于将来自手术机械臂主体部分的外来输入动力传输至与之连接的运动传递单元；

运动传递单元用于将外来输入动力进一步传输至与之连接的手术器械夹持机构，以驱动该手术器械夹持机构夹持的手术器械执行规定动作；

其中，该运动传递单元上设置有固定连接单元和柔性连接单元；固定连接单元用于与手术器械夹持机构实现可拆卸的固定连接；柔性连接单元用于在解除固定连接之时使运动传递单元与手术器械夹持机构保持柔性连接；柔性连接单元包括柔性连接带和/或柔性连接带固定端。

其中，动力输入单元通过齿轮、齿条、链条和/或连杆传输外来输入动力。

其中，动力输入单元还包括一可转动的动力传递杆，动力传递杆上的斜齿轮与传输一路外来输入动力的齿条啮合，在齿条的驱动下向运动传递单元前进或后退；

动力输入单元还包括一传输另一路动力的斜齿轮，在动力传递杆前进到一适当位置时，传输另一路动力的斜齿轮与动力传递杆上的斜齿轮啮合，从而驱使动力传递杆转动，该转动动作用于驱使与末端执行器连接的手术器械夹持机构夹持的手术器械执行规定动作。

其中，该固定连接单元为卡扣结构，优选为与卡扣卡合的卡扣座。

其中，柔性连接单元为塑料线或塑料链条；

运动传递单元中设置有线轮机构，用于收纳该塑料线或塑料链条。

其中，线轮机构能够通过齿轮与动力传递杆上特定位置的齿轮啮合，从而在动力传递杆的驱动下转动收纳该柔性连接单元。

其中，运动传递单元中还设置有让塑料线或塑料链条绕过的从动轮，防止塑料线或塑料链条在运动传递单元中缠绕打结。

其中，柔性连接单元与手术器械夹持机构相连的一头为一卡扣座，从而既能够实现可拆卸的连接，也能够实现柔性连接。

其中，该运动传递单元中还设置有一锁紧装置，当该动力传递杆运动到一适当位置，动力传递杆特定位置上设置的螺纹驱使线轮机构将柔性连接单元收紧，另一特定位置的螺纹则驱使该锁紧装置将卡扣座锁合，从而防止末端执行器与手术器械夹持机构之间松脱。

其中，动力传递杆与手术器械夹持机构相连的一头与该手术器械夹持机构中设置的驱动机构上的驱动孔形状相配合，例如也设置成一多边形或偏心设置。

本发明还公开了一种手术机械臂，包括机械臂台车、被动机械臂、姿态调整机构和末端执行器；其中：

所述被动机械臂由所述机械臂台车支撑，能够手动调节所述被动机械臂的姿势和位置；例如，该被动机械臂由多个关节连接而成，每个关节之间允许进行调整并定位，例如通过螺栓的拧松和锁死来实现调整和固定。

所述姿态调整机构安装于所述被动机械臂上，包括铰接成空间平行四边形结构的多条连杆，用于对安装在其上的末端执行器的姿势进行调整；由于多条连杆组成空间平行四边形，从而在与手术机械臂末端的手术器械对人体的作用点保持足够远时，手术机械臂的突然拉动或摇摆不会改变作用点处手术器械的伸缩，而只是使其左右摆动。

所述末端执行器为如上所述的末端执行器，用于与手术器械夹持机构固定连接。

其中，机械臂台车与手术床固定连接，或者安装在具有脚轮的定位安装座上。作为优选，该机械臂台车通过滑轨与手术床固定连接，从而可以沿着床边滑动，方便对待手术的病人不同部位进行作业。

其中，驱动手术器械进给的动力装置设置在所述被动机械臂上，姿态调整机构和末端执行器均包含传输动力的机构，从而避免姿态调整机构和末端执行器中含有作为动力源的电机等磁场源，以免干扰CT等的测量精度。

其中，末端执行器中的动力输入单元与动力传输单元之间是可拆卸的连接，该动力传输单元和手术器械夹持机构采用塑料制造，可以是一次性使用的，以避免多次使用给待手术的病人交叉感染。

其中，姿态调整机构和末端执行器中的动力输入单元的外表面均覆盖一塑料膜或防水涂层。

作为本发明的一个优选实施例，如图1A～16B所示，本发明的手术机械臂主要由机械臂台车1、被动机械臂2、穿刺姿态调整机构3和末端执行器4组成。其中：控制箱11、定位安装座12组成机械臂台车1。机械臂台车1可以与手术床固连，在进行CT扫描过程中随床移动相对人体位置不变如附图1A，也可以由脚轮121和底盘122构成机械臂的定位安装座12如附图1B，可以相对于手术床左右放置，使穿刺路径有更适宜的调整空间，同时在附图1B形式中控制箱11可以包含固定滑块111与手术床侧滑轨固连，得到图1结构的优点。

箱体顶部固连有立柱21，与被动机械臂连杆22、23、24共同组成被动机械臂2，通过调整被动机械臂2各关节的角度来改变穿刺点的位置。

被动机械臂2的末端连杆24连接穿刺姿态调整装置3，来改变穿刺姿态，动作执行由空间平行四边形结构31实现，动力输入由电机组32实现，同时末端执行器4的动力源也由电机组32提供，由传动带轮组33传入，防止电机对CT成像的影响。

末端执行器4用于实现手术器械的进给和与机械臂末端的接合与分离，动力输入装置41通过铰链连接在空间平行四边形结构31的平行连杆上，通过传动带轮组33获得手术器械沿穿刺轨迹方向运动以及分离和接合运动所需的动力，为了满足消毒需求以及手术器械的释放与相对于机械臂的复位，在其与最终的器械进给装置43间设置运动传递装置42，它们共同配合实现手术器械与机械臂的脱离与再连接，运动传递装置42与器械进给装置43是一次性的。

下面对一些关键部件的具体结构进行详细叙述：

穿刺姿态调整装置的结构

穿刺姿态调整装置3利用空间平行四边形机构在实现远端中心点确定下穿刺路径姿态调整，使穿刺点不受器械拉扯。曲柄311、312与连杆313、314与电机安装座315通过转动副构成空间平行四边形，两连杆为直杆与动力输入装置41铰接，动力传递装置42与动力传递装置41的壳体刚性连接，器械进给装置43在与机械臂连接状态下，与它的连接机构动力输入装置42有确定的相对位置关系，如图2、4，夹持有手术器械44的末端执行器4在机械臂中的有效尺寸为L3，考虑手术器械的变形和机械臂调整时与人体的干涉，设计远端中心点距器械进给装置43上端面的距离为H，考虑末端执行器4的传动布局曲柄两侧与连杆的连接孔(311H1、312H2)相距L2，得到曲柄有效长度L1，则手术时只要能保证器械进给装置上端面与穿刺点的距离为H，则能保证穿刺点在电机321轴线和空间平行四边形曲柄连接孔311H3、311H4、312H3、312H4形成的平面上，即其穿刺点为机构远端中心点，在姿态调整的过程中不受牵拉，电机322轴线与曲柄311的两个连接孔311H3、311H4轴线重合。电机321轴线与电机322轴线相互垂直且相交。电机321带动整个平行四边形机构转动，带动手术器械偏转，电机322驱动曲柄311转动，使手术器械在机构平面内倾斜，以此调整穿刺轨迹。

穿刺姿态调整装置的动力源

穿刺过程中的进出针以及手术器械与机械臂的接合与脱离动作，通过末端执行器4实现，动力来源于置于电机座上电机，通过带轮传动传入动力输入装置41，防止电机金属件对CT图像的影响，其中如图5、6，电机323提供转矩输出到带轮346，经传送带341至带轮347(带轮347安装在与曲柄312的孔312H3装配的转轴上)，再经过传送带342传送到带轮348，至通过带轮343传送到动力输入装置41的左侧传动轴415上。电机324提供转矩经带轮349、传送带344、带轮350及传送带345传送至动力输入装置41的右侧传动轴416上。

动力输入装置

末端执行器4由动力输入装置41、运动传递装置42和器械进给装置43组成。其中动力输入装置41如图7、8，左侧外壳413开孔用于定位安装传动齿轮轴415，右侧外壳411开孔用于定位安装传动轴416，两侧外壳的开孔位置保证装置41与穿刺位姿调整装置3的装配关系，装置基座412前端开有4个孔槽用于装配运动传递装置。在图8中，转动轴移动架417在装置基座412的滑槽中来回移动，转动轴移动架417上有两个方形孔用于装配轴承安装架4111、4112，轴承安装架及轴承用于定位和安装转动轴4113，转动轴末端装配锥齿轮4110，转动轴移动架的平动依靠齿轮齿条配合，动力由传动齿轮轴415输入。同时，传至传动轴416的动力经传动带418传递至传动锥齿轮419，锥齿轮随传动轴移动架417运动到一定距离时与其啮合。

运动传递装置

运动传递装置42如图9、10、11，通过其后盖板421上的4个凸起与动力输入装置41装配，同时隔离传动轴4217与传动轴4113连接，实现在满足可拆卸部分与机械臂主体的隔离下的运动传递，隔离传动轴4217的后端为三瓣圆柱卡扣，与传动轴4113前端卡槽配合，实现两传动轴的连接。前盖板423上方开方孔423H3，在安装时利用手指抵住装配有隔离传动轴的支架4216，防止装配时隔离传动轴的轴向窜动，保证其能与转动轴4113有效连接。前方有两个锥形孔423H1、423H2，用于连接器械进给装置43时的对中和定位。线轮传动轴4215、开合齿轮轴4214、光杆4212与线传送轮426、427安装在安装座424上，安装座424与对侧安装座装配在运动传递装置的安装基座422上，同时安装基座422上有滑槽，使安装在支架4216上的隔离传动轴4217，可以跟随动力输入装置41中的转动轴4113沿轴线方向前后运动，并按序触发线轮转动轴4215和卡扣开合轴4213转动。线轮传动轴4215两侧装配有线轮，线轮一端为缠绕传动线圈428，其绕线轮425、线传送轮426、427，使线轮425运动时，线传动轮同时运动，输送连线429沿切线方向运动，防止连线仅能线轮松散而发生缠绕，连线429端部连接圆柱卡扣4210，当器械进给装置43安装完成后，圆柱卡扣将其连接端卡住，使得器械进给装置能通过连线429与机械臂柔性相连，实现重新接合的需求。卡扣开合齿轮轴4214、卡扣4213和光杆4212组成丝杠，使卡扣可以沿圆柱卡扣4210径向运动进行开合，限制或允许圆柱卡扣的运动。

器械进给装置

器械进给装置43如图12、13，装置分为左右部分，左半部由左侧上盖板433、主动滚子437，左侧轴承座436、左侧安装基座431和轴承装配而成；右半部由右侧上盖板434，安装轴承座438、439及轴承，被动滚子4310、右侧安装基座和两个塑胶按钮435、441装配而成。左侧上盖板433、右侧上盖板434与左侧安装基座431、右侧安装基座432装配完成后钻与手术器械间隙配合的定位孔43H1、43H2。手术开始时，手术器械44先通过手动插入穿刺点并深入一定距离，在手术器械上做与穿刺点距离H的标记，再将器械进给装置43的两部分扣合在手术器械上，使上端面与标记重合。器械进给装置可以通过按压塑胶按钮435、441变形卡扣将装置分开与手术器械分离，方便医生后续操作。与运动传递装置42安装时，卡头431T1、432T1将分别连接于圆柱卡扣4210、4215，锥体431T2、432T2与图9中锥形孔423H2、432H1的锥面配合，器械进给装置43靠线轮收紧连线来获得与机械臂的相对位置，具体参见下文的工作原理的介绍。

手术器械及器械进给装置的具体工作原理及动作关系说明如下：手术器械及器械 进给装置与机械臂的首次安装及进给过程

装配末端执行器时，传动齿轮轴415转动，依靠与转动轴移动架417上的齿条带的啮合关系，使移动架417末端与后盖板距离为S0。向后抵住支架4216，将隔离传动轴4217与转动轴4113连接，并使运动传递装置42装配于动力输入装置41上。将该状态称为最大退回状态，如图14A，此时，连线429松弛。

传动齿轮轴415继续转动，使移动架417向前运动距离S1-S0，如图14B，此时隔离传动轴4217后端的齿圈带动线轮传动轴4215转动，线轮425及线传送轮426、427收紧，连线收紧并在挡板4211的共同作用下，连线429张紧，此时将器械进给装置43插入运动传递装置42的锥孔423H1、423H2中，由于连线张紧，认为圆柱卡扣与挡板刚性固连，所以器械进给装置43的两个卡头431T1、431T2会被圆柱卡扣卡住，此时器械进给装置43有相对于机械臂确定的位姿。

传动齿轮轴415继续转动，移动架417向前运动距离S2-S1，如图14C，此时隔离传动轴4217前端的齿圈带动开合齿轮轴4214转动，其上的螺纹带动卡扣4213沿开合齿轮轴轴线向中间运动，限制圆柱卡扣4210、4215的前后运动，并由于锥孔431H1、431H2处的锥面定位配合，使器械传递装置43刚性连接于机械臂上。此时，隔离传动轴的前端深入器械传递装置的左侧安装基座431的孔中，但未深入主动滚子437的传动槽中，使绳收紧过程不受影响。

传动齿轮轴415继续转动，移动架417向前运动距离S3-S2，如图14D，隔离传动轴伸入主动滚子的传动槽中，同时转动轴4113末端固连的锥齿轮4110与传动锥齿轮419啮合，动力自传动轴416、带轮418传递至传动锥齿轮419上，带动传动轴4113、隔离传动轴4217、主动滚子转动，在摩擦力的作用下使夹持的手术器械实现进给运动。

手术器械及器械进给装置与机械臂的脱离与再接合过程

脱离过程认为是前述过程的逆向运动，当需要解除手术器械与机械臂的固定状态时，传动齿轮轴415反向转动，依次打开卡扣、放松连线，解除器械进给装置与机械臂的固连状态，并且在连线429和圆柱卡扣4210的共同作用下，与机械臂柔性连接，使手术器械即使呼吸作用下也保持与穿刺靶点随动。

再次接合时，传动齿轮轴415再次正向转动，重复前述安装及进给过程，并且在连线收紧的过程中，锥形孔431H1、431H2的对中作用，可以使圆柱卡扣顺利复位，完成器械进给装置与机械臂的再次固连。

图15、16A、16B分别展示了本机械臂在构型1下的应用场景效果图及术中手术器械与机械臂接合及分离的两种使用状态，构型2的应用效果与其类似，与手术床的相对安装状态类似于图1B。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种手术器械夹持机构，其特征在于，包括：

夹具，用于夹持待操作的手术器械，且能够在外来输入动力的驱动下，驱使所述手术器械执行规定动作；

固定连接单元，用于将所述手术器械夹持机构与一手术机械臂实现可拆卸的固定连接；

柔性连接单元，用于在解除所述固定连接之时使所述手术器械夹持机构与所述手术机械臂保持柔性连接；所述柔性连接是指通过能够弯曲和/或拉伸的柔性连接带进行连接；所述柔性连接单元包括柔性连接带和/或柔性连接带固定端；

其中，所述手术器械夹持机构包括动力输入装置和运动传递装置，所述运动传递装置包括后盖板、前盖板、圆柱卡扣、光杆、卡扣开合轴、卡扣开合齿轮轴、线轮传动轴、支架、隔离传动轴、安装基座、安装座、线轮、两个线传送轮、传动线圈和输送连线，其中：

运动传递装置通过其后盖板上的4个凸起与动力输入装置装配，同时隔离传动轴与动力输入装置的传动轴连接，实现在满足可拆卸部分与机械臂主体的隔离下的运动传递，隔离传动轴的后端为三瓣圆柱卡扣，与动力输入装置的传动轴前端卡槽配合，实现两传动轴的连接；前盖板上方开方孔，在安装时抵住装配有隔离传动轴的支架，防止装配时隔离传动轴的轴向窜动，保证其与转动轴有效连接；运动传递装置的前方有两个锥形孔，两个锥形孔用于连接夹具时的对中和定位；线轮传动轴、卡扣开合齿轮轴、光杆与线传送轮、安装在安装座上，安装座与对侧安装座装配在运动传递装置的安装基座上，同时安装基座上有滑槽，使安装在支架上的隔离传动轴，可以跟随动力输入装置中的转动轴沿轴线方向前后运动，并按序触发线轮转动轴和卡扣开合轴转动；线轮传动轴两侧装配有线轮，线轮一端缠绕传动线圈，其绕线轮、两个线传送轮，使线轮运动时，两个线传动轮同时运动，输送连线沿切线方向运动，防止输送连线仅能线轮松散而发生缠绕，输送连线端部连接圆柱卡扣，当夹具安装完成后，圆柱卡扣将夹具连接端卡住，使得夹具能通过输送连线与手术机械臂柔性相连，实现重新接合的需求；卡扣开合齿轮轴、圆柱卡扣和光杆组成丝杠，沿圆柱卡扣径向运动进行开合，限制或允许圆柱卡扣的运动；

其中，所述固定连接单元为圆柱卡扣，所述柔性连接带为输送连线。

2.如权利要求1所述的手术器械夹持机构，其特征在于，所述夹具为两个圆辊，其中一个固定不动，另一个能够在外来输入动力的驱动下转动；

所述柔性连接带包括连接线、绳索或链条；

所述手术器械夹持机构中设置有一驱动所述夹具的驱动机构，所述驱动机构上设置一多边形或偏心的驱动孔，用于接收所述外来输入动力。

3.一种手术机械臂的末端执行器，包括动力输入单元和运动传递单元，其特征在于：

所述动力输入单元用于将来自手术机械臂主体部分的外来输入动力传输至与之连接的运动传递单元；

所述运动传递单元用于将所述外来输入动力进一步传输至与之连接的手术器械夹持机构，以驱动所述手术器械夹持机构夹持的手术器械执行规定动作；

其中，所述运动传递单元上设置有固定连接单元和柔性连接单元；所述固定连接单元用于与所述手术器械夹持机构实现可拆卸的固定连接；所述柔性连接单元用于在解除所述固定连接之时使所述运动传递单元与所述手术器械夹持机构保持柔性连接；所述柔性连接单元包括柔性连接带和/或柔性连接带固定端；

其中，所述运动传递单元为权利要求1-2中任一项所述的运动传递装置。

4.如权利要求3所述的末端执行器，其特征在于，所述动力输入单元通过齿轮、齿条、链条和连杆中至少之一传输所述外来输入动力；

所述动力输入单元还包括一可转动的动力传递杆，所述动力传递杆上的斜齿轮与传输一路外来输入动力的齿条啮合，在所述齿条的驱动下向所述运动传递单元前进或后退；

所述动力输入单元还包括一传输另一路动力的斜齿轮，在所述动力传递杆前进到一适当位置时，所述传输另一路动力的斜齿轮与所述动力传递杆上的斜齿轮啮合，从而驱使所述动力传递杆转动，所述转动用于驱使与所述末端执行器连接的手术器械夹持机构夹持的手术器械执行规定动作。

5.如权利要求4所述的末端执行器，其特征在于，所述固定连接单元为卡扣结构，为与卡扣卡合的卡扣座；

所述柔性连接单元为塑料线或塑料链条；

所述运动传递单元中设置有线轮机构，用于收纳所述塑料线或塑料链条。

6.如权利要求5所述的末端执行器，其特征在于，所述线轮机构能够通过齿轮与动力传递杆上特定位置的齿轮啮合，从而在所述动力传递杆的驱动下转动收纳所述柔性连接单元；

所述运动传递单元中还设置有让所述塑料线或塑料链条绕过的从动轮，防止所述塑料线或塑料链条在所述运动传递单元中缠绕打结；

所述柔性连接单元与所述手术器械夹持机构相连的一头为一卡扣座，从而既能够实现可拆卸的连接，也能够实现柔性连接；

所述动力传递杆与所述手术器械夹持机构相连的一头与所述手术器械夹持机构中设置的驱动机构上的驱动孔相配合。

7.一种手术机械臂，包括机械臂台车、被动机械臂、姿态调整机构，其中：

所述被动机械臂由所述机械臂台车支撑，能够手动调节所述被动机械臂的姿势和位置；

所述姿态调整机构安装于所述被动机械臂上，包括铰接成空间平行四边形结构的多条连杆，用于对安装在其上的末端执行器的姿势进行调整；

所述末端执行器为如权利要求3至6任意一项所述的末端执行器，用于与手术器械夹持机构连接。

8.如权利要求7所述的手术机械臂，其特征在于，所述机械臂台车与手术床固定连接，或者安装在具有脚轮的定位安装座上；

所述机械臂台车通过滑轨与手术床固定连接；

驱动手术器械进给的动力装置设置在所述被动机械臂上，所述姿态调整机构和末端执行器均包含传输动力的机构。

9.如权利要求7所述的手术机械臂，其特征在于，所述末端执行器中的动力输入单元与动力传输单元之间是可拆卸的连接，所述动力传输单元是一次性使用的。

10.如权利要求7所述的手术机械臂，其特征在于，所述姿态调整机构和末端执行器中的动力输入单元的外表面均覆盖一塑料膜或防水涂层。

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