CN110720987A - 一种用于单孔微创手术的机器人装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于单孔微创手术的机器人装置，包括支架、至少一个驱动组件和至少一个手术器械，驱动组件包括外壳、动力源以及传动机构，外壳可往复移动地安装在支架上，且外壳的一侧具有开口；传动机构与动力源传动连接，并共同封装在外壳内，传动机构的输出端位于外壳的开口处；手术器械包括器械底盘和器械杆体，器械底盘可拆卸地安装在外壳的开口处，器械底盘与传动机构的输出端传动连接，器械杆体安装在器械底盘的远离外壳的一侧，并与器械底盘传动连接。该机器人装置通过将驱动组件模块化，使得手术器械的安拆更加方便，并能够与多种类型的微创手术器械进行适配，提高了机器人装置的兼容性。

Description

一种用于单孔微创手术的机器人装置

技术领域

本申请涉及一种用于单孔微创手术的机器人装置，属于医疗设备技术领域。

背景技术

微创手术机器人系统通过微小手术切口，运动精密手术机械臂及多自由度手术器械完成病变组织的切割、烧灼和缝合等操作。

与传统微创腹腔镜手术器械相比，微创机器人手术器械通常具有多个主动关节，通过钢丝或连杆机构将驱动电机力矩传递到手术器械末端，搭配多种微创手术器械，完成各类腹腔手术操作。

由于手术器械使用前需要通过严格的消毒处理，因此，需要将手术器械与驱动装置分开，目前，二者的安装与拆卸较为繁琐，使用不便利。

发明内容

本申请所要解决的技术问题在于提供一种用于单孔微创手术的机器人装置，旨在提高微创手术机器人装置的安拆效率，并提高微创手术机器人的兼容性。

为了实现上述目的，本申请采用下述的技术方案：

一种用于单孔微创手术的机器人装置，包括：

支架；

至少一个驱动组件，所述驱动组件包括外壳、动力源以及传动机构，所述外壳可往复移动地安装在所述支架上，且所述外壳的一侧具有开口；所述传动机构与所述动力源传动连接，并共同封装在所述外壳内，所述传动机构的输出端位于所述外壳的开口处；

至少一个手术器械，所述手术器械包括器械底盘和器械杆体，所述器械底盘可拆卸地安装在所述外壳的开口处，且所述器械底盘与所述传动机构的输出端传动连接，所述器械杆体安装在所述器械底盘的远离所述外壳的一侧，并与所述器械底盘传动连接。

其中较优地，所述驱动组件还包括插接部，所述器械底盘上具有通孔和弹性回位部；

所述通孔的位置与所述插接部的位置相对应，所述弹性回位部沿垂直于所述通孔轴线的方向可往复移动，以打开或封堵所述通孔，所述插接部相应地与所述通孔相互插接或分离。

其中较优地，所述弹性回位部包括按钮、阻挡部以及弹簧；

所述按钮固定在所述阻挡部上，所述阻挡部沿垂直于所述通孔轴线的方向可往复移动，以打开或封堵所述通孔；

所述弹簧的一端固定在所述器械底盘上，所述弹簧的另一端固定在所述按钮上。

其中较优地，所述插接部上开设有卡槽，所述阻挡部上具有与所述卡槽相匹配的卡板，所述插接部插接在所述通孔内时，所述卡板与所述卡槽相卡合。

其中较优地，所述支架上设有导轨，所述导轨上设有滑块，所述滑块与所述驱动组件固定连接；

所述机器人装置还包括直线驱动机构，所述直线驱动机构与所述驱动组件传动连接，并带动所述外壳沿所述导轨往复移动。

其中较优地，所述直线驱动机构包括：

第一电机，用于为驱动组件的直线运动提供驱动力；

绕线轮，安装在所述第一电机的动力输出端，且所述绕线轮上绕置有第一钢丝绳；

第一导向轮，所述第一钢丝绳的一端固定在所述绕线轮上，另一端绕过所述第一导向轮，并固定在所述驱动组件的外壳上；

第二电机，用于为驱动组件的直线运动提供驱动力；

第二导向轮，安装在所述第二电机的动力输出端，所述第二导向轮上绕置有第二钢丝绳，所述第二钢丝绳的一端固定在所述绕线轮上，所述第二钢丝绳的另一端固定在所述驱动组件的外壳上。

其中较优地，所述导轨的两端分别设有挡板，用于防止所述外壳脱离所述导轨。

其中较优地，所述支架包括矩形底板，所述矩形底板的四角分别朝同一方向延伸出一根固定柱，每一根所述的固定柱上均安装有一个所述的驱动组件，每一个所述的驱动组件上均安装有一个所述的手术器械，四个所述的手术器械共同形成十字形状。

其中较优地，所述器械底盘上具有旋转驱动轮、近端弯曲动作驱动轮和远端弯曲动作驱动轮；

所述旋转驱动轮的转轴与所述器械杆体传动连接，且所述旋转驱动轮的转轴与所述驱动组件传动连接，所述旋转驱动轮带动所述器械杆体沿所述器械杆体的轴线旋转；

所述近端弯曲动作驱动轮的转轴与所述驱动组件传动连接，所述近端弯曲动作驱动轮带动所述器械杆体做近端弯曲动作；

所述远端弯曲动作驱动轮的转轴与所述驱动组件传动连接，所述远端弯曲动作驱动轮带动所述器械杆体做远端弯曲动作。

其中较优地，所述器械底盘上具有若干第一卡盘，每一个第一卡盘均安装在器械底盘的动力输入端，且每一个第一卡盘上均设有凸起；

所述驱动组件的传动机构上具有若干第二卡盘，每一个第二卡盘均安装在传动机构的动力输出端上，且每一个第二卡盘上均具有凹槽；

所述器械底盘安装在所述外壳上时，所述第一卡盘与所述第二卡盘相互接触，且所述凸起与所述凹槽相卡合，用于将所述驱动组件的驱动力传递给所述器械底盘。

本申请所提供的机器人装置，其结构简单，通过将动力源和传动机构共同封装在外壳内，从而共同形成模块化的驱动组件，为手术器械提供驱动力；同时，手术器械的器械底盘能够与模块化的驱动组件进行快速安装和拆卸，使手术器械与机器人装置的其他组件系统保持独立，使整个机器人装置实现了模块化，从而驱动更加灵活，整体更加轻量化。此外，驱动组件能够与多种类型的微创手术器械进行适配，提高了机器人装置的兼容性，扩大了机器人装置的适用范围。

附图说明

图1是本申请实施例提供的一种用于单孔微创手术的机器人装置的整体结构示意图；

图2是图1中驱动组件与手术器械的对接面的结构示意图；

图3是图1中手术器械的结构示意图；

图4是驱动组件与手术器械相互插接后的结构示意图；

图5是手术器械的器械底盘正常状态的结构示意图；

图6是手术器械的器械底盘压缩状态的结构示意图；

图7是直线驱动机构的结构示意图；

图8是图7另一个视角的结构示意图；

图9是器械底盘的内部结构示意图。

在附图中，各附图标记表示：

10、支架；20、驱动组件；30、手术器械；40、导轨；50、直线驱动机构；11、底板；12、固定柱；21、外壳；211、开口；31、器械底盘；32、器械杆体；22、插接部；311、通孔；312、弹性回位部；313、按钮；314、阻挡部；315、弹簧；221、卡槽；316、卡板；317、第一卡盘；318、凸起；23、第二卡盘；231、凹槽；41、转接板；51、第一电机；52、绕线轮；53、第一钢丝绳；54、第一导向轮；55、钢丝绳固定板；56、第二导向轮；57、第二钢丝绳；42、挡板；33、旋转驱动轮；34、近端弯曲动作驱动轮；35、远端弯曲动作驱动轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本申请的技术内容做进一步的详细说明。

图1为本申请实施例所提供的一种用于单孔微创手术的机器人装置，其包括支架10、至少一个驱动组件20和至少一个手术器械30。

具体地说，在本申请实施例中，支架10包括矩形底板11，矩形底板11的四角分别朝同一方向延伸出一根固定柱12，每一根的固定柱12上均安装有一个的驱动组件20，每一个的驱动组件20上均安装有一个的手术器械30，四个的手术器械30共同形成十字形状。

需要说明的是，本申请实施例中，支架10的结构形式、驱动组件20和手术器械30的数量均可根据实际需要进行调整。

参照图2，本申请实施例中，驱动组件20包括外壳21、动力源(未图示)以及传动机构(未图示)，外壳21可往复移动地安装在支架10的一根固定柱12上，且外壳21的一侧具有开口211。传动机构与动力源传动连接，并共同封装在外壳21内，共同形成一个模块化的驱动组件，传动机构的输出端位于外壳21的开口211处，用于与手术器械30进行适配。

具体地说，动力源可以选用轻型直流伺服电机，从而可以有效地减小驱动组件20的质量和体积，更加有利于将驱动组件20模块化。在本申请实施例中，传动机构直接将伺服电机的电机轴作为输出轴，并通过将电机轴与手术器械30传动连接，从而带动手术器械30完成相应的动作。在其他实施例中，当伺服电机的电机轴与手术器械30不同轴时，可通过一级齿轮或同步带传动的方式实现电机带动手术器械30转动。

参照图3，手术器械30包括器械底盘31和器械杆体32。器械底盘31可拆卸地安装在外壳21的开口211处，且器械底盘31与传动机构的输出端传动连接。由于驱动组件20已经形成模块化结构，因此，便于器械底盘31与驱动组件20的安装与拆卸。器械杆体32安装在器械底盘31的远离外壳21的一侧，并与器械底盘31传动连接，用于完成各种手术动作。

在上述实施例中，参照图2至图6，驱动组件20还包括插接部22，器械底盘31上具有通孔311和弹性回位部312。

通孔311的位置与插接部22的位置相对应，弹性回位部312沿垂直于通孔311轴线的方向可往复移动，以打开或封堵通孔311，插接部22相应地与通孔311相互插接或分离，以实现驱动组件20与器械底盘31的插接或分离。

弹性回位部312包括按钮313、阻挡部314以及弹簧315。按钮313固定在阻挡部314上，阻挡部314沿垂直于通孔311轴线的方向可往复移动，以打开或封堵通孔311。弹簧315的一端固定在器械底盘31上，弹簧315的另一端固定在按钮313上。

参照图5和图6，当按钮不受外力作用时，器械底盘31处于正常状态，此时，弹簧315没有形变，阻挡部314相应地封堵通孔311。当按钮313受外力作用时，器械底盘31处于压缩状态，此时，弹簧315被压缩，相应地，阻挡部314不再阻挡通孔311。

优选的，在上述实施例中，插接部22上开设有卡槽221，阻挡部314上具有与卡槽相匹配的卡板316，插接部22插接在通孔311内时，卡板316与卡槽221相卡合，从而提高器械底盘31与驱动组件20连接的稳定性。

具体使用时，该装置的器械安装步骤为：

1)通过按压按钮313带动阻挡部314移动；

2)推动手术器械30的器械底盘31沿插接部22滑动，直至器械底盘31与驱动组件20相贴合；

3)松开按钮313，阻挡部314在弹簧315的弹力作用下回退一定的距离，使得卡板316与卡槽221相卡合，完成器械的安装。

该装置的器械拆卸步骤为：

1)按下按钮313带动阻挡部314移动，使得卡板316与卡槽221相分离；

2)沿插接部22将器械底盘31滑出，直至手术器械30与驱动组件20完成分离，完成拆卸；

3)松开按钮313，使得阻挡部314回归原位，并相应地封堵通孔311。

在上述实施例中，参照图2所示，器械底盘31上具有若干第一卡盘317，每一个第一卡盘317均安装在器械底盘31的动力输入端，且每一个第一卡盘317上均设有凸起318。

驱动组件20的传动机构上具有若干第二卡盘23，每一个第二卡盘23均安装在传动机构的动力输出端上，且每一个第二卡盘23上均具有凹槽231。

当器械底盘31安装在驱动组件20上时，第一卡盘317与第二卡盘23相互接触，且凸起318与凹槽231相卡合，用于将驱动组件20的驱动力传递给器械底盘31。

优选的，在上述实施例中，参照图1，支架10上设有导轨40，导轨40上设有滑块(未图示)，滑块与驱动组件20通过转接板41固定连接。相应地，机器人装置还包括直线驱动机构50，直线驱动机构50与驱动组件20传动连接，并带动外壳21沿导轨40往复移动。从而实现了驱动组件20以及手术器械30的进给和退出动作。

参照图7和图8，直线驱动机构50包括：

第一电机51，用于为驱动组件20的直线运动提供驱动力；

绕线轮52，安装在第一电机51的动力输出端，且绕线轮52上绕置有第一钢丝绳53；

第一导向轮54，第一钢丝绳53的一端固定在绕线轮52上，第一钢丝绳53的另一端绕过第一导向轮54，并通过钢丝绳固定板55固定在驱动组件20的外壳21上；

第二电机(未图示)，用于为驱动组件20的直线运动提供驱动力；

第二导向轮56，安装在第二电机的动力输出端，主要负责导向。第二导向轮56上绕置有第二钢丝绳57，第二钢丝绳57的一端固定在绕线轮52上，第二钢丝绳57的另一端固定在钢丝绳固定板55上。

具体使用时，当需要驱动组件20朝向矩形底板11移动时，通过第一电机51和第二电机同时转动，第一电机51用于拉动第一钢丝绳53，第二电机用于释放第二钢丝绳57，从而使得驱动组件20朝向矩形底板11移动。当需要驱动组件20背离矩形底板11移动时，通过第一电机51和第二电机同时转动，第一电机51用于释放第一钢丝绳53，第二电机用于拉动第二钢丝绳57，从而使得驱动组件20背离矩形底板11移动。

优选的，为了防止外壳21脱离导轨40，导轨40的两端分别设有挡板42，以提高驱动组件20平移的安全性。

参照图9，器械底盘31具有旋转驱动轮33、近端弯曲动作驱动轮34和远端弯曲动作驱动轮35。

旋转驱动轮33的转轴与器械杆体32传动连接，且旋转驱动轮33的转轴与驱动组件20传动连接，旋转驱动轮33带动器械杆体32沿器械杆体32的轴线旋转，从而实现器械杆体32的旋转动作。

近端弯曲动作驱动轮34的转轴与驱动组件20传动连接，近端弯曲动作驱动轮34带动器械杆体32做近端弯曲动作。

远端弯曲动作驱动轮35的转轴与驱动组件20传动连接，远端弯曲动作驱动轮35带动器械杆体32做远端弯曲动作。

手术器械30具有多个主动关节，通过钢丝绳及连杆机构将驱动电机力矩传递到手术器械末端，完成手术动作。整套系统可搭配多种微创手术器械，完成各类腹腔手术操作。

综上，本申请实施例所提供的用于单孔微创手术的机器人装置，其结构简单，通过将动力源和传动机构共同封装在外壳21内，从而共同形成模块化的驱动组件20，为手术器械30提供驱动力；同时，手术器械30的器械底盘31能够与模块化的驱动组件20进行快速安装和拆卸，使手术器械30与机器人装置的其他组件系统保持独立，使整个机器人装置实现了模块化，从而驱动更加灵活，整体更加轻量化。此外，驱动组件20能够与多种类型的微创手术器械进行适配，提高了机器人装置的兼容性，扩大了机器人装置的适用范围。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“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申请和简化描述，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申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体地说限定。

以上对本申请所提供的用于单孔微创手术的机器人装置进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本申请实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将属于本申请专利权的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于单孔微创手术的机器人装置，其特征在于包括：

支架(10)；

至少一个驱动组件(20)，所述驱动组件(20)包括外壳(21)、动力源以及传动机构，所述外壳(21)可往复移动地安装在所述支架(10)上，且所述外壳(21)的一侧具有开口(211)；所述传动机构与所述动力源传动连接，并共同封装在所述外壳(21)内，所述传动机构的输出端位于所述外壳(21)的开口(211)处；

至少一个手术器械(30)，所述手术器械(30)包括器械底盘(31)和器械杆体(32)，所述器械底盘(31)可拆卸地安装在所述外壳(21)的开口(211)处，且所述器械底盘(31)与所述传动机构的输出端传动连接，所述器械杆体(32)安装在所述器械底盘(31)的远离所述外壳(21)的一侧，并与所述器械底盘(31)传动连接。

2.如权利要求1所述的用于单孔微创手术的机器人装置，其特征在于：

所述驱动组件(20)还包括插接部(22)，所述器械底盘(31)上具有通孔(311)和弹性回位部(312)；

所述通孔(311)的位置与所述插接部(22)的位置相对应，所述弹性回位部(312)沿垂直于所述通孔(311)轴线的方向可往复移动，以打开或封堵所述通孔(311)，所述插接部(22)相应地与所述通孔(311)相互插接或分离。

3.如权利要求2所述的用于单孔微创手术的机器人装置，其特征在于：

所述弹性回位部(312)包括按钮(313)、阻挡部(314)以及弹簧(315)；

所述按钮(313)固定在所述阻挡部(314)上，所述阻挡部(314)沿垂直于所述通孔(311)轴线的方向可往复移动，以打开或封堵所述通孔(311)；

所述弹簧(315)的一端固定在所述器械底盘(31)上，所述弹簧(315)的另一端固定在所述按钮(313)上。

4.如权利要求3所述的用于单孔微创手术的机器人装置，其特征在于：

所述插接部(22)上开设有卡槽(221)，所述阻挡部(314)上具有与所述卡槽(221)相匹配的卡板(316)，所述插接部(22)插接在所述通孔(311)内时，所述卡板(316)与所述卡槽(221)相卡合。

5.如权利要求1所述的用于单孔微创手术的机器人装置，其特征在于：

所述支架(10)上设有导轨(40)，所述导轨(40)上设有滑块，所述滑块与所述驱动组件(20)固定连接；

所述机器人装置还包括直线驱动机构(50)，所述直线驱动机构(50)与所述驱动组件(20)传动连接，并带动所述外壳(21)沿所述导轨(40)往复移动。

6.如权利要求5所述的用于单孔微创手术的机器人装置，其特征在于：

所述直线驱动机构(50)包括：

第一电机(51)，用于为驱动组件(20)的直线运动提供驱动力；

绕线轮(52)，安装在所述第一电机(51)的动力输出端，且所述绕线轮(52)上绕置有第一钢丝绳(53)；

第一导向轮(54)，所述第一钢丝绳(53)的一端固定在所述绕线轮(52)上，所述第一钢丝绳(53)的另一端绕过所述第一导向轮(54)，并固定在所述驱动组件(20)的外壳(21)上；

第二电机，用于为驱动组件(20)的直线运动提供驱动力；

第二导向轮(56)，安装在所述第二电机的动力输出端，所述第二导向轮(56)上绕置有第二钢丝绳(57)，所述第二钢丝绳(57)的一端固定在所述绕线轮(52)上，所述第二钢丝绳(57)的另一端固定在所述驱动组件(20)的外壳(21)上。

7.如权利要求5所述的用于单孔微创手术的机器人装置，其特征在于：

所述导轨(40)的两端分别设有挡板(42)，用于防止所述外壳(21)脱离所述导轨(40)。

8.如权利要求1～7中任意一项所述的用于单孔微创手术的机器人装置，其特征在于：

所述支架(10)包括矩形底板(11)，所述矩形底板(11)的四角分别朝同一方向延伸出一根固定柱(12)，每一根所述的固定柱(12)上均安装有一个所述的驱动组件(20)，每一个所述的驱动组件(20)上均安装有一个所述的手术器械(30)，四个所述的手术器械(30)共同形成十字形状。

9.如权利要求1所述的用于单孔微创手术的机器人装置，其特征在于：

所述器械底盘(31)上具有旋转驱动轮(33)、近端弯曲动作驱动轮(34)和远端弯曲动作驱动轮；

所述旋转驱动轮(33)的转轴与所述器械杆体(32)传动连接，且所述旋转驱动轮(33)的转轴与所述驱动组件(20)传动连接，所述旋转驱动轮(33)带动所述器械杆体(32)沿所述器械杆体(32)的轴线旋转；

所述近端弯曲动作驱动轮(34)的转轴与所述驱动组件(20)传动连接，所述近端弯曲动作驱动轮(34)带动所述器械杆体(32)做近端弯曲动作；

所述远端弯曲动作驱动轮(35)的转轴与所述驱动组件(20)传动连接，所述远端弯曲动作驱动轮(35)带动所述器械杆体(32)做远端弯曲动作。

10.如权利要求1所述的用于单孔微创手术的机器人装置，其特征在于：

所述器械底盘(31)上具有若干第一卡盘(317)，每一个第一卡盘(317)均安装在器械底盘(31)的动力输入端，且每一个第一卡盘(317)上均设有凸起(318)；

所述驱动组件(20)的传动机构上具有若干第二卡盘(23)，每一个第二卡盘(23)均安装在传动机构的动力输出端上，且每一个第二卡盘(23)上均具有凹槽(231)；

所述器械底盘(31)安装在所述外壳(21)上时，所述第一卡盘(317)与所述第二卡盘(23)相互接触，且所述凸起(318)与所述凹槽(231)相卡合，用于将所述驱动组件(20)的驱动力传递给所述器械底盘(31)。

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