CN110772324B - 连接组件、操作臂、从操作设备及手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制性较好的连接组件及应用该连接组件的操作臂、从操作设备、手术机器人，其中，连接组件包括连接单元及转动部，连接单元具有连接部，所述连接部包括匹配的第一连接部及/或第二连接部，分别用于与相邻所述连接单元的所述第二连接部及/或所述第一连接部相连接；转动部具有两个转动轴及连接两个所述转动轴的连接件，两个所述转动轴用于分别连接相邻两个所述连接单元，以形成一个关节组件，所述连接件用于令与其连接的两个所述转动轴之间的距离固定，以使所述关节组件转动时，所述第一连接部、所述第二连接部相对运动。

Description

连接组件、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，特别是涉及一种连接组件及应用连接组件的操作臂、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，主操作台用于根据医生的操作向从操作设备发送控制命令，以控制从操作设备，从操作设备用于响应主操作台发送的控制命令，并进行相应的手术操作。

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，其中，操作臂具有连接组件以灵活地进行手术操作。然而，目前从操作设备的连接组件控制性较差，影响了手术机器人在手术过程中的操作精度。

发明内容

基于此，有必要提供一种控制性较好的连接组件及应用该连接组件的操作臂、从操作设备、手术机器人。

一种连接组件，包括：

连接单元，具有连接部，所述连接部包括匹配的第一连接部及/或第二连接部，分别用于与相邻所述连接单元的所述第二连接部及/或所述第一连接部相连接；

转动部，具有两个转动轴及连接两个所述转动轴的连接件，两个所述转动轴用于分别连接相邻两个所述连接单元，以形成一个关节组件，所述连接件用于令与其连接的两个所述转动轴之间的距离固定，以使所述关节组件转动时，所述第一连接部、所述第二连接部相对运动。

一种操作臂，包括上述所述的连接组件以及末端器械，所述末端器械设置于所述连接组件中远端的所述连接单元上。

一种从操作设备，包括：

上述操作臂；

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：主操作台及上述从操作设备，

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。

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为本发明从操作设备一实施例的局部示意图；

图3为本发明从操作设备一实施例的局部示意图；

图4为本发明连接组件一实施例的结构示意图；

图5为图4所示连接组件另一状态的结构示意图；

图6为本发明连接组件一实施例的结构示意图；

图7为本发明连接组件一实施例的结构示意图；

图8为本发明连接单元一实施例的爆炸图；

图9为图8所示连接单元的结构示意图；

图10为本发明连接组件一实施例的结构示意图；

图11为本发明连接组件一实施例的爆炸图；

图12为本发明连接组件一实施例的结构示意图；

图13为图12所示连接组件的局部结构示意图。

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2不同实施例的局部示意图。

手术机器人包括主操作台1及从操作设备2。其中，主操作台1用于根据医生的操作向从操作设备2发送控制命令，以控制从操作设备2，其还用于显示从设备获取的影像。从操作设备2用于响应主操作台1发送的控制命令，并进行相应的操作，并且从操作设备2还用于获取体内的影像。

具体地，从操作设备2包括机械臂21、设置于机械臂21上的动力机构22、设置于动力机构22上的操作臂23，以及套设操作臂23的套管24。机械臂21用于调节操作臂23的位置；动力机构22用于驱动操作臂23执行相应操作；操作臂23用于伸入体内，并通过其位于远端的末端器械执行手术操作，及/或获取体内影像。具体的，如图2、图3所示，操作臂23穿设套管24，其末端器械伸出套管外，并通过动力机构22驱动其执行操作。图2中，操作臂23位于套管内的区域为刚性区域；图3中，操作臂23位于套管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，此时，无需套管。

一实施例中，操作臂23为多个，均设置于同一个动力机构22上，多个操作臂23的远端通过人体上的一个切口伸入体内，以使其末端器械移动至病灶附近进行手术操作。具体地，动力机构22具有多个动力部，每个动力部与一操作臂23对应连接。其他实施例中，动力机构22为多个，每个动力机构22上设置一个操作臂23，且多个操作臂23从一个切口伸入体内，此时多个动力机构22既可以设置于一个机械臂21上，也可以设置于多个机械臂21上。需要说明的是，多个操作臂23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23，再如，每个切口内伸入一个操作臂23。

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23通过戳卡伸入到体内。

操作臂23具有连接组件10及设置于连接组件上的末端器械，如图4、图5实施例所示，其分别为连接组件10不同状态的结构示意图。连接组件10包括连接单元100及转动部200。其中，连接单元100具有连接部110，用于与相邻的连接单元100上的连接部110匹配连接。具体地，一实施例中，连接部110包括匹配的第一连接部111及/或第二连接部112，分别用于与相邻连接单元100的第二连接部112及/或第一连接部111相连接。转动部200具有两个转动轴210及连接两个转动轴210的连接件220，两个转动轴210用于分别连接相邻两个连接单元100，以使相邻两个连接单元100相对转动，并形成一个关节组件，其中，连接件220令两个转动轴210之间的距离固定，当关节组件转动时，两个转动轴210之间的距离不变，第一连接部111、第二连接部112相对运动。

上述连接组件10连接强度大，使用寿命长，连接件220令连接组件10转动时控制更加准确，从而提高手术精度。

一实施例中，第一连接部111相对第二连接部112可转动，且沿第二连接部112可移动。其中，第一连接部111沿第二连接部112可移动指两者之间的相对距离改变，例如第二连接部112靠近或远离第一连接部111。

一实施例中，第一连接部111为沿连接单元100延伸的凸起，第二连接部112为开设于连接单元100上的凹槽，第一连接部111收容于第二连接部112内。具体地，凹槽具有收纳区域112A及移动区域112B，收纳区域112A位于凹槽的底部，且与凸起的端部匹配，移动区域112B用于限制第一连接部111的移动。当关节组件转动时，凸起在凹槽内转动，并沿凹槽的移动区域112B移动。本实施例中，凸起的端部具有弧面。需要说明的是，其他实施例中，凹槽的底部也可以与凸起非匹配设置，只要保证凸起可在凹槽内转动即可。例如，凹槽为矩形，凸起具有圆弧面，其与凹槽的侧壁及/或底壁相抵接，并转动。

一实施例中，第一连接部111相对第二连接部112的移动方向与关节组件摆正时的延伸方向相同，如图5所示。其中，关节组件摆正指关节组件中的连接单元100的延伸方向相同，即关节组件中的连接单元100之间的夹角为180度。其他实施例中，第一连接部111相对第二连接部112的移动方向也可以与关节组件摆正时的延伸方向形成非180度夹角。例如，夹角为钝角；再如，夹角为150～170度。

一实施例中，关节组件摆正时，第一连接部111、第二连接部112、转动轴210沿直线排列。并且，第一连接部111、第二连接部112位于两个转动轴210之间。其他实施例中，连接部110与转动轴210在关节组件摆正时也可以以其他方式排列。例如，连接部110与转动轴210在关节组件旋转30度时呈直线排列。再如，关节组件摆正时，两个连接部110与两个转动轴210并列间隔排列，即连接部110与转动部200排成两列，连接部排成一列，转动部排成一列，且间隔设置。

其他实施例中，第一连接部111、第二连接部112也可以为其他结构，保证两个转动轴210之间的距离固定即可。

一实施例中，连接单元100的一端具有两个连接部110，用于与与其相邻的连接单元100对应的连接部110相连接。其中两个连接部110位于连接单元100的不同区域上，例如，两个连接部110相对设置。并且两个连接单元100可根据需要进行设置。例如，两个连接部110均为第一连接部111，与其相邻的连接单元100具有两个第二连接部112，并与第一连接部111对应连接；再如，两个连接部110均为第二连接部112；又如，两个连接部110分别为第一连接部111、第二连接部112。

其他实施例中，每个连接单元100上的连接部110也可以为其他个数。如图6所示实施例中，关节组件中每个连接件220附近区域设置两组连接部110，每组通过第一连接部111、第二连接部112彼此连接，即每个连接单元100的一端在连接件220附近设置两个连接部110。进一步地，连接件220位于两组连接部110之间。再如，关节组件中，连接件220为两个，每个连接件220均与两组连接部110对应设置，即每个连接单元的连接端具有四个连接部。

一实施例中，第一连接部111与第二连接部112一一对应，即连接单元100上每个第一连接部111均与与其对应第二连接部112相连接。其他实施例中，一个第一连接部111也可以对应多个第二连接部112，或者一个第二连接部112对应多个第一连接部111。如图7所示实施例中，一个第一连接部111对应两个第二连接部112，此时相邻的两个连接单元100具有两种连接状态，分别为第一连接部111与不同的第二连接部112连接，以改变相邻两个连接单元100的相对位置。再如，多个第二连接部112对称设置，当第一连接部111连接不同的第二连接部112时，关节组件的转动方向相异。

如图4、图5、图8、图9、图11、图12所示实施例中，连接单元100相对的两个端部均具有连接部110，即连接单元100的两端均与相邻的连接单元100相连接。其中，两个端部的连接部可根据需要进行设置。例如，一端为第一连接部111，一端为第二连接部112；再如，一端包括多个连接部110，多个连接部中具有第一连接部111、第二连接部112。其他实施例中，如图6、图7、图10所示，连接单元100也可以仅一端具有连接部110。

连接单元100具有本体120，连接部110设置于本体120上，其中每个连接单元100既可以如图4至图7所示实施例所示，仅具有一个本体120，也可以如图8、图9所示实施例所示，具有多个本体120，这样，令连接单元更灵活的安装与设置。

如图8、图9所示实施例中，连接单元100包括两个本体120，本体120上设有本体连接部130，两个本体120通过匹配的本体连接部130连接，以使两个本体相对静止。具体地，本体连接部130，具有第一本体连接部131及/或第二本体连接部132，用于与相邻本体的第二本体连接部132及/或第一本体连接部131相连接。其中，每个本体120的两端既可以均设有本体连接部130，也可以仅一端设有本体连接部130。例如，本体120的一端设置本体连接部130，另一端设置连接部110；或者，本体120的一端设置本体连接部130，另一端为连接组件的端部，不设置本体连接部或连接部。

进一步地，与连接部110相同，本体120一端的本体连接部130既可以为一个也可以为多个，既可以均为第一本体连接部，或第二本体连接部，也可以同时包括第一本体连接部及第二本体连接部。

需要说明的是，第一本体连接部、第二本体连接部的排列关系、位置关系、对应关系等可与第一连接部、第二连接部相同。例如，其中一个连接单元上，具有多个第一本体连接部，另一个连接单元的第二本体连接部与其中一个第二本体连接部相连接。此处不再复述。

需要说明的是，一个关节组件中可包括多个连接单元，例如，三个、四个等，其中多个连接单元100既可以结构均相同，也可以结构不同。例如，关节组件包括两个连接单元100，其中第一连接单元100仅一端具有连接部110，第二连接单元100的两端均具有连接部110，其中一端与第一连接单元100连接，另一端用于连接另外的连接单元100。再如，至少部分连接单元100的本体结构相异。又如，连接组件10中的多个连接单元100，部分结构相同，部分结构相异。

一实施例中，转动轴210贯通连接单元100，即转动轴210的首尾两端均与连接单元100相连接，当连接单元具有多个本体时，转动轴可根据实际需要设置于其中至少一个本体上。

如图10所示实施例中，转动轴210为一长轴，并贯通连接单元100。其他实施例中，转动轴210也可以非贯通连接单元100，如图4所示实施例中，与一个连接件220连接的两个转动轴210均仅与连接单元100的一侧相连接，图4所示实施例中，连接件220为两个，两个连接件连接的转动轴间隔设置，与同一个连接单元100连接的两个转动轴彼此对应，该两个转动轴210分别与连接单元100的不同区域相连接，且两个转动轴210同轴，即每个转动轴210与连接单元100的一侧相连接。需要说明的是，如图10所示，与连接件220连接的两个转动轴210既可以均为长轴，贯通连接单元100的两侧，也可以如图4所示，均仅与连接单元的一侧相连接，或者如图11所示，也可以一个贯通连接单元的两侧，一个仅与连接单元的一侧相连接。

一实施例中，连接单元100的两端均与转动轴连接，此时，两端的转动轴既可以平行设置，也可以彼此形成角度，例如，图4所示实施例中，同一个连接单元两端的转动轴彼此垂直，再如，同一个连接单元两端的转动轴之间的夹角为锐角。

一实施例中，转动部200包括两个间隔设置的连接件220，连接件220的两端分别连接两个转动轴210。当其中一个转动轴贯通连接单元时，两个连接单元均与该转动轴相连接。其他实施例中，连接件220也可以为其他数量。

进一步地，如图12、图13所示实施例中，转动部200还包括连接盘230，当连接件220为多个时，连接盘230与多个连接件220相连接。例如，连接件220为两个，分别位于连接盘230的相对两侧。具体地，连接件220上设有安装位221，连接盘230与安装位221卡接，以令两个连接件220通过连接盘230连接，且同步转动。

一实施例中，连接组件10还包括驱动部(图未示)，用于驱动关节组件转动，驱动部可为驱动丝、驱动杆等驱动结构。其中，驱动同一个关节组件的驱动部相对连接件220平行设置。例如，一个关节组件通过两根驱动丝驱动，两个驱动丝相对连接件220对称且平行设置。其他实施例中，驱动部也可以相对连接件220非平行设置。

一实施例中，当关节组件通过驱动丝驱动转动时，各驱动丝长度变化基本相同。例如，驱动丝相对连接件220对称设置。

关节组件中转动轴210及多个关节组件中的其他相关内容可参见申请号为201810211358.7的专利内容。

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 (38)

1.一种连接组件，其特征在于，包括：

连接单元，具有连接部，所述连接部包括匹配的第一连接部及/或第二连接部，分别用于与相邻所述连接单元的所述第二连接部及/或所述第一连接部相连接；

转动部，具有两个转动轴及连接两个所述转动轴的连接件，两个所述转动轴用于分别连接相邻两个所述连接单元，以形成一个关节组件，所述连接件用于令与其连接的两个所述转动轴之间的距离固定，以使所述关节组件转动时，所述第一连接部、所述第二连接部相对运动，所述第一连接部相对第二连接部可转动，且沿第二连接部可移动，所述第一连接部为沿所述连接单元延伸的凸起，所述第二连接部为开设于所述连接单元上的凹槽，所述凹槽具有移动区域，所述移动区域用于限制所述第一连接部的移动，当所述关节组件转动时，所述凸起在所述凹槽内转动，并沿所述移动区域移动，所述凸起具有圆弧面，所述圆弧面与所述凹槽的侧壁及/或底壁相抵接，以限制所述第一连接部相对所述第二连接部的移动方向与所述关节组件摆正时的延伸方向相同。

2.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述凹槽具有收纳区域，所述收纳区域位于所述凹槽的底部。

3.根据权利要求2所述的连接组件，其特征在于，所述收纳区域与所述凸起端部相匹配。

4.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述关节组件摆正时，所述第一连接部、所述第二连接部、所述转动轴沿直线排列。

5.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述关节组件摆正时，两个所述连接部与两个所述转动轴并列间隔排列。

6.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述第一连接部、所述第二连接部位于两个所述转动轴之间。

7.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述连接单元的一端具有两个所述连接部，用于与与其相邻的所述连接单元对应的所述连接部相连接。

8.根据权利要求7所述的连接组件，其特征在于，两个所述连接部均为所述第一连接部，或者均为所述第二连接部。

9.根据权利要求7所述的连接组件，其特征在于，两个所述连接部分别为所述第一连接部、所述第二连接部。

10.根据权利要求7所述的连接组件，其特征在于，两个所述连接部相对设置。

11.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述连接单元的两端均具有所述连接部。

12.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述连接单元的一端具有所述连接部。

13.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述关节组件中每个所述连接件附近区域设置两组所述连接部，每组通过所述第一连接部、所述第二连接部彼此连接。

14.根据权利要求13所述的连接组件，其特征在于，所述连接件位于两组所述连接部之间。

15.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述第一连接部与所述第二连接部一一对应。

16.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，一个所述第一连接部对应多个所述第二连接部，或者一个所述第二连接部对应多个所述第一连接部。

17.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述连接单元具有本体，所述连接部设置于所述本体上，所述本体至少为一个。

18.根据权利要求17所述的连接组件，其特征在于，所述连接单元包括两个所述本体，所述本体上设有本体连接部，两个所述本体通过匹配的所述本体连接部连接。

19.根据权利要求18所述的连接组件，其特征在于，所述本体至少一端设有所述本体连接部。

20.根据权利要求19所述的连接组件，其特征在于，所述本体一端设有所述本体连接部，另一端设置所述连接部。

21.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述转动轴贯通所述连接单元。

22.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述转动轴仅与所述连接单元的一侧相连接。

23.根据权利要求22所述的连接组件，其特征在于，所述连接单元的一端与两个所述转动轴相连接，两个所述转动轴同轴，且分别位于所述连接单元的两侧。

24.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述连接单元的两端均与所述转动轴连接，两端的所述转动轴平行设置。

25.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述连接单元的两端均与所述转动轴连接，两端的所述转动轴垂直设置。

26.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述连接单元的两端均与所述转动轴连接，两端的所述转动轴之间的夹角为锐角。

27.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述转动部包括两个间隔设置的连接件，所述连接件的两端分别连接两个所述转动轴。

28.根据权利要求24所述的连接组件，其特征在于，所述转动部还包括连接盘，所述连接盘与多个所述连接件相连接。

29.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述连接组件还包括驱动部，驱动同一个所述关节组件的所述驱动部相对于所述连接件平行设置。

30.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，所述关节组件包括多个所述连接单元，多个所述连接单元的结构相同或相异。

31.根据权利要求30所述的连接组件，其特征在于，所述关节组件通过两根驱动丝驱动，两个所述驱动丝相对所述连接件对称且平行设置。

32.根据权利要求30所述的连接组件，其特征在于，所述关节组件包括两个所述连接单元，其中第一连接单元仅一端具有所述连接部，第二连接单元的两端均具有所述连接部，其中一端与所述第一连接单元连接，另一端用于连接另外的所述连接单元。

33.根据权利要求30所述的连接组件，其特征在于，所述连接单元具有本体，所述连接部设置于所述本体上，至少部分所述连接单元的所述本体结构相异。

34.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，连接两个所述连接单元的两个所述转动轴平行设置。

35.根据权利要求1所述的连接组件，其特征在于，连接两个所述连接单元的所述转动轴非平行设置。

36.一种操作臂，其特征在于，包括权利要求1至35任一项所述的连接组件以及末端器械，所述末端器械设置于所述连接组件中远端的所述连接单元上。

37.一种从操作设备，其特征在于，包括：

权利要求36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。

38.一种手术机器人，其特征在于，包括：主操作台及权利要求37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。

Images