CN110840524A

CN110840524A - 一种用于手术机器人的肿瘤夹钳

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Publication number: CN110840524A
Application number: CN201911209533.XA
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-12-01
Filing date: 2019-12-01
Publication date: 2020-02-28

Abstract

本发明公开了一种用于手术机器人的肿瘤夹钳，属于手术机器人领域，包括控制部、长轴部（520）和操作部（530），长轴部两端连接控制部和操作部，控制部通过长轴部控制操作部进行手术操作，长轴部沿着第一方向延伸，长轴部包括外管（522）和中杆（523），外管固定操作部（530），控制部通过中杆通过控制操作部进行手术操作，其特征在于，长轴部穿过控制部（510）并能够被控制部驱动相对控制部沿着第一方向移动，控制部能够驱动中杆（523）轴向自转以驱动操作部进行手术操作。

Description

一种用于手术机器人的肿瘤夹钳

技术领域

本发明涉及手术机器人领域。

背景技术

第一代手术机器人已经用于世界各地的许多手术室中。这些机器人不是真正的自动化机器人，它们不能自已进行手术，但是它们向手术提供了有用的机械化帮助。这些机器仍然需要外科医生来操作它们并对其输入指令。这些手术机器人的控制方法是远程控制和语音启动。

虽然说手术机器人比人手有一些优点，但是要用自动化的机器人在没有人参与的情况下对人体进行手术，还有很长的一段路要走。但是，随着计算机能力和人工智能的发展，在本世纪将会设计出一种机器人，可以找出人体中的异常，进行分析并校正这些异常而不需要任何人指导。

现有技术中，控制部都是和长轴部固定连接的，肿瘤夹钳的操作部的位置变化通过控制部的位置变化来实现，因此控制部就要被手术机器人移动较大的距离，肿瘤夹钳为了控制控制部移动也需要有多个机械臂等一起运动，操作精度不高，影响手术进行。

发明内容

本发明的目的在于，公开了一种用于手术机器人的肿瘤夹钳，包括控制部、长轴部和操作部，长轴部两端连接控制部和操作部，控制部通过长轴部控制操作部进行手术操作，长轴部沿着第一方向延伸，长轴部包括外管和中杆，外管固定操作部，控制部通过中杆通过控制操作部进行手术操作，其特征在于，长轴部穿过控制部并能够被控制部驱动相对控制部沿着第一方向移动，控制部能够驱动中杆（523）轴向自转以驱动操作部进行手术操作。

作为改进，控制部包括有一凸出的固定管，长轴部穿过固定管，固定管内壁设有沿着第一方向分布的第一卡槽，长轴部的外管设有沿着第一方向分布的第一卡条，第一卡条和第一卡槽配合以限制外管仅能够相对控制部沿着第一方向移动。

作为改进，控制部设有一个中空腔体，长轴部穿过中空腔体，控制部包括控制外管第一方向运动的径向控制件和控制中杆轴向自转的轴向控制件。

作为改进，所述的径向控制件包括第四电机、第一转动轴、第一齿轮，第四电机驱动第一转动轴转动进而驱动第一齿轮转动，外管上设有和第一齿轮齿合的齿条，第一齿轮转动通过齿条驱动肿瘤夹钳沿着第一方向移动。

作为改进，外管上设有活动通道，轴向控制件部分穿过活动通道并和中杆连接，轴向控制件包括固定臂、固定壳体、第五电机、第二转动轴、第二齿轮、第三齿轮、第四齿轮，第五电机驱动第二转动轴绕着第二方向转动，第二方向和第一方向垂直，第二转动轴驱第二齿轮绕着第二方向转动，第二齿轮驱动第三齿轮在第一方向转动，第三齿轮驱动第四齿轮在第一方向转动，第四齿轮内设有中心通道，中杆穿过中心通道并能够相对第四齿轮在第一方向运动，中心通道内设有第二卡槽，第二卡槽沿着第一方向分布，中杆外表面沿着一方向分布的第二卡条，第二卡条和第二卡槽配合使得第四齿轮转动能够驱动中杆转动。

作为改进，外管设有转动座，中杆的末端连接在转动座上并能够相对转动座轴向自转。

作为改进，操作部包括两个夹臂、连接座、活动块、活动柱，两个夹臂铰接并铰接在连接座上，连接座和外管固定连接，夹臂上设有滑动通道，活动块和中杆螺纹连接，活动块上设有活动柱，活动柱卡入滑动通道内，中杆转动驱动滑动块沿着第一方向运动进而驱动两个夹臂张开和闭合。

作为改进，第四齿轮外面设有限位部，限位部限制第三齿轮相对第四齿轮在第一方向出现移动。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是连接臂的示意图；

图3是移动部的示意图；

图4是驱动部的示意图；

图5是第二驱动部的示意图；

图6是肿瘤夹钳的示意图；

图7是肿瘤夹钳的示意图；

图8是肿瘤夹钳控制部示意图；

图9是肿瘤夹钳控制部示意图；

图10是肿瘤夹钳控制部示意图；

图11是肿瘤夹钳控制部示意图；

图12是肿瘤夹钳控制部示意图；

图13是肿瘤夹钳操作部示意图；

图中标记：100-连接臂，200-移动部，210-第一外壳，220-第一电机，230-第一螺杆，240-第一滑块，300-驱动部，310-第一驱动部，311-第二外壳，312-第二电机，313-第二螺杆，314-第二滑块，315-第一铰接座，316-第二铰接座，320-第二驱动部，321-第三外壳，322-第三电机，323-第三螺杆，324-第三滑块，400-转动杆，500-肿瘤夹钳，510-控制部，511-固定管，512-第一卡槽，513-第四电机，514-第一转动轴，515-第一齿轮，516-固定臂，517-第五电机，518-第二转动轴，519-固定壳体，5191-第二齿轮，5192-第三齿轮，5193-第四齿轮，5194-第二卡槽，5195-限位部，520-长轴部，521-齿条，522-外管，5221-活动通道，5222-转动座，5223-第一卡条，523-中杆，5231-第二卡条，530-操作部，531-夹臂，532-滑动通道，533-连接座，534-活动块，535-活动柱。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

如图1所示，本实施例公开了一种外科手术机器人转动件，包括连接臂100、移动部200、驱动部300和转动杆400,，其中连接臂100和手术机器人本体连接，连接臂上设有相应的安装部件（图中未示出）安装在手术机器人上，并被手术机器人控制，移动部和连接臂100连接，具体的移动部提供一个平台，用于对驱动部进行操作，如图1所示的实施例当中，驱动部300其上固定有肿瘤夹钳，移动部的一端和转动杆铰接，该铰接轴为第一铰接轴（如图2所示的X1轴），转动杆能够绕着第一铰接轴相对移动部200转动进而驱动肿瘤夹钳绕着第一铰接轴转动；

转动杆400其一端和驱动部铰接，铰接轴为第二铰接轴（图2的X2轴），第二铰接轴在驱动部上位置被固定，第一铰接轴在驱动部上位置被固定，因此本实施例当中第一铰接轴和第二铰接轴距离被固定。

继续如图2所示，转动杆400是一个刚性的杆结构，具体的可以截面可以为圆形、正方形或者其他形状，转动杆400另一端和移动部铰接，铰接轴为第三铰接轴（图2的X3方向），在本实施例当中，第一铰接轴、第二铰接轴、第三铰接轴方向相同，第二铰接轴和第三铰接轴距离被固定，第二铰接轴和第三铰接轴的距离为转动杆的长度，三个铰接轴在图2的纸面平面上形成一个三角形的结构，转动杆末端铰接在移动部上并且可以沿着移动部移动，以使得第三铰接轴位置在移动部上变化，以使得移动部能够通过转动杆施加于第二铰接轴处转动力使得驱动部绕着第一铰接轴转动。具体来改变第一铰接轴和第三铰接轴的距离进一步使得驱动部可以相对第一铰接轴转动，以使得肿瘤夹钳相对第一铰接轴转动。

如图1-2所示，在一个优选的实施例当中，移动部固定在连接臂上或者和连接臂一体成型。在更一步优选的实施例当中，转动杆在移动部上的铰接处发生变化，转动杆需要和移动部的某个可以移动的部件铰接，因此在如图2所示的实施例当中，移动部200包括第一滑块240，转动杆铰接在第一滑块240上，第一滑块能够被移动部驱动以改变第一铰接轴和第二铰接轴的距离，第一滑块240可以被各种动力驱动，具体可以是拉力、推力、电磁力等。在本发明中为了固定第三铰接轴的方向，其第三铰接轴不发生偏转，在更优选的实施例当中，如图3所示，移动部包括有第一外壳210、第一电机220、第一螺杆230，第一外壳设有一腔体，第一螺杆位于腔体内，第一电机固定在第一外壳上并和第一螺杆连接，第一螺杆螺纹连接有第一滑块，第一电机驱动第一螺杆转动，以使得第一滑块能够沿着第一螺杆的轴向移动，在本实施例当中，第一螺杆的轴向方向垂直于三个铰接轴，第一滑块被腔体固定以限制第一滑块仅能够沿着第一螺杆轴向移动，进而限制第三铰接轴方向发生变化。

在进一步优选的方案中，如图4所示，驱动部包括有第一铰接座315和第二铰接座316，第一铰接座和第二铰接座在驱动部上位置被固定，移动部铰接在第一铰接座上，转动杆铰接在第二铰接座上，第一铰接座和第二铰接座位于驱动部的下端。

在本发明中，驱动部在一个方向上延伸的较长，该方向为通常的肿瘤夹钳（如长轴的施加钳、电凝钳等）轴的延伸方向，因此在该延伸反向上肿瘤夹钳需要做长距离的运动。所以驱动部通常要设计的比较长以满足上述肿瘤夹钳的要求，但是为了使得肿瘤夹钳转动，驱动部也需要转动，长的驱动部转动要占用较大的空间，不利于手术的进行，因此在本发明的改进方案中，将驱动部设计为两个部分。

具体而言，如图4-6所示，驱动部包括第一驱动部310和第二驱动部320，第一驱动部和移动部和转动杆连接，第二驱动部和肿瘤夹钳500连接，驱动部和肿瘤夹钳构成手术机器人器械组件，肿瘤夹钳包括控制部510、长轴部520和操作部530，长轴部两端连接控制部和操作部，控制部通过长轴部控制操作部进行手术操作，长轴部沿着第一方向延伸；第一驱动部能够被手术机器人操作，第一驱动部上设有第二滑块314，第二滑块能够被第一驱动部驱动沿着第一方向移动；第二驱动部和肿瘤夹钳500连接，第二驱动部上设有第三滑块324，第三滑块和控制部510固定连接，第三滑块能够被第二驱动部驱动沿着第一方向移动以使得肿瘤夹钳相对第二驱动部沿着第一方向移动；第二滑块和第二驱动部固定连接以使得第一驱动部能够驱动第二驱动部相对第一驱动部沿着第一方向移动，所述的第二滑块和第三滑块的方向能够被限制于仅沿着第一方向移动。

当移动部和转动干保持固定的情况下，双驱动的结构可以使得肿瘤夹钳能够沿着第一方向移动的距离为第二螺杆和第三螺杆长度之和，而驱动部在第一方向上占用的空间也远远小于两个螺杆之和，能够极大的节约操作空间，以方便手术的进行。

如图4-5所示，在更一步优选的方案中，第一驱动部310包括第二外壳311、第二电机312、第二螺杆313、和所述的第二滑块314，第二外壳内部设有腔体，第二螺杆位于腔体内，第二螺杆轴向沿着第一方向分布，第二电机固定在第二外壳上，第二电机和第二螺杆连接被驱动第二螺杆转动，第二滑块和第二螺杆螺纹连接以使得第二螺杆转动能够驱动第二滑块沿着第一方向移动。

如图5所示，在更一步优选的方案中，所述的第二驱动部320包括第三外壳321、第三电机322、第三螺杆323、和所述的第三滑块324，第三外壳内部设有腔体，第三螺杆位于腔体内，第三螺杆轴向沿着第一方向分布，第三电机固定在第三外壳上，第三电机和第三螺杆连接被驱动第三螺杆转动，第三滑块和第三螺杆螺纹连接以使得第三螺杆转动能够驱动第三滑块沿着第一方向移动。

如图5和6所示，第二滑块和第三外壳固定连接或者一体化成型，第三滑块和肿瘤夹钳控制部固定连接或者一体化成型。

进一步的，如图7所示，本发明的肿瘤夹钳包括控制部510、长轴部520和操作部530，长轴部两端连接控制部和操作部，控制部通过长轴部控制操作部进行手术操作，长轴部沿着第一方向延伸，长轴部包括外管522和中杆523，外管固定操作部530，控制部通过中杆通过控制操作部进行手术操作，现有技术中，控制部都是和长轴部固定连接的，肿瘤夹钳的操作部的位置变化通过控制部的位置变化来实现，因此控制部就要被手术机器人移动较大的距离，肿瘤夹钳为了控制控制部移动也需要有多个机械臂等一起运动，操作精度不高，影响手术进行。因此在更一步优选的实施方案中，如图7所示，本发明的长轴部穿过控制部510并能够被控制部驱动相对控制部沿着第一方向移动，控制部能够驱动中杆523轴向自转以驱动操作部进行手术操作。

继续的，如图7所示，控制部包括有一凸出的固定管511，固定管用来固定长轴部的外管，长轴部穿过固定管511，固定管内壁设有沿着第一方向分布的第一卡槽512，长轴部的外管设有沿着第一方向分布的第一卡条5223，第一卡条和第一卡槽配合以限制外管仅能够相对控制部沿着第一方向移动。

如图8所示，控制部510设有一个中空腔体，长轴部穿过中空腔体，控制部包括控制外管第一方向运动的径向控制件和控制中杆轴向自转的轴向控制件。

继续如图8所示，径向控制件包括第四电机513、第一转动轴514、第一齿轮515，第四电机驱动第一转动轴转动进而驱动第一齿轮转动，外管上设有和第一齿轮齿合的齿条521，第一齿轮转动通过齿条驱动肿瘤夹钳沿着第一方向移动，本轴向控制件被控制部固定，长轴部能够相对轴向控制件在第一方向上运动，当需要长轴部在第一方向上运动的时候，驱动电机513即可。在一些其他的实施例当中，也可以在控制部的腔体内肿瘤夹钳的外管两侧设有两个径向控制件。

如图9所示，外管上设有活动通道5221，轴向控制件部分穿过活动通道并和中杆连接，轴向控制件包括固定臂516、固定壳体519、第五电机517、第二转动轴518、第二齿轮5191、第三齿轮5192、第四齿轮5193，第五电机驱动第二转动轴绕着第二方向转动，第二方向和第一方向垂直，第二转动轴驱第二齿轮绕着第二方向转动，第二齿轮驱动第三齿轮在第一方向转动，第三齿轮驱动第四齿轮在第一方向转动，第四齿轮内设有中心通道，中杆523穿过中心通道并能够相对第四齿轮在第一方向运动，中心通道内设有第二卡槽5194，第二卡槽沿着第一方向分布，中杆523外表面沿着一方向分布的第二卡条5231，第二卡条和第二卡槽配合使得第四齿轮转动能够驱动中杆转动。

如图12所示，外管设有转动座5222，中杆的末端连接在转动座上并能够相对转动座轴向自转。

如图13所示，操作部530包括两个夹臂531、连接座533、活动块534、活动柱535，两个夹臂铰接并铰接在连接座上，连接座和外管固定连接，夹臂上设有滑动通道532，活动块和中杆螺纹连接，活动块上设有活动柱535，活动柱卡入滑动通道内，中杆转动驱动滑动块沿着第一方向运动进而驱动两个夹臂张开和闭合。

由于径向控制件和轴向控制件要控制长轴部两个不同的杆结构(外管和中杆)，因此径向控制件驱动外管在第一方向移动的时候，中杆和外管也要相对轴向控制件在第一方向移动，所以本发明的轴向控制件使用那些通过自转控制操作部的杆结构。

作为改进，如图11所示，第四齿轮外面设有限位部5195，限位部限制第三齿轮相对第四齿轮在第一方向出现移动，在中杆在第一方向运动的时候，第四齿轮受到来到中杆在第一方向上的摩擦力，限位部的设计，其可以有效的控制控制部的精度，防止第四齿轮和第三齿轮出现打滑。

Claims

1.一种用于手术机器人的肿瘤夹钳，包括控制部（510）、长轴部（520）和操作部（530），长轴部两端连接控制部和操作部，控制部通过长轴部控制操作部进行手术操作，长轴部沿着第一方向延伸，长轴部包括外管（522）和中杆（523），外管固定操作部（530），控制部通过中杆通过控制操作部进行手术操作，其特征在于，长轴部穿过控制部（510）并能够被控制部驱动相对控制部沿着第一方向移动，控制部能够驱动中杆（523）轴向自转以驱动操作部进行手术操作。

2.根据权利要求1所述的手术机器人的肿瘤夹钳，其特征在于，控制部包括有一凸出的固定管（511），长轴部穿过固定管（511），固定管内壁设有沿着第一方向分布的第一卡槽（512），长轴部的外管设有沿着第一方向分布的第一卡条（5223），第一卡条和第一卡槽配合以限制外管仅能够相对控制部沿着第一方向移动。

3.根据权利要求2所述的手术机器人的肿瘤夹钳，其特征在于，控制部（510）设有一个中空腔体，长轴部穿过中空腔体，控制部包括控制外管第一方向运动的径向控制件和控制中杆轴向自转的轴向控制件。

4.根据权利要求3所述的手术机器人的肿瘤夹钳，其特征在于，所述的径向控制件包括第四电机（513）、第一转动轴（514）、第一齿轮（515），第四电机驱动第一转动轴转动进而驱动第一齿轮转动，外管上设有和第一齿轮齿合的齿条（521），第一齿轮转动通过齿条驱动肿瘤夹钳沿着第一方向移动。

5.根据权利要求3-4任一项所述的手术机器人的肿瘤夹钳，其特征在于，外管上设有活动通道（5221），轴向控制件部分穿过活动通道并和中杆连接，轴向控制件包括固定臂（516）、固定壳体（519）、第五电机（517）、第二转动轴（518）、第二齿轮（5191）、第三齿轮（5192）、第四齿轮（5193），第五电机驱动第二转动轴绕着第二方向转动，第二方向和第一方向垂直，第二转动轴驱第二齿轮绕着第二方向转动，第二齿轮驱动第三齿轮在第一方向转动，第三齿轮驱动第四齿轮在第一方向转动，第四齿轮内设有中心通道，中杆（523）穿过中心通道并能够相对第四齿轮在第一方向运动，中心通道内设有第二卡槽（5194），第二卡槽沿着第一方向分布，中杆（523）外表面沿着一方向分布的第二卡条（5231），第二卡条和第二卡槽配合使得第四齿轮转动能够驱动中杆转动。

6.根据权利要求5所述的手术机器人的肿瘤夹钳，其特征在于，外管设有转动座（5222），中杆的末端连接在转动座上并能够相对转动座轴向自转。

7.根据权利要求6所述的手术机器人的肿瘤夹钳，其特征在于，操作部（530）包括两个夹臂（531）、连接座（533）、活动块（534）、活动柱（535），两个夹臂铰接并铰接在连接座上，连接座和外管固定连接，夹臂上设有滑动通道（532），活动块和中杆螺纹连接，活动块上设有活动柱（535），活动柱卡入滑动通道内，中杆转动驱动滑动块沿着第一方向运动进而驱动两个夹臂张开和闭合。

8.根据权利要求5-7任一项所述的手术机器人的肿瘤夹钳，其特征在于，第四齿轮外面设有限位部（5195），限位部限制第三齿轮相对第四齿轮在第一方向出现移动。