CN110840563A - 一种开合机构及手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种开合机构及手术机器人。一种开合机构，包括：开合驱动件；开合传动组件，包括开合传动索和开合轴，所述开合传动索在所述开合驱动件的驱动作用下收放，所述开合传动索的自由端连接所述开合轴，所述开合轴被滑动装配，当所述开合传动索被收线时，所述开合传动索拉动所述开合轴克服复位件的作用力正向滑动；当所述开合传动索被放线时，所述开合轴在复位件的作用力下反向滑动；执行组件，所述执行组件包括两个铰接的执行手指，所述开合轴的两端与执行组件的两个执行手指活动连接，所述开合轴滑动推动两个执行手指摆动实现两个执行手指的开合。解决了现有技术中的开合机构零部件多、结构复杂的技术问题。

Description

一种开合机构及手术机器人

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种开合机构及手术机器人。

背景技术

1987年，全球第一例腹腔镜胆囊切除术成功完成，揭开了微创技术发展的新篇章。随之涌现出了大量先进的手术器械，推动了微创技术的发展进程并慢慢走向成熟。和传统的手术相比，创伤小、疼痛轻、恢复快的微创手术治疗在临床广泛使用，微创手术技术已成为代表医学发展的新方向。

现有技术中，传统的微创内窥镜手术器械均为细长杆结构，通过病人组织壁(例如腹腔、胸腔等)上的小切口将手术器械(例如，持针器、分离钳、手术刀、剪刀等)送入体内，医生通过操作长杆近端的把手控制长杆远端的手术器械。由于传统手术器械仅有单自由度，加上杠杆作用，医生很难实现复杂、精准的操作。还有一种是以“DaVinci”为代表的主从分离式微创手术系统，整体结构复杂、单台成本高、使用成本高；体积庞大，需要专用的大型手术室；操作复杂，医生需经过专业的培训才可掌握操作，到精通仍需很长的学习曲线。

如专利号为US6817974B2的申请公开了一种具有可定位的多盘腕关节的手术工具，其中公开了：开合机构包括打开拉绳和闭合拉绳，通过打开拉绳拉动打开致动器运动来实现打开夹钳，通过闭合拉绳拉动闭合致动器运动来实现闭合夹钳，上述的开合机构中需要设置两个拉绳分别控制两个致动器来实现夹钳的开闭，零部件多、结构复杂。

发明内容

为了解决现有技术中的开合机构零部件多、结构复杂的技术问题，本发明提出一种开合机构，解决了上述技术问题。本发明的技术方案如下：

一种开合机构，包括：开合驱动件；开合传动组件，包括开合传动索和开合轴，所述开合传动索在所述开合驱动件的驱动作用下收放，所述开合传动索的自由端连接所述开合轴，所述开合轴被滑动装配，当所述开合传动索被收线时，所述开合传动索拉动所述开合轴克服复位件的作用力正向滑动；当所述开合传动索被放线时，所述开合轴在复位件的作用力下反向滑动；执行组件，所述执行组件包括两个铰接的执行手指，所述开合轴的两端与执行组件的两个执行手指活动连接，所述开合轴滑动推动两个执行手指摆动实现两个执行手指的开合。

通过设置开合机构包括开合驱动件和开合传动索，开合驱动件收放开合传动索，当开合传动索收线时，开合传动索拉动开合轴正向滑动，开合传动索放线时，开合轴在复位件的作用下反向滑动，实现开合轴在两个方向上往复运动，开合轴的两端与两个执行手指活动连接，可推动两个执行手指摆动实现开合。仅设置一根开合传动索即可带动执行组件开合，结构简单，操作方便。

进一步地，两个所述执行手指的中部铰接，两个执行手指的驱动端上对称设置有斜槽，所述开合轴的两端穿过两个斜槽并可在两个斜槽内滑动。

进一步地，所述开合传动组件还包括开合传动轴，所述开合传动轴上设置有开合固线轮，所述开合传动索的一端绕在所述开合固线轮上，所述开合传动索的另一端经开合过渡轮与所述开合轴连接，所述开合驱动件驱动所述开合传动轴转动进而收放所述开合传动索。

进一步地，还包括开合控制单元，所述开合控制单元获取开合动作的开合电信号，所述开合驱动件根据所述开合电信号带动所述执行组件开合。

进一步地，所述开合控制单元设置在人机接口内，所述人机接口内设置有活动杆，所述活动杆在驱动组件的驱动作用下沿其轴线作直线往复运动，所述开合控制单元包括直线传感器，所述直线传感器随所述活动杆直线运动以获取开合电信号。

进一步地，所述人机接口包括手指操作部，所述手指操作部包括外壳体，所述活动杆滑动设置在所述外壳体内，所述驱动组件包括两个弯折状的驱动连杆，两个所述驱动连杆铰接设置在所述外壳体的内部且分别位于所述活动杆的两侧，所述活动杆的一端与两个所述驱动连杆的一端活动连接，两个所述驱动连杆的另一端在弹性件的作用下凸出于所述外壳体。

进一步地，所述活动杆上间隔设置有两个凸起结构，两个凸起结构之间形成槽口，所述直线传感器滑动设置在所述外壳体内，所述直线传感器至少部分伸入到所述槽口内。

一种手术机器人，包括：上述的开合机构；俯仰偏摆机构，所述俯仰偏摆机构包括俯仰偏摆控制单元、偏转驱动组件和偏转传动组件，所述俯仰偏摆控制单元获取俯仰偏摆电信号，所述偏转驱动组件根据所述俯仰偏摆电信号驱动所述偏转传动组件，所述偏转传动组件带动所述执行组件偏摆或俯仰；自转机构，所述自转机构包括自转控制单元、自转驱动件和自转传动组件，所述自转控制单元获取自转电信号，所述自转驱动组件包括驱动杆，所述自转驱动件根据所述自转电信号驱动所述驱动杆转动，所述驱动杆带动所述执行组件自转；所述俯仰偏摆控制单元、自转控制单元和开合控制单元均设置在人机接口内，所述偏转驱动组件、自转驱动件和开合驱动件均集成设置在安装板上且位于上壳体内，所述偏转传动组件、自转传动组件和开合传动组件均集成安装在板件上且位于下壳体内。

进一步地，还包括轴，所述轴将所述偏转传动组件耦合至所述执行组件，所述轴通过柔性臂与所述执行组件连接，所述柔性臂与所述执行组件可转动连接。

进一步地，所述驱动杆通过万向节与所述执行组件连接，所述驱动杆和所述万向节穿过所述轴与所述执行组件连接，所述万向节位于所述柔性臂的内部，所述万向节的轴向位置和轴向长度与所述柔性臂相同，所述开合传动索穿过所述驱动杆、所述万向节与所述开合轴连接。

基于上述结构，本发明所能实现的技术效果为：

1.本发明的开合机构，开合传动索收线时，开合传动索拉动开合轴正向滑动，开合传动索放线时，开合轴在复位件的作用下反向滑动，实现开合轴在两个方向上往复运动，开合轴的两端与两个执行手指活动连接，可推动两个执行手指摆动实现开合；通过设置开合过渡轮可控制开合传动索的拉力方向。仅设置一根开合传动索即可带动执行组件开合，结构简单，操作方便；

2.本发明的开合机构，通过设置开合控制单元可根据使用者操作手指操作部来控制执行组件的开合，准确性高，可操作性强；通过手指按压弯折状的驱动连杆即可控制执行组件的开合；

3.本发明的手术机器人，通过设置俯仰偏摆机构来带动执行组件俯仰偏摆，柔性臂的设置可实现轴心式运动，控制起来更直观、更方便；通过设置自转机构来带动执行组件自转，万向节位于柔性臂内部且且轴向位置和轴向长度与柔性臂相同，如此，驱动杆可通过万向节带动执行组件自转，且不会影响柔性臂的位置，即执行组件的自转与偏摆俯仰运动之间不会存在干涉；通过设置开合机构来带动执行组件开合，开合传动索穿过驱动杆和万向节与执行组件的开合轴连接，即执行组件可实现俯仰、偏摆、自转和开合四个自由度的运动，且互不干扰，集成度高；

4.本发明的手术机器人，俯仰偏摆控制单元、自转控制单元和开合控制单元均设置在人机接口内，偏转驱动组件、自转驱动件和开合驱动件均集成设置在安装板上且位于上壳体内，偏转传动组件、自转传动组件和开合传动组件均集成安装在板件上且位于下壳体内，实现对手术机器人的控制结构、驱动结构和传动结构的分别集成设置，大大缩小了体积，方便操作。

附图说明

图1为本发明的手术机器人的整体结构示意图；

图2为手术机器人的集成的传动部分的结构示意图；

图3为手术机器人的传动部分与驱动部分结合的结构示意图；

图4为图3的A部放大图；

图5为偏转传动组件的结构示意图；

图6为柔性臂与执行组件连接的结构示意图；

图7为柔性自转臂与执行组件连接的结构示意图；

图8为柔性自转臂的结构示意图；

图9为手术机器人的人机接口和驱动部分的结构示意图；

图10为人机接口的结构示意图；

图11为俯仰偏摆控制单元的结构示意图；

图12为人机接口的手指操作部的内部结构示意图；

图中：1-开合机构；11-开合驱动件；12-开合传动组件；121-开合传动轴；122-开合固线轮；123-开合过渡轮；124-开合传动索；125-开合轴；13-直线传感器；2-执行组件；21-执行手指；211-斜槽；22-铰接轴；24-第一连接座；241-限位槽；3-人机接口；31-手掌操作部；311-壳体；312-球形套；3121-上盖；3122-侧套体；313-球头杆；32-手指操作部；321-外壳体；322-活动杆；3221-凸起结构；3222-槽口；323-驱动连杆；3231-连杆；3232-夹片；3233-连接轴；33-束件；4-俯仰偏摆机构；41-偏转驱动组件；42-偏转传动组件；421-偏转传动轴；422-偏转固线轮；423-偏转传动索；4231-偏转过渡轮；424-致动框；425-致动器；4251-驱动索组；426-座体；43-摇杆传感器；431-摇杆；5-自转机构；51-自转驱动件；52-自转传动组件；521-自转传动轴；522-齿轮组；5221-驱动齿轮；5222-传动齿轮；5223-从动齿轮；523-驱动杆；524-万向节；5241-子连杆；5242-连接块；5243-第二连接座；5244-第三连接座；53-旋转传感器；6-轴；61-柔性臂；611-第四连接座；612-关节连杆；613-第五连接座；7-上壳体；71-第一芯片；72-主控板；8-下壳体；81-插槽；82-第二芯片；91-上板；92-下板；93-安装板；10-母头；20-公头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

如图1-图12所示，本实施例提供了一种开合机构1，包括开合驱动件11、开合传动组件12和开合控制单元，开合控制单元根据操作者的操作获取开合电信号，开合驱动件11根据开合电信号驱动开合传动组件12工作，开合传动单元12驱动执行组件2开合。其中，开合驱动件11可选但不限于电机，开合驱动件11安装在安装板93上并位于上壳体7的内部。

开合传动组件12包括开合传动轴121、开合固线轮122、开合传动索124和开合轴125，开合传动轴121可转动地安装在板件上，板件包括上板91和下板92，开合传动轴121可转动地安装在上板91和下板92之间，并位于下壳体8内部，开合传动轴121的上端伸出上板91与开合驱动件11连接。优选地，开合传动轴121通过公头母头与开合驱动件11连接，开合驱动件11的驱动端连接有公头20，开合传动轴的上端连接有母头10，公头20和母头10配合插接。开合传动轴121上套设有开合固线轮122，开合传动索124的一端绕在开合固线轮122上，另一端与开合轴125连接，开合轴125被滑动装配，当开合传动索124在开合传动轴121的作用下收线时，开合传动索124拉动开合轴125克服复位件的作用力正向滑动；当开合传动索124放线时，开合轴125在复位件的作用力下反向滑动。优选地，还包括开合过渡轮123，通过开合过渡轮123来控制开合传动索124的拉力方向，开合过渡轮123设置在上板91上，开合传动索124经过开合过渡轮123与开合轴125连接。其中，开合传动索124可选但并不限于钢丝。

执行组件2包括两个铰接的执行手指21，两个执行手指21的中部通过铰接轴22铰接，开合轴125穿过两个执行手指21的驱动端，将两个执行手指21活动连接。具体地，两个执行手指21的驱动端均开有斜槽211，开合轴125穿过两个执行手指21上的斜槽211将两个执行手指21活动连接。当需要两个执行手指21收拢时，开合传动轴121转动，带动其上的开合传动索124收线，开合传动索124带动开合轴125克服复位件的作用力沿轴向向上滑动，即正向滑动，实现两个执行手指21的收拢；当需要两个执行手指21张开时，开合传动轴121转动，带动其上开合传动索124放线，开合轴125在复位件的作用下轴向向下滑动，即反向滑动，实现两个执行手指21的张开。优选地，复位件可选但不限于压簧。

开合控制单元设置在人机接口3内，人机接口3包括手掌操作部31、手指操作部32和束件33，手指操作部32与手掌操作部31可转动连接，手指操作部32包括外壳体321，外壳体321内设置有活动杆322，活动杆322随手指操作部32的转动而转动，活动杆322可在手指操作部32内沿其轴线作直线往复运动。活动杆322在驱动组件的作用下做直线往复运动，具体地，驱动组件包括两个弯折状的驱动连杆323，两个驱动连杆323铰接设置在外壳体321内并位于活动杆322的两侧，活动杆322的一端与两个驱动连杆323的一端活动连接，两个驱动连杆323的另一端在弹性件的作用下凸出于外壳体321。进一步具体地，驱动连杆323包括固定连接或一体成型的连杆3231和夹片3232，驱动连杆323的弯折处或靠近弯折处通过连接轴3233铰接在外壳体321内，优选地，连杆3231与夹片3232相互垂直，连接轴3233设置在连杆3231的与夹片3232连接的一端。优选地，连杆3231与活动杆322连接的一端开有长孔，连接件穿过两个连杆3231上的长孔将两个连杆3231和活动杆322活动连接。当使用者用手指按压两个夹片3232时，连杆3231随之摆动，并带动活动杆322作直线运动；当使用者的手指松开两个夹片3232时，两个夹片3232在弹性件的作用下朝外摆动凸出于外壳体321，连杆3231随之摆动，并带动活动杆322反向运动，实现复位。

开合控制单元包括直线传感器13，直线传感器13随活动杆322作直线往复运动以获取开合电信号。具体地，活动杆322上间隔设置有两个凸起结构3221，两个凸起结构3221之间形成槽口3222，直线传感器13滑动装配在外壳体321内，直线传感器13至少部分伸入到槽口3222内，当活动杆322作直线往复运动时，带动直线传感器13一起运动。优选地，凸起结构3221可呈圆盘状。

直线传感器13将获取的开合电信号传送给主控板72，主控板72包括芯片，可接收开合电信号并进行处理，通过算法，转化为开合驱动件11对应的转动量，并控制开合驱动件11按照转动量工作。

优选地，开合驱动件11设置在上壳体7内，开合传动组件12设置在下壳体8内，上壳体7和下壳体8通过安装板93和上板91上的卡钩卡槽结构可拆卸连接，当安装板93和上板91通过卡钩卡槽连接时，上壳体7和下壳体8的边缘相接呈一个整体，且开合驱动件11上的公头20与开合传动轴121上的母头10插接。

进一步优选地，上壳体7的至少部分朝向传动机构下壳体8凸起，凸起部的端面上设置有第一芯片71，下壳体8内对应设置有插槽81，插槽81内底面上设置有第二芯片82，当上壳体7的凸起部插入插槽81时，第一芯片71与第二芯片82相接，第一芯片71可获取第二芯片82上的相关信息。其中，相关信息包括器械种类、器械寿命、已用次数等。凸起部内设置有主控板72，主控板72包括芯片，可接收各种电信号进行处理，通过算法，转化为各驱动件对应的转动量，并控制各驱动件按照转动量工作。

基于上述结构，本实施例中的开合机构的工作原理如下：操作者手部按压两个夹片3232，使夹片3232带动连杆3231偏转，连杆3231推动活动杆322沿轴线运动，活动杆322带动直线传感器13随之运动以获取开合电信号，并将开合电信号传送给主控板72，主控板72接收开合电信号并将开合电信号转化为开合驱动件11的转动量，主控板72控制开合驱动件11按照转动量转动，开合驱动件11驱动开合传动轴121转动，并收放开合传动索124，开合传动索124配合复位件带动开合轴125相对于执行组件2正反向滑动，以驱动两个执行手指21开合。

本实施例还提供了一种手术机器人，包括上述的开合机构1，还包括人机接口3、俯仰偏摆机构4和自转机构5。其中，俯仰偏摆机构4用于驱动执行组件2俯仰、偏摆；自转机构5用于驱动执行组件2自转；人机接口3内部设置多个传感器，分别获取俯仰偏摆电信号、开合电信号和自转电信号。

其中，俯仰偏摆机构4包括俯仰偏摆控制单元、偏转驱动组件41和偏转传动组件42，俯仰偏摆控制单元设置在人机接口3内用于获取俯仰偏摆电信号，并将俯仰偏摆电信号传送至主控板72，主控板72接收俯仰偏摆电信号，并将俯仰偏摆电信号转化为偏转驱动组件41的转动量，主控板72控制偏转驱动组件41按照转动量转动，偏转驱动组件41通过偏转传动组件42带动执行组件2俯仰、偏摆。

偏转驱动组件41可选但不限于电机，电机的数量为两个，两个电机集成安装在安装板93上，两个电机的驱动端连接有公头20。偏转驱动组件41与偏转传动组件42驱动连接。

偏转传动组件42包括偏转传动轴421、致动框424和致动器425，其中，偏转传动轴421为两个，与两个电机对应设置，两个偏转传动轴421集成安装在上板91和下板92之间，两个偏转传动轴421的上端伸出上板91并设置有母头10，两个偏转传动轴421通过公头母头与偏转驱动组件41的两个电机插接。两个偏转传动轴421上分别套设有偏转固线轮422，两根偏转传动索423的一端绕在偏转固线轮422上，两个偏转传动索423的另一端驱动致动框424或致动器425偏转。

具体地，致动框424的两端通过俯仰轴铰接在座体426上，致动器425的两端通过偏摆轴铰接在致动框424的内壁上，致动框424可带动致动器425沿俯仰轴偏转，致动器425可相对于致动框424沿偏摆轴偏转。俯仰轴和偏摆轴垂直设置，优选地，致动框424和致动器425的中心点重合，俯仰轴和偏摆轴垂直且相交，交点与上述中心点重合。

致动框424和致动器425的偏转由偏转传动索423驱动。具体地，两根偏转传动索423分别连接致动器425的两侧，两根偏转传动索423对称设置，两根偏转传动索423同时、同量一收一放时，致动器425偏转，两根偏转传动索423同时、同量收或放时，致动框424偏转。优选地，两根偏转传动索423连接在致动器425的一端的两侧。优选地，偏转传动索423可选但并不限于钢丝。

偏转传动索423在偏转传动轴421的带动下收放。优选地，偏转传动索423从致动器425的上方作用于致动器425，偏转传动索423的拉力方向与初始状态下的致动器425近似垂直。偏转传动索423的拉力方向被偏转过渡轮4231控制，偏转传动索423绕过偏转过渡轮4231与致动器425连接，偏转过渡轮4231位于致动器425的正上方。

致动器425的偏转带动执行组件2俯仰、偏摆，致动器425上设有驱动索组4251，当致动器425相对于致动框424沿偏摆轴偏转时，致动器425通过驱动索组4251带动执行组件2偏摆；当致动框424带动致动器425沿俯仰轴偏转时，致动器425通过驱动索组4251带动执行组件2俯仰。进一步地，驱动索组4251包括多个驱动索，优选地，各驱动索的竖直延伸的中间段的至少部分为杆状结构，即驱动索的两端呈索状，中间部分呈杆状，如此可方便加工，且增强刚度和硬度。进一步优选地，驱动索的两端为钢丝，中间部分为钢杆。

进一步地，偏转传动组件42通过轴6耦合至执行组件2，具体地，轴6的一端与下板92连接，轴6的另一端通过柔性臂61与执行组件2连接。具体地，柔性臂61包括至少两个关节连杆612，至少两个关节连杆612依次铰接连接。关节连杆612呈具有一定厚度的圆环状，每个关节连杆612的外周轴向延伸有铰接结构，相邻两个关节连杆612通过铰接结构铰接。靠近轴6的关节连杆612通过第四连接座611与轴6固定连接，靠近执行组件2的关节连杆612通过第五连接座613与执行组件2转动连接。优选地，第四连接座611与关节连杆612之间可为铰接或固定连接，第五连接座613与关节连杆612之间可为铰接或固定连接，只要保证第四连接座611、至少两个关节连杆612和第五连接座613之间沿两个垂直的铰接轴线偏转即可。驱动索组4251包括多个驱动索，多个驱动索的一端与致动器425连接，多个驱动索的另一端分别与两个沿不同方向摆动的关节连杆612连接以驱动柔性臂61俯仰偏摆。

优选地，柔性臂61与执行组件2可转动连接。具体地，执行组件2还包括第一连接座24，执行组件2通过第一连接座24与柔性臂61可转动连接。具体地，第五连接座613与第一连接座24的一端转动连接，第一连接座24的另一端呈分叉状，两个执行手指21的驱动端和开合轴125置于两个分叉之间，铰接轴22的两端分别与两个分叉连接，实现两个执行手指21与第一连接座24的连接。第一连接座24上还开有限位槽241，开合轴125的两端伸入限位槽241内并沿限位槽241运动。优选地，限位槽241轴向延伸。

俯仰偏摆控制单元设置在人机接口3的手掌操作部31内，手掌操作部31与上壳体7的远离下壳体8的一端连接，手指操作部32与手掌操作部31可转动连接，束件33与手掌操作部31连接，以在手掌操作手掌操作部31时将约束力施加到手背。

手掌操作部31包括壳体311和设置在壳体311内的俯仰偏摆控制单元，其中，壳体311的形状与人的手掌相适应，方便手掌抓握；俯仰偏摆控制单元包括球形套312和球头杆313，球形套312固定设置在壳体311的内部，球头杆313的一端为球头，另一端为杆头，球头杆313的球头伸入球形套312内，并可相对于球头杆313摆动；球头杆313的杆头伸出壳体311与上壳体7连接。球头杆313的球头为中空结构，球头内容纳有俯仰偏摆控制单元，俯仰偏摆控制单元感应球形套相对球头的偏转动作获取俯仰偏摆电信号。

本实施例中，俯仰偏摆控制单元包括摇杆传感器43，球头的顶端设置有开口，摇杆传感器43的摇杆431可自开口伸出与球形套312的内顶面连接，当球头杆313和球形套312相对摆动时，会带动摇杆431偏摆，摇杆传感器43获取球头杆313和球形套312在两个正交方向上的相对摆动电信号，分为为俯仰电信号和偏摆电信号。优选地，球形套312包括上盖3121和侧套体3122，侧套体3122套在球头杆313的球头的外周，上盖3121位于球头杆313的上方并与摇杆431连接。进一步地，为了防止球形套312沿球头杆313的轴线自转，球头杆313的球头和球形套312通过柱状凸起和限位槽结构来防止两者发生相对自转。

当手掌作用于手掌操作部31时，手掌抓握在壳体311上，当手掌带动壳体311偏摆时，壳体311内的球形套312相对于球头杆313沿偏摆方向摆动，摇杆传感器43获取偏摆电信号，并将电信号传送给主控板72，主控板72根据电信号驱动偏转驱动组件11来带动执行组件2执行偏摆动作。当手掌带动壳体311俯仰时，壳体311内的球形套312相对于球头杆313沿俯仰方向摆动，摇杆传感器43获取俯仰电信号，并将电信号传送给主控板72，主控板72根据电信号驱动偏转驱动组件11来带动执行组件2执行俯仰动作。

自转机构5用于控制执行组件2自转。具体地，自转机构5包括自转驱动件51、自转传动组件52和自转控制单元，自转控制单元设置在人机接口3内用于获取自转电信号，并将自转电信号传送至主控板72，主控板72接收自转电信号，并将自转电信号转化为自转驱动件51的转动量，主控板71控制自转驱动件51按照转动量转动，自转驱动件51通过自转传动组件52带动执行组件2自转。

自转驱动件51可选但不限于电机，自转驱动件51安装在安装板93上，自转驱动件51的驱动端连接有公头20，自转驱动件51与自转传动组件52驱动连接。

自转传动组件52包括自传传动轴521、齿轮组522、驱动杆523和万向节524，自转驱动件51的驱动端驱动连接自转传动轴521，自传传动轴521通过齿轮组522带动驱动杆523转动，驱动杆523通过万向节524带动执行组件2自转。具体地，自传传动轴521可转动地安装在板件上，自转驱动件51的驱动端和自传传动轴521通过公头母头连接。自转传动轴521可转动地安装在上板91和下板92之间，自传传动轴521的上端伸出上板91并连接有母头10，自转驱动件51的驱动端连接有公头20，公头20和母头10配合插接。齿轮组522包括驱动齿轮5221、传动齿轮5222和从动齿轮5223，驱动齿轮5221套设在自传传动轴521上，从动齿轮5223套设在驱动杆523上，驱动杆523可转动地设置在下板92上，驱动齿轮5221通过传动齿轮5222驱动从动齿轮5223转动，进而带动驱动杆523转动。

驱动杆523通过万向节524与执行组件2连接。万向节524包括至少两个子连杆5241，至少两个子连杆5241通过连接块5242依次铰接，相邻两个子连杆5241与连接块5242的铰接方向垂直。具体地，子连杆5241呈H形，连接块5242呈环状，子连杆5241的端部围在连接块5242的外周并与连接块5242铰接。万向节524的上端连接有第二连接座5243，万向节524通过第二连接座5243与驱动杆523连接，具体地，万向节524与第二连接座5243固定连接或铰接，第二连接座5243可伸入到驱动杆523的端部内部，可设置第二连接座5243与驱动杆523插接后平键联接，使驱动杆523可带动万向节524转动。万向节524的下端连接有第三连接座5244，万向节524通过第三连接座5244与执行组件2连接。具体地，万向节524的下端与第三连接座5244固定连接。优选地，第二连接座5243和万向节524内均开有轴向延伸的通孔。第三连接座5244内开有贯通的滑槽，开合轴125的上端滑动设置在第三连接座5244的滑槽内，万向节524通过第三连接座5244带动执行组件2转动，开合轴125可沿第三连接座5244内的滑槽轴向滑动。

还包括自转控制单元，自转控制单元设置在人机接口3的手指操作部32内，手指操作部32与手掌操作部31可转动连接，手指操作部32内的活动杆322随手指操作部32的转动而转动，自转控制单元包括旋转传感器53，旋转传感器53设置在活动杆322上随之转动并获取自转电信号，获取的自转电信号传送给主控板72，主控板72可接收自转电信号并进行处理，通过算法，转化为自转驱动件51对应的转动量，并控制自转驱动件51按照转动量工作。

俯仰偏摆控制单元、自转控制单元和开合控制单元均设置在人机接口3内，偏转驱动组件41、自转驱动件51和开合驱动件11均集成设置在安装板93上且位于上壳体7内，偏转传动组件42、自转传动组件52和开合传动组件12均集成安装在上板91和下板92之间且位于下壳体8内。当上板91和安装板93通过卡钩卡槽连接时，上壳体7和下壳体8的边缘相接呈一个整体，且开合驱动件11上的公头20与开合传动轴121上的母头10插接，偏转驱动组件41上的公头20和两个偏转传动轴421上的母头10对应插接，自转驱动件51上的公头20和自转传动轴521上的母头10插接。同时，第一芯片71和第二芯片82相接。

基于上述结构，本实施例的手术机器人的工作原理为：操作者的手自手掌操作部31和束件33之间的开口伸入，手掌抓握住手掌操作部31，手指操作手指操作部32。

当需要执行组件2执行俯仰偏摆动作时，手掌带动壳体311偏摆，壳体311内的球形套312相对于球头杆313的球头偏摆，摇杆传感器43获得手掌摆动对应的俯仰电信号和偏摆电信号，并将获得的俯仰电信号和偏摆电信号传送给主控板72，主控板72接收俯仰电信号和偏摆电信号并计算转化为偏转驱动组件41的两个电机的转动量，主控板72根据转动量控制两个电机转动；两个电机带动两个偏转传动轴421转动，两个偏转传动轴421驱动两个偏转传动索423收放，带动致动框424和/或致动器425偏转，致动器425上的驱动索组4251拉动柔性臂61的关节连杆612执行俯仰、偏摆动作。

当需要执行组件2执行开合动作时，手指捏住夹片3232克服复位件的作用力发生偏转，连杆3231随之偏转，连杆3231带动活动杆322做直线运动，活动杆322上的槽口3222带动直线传感器13随之直线运动，直线传感器13获取开合电信号，并将开合电信号传送给主控板72，主控板72接收开合电信号并计算转化为开合驱动件11的转动量，主控板72根据转动量控制开合驱动件11转动；开合驱动件11带动开合传动轴121转动，开合传动轴121驱动开合传动索124收放，开合传动索124带动开合轴125沿限位槽241做直线运动，开合轴125驱动两个执行手指21的驱动端，实现两个执行手指21的开合。

当需要执行组件2执行自转动作时，手指转动外壳体321，带动其内的活动杆322转动，活动杆322上的旋转传感器53也随之转动，旋转传感器53获取自转电信号，并将自转电信号传送给主控板72，主控板72接收自转电信号并计算转化为自转驱动件51的转动量，主控板72根据转动量控制自转驱动件51转动；自转驱动件51带动自转传动轴521转动，自转传动轴521带动其上的驱动齿轮5221转动，驱动齿轮5221通过传动齿轮5222带动从动齿轮5223转动，从而带动驱动杆523转动，驱动杆523通过万向节524带动执行组件2自转，实现执行组件2的自转。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明的宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (10)

1.一种开合机构，其特征在于，包括：

开合驱动件(11)；

开合传动组件(12)，包括开合传动索(124)和开合轴(125)，所述开合传动索(124)在所述开合驱动件(11)的驱动作用下收放，所述开合传动索(124)的自由端连接所述开合轴(125)，所述开合轴(125)被滑动装配，当所述开合传动索(124)被收线时，所述开合传动索(124)拉动所述开合轴(125)克服复位件的作用力正向滑动；当所述开合传动索(124)被放线时，所述开合轴(125)在复位件的作用力下反向滑动；

执行组件(2)，所述执行组件(2)包括两个铰接的执行手指(21)，所述开合轴(21)的两端与执行组件(2)的两个执行手指(21)活动连接，所述开合轴(125)滑动推动两个执行手指(21)摆动实现两个执行手指(21)的开合。

2.根据权利要求1所述的一种开合机构，其特征在于，两个所述执行手指(21)的中部铰接，两个执行手指(21)的驱动端上对称设置有斜槽(211)，所述开合轴(125)的两端穿过两个斜槽(211)并可在两个斜槽(211)内滑动。

3.根据权利要求1-2任一项所述的一种开合机构，其特征在于，所述开合传动组件(12)还包括开合传动轴(121)，所述开合传动轴(121)上设置有开合固线轮(122)，所述开合传动索(124)的一端绕在所述开合固线轮(122)上，所述开合传动索(122)的另一端经开合过渡轮(123)与所述开合轴(125)连接，所述开合驱动件(11)驱动所述开合传动轴(121)转动进而收放所述开合传动索(124)。

4.根据权利要求1所述的一种开合机构，其特征在于，还包括开合控制单元，所述开合控制单元获取开合动作的开合电信号，所述开合驱动件根据所述开合电信号带动所述执行组件(2)开合。

5.根据权利要求4所述的一种开合机构，其特征在于，所述开合控制单元设置在人机接口(3)内，所述人机接口(3)内设置有活动杆(322)，所述活动杆(322)在驱动组件的驱动作用下沿其轴线作直线往复运动，所述开合控制单元包括直线传感器(13)，所述直线传感器(13)随所述活动杆(322)直线运动以获取开合电信号。

6.根据权利要求5所述的一种开合机构，其特征在于，所述人机接口(3)包括手指操作部(32)，所述手指操作部(32)包括外壳体(321)，所述活动杆(322)滑动设置在所述外壳体(321)内，所述驱动组件包括两个弯折状的驱动连杆(323)，两个所述驱动连杆(323)铰接设置在所述外壳体(321)的内部且分别位于所述活动杆(322)的两侧，所述活动杆(322)的一端与两个所述驱动连杆(323)的一端活动连接，两个所述驱动连杆(323)的另一端在弹性件的作用下凸出于所述外壳体(321)。

7.根据权利要求6所述的一种开合机构，其特征在于，所述活动杆(322)上间隔设置有两个凸起结构(3221)，两个凸起结构(3221)之间形成槽口(3222)，所述直线传感器(13)滑动设置在所述外壳体(321)内，所述直线传感器(13)至少部分伸入到所述槽口(3222)内。

8.一种手术机器人，其特征在于，包括：

权利要求4-7任一项所述的开合机构(1)；

俯仰偏摆机构(4)，所述俯仰偏摆机构(4)包括俯仰偏摆控制单元、偏转驱动组件(41)和偏转传动组件(42)，所述俯仰偏摆控制单元获取俯仰偏摆电信号，所述偏转驱动组件(41)根据所述俯仰偏摆电信号驱动所述偏转传动组件(42)，所述偏转传动组件(42)带动所述执行组件(2)偏摆或俯仰；

自转机构(5)，所述自转机构(5)包括自转控制单元、自转驱动件(51)和自转传动组件(52)，所述自转控制单元获取自转电信号，所述自转驱动组件(52)包括驱动杆(523)，所述自转驱动件(51)根据所述自转电信号驱动所述驱动杆(523)转动，所述驱动杆(523)带动所述执行组件(2)自转；

所述俯仰偏摆控制单元、自转控制单元和开合控制单元均设置在人机接口(3)内，所述偏转驱动组件(41)、自转驱动件(51)和开合驱动件(11)均集成设置在安装板(93)上且位于上壳体(7)内，所述偏转传动组件(42)、自转传动组件(52)和开合传动组件(12)均集成安装在板件上且位于下壳体(8)内。

9.根据权利要求8所述的一种手术机器人，其特征在于，还包括轴(6)，所述轴(6)将各传动组件耦合至所述执行组件(2)，所述轴(6)通过柔性臂(61)与所述执行组件(2)连接，所述柔性臂(61)与所述执行组件(2)可转动连接。

10.根据权利要求9所述的一种手术机器人，其特征在于，所述驱动杆(523)通过万向节(524)与所述执行组件(2)连接，所述驱动杆(523)和所述万向节(524)穿过所述轴(6)与所述执行组件(2)连接，所述万向节(524)位于所述柔性臂(61)的内部，所述万向节(524)的轴向位置和轴向长度与所述柔性臂(61)相同，所述开合传动索(124)穿过所述驱动杆(523)、所述万向节(524)与所述开合轴(125)连接。

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