CN111227939A - 一种模块化单孔腔镜手术驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗器械领域，具体地说是一种模块化单孔腔镜手术驱动装置，主体基座上具有至少一个导轨支架，穿孔器支架安装在导轨支架上或直接安装于主体基座上；直线驱动电机设置在导轨支架上，绕线轮A连接于直线驱动电机的输出轴上；盒体与导轨支架滑动连接，盒体上安装有驱动腱固定块，绕线轮A通过驱动腱与盒体相连，通过直线驱动电机的正反向工作，由绕线轮A通过驱动腱带动盒体沿导轨支架往复移动；手术器械通过对接机构与盒体连接，盒体内安装有动力源，动力源通过传动部件带动手术器械实现多自由度驱动。本发明采用模块化设计，便于手术器械的快速更换，可支持多支手术器械调整位姿的驱动，空间布置集成度高，整体轻量化，可靠性高。

Description

一种模块化单孔腔镜手术驱动装置

技术领域

本发明属于医疗器械领域，具体地说是一种模块化单孔腔镜手术驱动装置。

背景技术

在现代医学的诊疗过程中，为了实现手术创伤小、疼痛感轻、术后恢复快且美观等要求，微创手术在医疗外科领域占有越来越重要的地位。随着微创手术机器人的出现，医生可以在该机器人的帮助下实现微创、精准、高效的手术。对于微创手术机器人系统，医生通过操作台控制前端手术器械模仿医生手臂与腕部的灵活动作，手术器械的灵活动作则是由与手术器械相连的近端驱动装置来实现的。单孔腔镜手术就是典型的微创手术，可以利用内窥镜及多支手术器械，通过一微小切口进行复杂的手术操作，具有出血少、疼痛感轻、术后恢复快且美观、术后感染风险小等优点。将单孔腔镜手术驱动装置进行模块化集成，方便手术过程中手术器械的快速更换，实现了手术器械的轻量化和多自由度集成驱动，实现了手术创口小，简化了单孔腔镜手术驱动装置的构成。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于完成微创手术操作、支撑快速更换手术器械的模块化单孔腔镜手术驱动装置。该模块化单孔腔镜手术驱动装置的手术器械驱动模块将提供驱动力的动力源及相关传动部件集成于一体，实现了驱动部分的模块化，同时便于实现手术器械的多自由度驱动；手术器械驱动模块与所驱动的手术器械之间通过对接盘相连，实现了手术器械的快速更换；而且，手术器械驱动模块上有对接机构及锁紧机构，辅助手术器械安装定位；模块化单孔腔镜手术驱动装置可同时安装多支器械。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括支架、直线运动驱动模块及手术器械驱动模块，其中支架包括主体基座、导轨支架及穿孔器支架，该主体基座上具有至少一个导轨支架，所述穿孔器支架安装在导轨支架上或直接安装于主体基座上；所述直线运动驱动模块包括直线驱动电机、绕线轮A及驱动腱，该直线驱动电机设置在导轨支架上，绕线轮A连接于直线驱动电机的输出轴上；所述手术器械驱动模块包括盒体、对接机构、驱动腱固定块及动力源，该盒体与所述导轨支架滑动连接，所述盒体上安装有驱动腱固定块，所述绕线轮A通过驱动腱与盒体相连，通过直线驱动电机的正反向工作，由绕线轮A通过驱动腱带动所述盒体沿导轨支架往复移动；手术器械通过对接机构与所述盒体连接，该盒体内安装有所述动力源，该动力源通过传动部件带动所述手术器械实现多自由度驱动；

其中：所述主体基座包括圆盘及悬臂，该圆盘上设有至少一个悬臂，所述导轨支架的一端连接于悬臂上；主体基座与导轨支架之间为一体结构或分体结构；

所述悬臂呈“L”型，一端与所述圆盘相连，另一端开设有多个与导轨支架连接的安装孔A，各所述安装孔A的中心位置连线与所述主体基座的中心线平行或倾斜，进而实现所述手术器械的中心线与支架的中心线平行或倾斜；

所述导轨支架上安装有导轨，该导轨的两端分别设有安装在导轨支架上的挡块A；所述手术器械驱动模块通过滑块与导轨滑动连接，并通过导轨两端的所述挡块A限位；

每个所述挡块A上均设有绕线轮B，所述绕线轮A的下方设有绕线轮C；所述驱动腱为一根或两根，当驱动腱为一根时，该驱动腱缠绕在所述绕线轮A上，两端分别连接于所述盒体上；当所述驱动腱为两根时，每根驱动腱的一端连接于所述绕线轮A上，另一端分别连接于所述盒体上；

所述对接机构包括安装在盒体上的转接板，该转接板一端开口，开口端的两侧均设有导轨槽，所述手术器械上的导轨与该导轨槽滑动配合连接，实现该手术器械与手术器械驱动模块的对接；

所述对接机构上安装有锁紧机构，该锁紧机构包括挡块B、弹簧、滑杆、按钮、锁紧块及插柱，该挡块B安装于对接机构上，所述滑杆可移动地放置在对接机构上，一端连接有铵钮，另一端设有锁紧块，该滑杆的另一端与所述挡块B之间设有弹簧；所述滑杆的一端上设有插柱，所述锁紧块的一端与滑杆的另一端相连，该锁紧块的另一端沿手术器械对接移动方向的两面均为斜面；

所述盒体包括壳体、安装板及底板，该安装板呈“L”形，一面安装在壳体上，另一面位于壳体的上方、并开设有多个安装孔D，所述壳体内容置有多个动力源，每个动力源均固定在一个所述安装孔D中；所述底板固定在“L”形安装板的一面，该底板上分别安装有滑块及驱动腱固定块，所述绕线轮A通过驱动腱与该驱动腱固定块相连；

所述导轨支架的一端与主体基座相连，另一端连接有穿孔器支架，所述手术器械上的形变段及杆件均由该穿孔器支架上的穿孔器穿过；或者，所述穿孔器支架为弯管，该弯管的一端与所述主体基座连接，另一端设有穿孔器；

每个所述手术器械驱动模块及与其对接的手术器械的外部罩有安装于支架上的外壳。

本发明的优点与积极效果为：

本发明采用模块化设计，便于手术器械的快速更换，可支持多支包括内窥镜在内的手术器械调整位姿的驱动；空间布置集成度高，整体轻量化，可靠性高，整体结构简单，可以适应多种具有不同自由度需求的手术器械。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图之一；

图2为本发明的立体结构示意图之二；

图3为本发明去掉外壳后的立体结构示意图；

图4为本发明支架的一种结构的立体结构示意图；

图5为本发明支架的另一种结构的立体结构示意图；

图6为本发明直线运动驱动模块的立体结构示意图之一；

图7为本发明直线运动驱动模块的立体结构示意图之二；

图8为本发明手术器械驱动模块的一种结构的立体结构示意图；

图9为本发明手术器械驱动模块的另一种结构的立体结构示意图；

图10为本发明手术器械驱动模块的内部剖视图；

图11为本发明手术器械对接于手术器械驱动模块上的立体结构示意图；

图12为本发明锁紧机构的立体结构示意图；

图13为本发明主体基座的一种结构的立体结构示意图；

图14为图13的主视图；

图15为本发明主体基座的另一种结构的立体结构示意图；

图16为图15的主视图；

图17为本发明主体基座的再一种结构的立体结构示意图；

图18为图17的主视图；

其中：1为外壳；

2为支架，201为主体基座，2011为圆盘，2012为悬臂，2013为安装孔A，2014为安装孔C，202为导轨支架，2021为安装孔B，203为穿孔器支架，204为弯管；

3为直线运动驱动模块，301为直线驱动电机，302为联轴器，303为绕线轮A，304为导轨，305为绕线轮B，306为挡块A，307为绕线轮C，308为轴承座，309为电机座；

4为手术器械驱动模块，401为转接板，402为对接盘，403为壳体，404为安装板，405为底板，406为滑块，407为驱动腱固定块，408为导轨槽，409为挡块B，410为弹簧，411为滑杆，412为按钮，413为锁紧块，414为插柱，415为动力源；

5为手术器械。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～5所示，本发明包括外壳1、支架2、直线运动驱动模块3及手术器械驱动模块4，其中支架2为本发明的整体框架，包括主体基座201、导轨支架202及穿孔器支架203，主体基座201上具有至少一个导轨支架202，穿孔器支架203安装在导轨支架202上或直接安装于主体基座201上；本发明的主体基座201包括圆盘2011及悬臂2012，圆盘2011上沿圆周方向均布有多个安装孔C2014，用于本发明与后方机械臂的连接，可以实现驱动装置的整体旋转；圆盘2011的边缘设有至少一个悬臂2012，悬臂2012的数量可与导轨支架202的数量相同；悬臂2012呈“L”型，一端与圆盘2011的边缘相连(或与圆盘2011为一体结构)，另一端开设有多个与导轨支架202连接的安装孔A2013，导轨支架202的一端通过螺栓和定位销固接于悬臂2012上，该导轨支架202的另一端连接有穿孔器支架203，此时的穿孔器支架203为多支片状支架，手术器械5上的形变段及杆件均由该穿孔器支架203上的穿孔器穿过；或者，穿孔器支架203为弯管204，该弯管204的一端与主体基座201连接或由主体基座201延伸出来，另一端设有穿孔器，此时穿孔器支架与导轨支架202无连接。本发明的主体基座201与导轨支架202之间可为一体结构或分体结构，为分体结构时可采用螺栓连接或焊接的形式。每个悬臂2012另一端上的各安装孔A2013的中心位置连线与主体基座201的中心线平行或倾斜，进而实现手术器械5的中心线与支架2的中心线平行或倾斜。此外，还可以采用独立的主动臂作为穿孔器的安装支架。本发明主体基座201的圆盘2011上优选地外伸出三～五支“L”型的悬壁2012，如图13、图14所示为三支“L”型悬臂2012，如图15、图16所示为四支“L”型悬臂2012，如图17、图18所示，为五支“L”型悬臂2012；

导轨支架202上沿长度方向开设有多个用来安装直线运动驱动模块3的安装孔B2021。如图3、图6及图7所示，直线运动驱动模块3包括直线驱动电机301、联轴器302、绕线轮A303、导轨304、绕线轮B305、挡块A306、绕线轮C307、轴承座308、电机座309及驱动腱，直线驱动电机301通过电机座309固定在导轨支架202上，输出轴通过联轴器302与绕线轮A303的轮轴相连，该绕线轮A303的轮轴由固定在导轨支架202上的轴承座308支撑，并通过轴承与轴承座308转动连接。导轨支架202上固接有导轨304，该导轨304的两端分别设有固定在导轨支架202上的挡块A306，每个挡块A306上均设有绕线轮B305。绕线轮A303的下方设有绕线轮C307。手术器械驱动模块4通过滑块与导轨304滑动连接，并通过导轨304两端的挡块A306限位。绕线轮A303通过驱动腱与手术器械驱动模块4的盒体相连，通过直线驱动电机301的正反向工作，由绕线轮A303通过驱动腱带动盒体沿导轨支架202往复移动。驱动腱可为一根或两根，当驱动腱为一根时，该驱动腱缠绕在绕线轮A303上，两端分别连接于盒体上；当驱动腱为两根时，每根驱动腱的一端连接于绕线轮A303上，其中一根驱动腱的另一端由一端的绕线轮B305绕过后连接于盒体上，另一根驱动腱的另一端由绕线轮C307绕过后、再由另一端的绕线轮B305绕过，最终连接于盒体上。直线运动驱动模块3的驱动力由直线驱动电机301提供，直线驱动电机301通过联轴器302带动绕线轮A303转动，通过驱动腱与手术器械驱动模块4相连，来实现手术器械驱动模块4与手术器械5的整体直线运动。

如图8～12所示，手术器械驱动模块4包括盒体、对接机构、锁紧机构、滑块406、驱动腱固定块407及动力源415，盒体包括壳体403、安装板404及底板405，该安装板404呈“L”形，一面安装在壳体403上，另一面位于壳体403的上方、并开设有多个安装孔D，壳体403内容置有多个动力源415，每个动力源415均固定在一个安装孔D中；动力源415通过传动部件带动手术器械5实现多自由度驱动。底板405固定在“L”形安装板404的一面，该底板405上分别安装有滑块406及驱动腱固定块407，盒体通过滑块406与导轨304滑动连接，绕线轮A303通过驱动腱与该驱动腱固定块407相连。

手术器械5通过对接机构与盒体连接，对接机构包括安装在安装板404另一面上的转接板401，该转接板401呈“U”型、一端开口，“U”型开口端的两侧均设有导轨槽408，手术器械5上的导轨与该导轨槽408滑动配合连接，实现手术器械5与手术器械驱动模块4的快速对接定位。

对接机构的开口端处安装有锁紧机构，便于安装手术器械5时实现快速卡紧；该锁紧机构包括挡块B409、弹簧410、滑杆411、按钮412、锁紧块413及插柱414，该挡块B409固接在转接板401的一侧，滑杆411可移动地放置在转接板401的开口端，该滑杆411的一端连接有铵钮412，另一端设有锁紧块413，滑杆411的另一端与挡块B409之间设有弹簧410。滑杆411的一端上设有插柱414，锁紧块413的一端与滑杆411的另一端相连，该锁紧块413的另一端沿手术器械5对接移动方向的两面均为斜面。滑杆411在初始状态时受弹簧410的弹力作用，按钮412突出于转接板401，插柱414插入转接板401上开设的插孔中；当手术器械5与转接板401对接时，手术器械5与锁紧块413的斜面接触，向外推动锁紧块413，进而带动滑杆411沿长度方向移动，直至手术器械5沿导轨槽408推入转接板401中，滑杆411在弹簧410的弹力作用下复位，插柱414重又插入插孔中，锁紧块413与手术器械5抵接，将手术器械5锁紧。当需要更换手术器械5时，将按钮412向转接板401内部按压，压力大于弹簧410的弹力，使滑杆411带动锁紧块413向转接板401外侧移动，锁紧块413脱离手术器械5，即可将解锁的手术器械5取下，松开按钮412后，滑杆411通过弹簧410的弹力复位。

本发明的手术器械驱动模块4的结构可分为两种，一种是如图8所示，盒体主要包括转接板401、L型的安装板404以及两块壳体403，L型的安装板404上设置有多个安装孔D，以固定动力源415、底板405，在底板405上分别固定有滑块406、驱动腱固定块407。另一种是如图9所示，将动力源415的驱动器、接头、散热片及风扇等全部集成在手术器械驱动模块4的内部。本发明将手术器械驱动模块4组装成一体，方便整体拆装；同时，与手术器械通过对接盘402连接，可实现手术器械5的快速拆装。

在每个手术器械驱动模块4及与其对接的手术器械5的外部均罩有安装于支架2上、实现封闭的外壳1。

本发明的动力源415采用伺服电机，传动部件可为对接盘402，每个动力源415的输出端均连接一对接盘402，且每个动力源均与外部电控柜连接，实现手术器械的多自由度驱动。直线运动驱动模块3的驱动腱末端固定在手术器械驱动模块4中驱动腱固定块407上，实现了直线运动驱动模块3对手术器械驱动模块4及手术器械5的直线运动驱动。本发明可同时安装多支手术器械5，每支手术器械5及其对应的手术器械驱动模块4都安装在独立的导轨支架202上，导轨支架202及外壳1安装在主体基座201上，构成完整的驱动装置。

本发明的悬臂2012、导轨支架202、直线运动驱动模块3、手术器械驱动模块4及手术器械5的数量可相同，且一一对应；即，每个悬臂2012上均固接一导轨支架202，每个导轨支架202上均安装一直线运动驱动模块3，每个手术器械驱动模块4上均对接一手术器械5，该手术器械驱动模块4和手术器械5通过直线运动驱动模块3驱动实现直线运动。

本发明的手术器械5可为2018年11月9日申请的、申请号为201811330583.9、发明名称为“一种层级齿轮齿条驱动的手术器械”中的手术器械，该手术器械具有六自由度，每个驱动机构均连接一对接盘，手术器械5上的各对接盘与本发明盒体上的各对接盘402数量相同、且一一对应，由本发明的动力源415驱动对接盘402旋转，再通过本发明的对接盘402带动手术器械5上对应的对接盘旋转，进而带动转轴转动，实现手术器械5的自由度。

本发明在安装时，整体安装顺序为先在主体基座201上安装导轨支架202、穿孔器支架203，然后安装直线运动驱动模块3，再将手术器械驱动模块4组装好后安装在导轨304上，并用驱动腱将手术器械驱动模块4和直线运动驱动模块3连接起来，最后进行穿孔器的安装和手术器械5的安装。

Claims (10)

1.一种模块化单孔腔镜手术驱动装置，其特征在于：包括支架(2)、直线运动驱动模块(3)及手术器械驱动模块(4)，其中支架(2)包括主体基座(201)、导轨支架(202)及穿孔器支架(203)，该主体基座(201)上具有至少一个导轨支架(202)，所述穿孔器支架(203)安装在导轨支架(202)上或直接安装于主体基座(201)上；所述直线运动驱动模块(3)包括直线驱动电机(301)、绕线轮A(303)及驱动腱，该直线驱动电机(301)设置在导轨支架(202)上，绕线轮A(303)连接于直线驱动电机(301)的输出轴上；所述手术器械驱动模块(4)包括盒体、对接机构、驱动腱固定块(407)及动力源(415)，该盒体与所述导轨支架(202)滑动连接，所述盒体上安装有驱动腱固定块(407)，所述绕线轮A(303)通过驱动腱与盒体相连，通过直线驱动电机(301)的正反向工作，由绕线轮A(303)通过驱动腱带动所述盒体沿导轨支架(202)往复移动；手术器械(5)通过对接机构与所述盒体连接，该盒体内安装有所述动力源(415)，该动力源(415)通过传动部件带动所述手术器械(5)实现多自由度驱动。

2.根据权利要求1所述的模块化单孔腔镜手术驱动装置，其特征在于：所述主体基座(201)包括圆盘(2011)及悬臂(2012)，该圆盘(2011)上设有至少一个悬臂(2012)，所述导轨支架(202)的一端连接于悬臂(2012)上；主体基座(201)与导轨支架(202)之间为一体结构或分体结构。

3.根据权利要求2所述的模块化单孔腔镜手术驱动装置，其特征在于：所述悬臂(2012)呈“L”型，一端与所述圆盘(2011)相连，另一端开设有多个与导轨支架(202)连接的安装孔A(2013)，各所述安装孔A(2013)的中心位置连线与所述主体基座(201)的中心线平行或倾斜，进而实现所述手术器械(5)的中心线与支架(2)的中心线平行或倾斜。

4.根据权利要求1所述的模块化单孔腔镜手术驱动装置，其特征在于：所述导轨支架(202)上安装有导轨(304)，该导轨(304)的两端分别设有安装在导轨支架(202)上的挡块A(306)；所述手术器械驱动模块(4)通过滑块与导轨(304)滑动连接，并通过导轨(304)两端的所述挡块A(306)限位。

5.根据权利要求4所述的模块化单孔腔镜手术驱动装置，其特征在于：每个所述挡块A(306)上均设有绕线轮B(305)，所述绕线轮A(303)的下方设有绕线轮C(307)；所述驱动腱为一根或两根，当驱动腱为一根时，该驱动腱缠绕在所述绕线轮A(303)上，两端分别连接于所述盒体上；当所述驱动腱为两根时，每根驱动腱的一端连接于所述绕线轮A(303)上，另一端分别连接于所述盒体上。

6.根据权利要求1所述的模块化单孔腔镜手术驱动装置，其特征在于：所述对接机构包括安装在盒体上的转接板(401)，该转接板(401)一端开口，开口端的两侧均设有导轨槽(408)，所述手术器械(5)上的导轨与该导轨槽(408)滑动配合连接，实现该手术器械(5)与手术器械驱动模块(4)的对接。

7.根据权利要求1所述的模块化单孔腔镜手术驱动装置，其特征在于：所述对接机构上安装有锁紧机构，该锁紧机构包括挡块B(409)、弹簧(410)、滑杆(411)、按钮(412)、锁紧块(413)及插柱(414)，该挡块B(409)安装于对接机构上，所述滑杆(411)可移动地放置在对接机构上，一端连接有铵钮(412)，另一端设有锁紧块(413)，该滑杆(411)的另一端与所述挡块B(409)之间设有弹簧(410)；所述滑杆(411)的一端上设有插柱(414)，所述锁紧块(413)的一端与滑杆(411)的另一端相连，该锁紧块(413)的另一端沿手术器械(5)对接移动方向的两面均为斜面。

8.根据权利要求1所述的模块化单孔腔镜手术驱动装置，其特征在于：所述盒体包括壳体(403)、安装板(404)及底板(405)，该安装板(404)呈“L”形，一面安装在壳体(403)上，另一面位于壳体(403)的上方、并开设有多个安装孔D，所述壳体(403)内容置有多个动力源(415)，每个动力源(415)均固定在一个所述安装孔D中；所述底板(405)固定在“L”形安装板(404)的一面，该底板(405)上分别安装有滑块(406)及驱动腱固定块(407)，所述绕线轮A(303)通过驱动腱与该驱动腱固定块(407)相连。

9.根据权利要求1所述的模块化单孔腔镜手术驱动装置，其特征在于：所述导轨支架(202)的一端与主体基座(201)相连，另一端连接有穿孔器支架(203)，所述手术器械(5)上的形变段及杆件均由该穿孔器支架(203)上的穿孔器穿过；或者，所述穿孔器支架(203)为弯管(204)，该弯管(204)的一端与所述主体基座(201)连接，另一端设有穿孔器。

10.根据权利要求1所述的模块化单孔腔镜手术驱动装置，其特征在于：每个所述手术器械驱动模块(4)及与其对接的手术器械(5)的外部罩有安装于支架(2)上的外壳(1)。

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