CN111481243B - 单孔腔镜手术机器人器械直线递送装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单孔腔镜手术机器人器械直线递送装置，包括框架组件、至少一个直线递送组件、至少一个递送控制组件和至少一个驱动组件；递送控制组件和驱动组件的数量与直线递送组件数量相同。本发明采用分层式设计：前端器械和/或镜体容纳通道多腔管设计可实现器械和/或镜体在单孔环境下的器械和/或镜体介入，器械容纳装置与直线递送组件及驱动组件的配合可以实现器械和/或镜体的准确和高直线度的递送。

Description

单孔腔镜手术机器人器械直线递送装置

技术领域

本发明涉及一种器械递送装置，具体地说是一种单孔腔镜手术机器人直线递送装置。

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，单孔腔镜手术在医疗外科领域占有越来越重要的地位。随着单孔腔镜手术机器人的出现，医生可以在该机器人的帮助下实现微创、精准、高效的立体定向手术。对于单孔腔镜手术机器人的器械递送装置，包括若干器械递送和镜体递送，因此递送装置既要求器械和/或镜体介入过程中可以实现微创性、低干扰性等小尺度限制，又要求器械和/或镜体具有操作灵活、便于安装、控制准确的大空间前提，尤其是器械和/或镜体递送过程中的稳定性也是关注的重点。因此对于单孔腔镜手术机器人器械镜体递送装置有着更高的设计要求。

综上，对于单孔腔镜手术机器人器械镜体递送的优化一直是本领域技术人员研究的热点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种既满足器械微创性、低干扰性等小尺度限制，又满足器械具有操作灵活、便于安装、控制准确及高稳定性的大空间前提的单孔腔镜手术机器人器械直线递送装置，用以辅助医生进行单孔腔镜手术操作。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种单孔腔镜手术机器人器械直线递送装置，包括框架组件、至少一个直线递送组件、至少一个递送控制组件和至少一个驱动组件；所述递送控制组件和驱动组件的数量与所述直线递送组件数量相同；

所述框架组件包括至少两个六边形框架，所述两个六边形框架各边平行且同轴设置，二者之间设有至少一个机械臂挂板；所述六边形框架外部设有外壳，所述机械臂挂板与所述外壳固定连接；还包括一器械容纳装置，所述器械容纳装置连接于其中一个六边形框架上且位于所述框架组件外部；所述器械容纳装置内设有若干器械和/或镜体容纳通道，所述器械和/或镜体容纳通道的轴线与所述器械容纳装置的轴线平行；

所述直线递送组件包括导轨支撑板，所述导轨支撑板和所述六边形框架连接，同时还连接所述机械臂挂板；所述导轨支撑板上设有容纳滑台导轨的凹部，所述滑台导轨上设有滑轨，一滑台与所述滑轨匹配，所述滑台可沿所述滑轨做往复运动；所述滑台上设有固定座，一器械镜体固定件与所述固定座连接；所述导轨支撑板上设有至少一前躯导向轮和至少一后驱导向轮，所述滑台设于所述前驱导向轮和后驱导向轮之间；

所述递送控制组件包括控制杆固定组件和控制杆；所述控制杆两端固定于所述控制杆固定组件上，且所述控制杆可绕其轴线自由旋转；

所述驱动组件包括前驱动腱、后驱动腱和腱鞘；所述前驱动腱一端绕过所述前驱导向轮后与所述滑台固定连接，另一端绕所述控制杆后与控制杆固定连接；所述后驱动腱一端绕过所述后驱导向轮后与所述滑台连接，另一端绕所述控制杆后与控制杆固定连接；所述腱鞘套设于所述前驱动腱和所述后驱动腱外部；所述前驱动腱和所述后驱动腱在所述控制杆上的绕设方向相反。

其中较优地，所述框架组件包括两个六边形框架，两个六边形框架各边平行且同轴设置，二者之间设有三个机械臂挂板，所述三个机械臂挂板围绕六边形框架的轴线呈三相对称设置。

其中较优地，所述两个六边形框架分别为第一框架和第二框架；所述第一框架中设有连接所述器械容纳装置的支撑架；还包括一支撑盘，所述支撑盘与所述第一框架连接，所述器械容纳装置同时连接所述第一框架的支撑架和所述支撑盘。

其中较优地，所述支撑架包括三根支撑杆和一支撑环，所述三根支撑杆一端与所述支撑环连接，另一端分别与所述第一框架相间的三边固定连接，所述器械容纳装置与所述支撑环同轴连接。

其中较优地，所述两个六边形框架与所述导轨支撑板通过相互匹配的凹槽结构卡制连接，同时通过螺钉和/或螺栓固定使所述导轨支撑板固定于所述两六边形框架上不脱出或移动。

其中较优地，所述前躯导向轮和所述后驱导向轮上均设有绕腱槽。

其中较优地，所述固定座与滑台固定连接，所述固定座包括固定座前板、固定座后板和固定座底板；所述固定座前板位于靠近前驱导向轮一侧，所述固定座后板位于靠近后驱导向轮一侧，二者与所述固定座底板固定连接。

其中较优地，所述固定座前板上设有用于连接所述前驱动腱的前驱固定座，所述固定座后板上设有用于连接所述后驱动腱的后驱固定座。

其中较优地，所述前驱固定座和后驱固定座上均设有腱固定凹槽。

其中较优地，所述两腱固定凹槽与所述绕腱槽位于同一水平线。

其中较优地，所述前驱导向轮有两个，二者并排设置并位于所述滑台导轨两侧；所述后驱导向轮有两个，二者并排设置并位于所述滑台导轨两侧。

其中较优地，所述控制杆固定组件包括控制台和两个控制座；所述两控制座平行设置并固定于所述控制台两端；所述控制座上设有轴孔，所述控制杆两端分别穿设于所述两控制座的轴孔中。

其中较优地，所述控制杆上设有前驱调节螺栓，所前驱动腱绕设于所述控制杆后固定于所述前驱调节螺栓；所述控制杆上还设有后驱调节螺栓，所述后驱动腱绕设于所述控制杆后固定于所述后驱调节螺栓。

本发明的优点及有益效果：

(1)本发明采用分层式设计：前端器械和/或镜体容纳通道多腔管设计可实现器械镜体在单孔环境下的介入，器械容纳装置与直线递送组件及驱动组件的配合可以实现器械和/或镜体的准确和高直线度的递送；

(2)本发明通过驱动组件和递送控制组件的配合，实现了高精度和高准确度的器械和/或镜体直线递送，保证了手术过程的精度，最大程度降低了递送装置对器械和镜体本身控制机构运动的影响，而且本发明利用框架组件的六边形对称结构的大空间设计还给器械镜体的安装和自由度控制提供了重要保障。

(3)本发明便于手术过程中的器械镜体的快速更换，机构布局合理，较好的实现了手术器械的小型化、轻量化。

附图说明

图1为本发明的结构示意图一；

图2为本发明的结构示意图二；

图3为本发明的框架组件结构示意图；

图4为本发明的第一框架结构示意图；

图5为本发明的直线递送组件和递送控制组件结构示意图；

图6为本发明的直线递送组件结构示意图；

图7为本发明的固定座结构示意图；

图8为本发明的后驱固定座结构示意图；

图9为本发明的递送控制组件结构示意图。

具体实施方式

以下通过具体实施例对本发明做详细的说明，然而并非用以限制本发明的实施范围。

如图1和2所示，本发明提供了一种单孔腔镜手术机器人器械直线递送装置。该装置包括框架组件1、三个直线递送组件2、三个递送控制组件3和三个驱动组件4；直线递送组件2的数量与需要递送的器械和镜体数量相同，可根据实际需要设置，在本发明实施例中以三个直线递送组件2为例，递送控制组件3和驱动组件4的数量与直线递送组件数量相同，一个递送控制组件3匹配一个驱动组件4匹配一个直线递送组件2。

如图2、3和4所示，框架组件1包括两个六边形框架11，两个六边形框架11平行且同轴设置，两个六边形框架分别为第一框架111和第二框架112；二者之间设有三个机械臂挂板12；机械臂挂板12用于连接直线递送组件2，因此机械臂挂板12的数量与直线递送组件2数量相同。机械臂挂板12与外壳13固定连接，三个机械臂挂板12相间设置，使三个机械臂挂板12围绕六边形框架11的轴线呈三相对称设置。

第一框架111设有Y字形支撑架113，支撑架113包括三根支撑杆114和支撑环115，支撑环115圆心与第一框架111的中心点重合，三根支撑杆114一端与支撑环115连接并围绕支撑环115设置，三根支撑杆114之间的夹角均是120度，三根支撑杆114的另一端分别与第一框架111的相间三边连接，此三边未连接机械臂挂板12。三根支撑杆114将第一框架111均分为三个区域。在本发明实施例中第一框架111连接机械臂挂板12的边长为连接支撑杆114的边长的1/2，这样设计可以增加直线递送的运动空间，也可以根据需要调整边长比例。还包括一支撑盘116，支撑盘116覆盖于所述第一框架111外部并与第一框架111固定连接，本发明实施例中采用螺接方式固定连接，也可以根据实际情况选择其他公知的固定方式。两框架之间的部分称为“内部”，此处所述的“外部”指两框架之外的部分，即与“内部”相对的一侧。六边形框架11外部设有外壳13，外壳13的形状与六边形框架11形状相匹配，用于包裹及固定所述框架及保护内部结构不受损坏。

框架组件1还包括一器械容纳装置14，所述器械容纳装置14连接于第一框架111上且位于所述框架组件外部；器械容纳装置14为圆柱体结构，器械容纳装置14内设有若干器械容纳通道141和镜体容纳通道142，所述器械容纳通道141和镜体容纳通道142的轴线与所述器械容纳装置轴线平行；器械容纳装置的通道类型和数量可根据实际需要设置，本发明实施例中设有两个器械容纳通道141和一个镜体容纳通道142。器械容纳装置14在本发明实施例中与支撑环115固定连接，可采用二者螺接等公知的固定方式，在本发明实施例中支撑环115设有内螺纹，器械容纳装置14设有与该内螺纹匹配的外螺纹，支撑环115套设螺接于器械容纳装置14外。支撑盘116设有与器械容纳装置14匹配的通孔，支撑盘116套设于器械容纳装置14上且与第一框架111固定连接。

如图5和图6所示，直线递送组件2包括导轨支撑板21，导轨支撑板21一端与第一框架111一边连接，另一端与第二框架112一边连接，同时，导轨支撑板21与机械臂挂板12固定连接。对于具体的固定连接方式，本发明实施例中选择四角螺接，也可选择其他公知的可以起到固定作用的连接方式。第一框架111和第二框架112与导轨支撑板21通过相互匹配的凹槽结构卡制连接，如导轨支撑板21与两框架连接处设有止挡槽211，两框架与导轨支撑板21的连接处设有与所述止挡槽211匹配的卡制槽117，二者配合，同时通过螺钉固定，使所述导轨支撑板21固定于两框架上不脱出或移动，始终保持直线递送组件2的稳定递送。

导轨支撑板21上设有容纳滑台导轨22的凹部212，所述滑台导轨22嵌入该凹部212内，并与导轨支撑板21固定连接，本发明实施例中采用螺钉连接的方式，也可以选择公知的其他固定连接方式。滑台导轨22两侧设有滑轨221，一滑台23与所述滑轨221匹配，滑台23可沿滑轨221做往复运动。滑轨221可设置成U型或V型结构，使滑台23做往复运动的同时垂直于滑轨方向始终保持稳定，本发明实施例中采用V型设计。导轨支撑板21上设有两个前躯导向轮26和两个后驱导向轮27，所述前驱导向轮26设于接近第一框架111的一侧，所述后驱导向轮27设于接近第二框架112一侧。滑台23设于前驱导向轮26和后驱导向轮27之间；两个前驱导向轮26并排设置并位于滑台导轨22两侧；两个后驱导向轮27并排设置并位于滑台导轨22两侧。前驱导向轮26和后驱导向轮27结构相同，均由前驱导向杆261和前驱导向头262，后驱导向杆271和后驱导向头272组成，前驱导向杆261和后驱导向杆271与滑台导轨22固定连接且不可旋转，为了保证前驱导向杆261和后驱导向杆271的稳定性，前驱导向杆261和后驱导向杆271可进一步插入第一框架111和第二框架112内固定。前驱导向头262上设有前驱绕腱槽263，后驱导向头272上设有后驱绕腱槽273。

如图7和图8所示，本发明实施例中所述滑台23上固定设有固定座24。固定座24包括固定座前板241、固定座后板242和固定座底板243；固定座前板241位于接近第一框架111一侧，固定座后板242位于接近第二框架112一侧，二者底部与固定座底板243固定连接，为了保持连接稳定性，本发明实施例中采用卡制和螺钉连接同时固定的方式。固定座前板241上设有用于固定连接所述前驱动腱41的前驱固定座244，所述固定座后板242上设有用于固定连接所述后驱动腱42的后驱固定座245(图中未示，后驱固定座245和前驱固定座244固定方式一致)。前驱固定座244和后驱固定座245上均设有腱固定凹槽246。腱固定凹槽246与上述绕腱槽263、273位于同一水平线。一器械镜体固定件25与所述固定座24固定连接；器械镜体固定件25的作用是与需要递送的器械和镜体连接，递送的器械可沿器械容纳通道141做往复运动，递送的镜体可沿镜体容纳通道142做往复运动。

如图9所示，递送控制组件3包括控制杆固定组件31和控制杆32；控制杆32两端固定于所述控制杆固定组件31上，且控制杆32可绕其轴线自由旋转。具体地，控制杆固定组件31包括控制台311和两个控制座312；两控制座312平行设置并固定于所述控制台311两端，本发明实施例中二者采用螺钉固定的方式。控制座312上设有轴孔313，控制杆32两端分别穿设于所述两固定座312的轴孔313中并凸出该轴孔313，凸出部分可通过控制元件连接后实现对控制杆32的旋转控制。控制杆上32设有前驱调节螺栓321和后驱调节螺栓322，二者与控制杆32均固定连接。前驱调节螺栓321和后驱调节螺栓322上均设有绕线孔。

如图6和图9所示，驱动组件4包括前驱动腱41、后驱动腱42和腱鞘43；前驱动腱41一端分别绕过两前驱导向轮26的前驱绕腱槽263后通过腱固定凹槽246与前驱固定座244固定连接，另一端穿过固定座前板241后绕控制杆32数圈后穿过前驱调节螺栓321的绕线孔后与前驱调节螺栓321固定连接。后驱动腱42一端分别绕过两后驱导向轮27的后驱绕腱槽273后通过腱固定凹槽246与后驱固定座245固定连接，另一端穿过固定座后板242后绕控制杆32数圈后穿过后驱调节螺栓322的绕线孔后与后驱调节螺栓322固定连接。前驱动腱41和后驱动腱42缠绕控制杆32的圈数同控制杆32的直径与直线驱动行程有关，可根据实际需要设计具体尺寸。前驱动腱41和后驱动腱42在控制杆32上的绕设方向相反，本发明实施例中前驱动腱41顺时针缠绕，后驱动腱42逆时针缠绕。腱鞘43套设于所述前驱动腱41和所述后驱动腱42外部。

本发明在工作时，控制杆32以图9视角顺时针旋转时，前驱动腱41被拉紧，前驱动腱41带动固定座前板241上的前驱固定座244向前驱导向轮26方向做递送器械或镜体的运动，同时后驱动腱42被放松，使得固定座后板242一同向第一框架方向运动实现递送运动；器械和/或镜体分别通过器械容纳装置14的器械容纳通道141和镜体容纳通道142穿出实现器械和/或镜体的递送动作。由于各直线递送组件、递送控制组件和驱动组件互不干扰，因此可以实现器械和镜体的同时递送或分别递送。当控制杆32以图9视角逆时针旋转时，固定座24可以依仗同样的方式实现向后驱导向轮27方向做收回器械或镜体的运动。在实际使用中，控制杆32的驱动可以通过电机带动连轴器等方式带动。本发明可以实现器械/镜体递送过程的精准性和高度的稳定性，并满足小体积大空间的器械要求。本发明的框架及结构设计还可以实现三向递送的独立性和协同性的共存，提升了系统对不同手术环境下不同器械的适应性。

Claims (13)

1.一种单孔腔镜手术机器人器械直线递送装置，其特征在于包括框架组件（1）、至少一个直线递送组件（2）、至少一个递送控制组件（3）和至少一个驱动组件（4）；所述递送控制组件（3）和驱动组件（4）的数量与所述直线递送组件（2）数量相同；

所述框架组件（1）包括至少两个六边形框架（11），所述两个六边形框架（11）各边平行且同轴设置，二者之间设有至少一个机械臂挂板（12）；所述六边形框架（11）外部设有外壳（13），所述机械臂挂板（12）与所述外壳（13）固定连接；还包括一器械容纳装置（14），所述器械容纳装置（14）连接于其中一个六边形框架（11）上且位于所述框架组件（1）外部；所述器械容纳装置（14）内设有若干器械和/或镜体容纳通道，所述器械和/或镜体容纳通道的轴线与所述器械容纳装置（14）的轴线平行；

所述直线递送组件（2）包括导轨支撑板（21），所述导轨支撑板（21）和所述六边形框架（11）连接，同时还连接所述机械臂挂板（12）；所述导轨支撑板（21）上设有容纳滑台导轨（22）的凹部（212），所述滑台导轨（22）上设有滑轨（221），一滑台（23）与所述滑轨（221）匹配，所述滑台（23）可沿所述滑轨（221）做往复运动；所述滑台（23）上设有固定座（24），一器械镜体固定件（25）与所述固定座（24）连接；所述导轨支撑板（21）上设有至少一前驱导向轮（26）和至少一后驱导向轮（27），所述滑台（23）设于所述前驱导向轮（26）和后驱导向轮（27）之间；

所述递送控制组件（3）包括控制杆固定组件（31）和控制杆（32）；所述控制杆（32）两端固定于所述控制杆固定组件（31）上，且所述控制杆（32）可绕其轴线自由旋转；

所述驱动组件（4）包括前驱动腱（41）、后驱动腱（42）和腱鞘（43）；所述前驱动腱（41）一端绕过所述前驱导向轮（26）后与所述滑台（23）固定连接，另一端绕所述控制杆后与控制杆（32）固定连接；所述后驱动腱（42）一端绕过所述后驱导向轮（27）后与所述滑台（23）连接，另一端绕所述控制杆后与控制杆（32）固定连接；所述腱鞘（43）套设于所述前驱动腱（41）和所述后驱动腱（42）外部；所述前驱动腱（41）和所述后驱动腱（42）在所述控制杆上的绕设方向相反。

2.如权利要求1所述的单孔腔镜手术机器人器械直线递送装置，其特征在于：所述框架组件（1）包括两个六边形框架（11），两个六边形框架（11）各边平行且同轴设置，二者之间设有三个机械臂挂板（12），所述三个机械臂挂板（12）围绕六边形框架（11）的轴线呈三相对称设置。

3.如权利要求2所述的单孔腔镜手术机器人器械直线递送装置，其特征在于：所述两个六边形框架（11）分别为第一框架（111）和第二框架（112）；所述第一框架（111）中设有连接所述器械容纳装置（14）的支撑架（113）；还包括一支撑盘（116），所述支撑盘（116）与所述第一框架（111）连接，所述器械容纳装置（14）同时连接所述第一框架（111）的支撑架（113）和所述支撑盘（116）。

4.如权利要求3所述的单孔腔镜手术机器人器械直线递送装置，其特征在于：所述支撑架（113）包括三根支撑杆（114）和一支撑环（115），所述三根支撑杆（114）一端与所述支撑环（115）连接，另一端分别与所述第一框架（111）相间的三边固定连接，所述器械容纳装置（14）与所述支撑环（115）同轴连接。

5.如权利要求2所述的单孔腔镜手术机器人器械直线递送装置，其特征在于：所述两个六边形框架（11）与所述导轨支撑板（21）通过相互匹配的凹槽结构卡制连接，同时通过螺钉和/或螺栓固定使所述导轨支撑板（21）固定于所述两六边形框架上不脱出或移动。

6.如权利要求1所述的单孔腔镜手术机器人器械直线递送装置，其特征在于：所述前驱导向轮（26）和所述后驱导向轮（27）上均设有绕腱槽（263,273）。

7.如权利要求6所述的单孔腔镜手术机器人器械直线递送装置，其特征在于：所述固定座（24）与滑台（23）固定连接，所述固定座（24）包括固定座前板（241）、固定座后板（242）和固定座底板（243）；所述固定座前板（241）位于靠近前驱导向轮（26）一侧，所述固定座后板（242）位于靠近后驱导向轮（27）一侧，二者与所述固定座底板（243）固定连接。

8.如权利要求7所述的单孔腔镜手术机器人器械直线递送装置，其特征在于：所述固定座前板（241）上设有用于连接所述前驱动腱（41）的前驱固定座（244），所述固定座后板（242）上设有用于连接所述后驱动腱（42）的后驱固定座（245）。

9.如权利要求8所述的单孔腔镜手术机器人器械直线递送装置，其特征在于：所述前驱固定座（244）和后驱固定座（245）上均设有腱固定凹槽（246）。

10.如权利要求9所述的单孔腔镜手术机器人器械直线递送装置，其特征在于：所述两腱固定凹槽（246）与所述绕腱槽（263,273）位于同一水平线。

11.如权利要求1所述的单孔腔镜手术机器人器械直线递送装置，其特征在于：所述前驱导向轮（26）有两个，二者并排设置并位于所述滑台导轨（22）两侧；所述后驱导向轮（27）有两个，二者并排设置并位于所述滑台导轨（22）两侧。

12.如权利要求1所述的单孔腔镜手术机器人器械直线递送装置，其特征在于：所述控制杆固定组件（31）包括控制台（311）和两个控制座（312）；所述两控制座（312）平行设置并固定于所述控制台（311）两端；所述控制座（312）上设有轴孔（313），所述控制杆（32）两端分别穿设于所述两控制座（312）的轴孔（313）中。

13.如权利要求1所述的单孔腔镜手术机器人器械直线递送装置，其特征在于：所述控制杆（32）上设有前驱调节螺栓（321），所前驱动腱（41）绕设于所述控制杆后固定于所述前驱调节螺栓（321）；所述控制杆（32）上还设有后驱调节螺栓（322），所述后驱动腱（42）绕设于所述控制杆后固定于所述后驱调节螺栓（322）。