CN111772793B - 一种末端装置及手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种末端装置，包括连接底座、转动组件、连接顶座及夹持组件，转动组件为多个，其包括转动连接件及转动导轨，转动导轨与转动连接件转动连接，多个转动组件之间通过相邻的两个转动导轨与转动连接件滑动连接，以实现依次连接；多个依次连接的所述转动组件位于所述连接底座及所述连接顶座之间，且位于相对两端的转动组件分别与所述连接底座及所述连接顶座连接；所述夹持组件位于所述连接顶座远离所述转动组件的一侧，且与所述连接顶座连接。本发明还提供一种手术机器人，包括机械臂及与其连接的末端装置。本发明提供的末端装置及手术机器人通过依次连接的转动组件，实现手术器械可多方向进行手术的效果。

Description

一种末端装置及手术机器人

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，尤其涉及一种末端装置及手术机器人。

背景技术

手术机器人在临床外科上有大量的应用，外科医生可以远离手术台操纵机械臂进行手术，由机械精确的控制手术切口，可增加手术的精确度，减少由于操作失误造成风险的概率。而手术机器人的机械臂与手术器械之间由末端装置连接，即利用末端装置将机械臂与手术时使用的器械连接起来，以使机械臂运动时能通过末端装置带动手术器械进行手术。目前国内外比较成熟的手术机器人产品中，末端装置通常是十字万向节机构，利用十字万向节机构实现手术器械与机械臂之间的连接。但是，十字万向节机构只能利用轴之间的相对转动来调整手术器械的位置，其工作范围较小，且超过设计角度就会卡死，转动角度单一，限制了手术器械的灵活性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种末端装置及手术机器人解决手术机器人在手术过程中手术器械工作范围小、转动角度单一的问题。

为了达到上述目的，本发明解决技术问题的技术方案是提供一种末端装置，包括：连接底座、转动组件、连接顶座及夹持组件，所述转动组件为多个，其包括转动连接件及转动导轨，所述转动导轨与所述转动连接件转动连接，多个所述转动组件之间通过相邻的两个所述转动导轨与所述转动连接件滑动连接，实现依次连接；多个依次连接的所述转动组件位于所述连接底座及所述连接顶座之间，且位于两端的转动组件分别与所述连接底座及所述连接顶座连接；所述夹持组件位于所述连接顶座远离所述转动组件的一侧，且与所述连接顶座连接；在外力的作用下，使多个所述转动导轨相对所述转动连接件转动和/或所述转动连接件在与其相邻的所述转动导轨上滑动，以调整所述夹持组件的位置。

本发明还提供一种手术机器人，其包括机械臂及末端装置，末端装置与机械臂连接，以利用机械臂带动末端装置进行手术。

与现有技术相比，本发明所提供的末端装置及手术机器人具有以下有益效果：

通过多个转动连接件与相邻的转动导轨之间相互滑动连接，以实现多个转动组件的依次连接，从而利用多个转动连接件与转动导轨之间的相对位移和/或多个转动连接件与转动导轨之间相对转动所累计的位移及角度之和，增大手术器械的多维度运动，从而可以在较大空间内自由活动。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

附图说明

图1为本发明第一实施例提供的一种末端装置的结构示意图；

图2为图1中转动组件的结构示意图；

图3为图1中多个转动组件相对转动的原理示意图；

图4为图1中多个转动组件相对滑动的远离示意图；

图5为图2中转动组件的爆炸结构示意图；

图6为图5中A处的局部放大图；

图7为图1中连接底座的结构示意图；

图8为图7中连接底座的爆炸结构示意图；

图9为图1中连接顶座的结构示意图；

图10为图9中B处的局部放大图；

图11为图1中夹持组件的结构示意图；

图12为本发明第一实施例提供的一种末端装置的驱动原理示意图；

图13为图12中多个转动导轨相对转动连接件转动的受力原理示意图；

图14为图12中多个转动连接件在与其相邻转动导轨上滑动的受力原理示意图；

图15为图12中第一夹板与第二夹板相互靠拢的受力原理示意图；

附图标记说明：10、末端装置；20、连接底座；21、底座连接块；211、底座连接轴；23、底座连接环；231、底座连接部；232、底座连接孔；233、底座滑动部；30、转动组件；31、转动连接件；311、固定块；312、转动连接轴；313、转动卡接板；314、转动滑槽；33、转动导轨；331、转动连接部；332、转动连接孔；333、转动部；35、牵引绳组；351、第一转动绳；352、第二转动绳；353、第一滑动绳；354、第二滑动绳；355、第一夹持绳；356、第二夹持绳；40、连接顶座；41、顶座连接块；411、顶座连接轴；43、顶座卡接板；431、顶座滑槽；50、夹持组件；51、第一夹板；511、第一夹持孔；53、第二夹板；531、第二夹持孔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1-6，本发明第一实施例提供的一种末端装置10包括连接底座20、转动组件30、连接顶座40及夹持组件50，转动组件30连接在连接底座20与连接顶座40之间，夹持组件50连接在连接顶座40上相较于转动组件30所在的另一端，夹持组件50用于夹持手术器械。可以理解的是，手术器械可以是缝合针、手术钳等对人体直接进行手术的器械。连接底座20与手术机器人的机械臂的末端转动连接，连接底座20可跟随机械臂一同运动，且可相对机械臂转动。

转动组件30的数量为多个，其包括转动连接件31及转动导轨33，转动导轨33为圆弧形，且转动导轨33的两端分别与转动连接件31转动连接，多个转动组件30之间通过相邻的两个转动连接件31与转动导轨33滑动连接，实现依次连接。即相邻的两个转动组件30之间，通过其中一个转动组件30的转动连接件31与另一个转动组件30的转动导轨33滑动连接，从而将多个转动组件30依次滑动连接。

其中，多个依次滑动连接的转动组件30中，位于首尾两端的转动组件30分别与连接底座20及连接顶座40连接。即，靠近连接底座20一侧转动组件30通过其转动连接件31与连接底座20连接，而靠近连接顶座40一侧的转动组件30通过其转动导轨33与连接顶座40连接。

通过多个依次滑动连接的转动组件30中，相邻两个转动组件30之间转动连接件31与转动导轨33的相对滑动距离的叠加，和/或每个转动组件30的转动连接件31与转动导轨33之间的相对转动角度的叠加，可增加夹持组件50的运动范围，也即增加夹持组件50夹持的手术器械的运动范围，从而使得手术器械可在多个方向进行手术。

在本实施例中，多个转动组件30之间通过转动连接件31与转动导轨33的滑动连接依次连接在一起，位于连接底座20与连接顶座40之间，且首尾两端的两个转动组件30分别与连接底座20及连接顶座40连接方式具体为：第一个转动组件30的转动连接件31与连接底座20连接，第二个转动组件30的转动连接件31与第一个转动组件30的转动导轨33滑动连接，第三个转动组件30的转动连接件31与第二个转动组件30的转动导轨33滑动连接，依次类推，直至最后一个转动组件30的转动导轨33与连接顶座40连接。

当多个依次连接的转动组件30中，每一个转动连接件31都在与其滑动连接的转动导轨33上沿着同一个方向滑动时，通过多个转动连接件31与转动导轨33滑动距离的叠加，可增加夹持组件50在该方向的运动距离。同理，当多个依次连接的转动组件30中，每一个转动导轨33都相对与其转动连接的转动连接件31朝同一方向转动时，其转动角度的叠加也可增加夹持组件50朝该方向转动的角度。

可以理解，每一个转动连接件31在与其滑动连接的转动导轨33上移动的方向，及每一个转动导轨33相对与其转动连接的转动连接件31的转动方向也可以不一致，可视具体夹持组件50所夹持的手术器械需要移动的位置灵活调整。

可以理解，每一个转动连接件31在与其相邻的转动导轨33上的滑动和/或转动导轨33相对转动连接件31的转动，都是通过外部对其施加外力实现的，通过多个转动连接件31在与其相邻的转动导轨33上的滑动和/或转动导轨33相对转动连接件31的转动，从而调整夹持组件50的位置。

进一步的，转动连接件31包括固定块311及转动卡接板313，转动导轨33与固定块311转动连接，转动卡接板313设置于固定块311远离转动导轨33的一侧，且与固定块311连接。转动导轨33与转动卡接板313的形状适配，通过转动导轨33与其相邻的转动卡接板313滑动连接，以实现转动导轨33与相邻转动卡接板313之间的滑动连接，从而实现多个转动组件30的依次滑动连接。

需说明的是，固定块311与转动卡接板313可以是一体成型，也可以是通过焊接、插接等连接方式实现连接。

进一步的，转动导轨33包括转动连接部331及转动部333，转动连接部331位于转动部333的相对两侧，且与转动部333连接。其中转动连接部331与固定块311转动连接，转动部333为圆弧形。转动卡接板313上设有转动滑槽314，转动部333的形状与转动滑槽314的形状适配，通过转动部333与其相邻的转动滑槽314卡接，以实现转动导轨33与相邻的转动卡接板313之间的滑动连接，从而实现多个转动组件30的依次滑动连接。

需说明的是上述形状适配指，转动部333与转动滑槽314卡接后，可在转动滑槽314内滑动。

需说明的是，在本实施例中，转动连接部331与转动部333一体成型，转动部333的弧形通过折弯形成。在部分实施例中，转动连接部331与转动部333可通过焊接、螺钉连接等方式连接。

进一步的，转动连接部331上设有转动连接孔332，固定块311的相对两侧上设置有转动连接轴312，转动连接轴312与转动连接孔332轴孔配合，以实现转动导轨33与固定块311的转动连接。

请参阅图7-8，作为一种较佳实施例，连接底座20包括底座连接块21及底座连接环23，底座连接块21与底座连接环23转动连接，且底座连接块21远离底座连接环23的一侧与机械臂转动连接，底座连接环23的形状与转动导轨33相同，多个依次连接的转动组件30中，靠近连接底座20一端的转动组件30通过其转动卡接板313与底座连接环23卡接，从而实现连接底座20与转动组件30连接。

需说明的是，底座连接块21与机械臂转动连接的方式可以是通过设置轴承，也可以是通过设置轴孔插接配合，只要使底座连接块21与机械臂连接，可以跟随机械臂一同运动，且可相对机械臂转动即可。

具体的，底座连接环23包括底座连接部231及底座滑动部233，底座连接部231位于底座滑动部233的相对两侧，其中，底座连接部231与底座连接块21转动连接，底座滑动部233为圆弧形，转动卡接板313上的转动滑槽314与底座滑动部233卡接，以使底座滑动部233上滑动可在转动滑槽314中滑动。

需要说明的是，在部分实施例中，可通过直接将底座连接环23与转动卡接板313固定连接，以实现连接底座20与转动组件30的连接。即，底座连接环23不与转动滑槽314卡接。

需说明的是，在本实施例中，底座连接部231与底座滑动部233一体成型，底座滑动部233的弧形可通过折弯形成，在部分实施例中，底座连接部231与底座滑动部233也可以通过焊接、卡接、螺钉连接等其他方式实现连接。

进一步的，底座连接部231上设有底座连接孔232，底座连接块21的相对两侧设置有底座连接轴211，底座连接轴211与底座连接孔232轴孔配合，以实现底座连接块21与底座连接环23的转动连接。

请参阅图9-10，作为一种较佳实施例，连接顶座40包括顶座连接块41及顶座卡接板43，顶座连接块41与顶座卡接板43连接，顶座卡接板43与转动导轨33卡接，顶座卡接板43可在转动导轨33上滑动，夹持组件50与顶座连接块41远离顶座卡接板43的一侧转动连接。

需说明的是，顶座连接块41与顶座卡接板43可以是一体成型，也可以是通过焊接、螺钉连接等其他方式进行连接。

具体的，顶座卡接板43上设有顶座滑槽431，转动导轨33与顶座滑槽431卡接，且可在顶座滑槽431内滑动，通过转动导轨33与顶座滑槽431的插接，以实现顶座卡接板43与转动导轨33的滑动连接。

需说明的是，与顶座滑槽431卡接的转动导轨33为多个依次滑动连接的转动组件30中，靠近连接顶座40一端的转动组件30的转动导轨33。

需说明的是，在本实施例中，顶座卡接板43与转动卡接板313的形状相同，在部分实施例中，顶座卡接板43可以省略，直接将顶座连接块41与转动组件30的转动导轨33连接即可。

请参阅图11，作为一种较佳实施例，夹持组件50包括第一夹板51及第二夹板53分别与连接顶座40转动连接，以在外力的作用下使第一夹板51及第二夹板53朝相互靠拢的方向相对连接顶座40转动，从而利用第一夹板51及第二夹板53相互配合，夹持手术器械。

具体的，第一夹板51上设置有第一夹持孔511，第二夹板53上设置有第二夹持孔531，顶座连接块41上设置有顶座连接轴411，顶座连接轴411分别与第一夹持孔511及第二夹持孔531轴孔配合，以实现第一夹板51及第二夹板53与连接顶座40之间的转动连接。

请参阅图12-15，本发明中对末端装置10施加外力，以带动多个转动导轨33相对转动连接件31转动和/或多个转动连接件31在与其相邻的转动导轨33上滑动的方式为，设置牵引绳组35。牵引绳组35包括第一转动绳351、第二转动绳352、第一滑动绳353、第二滑动绳354、第一夹持绳355及第二夹持绳356。其中，第一转动绳351、第二转动绳352、第一滑动绳353及第二滑动绳354皆与顶座连接块41连接。

当对第一转动绳351施加远离顶座连接块41方向的外力F1时，第一转动绳351朝远离顶座连接块41的方向移动，第二转动绳352朝靠近顶座连接块41的方向移动，顶座连接块41在第一转动绳351的带动下朝与第一转动绳351连接的一侧倾斜，从而带动多个转动导轨33相对转动连接件31朝靠近第一转动绳351的方向转动。同理，当对第二转动绳352施加远离连接顶座41方向的外力时，连接顶座41带动多个转动导轨33相对转动连接件31朝靠近第二转动绳352的方向转动。

当对第一滑动绳353施加远离顶座连接块41方向的外力F2时，第一滑动绳353朝远离顶座连接块41的方向移动，第二滑动绳354朝靠近顶座连接块41的方向移动，顶座连接块41在第一滑动绳353的带动下朝与第一滑动绳353连接的一侧倾斜，从而带动多个转动连接件31与在其相邻的滑动导轨33上朝靠近第一滑动绳351的方向滑动。同理，当对第二滑动绳354施加远离连接顶座41方向的外力时，连接顶座41带动多个转动连接件31在与其相邻的转动导轨33上朝靠近第二滑动绳354的方向滑动。

第一夹持绳355与第一夹板51连接，第二夹持绳356与第二夹板53连接，同时朝远离第一夹板51及第二夹板53的方向对第一夹持绳355及第二夹持绳356施加F3的外力时，第一夹持绳355及第二夹持绳356带动第一夹板51与第二夹板53相互考虑，以夹持手术器械。

通过对第一转动绳351、第二转动绳352、第一滑动绳353、第二滑动绳354、第一夹持绳355及第二夹持绳356施加外力，可利用多个转动组件30之间的相互运动，带动夹持组件50运动，并利用夹持组件50夹持手术器械以进行手术。

可以理解，在本实施例中，牵引绳组35为钢丝绳，通过在转动连接件31上开设通孔以使第一转动绳351、第二转动绳352、第一滑动绳353、第二滑动绳354、第一夹持绳355及第二夹持绳356皆能过贯穿转动组件31，并与顶座连接块41连接，从而利用顶座连接块41带动多个转动组件30运动。在部分实施例中，牵引绳组35的设置方式也可以为在每一个转动连接件31及转动滑轨33上皆设置一个连接的牵引绳，从而利用对每一个牵引绳施力，以独立控制每一个转动连接件31及转动滑轨33的运动。

本发明的第二实施例提供一种手术机器人，其包括机械臂及上述第一实施例中的一种末端装置，末端装置与机械臂连接，通过机械臂的运动，带动末端装置进行手术。

本发明所提供的一种末端装置10的工作原理为：当在手术的过程中需要调整手术器械的位置时，可利用转动导轨33相对转动连接件31转动，和/或转动连接件31在相邻的转动导轨33上滑动，改变夹持组件50的位置，从而调整手术器械的位置。由于转动组件30的数量有多个，在外力牵引的作用下，每一个转动导轨33相对转动连接件31的转动及每一个转动连接件31与相邻的转动导轨33的滑动可以相互叠加，从而利用叠加的方式增大夹持组件50的运动范围，也即增大手术器械可调整的位置范围。

与现有技术相比，本发明所提供的末端装置及手术机器人具有以下有益效果：

通过多个转动连接件与相邻的转动导轨之间相互滑动连接，以实现多个转动组件的依次连接，从而利用多个转动连接件与转动导轨之间的相对位移和/或多个转动连接件与转动导轨之间相对转动所累计的位移及角度之和，增大手术器械的多维度运动，从而可以在较大空间内自由活动。

通过将连接底座的底座连接环与底座连接块转动连接，且底座连接环与转动卡接板滑动连接，使连接底座可与多个转动组件配合，一同调整夹持组件的位置。

通过设置顶座卡接板，使得连接顶座除了连接多个转动组件与夹持组件外，也可以相对转动组件滑动，从而与多个转动组件配合，调整夹持组件的位置。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种末端装置，其特征在于，包括：

连接底座、转动组件、连接顶座及夹持组件，所述转动组件为多个，其包括转动连接件及转动导轨，所述转动导轨与所述转动连接件转动连接，多个所述转动组件之间通过相邻的两个所述转动导轨与所述转动连接件滑动连接，实现依次连接；

多个依次连接的所述转动组件位于所述连接底座及所述连接顶座之间，且位于两端的转动组件分别与所述连接底座及所述连接顶座连接；

所述夹持组件位于所述连接顶座远离所述转动组件的一侧，且与所述连接顶座连接；

在外力的作用下，使多个所述转动导轨相对所述转动连接件转动和/或所述转动连接件在与其相邻的所述转动导轨上滑动，以调整所述夹持组件的位置。

2.如权利要求1所述的一种末端装置，其特征在于：

所述转动连接件包括固定块及转动卡接板，所述转动导轨与所述固定块转动连接，所述转动卡接板设置于所述固定块远离所述转动导轨的一侧，且与所述固定块连接；所述转动导轨与所述转动卡接板形状适配，通过所述转动导轨与相邻的所述转动卡接板滑动连接，以实现多个所述转动组件之间的依次滑动连接。

3.如权利要求2所述的一种末端装置，其特征在于：

所述转动卡接板上设有转动滑槽，所述转动导轨包括转动连接部及转动部，所述转动连接部位于所述转动部的相对两侧，且与所述固定块转动连接；所述转动部与所述转动滑槽卡接，以实现所述转动导轨所述转动卡接板的滑动连接。

4.如权利要求3所述的一种末端装置，其特征在于：

所述转动连接部上设有转动连接孔，所述固定块相对两侧设置有转动连接轴，所述转动连接件与所述转动连接轴轴孔配合，以实现所述转动连接部与所述固定块的转动连接。

5.如权利要求3所述的一种末端装置，其特征在于：

所述底座包括底座连接块及底座连接环，所述底座连接块与所述底座连接环转动连接，多个依次连接的所述转动组件中，靠近所述连接底座一端的所述转动组件与所述底座连接环连接。

6.如权利要求5所述的一种末端装置，其特征在于：

所述底座连接环包括底座连接部及底座滑动部，所述底座连接部位于所述底座滑动部的相对两侧，且与所述底座连接块转动连接；所述底座滑动部与所述转动滑槽卡接。

7.如权利要求6所述的一种末端装置，其特征在于：

所述底座连接部上设有底座连接孔，所述底座连接块相对两侧上设置有底座连接轴，所述底座连接轴与所述底座连接孔轴孔配合。

8.如权利要求1所述的一种末端装置，其特征在于：

所述连接顶座包括顶座连接块及顶座卡接板，所述顶座连接块与所述顶座卡接板连接，所述顶座卡接板上设置有顶座滑槽；

多个依次连接的转动组件中，靠近所述连接顶座一端的所述转动组件的所述转动导轨与所述顶座滑槽卡接。

9.如权利要求8所述的一种末端装置，其特征在于：

所述夹持组件包括第一夹板及第二夹板，所述第一夹板上设有第一夹持孔，所述第二夹板上设有第二夹持孔，所述顶座连接块上设置有顶座连接轴，所述顶座连接轴分别与所述第一夹持孔及所述第二夹持孔轴孔配合。

10.一种手术机器人，其特征在于，包括：

机械臂及如权利要求1-9任一项所述的末端装置，所述末端装置与所述机械臂连接，以通过所述机械臂带动所述末端装置进行手术。

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