CN112168353B - 一种内窥镜用介入工具及医用机器人 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种内窥镜用介入工具及医用机器人。内窥镜用介入工具包括固定机构、驱动内窥镜管体转动的旋转机构以及驱动内窥镜管体进退的进退机构。该内窥镜用介入工具通过旋转机构的空心旋转轴和多个进退单元的传动元件的结合，可以对内窥镜管体的位置进行限定，保证内窥镜管体位置的准确性；且在支撑元件上设有弹性元件，确保传动元件作用在内窥镜管体上的压力在合适范围，使得内窥镜管体在运动过程中始终同其接触，从而确保内窥镜管体可有效地进退和旋转。

Description

一种内窥镜用介入工具及医用机器人

技术领域

本申请属于医疗器械领域，尤其涉及一种内窥镜用介入工具及医用机器人。

背景技术

医疗器械领域作为医疗领域和机器人领域的交叉领域，将机器人领域内的优点应用于医疗领域，是一种发展趋势。

内窥镜具有管式结构，它可以经口腔或经其他天然孔道进入体器官如胃、肠道等中，利用内窥镜可以看到人体内侧的病变情况，因此它对医生非常有用。例如，医生借助消化道内窥镜可以观察十二指肠的病变情况，借助支气管镜内窥镜可以观察支气管的病变情况。

在传统内窥镜检查中，需要医生手持内窥镜进行进退和旋转，长时间地工作状态下医生容易疲劳和颤抖，导致图像模糊和失真；随着科学技术发展，机器人医疗辅助技术能够很好地解决这些问题。

如专利CN110367909A中公开了一种新型的消化内镜送进装置，该装置包括两个夹持机构用于夹持消化内镜，且结合滑块和滑板导轨去控制消化内镜地进退；通过回转齿轮去控制消化内镜地旋转。但是该消化内镜送进装置中，消化内镜进退的距离不会超过滑板导轨的长度，这样需要设置较长的滑板导轨从而使得消化内镜的进退距离满足实际插入人体中深度的需求；而回转齿轮的回转角度也非常有限。此外，现有内窥镜用介入工具夹持在内窥镜管体上的压力固定，容易损坏内窥镜管体。

发明内容

本申请提供一种内窥镜用介入工具及医用机器人，以解决现有技术中内窥镜用介入工具夹持在内窥镜管体上的压力固定，容易损坏内窥镜管体。

根据本申请的一个方面，提供一种内窥镜用介入工具，所述内窥镜用介入工具包括固定机构、驱动内窥镜管体转动的旋转机构以及驱动内窥镜管体进退的进退机构，所述固定机构设有用于安装轴承的通孔；所述旋转机构具有旋转单元、第一驱动单元和空心旋转轴，所述旋转单元与所述空心旋转轴和第一驱动单元连接；所述空心旋转轴连接在所述固定机构的通孔上，且所述内窥镜管体贯穿所述空心旋转轴，所述第一驱动单元通过齿轮传动带动所述旋转单元旋转；所述进退机构包括第二驱动单元和沿所述内窥镜管体轴向设置的至少一组进退单元组，所述进退单元组包括2个以上的进退单元，所述进退单元沿所述内窥镜管体的周向设置，其中，所述进退单元包括支撑元件和传动元件；所述传动元件设置在所述支撑元件的第一端且抵接于所述内窥镜管体，所述进退单元的传动元件将所述内窥镜管体夹持，至少一个所述进退单元的传动元件与所述第二驱动单元传动连接，且通过摩擦传动带动所述内窥镜管体沿着所述内窥镜管体的轴向前进或者后退；所述支撑元件的第二端安装在所述旋转单元上；所述支撑元件上设有弹性元件，所述弹性元件作用于所述传动元件，以控制所述传动元件作用于所述内窥镜管体上的压力。

在一个实施方式中，所述旋转单元为空心圆柱结构，所述支撑元件为杆件，所述杆件的第二端活动贯穿所述空心圆柱结构的壁，所述弹性元件套接于所述杆体上，且一端抵接在所述杆件的一端，一端抵接于所述空心圆柱结构内壁，所述杆体的第二端端设置有固定用限位件。

其中，所述空心圆柱结构上设置有齿轮圈；所述第一驱动单元包括第一驱动电机和用于固定所述第一驱动电机的第一安装座，所述第一安装座固定在所述固定机构上，且所述第一驱动电机的输出端与所述齿轮圈传动连接。

具体地，第二驱动单元包括第二驱动电机和用于固定第二驱动电机的第二安装座，所述第二安装座固定在所述支撑元件上，且所述第二驱动电机的输出端与传动元件传动连接

具体地，本发明的固定机构包括：底座和两个支撑单元，所述支撑单元设置在所述底座两侧；所述支撑单元上设有用于安装轴承的通孔，所述旋转机构的两端均设有空心旋转轴，所述两个空心旋转轴分别与通孔连接。

在实际操作时，内窥镜管体在进行进退、旋转时会出现打滑现象，为了避免该现象的发生，在所述传动元件的表面设置有摩擦层，改善所述传动元件和所述内窥镜管体之间的摩擦力，避免打滑现象的发生。

为了更好的限定所述内窥镜管体，所述传动元件的表面内凹，方便所述传动元件更好的夹持所述内窥镜管体。

优选地，本发明的传动元件为碾轮，碾轮因为其占用空间小，使得本申请的结构可以更加的精简，减小了内窥镜介入工具的体积。

优选地，所述碾轮的厚度与内窥镜管体的直径相同，从而可以保证内窥镜管体一直处于预设的轨道中而不会脱离。

根据本申请的一个方面，提供一种医用机器人，包括：机器人主体和如上所述的内窥镜用介入工具；所述机器人主体具有机械臂，所述内窥镜用介入工具的固定机构可拆卸的连接在所述机械臂上。

本申请具有以下有益效果：

(1)提出集成进退、旋转于一体的内窥镜用介入工具，进退单元设置在旋转单元内，减小了内窥镜介入工具的体积；同时采用碾轮作为传动元件，进一步简化了内窥镜介入工具的结构，进一步减小了内窥镜介入工具的占用体积；

(2)通过旋转机构的空心旋转轴和多个进退单元的传动元件的结合，可以对内窥镜管体的位置进行限定，保证内窥镜管体位置的准确性；

(3)在支撑元件上设有弹性元件，确保传动元件作用在内窥镜管体上的压力在合适范围，使得内窥镜管体在运动过程中始终同其接触，从而确保内窥镜管体可有效地进退和旋转。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本申请的一些具体实施例，附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分，本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1为一实施方式中内窥镜用介入工具的结构示意图；

图2为图1中内窥镜用介入工具的内部结构示意图；

图3为一实施方式中空心圆柱结构的结构示意图；

图4为图1中内窥镜用介入工具的进退运动示意图；

图5为另一实施方式中内窥镜用介入工具的结构示意图；

图6为图5中内窥镜用介入工具的内部结构示意图；

图7为另一实施方式中内窥镜用介入工具的结构示意图；

图8为图7中内窥镜用介入工具的内部结构示意图；

图9为另一实施方式中传动元件夹持内窥镜管体的示意图；

图10为一实施方式中表面设有摩擦层的传动元件夹持内窥镜管体的示意图

图11为一实施方式中表面内凹的传动元件夹持内窥镜管体的示意图；

图12为一实施方式中医用机器人的结构示意图及工作环境示意图。

附图标记说明：

1、固定机构；11、通孔；12、轴承；13、底座；14、支撑单元；15、端盖；

2、旋转机构；21、第一驱动单元；22、旋转单元；23、空心旋转轴；24、齿轮圈；211、第一驱动电机；212、第一安装座；213、第一驱动电机的输出端齿轮；221、圆柱支架；222孔隙；

3、进退机构；31、第二驱动单元；311第二驱动电机；312第二安装座；313、第二驱动电机的输出端齿轮；32、进退单元；321、支撑元件；322、传动元件；323、弹性元件；324、杆件；325、限位件；326、凸起结构；327、摩擦层；328、传动元件的输入端齿轮；

4、内窥镜管体；

5、机械臂；

6、机器人主体；

7、人体口腔。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是两者之间直接连接，或两者之间还通过其他的连接部件连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之上”、“之下”和“上面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本申请的描述中，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

如图1所示为本申请一实施方式中内窥镜用介入工具的结构示意图，图2 为图1中所示内窥镜用介入工具的内部结构示意图。该内窥镜用介入工具包括：固定机构1、旋转机构2和进退机构3。旋转机构2安装在固定机构1上，进退机构3安装在旋转机构2上，当旋转机构2旋转时，可以带动进退机构3旋转。

固定机构1设有通孔11，该通孔11用于安装轴承12；旋转机构2具有第一驱动单元21、旋转单元22和空心旋转轴23，空心旋转轴23连接在固定机构1 的通孔11上，且内窥镜管体4贯穿所述空心旋转轴23，第一驱动单元21通过齿轮传动带动旋转单元22绕着空心旋转轴23旋转。此外，在轴承12外还可设有固定轴承12用的端盖15，该端盖15同时可防止外部液体或者粉尘进入轴承 12。

进退机构3包括第二驱动单元31和沿内窥镜管体4的轴向设置的至少一组进退单元组，进退单元组包括2个以上的进退单元32，进退单元32沿内窥镜管体4的周向设置，每个进退单元32包括支撑元件321和传动元件322。传动元件322设置在支撑元件321的第一端且抵接于内窥镜管体4，进退单元32的传动元件322将内窥镜管体4夹持，其中，至少一个进退单元32的传动元件322 与第二驱动单元31传动连接，且传动元件322通过摩擦传动带动内窥镜管体4 沿着其轴向前进或者后退。

此外，支撑元件321的第二端安装在旋转单元22上。支撑元件321上设有弹性元件323，弹性元件323作用于传动元件322，以控制传动元件322作用于内窥镜管体4上的压力。通过弹性元件323，传动元件322作用于内窥镜管体4 上的压力可被控制在合适的范围，确保内窥镜管体4在运动过程中始终同传动元件322接触，从而确保内窥镜管体4可有效地进退和旋转，且不会因内窥镜管体 4在偏离其轴线中心线时，导致传动元件322施加在其上的压力太大而损坏内窥镜管体4。本实施方式中，弹性元件323的弹力可直接作用至传动元件322上，或者是通过支撑元件321将弹力传递至传动元件322上。

继续见图1和图2，在一个实施方式中，旋转单元22可为空心圆柱结构，支撑元件321的第二端为活动贯穿空心圆柱结构的壁的杆件324，弹性元件323 套接于杆件324上且位于空心圆柱结构的内部，且杆件324的末端设置有固定用限位件325。

空心圆柱结构的壁上设有对应的用于杆件324通过的孔隙，这些孔隙的孔径略微大于杆件324的直径，从而可以对支撑元件321进行较好地限位，进而可对传动元件322进行限位，有利于保持内窥镜管体4的位置稳定性。杆件324可以滑动的长度为0至10mm，完全满足内窥镜管体4在径向方向上的微调。

本申请的空心圆柱结构不限于如图1所示的空心圆柱筒结构，还可以是图3 所示的空心圆柱结构。如图3所示的空心圆柱结构包括圆柱支架221以及设置在其上的用于杆件324通过的孔隙222，与如图1所示空心圆柱筒结构相比，可更易于在其内部安装进退机构，并且节省材料。

支撑元件321的第一端还具有凸起结构326，弹性元件323套接于杆件324 外，弹性元件323被限定在空心圆柱结构的筒壁和凸起结构326之间。弹性元件 323在介入运动前需要事先进行一定地调整，调整后的弹性元件323的预压力和传动元件322位置达到理想状态后，就可以对内窥镜管体4进行介入传输。调整的方式可通过改变固定用限位件325的位置，通过压缩和伸长弹性元件323的总体长度达到调整的目的。具体的，限位件325可以为螺母，杆件324设有与螺母对应的螺纹。

空心圆柱结构的圆柱外围设置有齿轮圈24。齿轮圈24可以是通过阶梯柱进行铣削得到的一体式结构，也可以是通过装配关系将独立的齿轮圈装配到空心圆柱结构外部。齿轮圈24的齿轮通常设计为渐开线齿轮，从而实现平稳传动的特点。

第一驱动单元21包括第一驱动电机211和用于固定第一驱动电机211的第一安装座212。第一安装座212固定在固定机构1上，比如可固定在固定机构1 的底座13上，且第一驱动电机211的输出端213与齿轮圈24传动连接。

继续见图1和图2，固定机构1包括：底座13和两个支撑单元14，支撑单元设置在底座13的两侧，两个支撑单元14上设有分别设置有一个用于安装轴承 12的通孔11，旋转机构2具有两个分别与所述通孔11连接的空心旋转轴23。固定机构1通过两个空心旋转轴23固定在两个支撑单元14之间，且绕着两个空心旋转轴23旋转。

如图1中内窥镜用介入工具的旋转运动方式如下：第一驱动电机211的输出端213与齿轮圈24可直接啮合，第一驱动电机211的输出端213在旋转时，可驱动齿轮圈24旋转，从而带动进退机构3也绕空心旋转轴24即内窥镜管体4 的轴线旋转。因为传动元件322将内窥镜管体4夹持，从而带动内窥镜管体4 也沿着其周向旋转，该内窥镜用介入工具实现的旋转运动范围超过360°，即可以完整旋转至少一圈。且旋转单元22在旋转时，并不影响传动元件322继续带动内窥镜管体4沿着其轴向前进或者后退。

第二驱动单元31包括第二驱动电机311和用于固定第二驱动电机311的第二安装座312，第二安装座312固定在支撑元件321上。该第二驱动电机311可以采用小型的伺服电机，第二驱动电机311转动时，第二驱动电机311的输出端 313与传动元件322的输入端齿轮328连接，从而可带动传动元件322转动。

图4为图1中内窥镜用介入工具的进退运动示意图。传动元件322在沿着顺时针方向旋转时，由于传动元件322抵接在内窥镜管体4的表面，从而通过摩擦力带动内窥镜管体4沿着其轴线的方向往左运动。相反地，当传动元件322在沿着逆时针方向旋转时，带动内窥镜管体4沿着其轴线的方向往右运动。且由于传动元件322在旋转过程中可一直沿着一个方向转动，进退的距离在理论上可以是整个内窥镜管体4的长度，通常长度在500毫米以上。此外，在传动元件322 上也可配置编码器，根据测量传动元件322的实际滚动状况来判断内窥镜管体4 的运动情况。

如在图1中，进退机构3包括两排沿着内窥镜管体4的轴向方向平行设置的进退单元组，每一进退单元组包括四个沿内窥镜管体4的周向设置的进退单元 32。

如在图5和图6中，进退机构3包括一排沿着内窥镜管体4的轴向方向设置的进退单元组，每一进退单元组包括四个沿内窥镜管体4的周向设置的进退单元 32。

又如在图7和图8中，进退机构3包括两排沿着内窥镜管体4的轴向方向平行设置的进退单元组，每一进退单元组包括三个沿内窥镜管体4的周向设置的进退单元32。

当采用两排或者以上进退单元组则更能保证内窥镜管体4处于进退运动时，将内窥镜管体4进退需要的摩擦力分散在两排进退单元组上，由于压力被分散到更大的面积上去，接触面的受力状况更加均匀，且使内窥镜管体4所受到压力减小，可防止内窥镜管体4因受压而产生压溃等失效可能。传动元件322可为碾轮，碾轮的厚度与内窥镜管体4的直径相同，这里“相同”是指碾轮的厚度与内窥镜管体4的直径差不多，比如差别在4毫米以内，可以保证内窥镜管体4一直处于预设的轨道中而不会脱离。在进退单元组中，每一排中可以设有一个主动轮，即该碾轮与第二驱动电机311连接，而其他的碾轮可为从动轮。

如图9所示，为一实施方式中传动元件322夹持内窥镜管体4的示意图，四个传动元件322可限定出一个方形的容置空间，传动元件322作为容置空间的四个面，从而将内窥镜管体4有效夹持。

如图10所示，为另一实施方式中传动元件322夹持内窥镜管体4的示意图，在传动元件322的表面还可设置有摩擦层328，用于改善传动元件322和内窥镜管体4之间的摩擦力。摩擦层328可为增加摩擦系数的同时具有一定变形能力的材料，该材料通常可以是医用硅橡胶、丁基橡胶等。这些材料能够使得内窥镜管体4在一定压力范围下更好地实现进退运动而不会发生严重的打滑现象。

如图11所示，为另一实施方式中传动元件322夹持内窥镜管体4的示意图，所述传动元件322的表面内凹，从而可更好的对内窥镜管体4的位置进行限定。

此外，本申请还提供一种医用机器人，如图12所示，为医用机器人的结构示意图及工作环境示意图。医用机器人包括：机器人主体6和内窥镜用介入工具；机器人主体6具有机械臂5，内窥镜用介入工具的固定机构1可拆卸地连接在机械臂5上。以内窥镜选为支气管镜为例，在对人体的呼吸道进行病变检测时，机械臂5的末端到达距离人体口腔7不远处调整好位姿并进行固定，随后内窥镜管体4通过内窥镜用介入工具缓慢介入运动进行检查和治疗。在内窥镜管体4进退过程中，可以随时通过第二驱动单元31的停止和转动来控制进退运动的执行与否，通过第二驱动单元31转速来控制进退运动的快慢，且可随时通过旋转机构2带动内窥镜管体4的旋转，可非常好的满足实际需求。

当然，本申请中内窥镜用介入工具所适用的内窥镜还包括胃镜、肠镜等，内窥镜可为软管或者硬管，这些均属于本申请保护的范围。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本申请的多个示例性实施例，但是，在不脱离本申请精神和范围的情况下，仍可根据本申请公开的内容直接确定或推导出符合本申请原理的许多其他变型或修改。因此，本申请的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (9)

1.一种内窥镜用介入工具，所述内窥镜用介入工具包括固定机构、驱动内窥镜管体转动的旋转机构以及驱动内窥镜管体进退的进退机构，其特征在于，

所述固定机构设有用于安装轴承的通孔；

所述旋转机构具有旋转单元、第一驱动单元和空心旋转轴，所述旋转单元与所述空心旋转轴和第一驱动单元连接；所述空心旋转轴连接在所述固定机构的通孔上，且所述内窥镜管体贯穿所述空心旋转轴，所述第一驱动单元通过齿轮传动带动所述旋转单元旋转；

所述进退机构包括第二驱动单元和沿所述内窥镜管体轴向设置的至少一组进退单元组，所述进退单元组包括2个以上的进退单元，所述进退单元沿所述内窥镜管体的周向设置，其中，所述进退单元包括支撑元件和传动元件；

所述传动元件设置在所述支撑元件的第一端且抵接于所述内窥镜管体，所述进退单元的传动元件将所述内窥镜管体夹持，至少一个所述进退单元的传动元件与所述第二驱动单元传动连接，且通过摩擦传动带动所述内窥镜管体沿着所述内窥镜管体的轴向前进或者后退；

所述支撑元件的第二端安装在所述旋转单元上；

所述支撑元件上设有弹性元件，所述弹性元件作用于所述传动元件，以控制所述传动元件作用于所述内窥镜管体上的压力；

所述旋转单元为空心圆柱结构，所述支撑元件为杆件，所述杆件的第二端活动贯穿所述空心圆柱结构的壁，所述弹性元件套接于所述杆件 上，且一端抵接在所述杆件的一端，一端抵接于所述空心圆柱结构内壁，所述杆件 的第二端端设置有固定用限位件。

2.根据权利要求1所述的内窥镜用介入工具，其特征在于，所述空心圆柱结构上设置有齿轮圈；所述第一驱动单元包括第一驱动电机和用于固定所述第一驱动电机的第一安装座，所述第一安装座固定在所述固定机构上，且所述第一驱动电机的输出端与所述齿轮圈传动连接。

3.根据权利要求1所述的内窥镜用介入工具，其特征在于，第二驱动单元包括第二驱动电机和用于固定第二驱动电机的第二安装座，所述第二安装座固定在所述支撑元件上，且所述第二驱动电机的输出端与传动元件传动连接

4.根据权利要求1所述的内窥镜用介入工具，其特征在于，所述固定机构包括：底座和两个支撑单元，所述支撑单元设置在所述底座的两侧；所述支撑单元上设有用于安装轴承的通孔，所述旋转机构的两端均设有空心旋转轴，所述空心旋转轴与所述通孔连接。

5.根据权利要求1中所述的内窥镜用介入工具，其特征在于，所述传动元件的表面设置有摩擦层，用于改善所述传动元件和所述内窥镜管体之间的摩擦力。

6.根据权利要求1所述的内窥镜用介入工具，其特征在于，所述传动元件的表面内凹。

7.根据权利要求1所述的内窥镜用介入工具，其特征在于，所述传动元件为碾轮。

8.根据权利要求7所述的内窥镜用介入工具，其特征在于，所述碾轮的厚度与内窥镜管体的直径相同。

9.一种医用机器人，其特征在于，包括：机器人主体和权利要求1至8中任一所述的内窥镜用介入工具；所述机器人主体具有机械臂，所述内窥镜用介入工具的固定机构可拆卸的连接在所述机械臂上。

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