CN112545435B - 一种基于定滑轮的模块化多丝驱动连续体镜头臂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于定滑轮的模块化多丝驱动连续镜头臂，涉及医疗器械领域。本发明旨在解决传统的刚性内窥镜由于其刚性的结构，在手术过程中不能够详细的观察病变组织，手术操作存在风险，而连续体机械臂其灵活性较高，但其负载能力较差的问题。本发明包括驱动端、长导杆、模块化连续体、内部弹性体和镜头固定端；长导杆的一端与驱动端连接，长导杆的另一端与模块化连续体连接，内部弹性体的一端与镜头固定端连接，内部弹性体的另一端依次穿过模块化连续体、长导杆，内部弹性体是中空的弹性管体。本发明用于术中操作监视。

Description

一种基于定滑轮的模块化多丝驱动连续体镜头臂
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种基于定滑轮的模块化多丝驱动连续体镜头臂。
背景技术
随着人们对术后美观的追求越来越强烈，微创手术应用而生。微创手术具有创伤小、恢复时间短、医疗成本低及术后美观的特点。微创手术利用人体的自然腔道或者在人体表面开具小的创口，将手术器械通过该点深入人体内部进行手术操作，通常需要一个刚性的内窥镜辅助医生进行手术操作。微创手术的空间较为狭小，操作的精细化程度要求更高，手术器械的灵活性更高，通过刚性的内窥镜准确且详尽的观察病变组织十分困难。连续体机械臂是指存在多个连续分布的弯曲、伸缩或扭转自由度的柔性机械臂，其固有的属性使其能够适应更好的适用于复杂的环境。连续体机械臂在受限的环境中的运行能力远高于多关节的刚性机械臂，已经成功地应用于救灾、航空航天和医疗等领域。
传统的刚性内窥镜由于其刚性的结构，在手术过程中不能够详细的观察病变组织，手术操作存在风险。而连续体机械臂其灵活性较高，但其负载能力较差，事实上，负载能力和灵活性是相互矛盾的指标。
发明内容
本发明旨在解决传统的刚性内窥镜由于其刚性的结构，在手术过程中不能够详细的观察病变组织，手术操作存在风险，而连续体机械臂其灵活性较高，但其负载能力较差的问题。
为解决上述至少一个问题，本发明提供了一种基于定滑轮的模块化多丝驱动连续体镜头臂，包括驱动端、长导杆、模块化连续体、内部弹性体和镜头固定端；包括驱动端1、长导杆2、模块化连续体3、内部弹性体4和镜头固定端5；
长导杆2的一端与驱动端1连接，长导杆2的另一端与模块化连续体3连接，内部弹性体4的一端与镜头固定端5连接，内部弹性体4的另一端依次穿过模块化连续体3和长导杆2，内部弹性体4是中空的弹性管体；模块化连续体3上安装有多根驱动丝，多根驱动丝通过驱动端1驱动。
在一个实施方案中，内部弹性体4的数量为两根，两根内部弹性体4并列设置在模块化连续体3和长导杆2内。
在一个实施方案中，模块化连续体3包括顶端环3-1、导丝环组、底端环3-3、第一导轮3-4、第二导轮3-5；
顶端环3-1、所述导丝环组、底端环3-3由前至后依次连接，第一导轮3-4安装在底端环3-3的内壁上，第二导轮3-5安装在顶端环3-1的内壁上。
在一个实施方案中，所述导丝环组由多个导丝环3-2首尾依次叠加组成；导丝环3-2的两端端面均设有两个对称设置的圆弧3-2-1，相邻的两个导丝环3-2的两个圆弧3-2-1构成一个梭形孔3-6，相邻的所述两个梭形孔3-6呈正交设置。
在一个实施方案中，驱动丝的一端固定在顶端环3-1上，驱动丝的另一端穿过多个导丝环3-2、底端环3-3和第一导轮3-4再次传递到顶端环3-1处，驱动丝绕过第二导轮3-5再次经过多个导丝环3-2与驱动端1连接。
在一个实施方案中，驱动丝的数量为四根，第一导轮3-4和第二导轮3-5均为四个，每根驱动丝缠绕在相应的第一导轮3-4和第二导轮3-5上。
在一个实施方案中，第一导轮3-4沿底端环3-3的圆周方向均布设置，第二导轮3-5沿顶端环3-1的圆周方向均布设置。
在一个实施方案中，驱动端1上设置有四个驱动电机，所述驱动丝的另一端通过一个驱动电机驱动控制。
在一个实施方案中，镜头固定端5的前端面设有第一通道5-1、第二通道5-2、第三通道5-3和第四通道5-4；第一通道5-1、第二通道5-2、第三通道5-3、第四通道5-4沿圆周方向均布设置。
在一个实施方案中，顶端环3-1前端的外侧壁上对称设有两个短轴3-1-1，镜头固定端5的后端对称设有两个耳板5-5，两个耳板5-5分别与两个短轴3-1-1转动连接。
与现有技术相比，本发明提供的一种基于定滑轮的模块化多丝驱动连续体镜头臂，具有但不局限于以下技术效果：
本发明是一种可用于术中操作监视的连续体镜头臂；本发明可分为多个弯曲模块，通过模块间的彼此连接，实现多自由度的构建，以此来适应多变的手术环境，同时该连续体镜头臂具有较大的负载能力；本发明可应用于单孔手术或者经自然腔道手术中；本发明在模块化连续体的顶端环和底端环设置了定滑轮，解决了连续体机械臂负载能力差的问题，提高了机械臂的整体负载能力；本发明的模块化连续体采用刚性结构与柔性结构交错设置的方式，提高了连续体的可调节灵活性，且该弹性连续体可为活检钳等手术器械提供通道，术前连续体镜头臂插入患处，调整好术中视野后，手术器械可经弹性体内部的通道直达患处，进行手术操作。
附图说明
图1是本发明的整机原理装配图；
图2是模块化连续体的结构示意图；
图3是多模块堆叠的连续体镜头臂的构型图；
图4是镜头固定端的结构原理图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”“后”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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。
而且，附图中沿着手臂的方向为上下方向，并且手臂的手肘到手腕的方向表示前，手腕到手臂的手肘的方向表示前表示后；人手的手掌侧到手背侧的方向表示上侧，人手的手背侧到手掌侧的正向表示下侧。
参见图1，本实施例提供了一种基于定滑轮的模块化多丝驱动连续体镜头臂包括驱动端1、长导杆2、模块化连续体3、内部弹性体4和镜头固定端5；
长导杆2的一端与驱动端1连接，长导杆2的另一端与模块化连续体3连接，内部弹性体4的一端与镜头固定端5连接，内部弹性体4的另一端依次穿过模块化连续体3和长导杆2，内部弹性体4是中空的弹性管体；模块化连续体3上安装有多根驱动丝，多根驱动丝通过驱动端1驱动。
可以理解的是，长导杆2是空心管体，内部弹性体4的一端与镜头固定端5连接，另一端穿过模块化连续体3、长导杆2后与驱动端1连接；
该镜头臂内含有两个内部弹性体4，该内部弹性体4可为活检钳等手术器械提供通道，术前连续体镜头臂插入患处，调整好术中视野后，手术器械可经弹性体内部的通道直达患处，进行手术操作。
参见图3，内部弹性体4的数量为两根，两根内部弹性体4并列设置在模块化连续体3和长导杆2内。
内部弹性体4可以为活检钳等手术器械提供通道，术前连续体镜头臂插入患处，调整好术中视野后，手术器械可经内部弹性体4的通道直达患处，进行手术操作。
参见图2和图3，模块化连续体3包括顶端环3-1、导丝环组、底端环3-3、第一导轮3-4、第二导轮3-5；
顶端环3-1、所述导丝环组、底端环3-3由前至后依次连接，第一导轮3-4安装在底端环3-3的内壁上，第二导轮3-5安装在顶端环3-1的内壁上；
第一导轮3-4和第二导轮3-5均是定滑轮，这样可以提高连续体机械臂的负载能力；第一导轮3-4和第二导轮3-5用于安装驱动丝，通过驱动端1驱动驱动丝，从而控制镜头臂的自由度。
参见图2和图3，所述导丝环组由多个导丝环3-2首尾依次叠加组成；导丝环3-2的两端端面均设有两个对称设置的圆弧3-2-1，相邻近的两个导丝环3-2的两个圆弧3-2-1组成一个梭形孔3-6，相邻近的两个梭形孔3-6呈正交设置；
增加导丝环组的导丝环3-2的数量，可以增加导丝环组的长度和梭形孔3-6的数量，梭形孔3-6形成导丝环组的柔性结构，相对陈的两个梭形孔3-6的连接处为刚性结构，由于沿导丝环组长度方向上相邻的两个梭形孔3-6为正交设置，因此导丝环组的刚性结构和柔性结构在导丝环组的长度方向上是交错设置，如此便可实现多自由度的连续体机械臂的构建。
参见图2，驱动丝的一端固定在顶端环3-1上，驱动丝的另一端穿过多个导丝环3-2、底端环3-3和第一导轮3-4再次传递到顶端环3-1处，驱动丝绕过第二导轮3-5再次经过多个导丝环3-2与驱动端1连接。
驱动丝的一端与顶端环3-1固定连接，驱动丝的另一端依次经过多个导丝环3-2、底端环3-3传递到底端，经过底端环3-3上的第一导轮3-4再次传递到顶端环3-1，绕过顶端环3-1上的第二导轮3-5，最终经过多个导丝环3-2后传递到驱动端1，通过上述结构，可以实现镜头臂的两个自由度的构建。
参见图2和图3，驱动丝的数量为四根，第一导轮3-4和第二导轮3-5均为四个，每根驱动丝缠绕在相应的第一导轮3-4和第二导轮3-5上。
驱动丝的数量为四根，通过驱动端1驱动四根驱动丝，即可实现多自由度的连续体机械臂的构建。
参见图2和图3，第一导轮3-4沿底端环3-3的圆周方向均布设置，第二导轮3-5沿顶端环3-1的圆周方向均布设置。
第一导轮3-4沿底端环3-3的圆周方向均布设置，第二导轮3-5沿顶端环3-1的圆周方向均布设置，从而通过驱动端1驱动四根驱动丝，即可实现多自由度的连续体机械臂的构建。
参见图1和图3，驱动端1上设置有四个驱动电机，所述驱动丝的另一端通过一个驱动电机驱动控制。
通过四个驱动端1驱动四根驱动丝，即可实现多自由度的连续体机械臂的构建。
参见图4，镜头固定端5的前端面设有第一通道5-1、第二通道5-2、第三通道5-3和第四通道5-4；第一通道5-1、第二通道5-2、第三通道5-3、第四通道5-4沿圆周方向均布设置；
两个内部弹性体4的端部分别与第一通道5-1和第三通道5-3连接，第一通道5-1和第三通道5-3作为手术器械的通道，第二通道5-2是镜头的固定通道，第四通道5-4是吸引器的通道。
参见图4，顶端环3-1前端的外侧壁上对称设有两个短轴3-1-1，镜头固定端5的后端对称设有两个耳板5-5，两个耳板5-5分别与两个短轴3-1-1转动连接；
耳板5-5上的通孔套装在短轴3-1-1，且短轴3-1-1能在通孔内自由转动，如此设置，可以实现动态的对手术区域的监测。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种基于定滑轮的模块化多丝驱动连续体镜头臂，其特征在于：所述一种基于定滑轮的模块化多丝驱动连续体镜头臂包括驱动端（1）、长导杆（2）、模块化连续体（3）、内部弹性体（4）和镜头固定端（5）；
长导杆（2）的一端与驱动端（1）连接，长导杆（2）的另一端与模块化连续体（3）连接，内部弹性体（4）的一端与镜头固定端（5）连接，内部弹性体（4）的另一端依次穿过模块化连续体（3）和长导杆（2），内部弹性体（4）是中空的弹性管体；模块化连续体（3）上安装有多根驱动丝，多根驱动丝通过驱动端（1）驱动；
内部弹性体（4）的数量为两根，两根内部弹性体（4）并列设置在模块化连续体（3）和长导杆（2）内；
模块化连续体（3）包括顶端环（3-1）、导丝环组、底端环（3-3）、第一导轮（3-4）、第二导轮（3-5）；
顶端环（3-1）、所述导丝环组、底端环（3-3）由前至后依次连接，第一导轮（3-4）安装在底端环（3-3）的内壁上，第二导轮（3-5）安装在顶端环（3-1）的内壁上；
所述导丝环组由多个导丝环（3-2）首尾依次叠加组成；导丝环（3-2）的两端端面均设有两个对称设置的圆弧（3-2-1），相邻的两个导丝环（3-2）的两个圆弧（3-2-1）构成一个梭形孔（3-6），相邻的所述两个梭形孔（3-6）呈正交设置；
驱动丝的一端固定在顶端环（3-1）上，驱动丝的另一端穿过多个导丝环（3-2）、底端环（3-3）和第一导轮（3-4）再次传递到顶端环（3-1）处，驱动丝绕过第二导轮（3-5）再次经过多个导丝环（3-2）与驱动端（1）连接；
驱动丝的数量为四根，第一导轮（3-4）和第二导轮（3-5）均为四个，每根驱动丝缠绕在相应的第一导轮（3-4）和第二导轮（3-5）上；
第一导轮（3-4）沿底端环（3-3）的圆周方向均布设置，第二导轮（3-5）沿顶端环（3-1）的圆周方向均布设置；
镜头固定端（5）的前端面设有第一通道（5-1）、第二通道（5-2）、第三通道（5-3）和第四通道（5-4）；第一通道（5-1）、第二通道（5-2）、第三通道（5-3）、第四通道（5-4）沿圆周方向均布设置；
顶端环（3-1）前端的外侧壁上对称设有两个短轴（3-1-1），镜头固定端（5）的后端对称设有两个耳板（5-5），两个耳板（5-5）分别与两个短轴（3-1-1）转动连接。
2.根据权利要求1所述一种基于定滑轮的模块化多丝驱动连续体镜头臂，其特征在于：驱动端（1）上设置有四个驱动电机，所述驱动丝的另一端通过一个驱动电机驱动控制。
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