CN113081271A - 一种微创手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗设备技术领域，公开了一种微创手术机器人，包括：末端夹具，包括至少两个夹臂；末端平台，所述夹臂一端可转动的安装在末端平台上；末端夹具驱动组件，包括夹具驱动块和传动机构，所述的传动机构与夹具驱动块连接，所述末端夹具的各个夹臂分别与夹具驱动块连接；所述的传动机构驱动夹具驱动块直线往复运动，以带动各夹臂相互靠近/远离实现末端夹具夹紧/张开。本发明微创手术机器人的传动机构具有质量轻、结构设计简单、能够承受高载荷等优点；该刚性微创手术机器人弥补了丝传动系统的不足，极大地拓展了医生手术操作的能力，降低了医生手术操作过程中的疲劳程度，提高了手术的成功率。

Description

一种微创手术机器人

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，具体的涉及一种微创手术机器人。

背景技术

微创手术机器人极大地拓展了医生手术操作的能力，降低了医生手术操作过程中的疲劳程度，提高了手术的成功率，使其越来越受到医生和患者的青睐，近年来已广泛应用于医疗领域，对微创手术在外科手术中普及和推广起到了巨大的推动作用。

目前根据微创外科手术需求，微创手术机器人逐步发展为腹腔微创外科手术机器人、眼科微创手术机器人、脑外科微创手术机器人、骨科微创手术机器人、消化道外科微创手术机器人、喉部外科微创手术机器人等研究方向，其中，腹腔外科微创手术机器人是目前医疗机器人领域应用最为广泛的机器人技术之一。腹腔微创手术机器人在临床应用上和商业上都取得了巨大成功，造福了千万的患者，被誉为外科手术新的革命。尽管技术上日臻完善，但仍存在一些关键技术问题亟待解决。

现有微创手术机器人末端手术器械空间狭小多采用丝传动作为力和位移的传动系统，丝传动系统具有质量轻、结构设计简单、能够承受高载荷等优点而被广泛应用于微创手术机器人系统中。现有微创手术机器人末端手术器械空间狭小多采用丝传动作为力和位移的传动系统，但是丝传动系统的一个显著问题是其存在较大的非线性及迟滞特性，这给医生手术动作映射精准性带来了较大的挑战。微创手术机器人系统另一个需要解决的问题是末端器械夹持力较小。夹持力过小可能无法完成手术动作。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种传动系统稳定可靠，夹持力足够、角度可偏转的微创手术机器人，满足手术要求。

为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

一种微创手术机器人，包括：

末端夹具，包括至少两个夹臂；

末端平台，所述夹臂一端可转动的安装在末端平台上；

末端夹具驱动组件，包括夹具驱动块和传动机构，所述的传动机构与夹具驱动块连接，所述末端夹具的各个夹臂分别与夹具驱动块连接；

所述的传动机构驱动夹具驱动块直线往复运动，以带动各夹臂相互靠近/远离实现末端夹具夹紧/张开。

作为本实施例的一种实施方式，所述传动机构包括与所述夹具驱动块螺纹连接的驱动块螺杆，通过转动驱动块螺杆驱动夹具驱动块直线往复运动。

作为本实施例的一种实施方式，微创手术机器人包括安装座，所述的安装座与所述的末端平台之间通过连接组件连接；所述的传动机构包括传动杆，所述传动杆的一端可转动的安装在安装座上，另一端与驱动块螺杆固定连接，通过转动传动杆带动所述驱动块螺杆转动。

作为本实施例的一种实施方式，所述的传动机构包括夹持万向节，夹持万向节的一端与所述传动杆固定连接，另一端与所述驱动块螺杆固定连接。

作为本实施例的一种实施方式，所述安装座包括通过连接体间隔固定连接的上安装座和下安装座，所述的传动杆为两端具有连接螺纹的传动螺杆，所述传动机构包括设置在上安装座与下安装座之间的传动螺套，所述传动螺杆的一端与夹持万向节螺纹固定连接，另一端穿过所述下安装座与传动螺套螺纹固定连接；

优选地，所述的传动机构包括安装在上安装座上的传动旋钮，所述传动螺套的一端穿过上安装座与传动旋钮固定连接。

作为本实施例的一种实施方式，所述的连接组件包括支撑臂，支撑臂的一端可偏转的连接在末端平台上，另一端固定连接在安装座上。

作为本实施例的一种实施方式，所述的连接组件包括第一偏转连接机构，第一偏转连接机构包括偏转关节、传动螺杆、传动螺母，所述的偏转关节安装在末端平台上，传动螺杆的一端与偏转关节固定连接，传动螺杆的另一端设置在安装座上与传动螺母螺纹连接；

优选地，所述的连接组件还包括与所述传动螺母固定连接的传动旋钮。

作为本实施例的一种实施方式，所述的末端平台上具有第一连接臂，所述的连接组件包括固定在第一连接臂上的偏转关节座，所述支撑臂的一端可偏转的安装在偏转关节座上；所述的偏转关节座上具有用于连接所述偏转关节的关节连接臂。

作为本实施例的一种实施方式，所述的连接组件包括第二偏转连接机构，第二偏转连接机构包括万向偏转关节、传动螺杆、传动螺母，所述的万向偏转关节安装在末端平台上，传动螺杆的一端与万向偏转关节固定连接，传动螺杆的另一端设置在安装座上与传动螺母螺纹连接；

优选地，所述的连接组件还包括与所述传动螺母固定连接的传动旋钮。

作为本实施例的一种实施方式，所述传动机构包括对应各夹臂的夹具连杆，夹具连杆的一端与夹臂可转动连接，各夹具的另一端通过同一转轴可转动的连接在夹具驱动块上；

优选地，所述的末端平台具有夹具支架，所述夹臂的末端可转动的安装在夹具支架上。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明的微创手术机器人通过夹具驱动块直线往复运动带动夹臂相互靠近/远离实现末端夹具夹紧/张开，夹具驱动块与末端夹具相互连接，而且夹具驱动块通过传动机构驱动，传动机构与夹具驱动块连接。这样，本发明微创手术机器人的传动机构、夹具驱动块以及末端夹具依次机械连接，即采用刚性连接作为力和位移的传动系统，该传动系统具有质量轻、结构设计简单、能够承受高载荷等优点，刚性连接传动系统很好的解决了丝传动系统的非线性及迟滞特性，传动稳定准确。

本发明微创手术机器人系统另一个需要解决的问题是末端夹具夹持力较小，夹持力过小可能无法完成手术动作。该刚性连接传动系统可以更加直接的将力传动到微创机器人末端夹具，相较于丝传动可以传递更大的夹持力。达到微创手术机器人末端夹具在手术中所需求的工作夹持力。

本发明微创手术机器人在工作使用中，末端夹具的工作是通过传动旋钮旋转，带动与之相连接的传动螺套和传动螺杆，传动螺杆通过夹持万向节带动驱动块螺杆旋转，传动螺杆与夹持万向节和传动螺套间不相对转动，使夹具驱动块在驱动块螺杆作用下可以上下移动，通过夹具连杆使末端夹具张开和夹闭；末端平台的偏转是由另外两个旋钮旋转，带动与之相连接的传动螺套和传动螺杆，传动螺杆与传动螺套产生相对旋转而上下移动，从而使末端平台产生两个方向的偏转，可以适应在工作中不同工作角度的需求。

本发明微创手术机器人的传动机构具有质量轻、结构设计简单、能够承受高载荷等优点。该刚性微创手术机器人弥补了丝传动系统的不足，极大地拓展了医生手术操作的能力，降低了医生手术操作过程中的疲劳程度，提高了手术的成功率。

附图说明：

图1本发明微创手术机械装置的爆炸图；

图2本发明微创手术机械装置的装配图。

附图中的标号说明：1-末端夹具2-夹具连杆3-夹具驱动块4-末端平台5-驱动块螺杆6-夹持万向节7-偏转关节座8-偏转关节9-万向偏转关节10-支撑臂11-传动螺杆12-传动螺母13-传动旋钮14-下安装座15-上安装座16-滚动轴承17-连接体18-第一转动轴19-第二转动轴20-夹具支架21-第一连接臂22-关节连接臂23-第二连接臂。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

因此，以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，这类术语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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

参见图1及图2所示，本实施例提供的一种微创手术机器人，包括：

末端夹具1，包括至少两个夹臂；

末端平台4，所述夹臂一端可转动的安装在末端平台4上；

末端夹具驱动组件，包括夹具驱动块3和传动机构，所述的传动机构与夹具驱动块3连接，所述末端夹具1的各个夹臂分别与夹具驱动块3连接；

所述的传动机构驱动夹具驱动块3直线往复运动，以带动各夹臂相互靠近/远离实现末端夹具1夹紧/张开。

本实施例的微创手术机器人通过夹具驱动块3直线往复运动带动夹臂相互靠近/远离实现末端夹具1夹紧/张开，夹具驱动块3与末端夹具1相互连接，而且夹具驱动块3通过传动机构驱动，传动机构与夹具驱动块3连接。这样，本实施例微创手术机器人的传动机构、夹具驱动块3以及末端夹具依次机械连接，即采用刚性连接作为力和位移的传动系统，该传动系统具有质量轻、结构设计简单、能够承受高载荷等优点，刚性连接传动系统很好的解决了丝传动系统的非线性及迟滞特性，传动稳定准确。

本实施例微创手术机器人系统另一个需要解决的问题是末端夹具夹持力较小，夹持力过小可能无法完成手术动作。该刚性连接传动系统可以更加直接的将力传动到微创机器人末端夹具，相较于丝传动可以传递更大的夹持力。达到微创手术机器人末端夹具在手术中所需求的工作夹持力。

作为本实施例的一种实施方式，为了实现夹具驱动块的直线往复运动，本实施例的一种微创手术机器人的传动机构包括与所述夹具驱动块3螺纹连接的驱动块螺杆5，通过转动驱动块螺杆5驱动夹具驱动块3直线往复运动。

本实施例的驱动块螺杆5与夹具驱动块3通过螺纹传动的方式带动夹具驱动块3往复直线运动，本实施例的夹具驱动块3应该限定其转动自由度，只在驱动块螺杆5的驱动下进行直线运动，因此，本实施例的末端平台4上具有限位滑槽或者滑轨，所述的夹具驱动块3可滑动的安装在限位滑槽内或者滑轨上。

进一步地，本实施例的微创手术机器人，包括安装座，所述的安装座与所述的末端平台4之间通过连接组件连接；所述的传动机构包括传动杆11，所述传动杆11的一端可转动的安装在安装座上，另一端与驱动块螺杆5固定连接，通过转动传动杆11带动所述驱动块螺杆5转动。

作为本实施例的一种实施方式，本实施例所述的传动机构包括夹持万向节6，夹持万向节6的一端与所述传动杆11固定连接，另一端与所述驱动块螺杆5固定连接。本实施例通过夹持万向节6实现了传动杆11与驱动块螺杆5之间的固定连接，实现了两者的同步运动，同时，本实施例的末端夹具1在实际的手术操作中存在角度偏转的需求，而夹持万向节6可以适用于末端夹具1的偏转需求。

具体地，本实施例所述安装座包括通过连接体17间隔固定连接的上安装座15和下安装座14，所述的传动杆为两端具有连接螺纹的传动螺杆11，所述传动机构包括设置在上安装座15与下安装座14之间的传动螺套12，所述传动螺杆的一端与夹持万向节6螺纹固定连接，另一端穿过所述下安装座14与传动螺套12螺纹固定连接。

优选地，本实施例所述的传动机构包括安装在上安装座15上的传动旋钮13，所述传动螺套12的一端穿过上安装座15与传动旋钮13固定连接。本实施例通过手动旋转传动旋钮13，传动旋钮13、传动螺套12以及传动螺杆11固定连接进行同步转动，传动螺杆11通过夹持万向节6带动驱动块螺杆5转动，驱动块螺杆5与夹具驱动块3螺纹连接实现夹具驱动块3的往复直线运动。

本实施例所述的连接体17为设置在上安装座15与下安装座14之间的连接柱，连接柱的两端分别插入上安装座15和下安装座14实现一体固定连接。本实施例的上安装座15开设用于安装传动旋钮13的贯通孔，所述的贯通孔内安装滚动轴承16，所述的传动旋钮13穿过滚动轴承16与传动螺套12固定连接，这样传动旋钮13更易转动，便于操作。

本实施例的上安装座15、下安装座14均为三角形板，所述的连接柱包括三个，三个连接柱分别连接在三角形板的三个角上。

本实施例所述的连接组件包括支撑臂10，支撑臂10的一端可偏转的连接在末端平台4上，另一端固定连接在安装座上。这样，支撑臂10的可偏转连接方式可适应于末端夹具1的偏转需求。

为了实现末端夹具1的偏转，所述的连接组件包括第一偏转连接机构，第一偏转连接机构包括偏转关节8、传动螺杆11、传动螺母12，所述的偏转关节8安装在末端平台4上，传动螺杆11的一端与偏转关节8固定连接，传动螺杆11的另一端设置在安装座上与传动螺母12螺纹连接。本实施例通过转动传动螺母12，可以实现对传动螺杆11的收放，当传动螺杆11收短时末端平台4带着末端夹具1朝向该侧偏转。

优选地，所述的连接组件还包括与所述传动螺母12固定连接的传动旋钮13。

作为本实施例的一种实施方式，本实施例所述的末端平台4上具有第一连接臂21，所述的连接组件包括固定在第一连接臂21上的偏转关节座7，所述支撑臂10的一端可偏转的安装在偏转关节座7上；所述的偏转关节座7上具有用于连接所述偏转关节8的关节连接臂22。

进一步地，本实施例所述的连接组件包括第二偏转连接机构，第二偏转连接机构包括万向偏转关节9、传动螺杆11、传动螺母12，所述的万向偏转关节9安装在末端平台4上，传动螺杆的一端与万向偏转关节9固定连接，传动螺杆11的另一端设置在安装座上与传动螺母12螺纹连接。

本实施例所述的末端平台4上具有第二连接臂23，所述的万向偏转关节9可转动的安装在第二连接臂23上。

优选地，所述的连接组件还包括与所述传动螺母12固定连接的传动旋钮13。

本实施例的偏转关节8与万向偏转关节9设置在末端平台的外周上，偏转关节8与万向偏转关节9之间的圆心夹角为90度，这样可以实现末端平台4在相互垂直的两个方向上进行偏转。

本实施例微创手术机器人的偏转是刚性连接的，可以稳固在工作位置，不会随外力随意发生移动。

作为本实施例的一种实施方式，所述传动机构包括对应各夹臂的夹具连杆2，夹具连杆2的一端与夹臂可转动连接，各夹具连杆2的另一端通过同一转轴可转动的连接在夹具驱动块3上。

优选地，所述的末端平台4具有夹具支架20，所述夹臂的末端可转动的安装在夹具支架20上。

具体地，本实施例夹臂的末端通过第一转动轴18可转动的安装在夹具支架20上，所述夹具连杆2的一端通过第二转动轴19与各夹臂可转动连接。

本实施例的末端夹具1可以为夹钳，也可以是其他器械(如剪刀，咬钳等及结构相似工具)。刚性微创手术机器人的工作方式可以采用手动转动旋钮的方式，也可采用电机、气动等驱动方式来完成。

本实施例微创手术机器人在工作使用中，末端夹具的工作是通过传动旋钮13旋转，带动与之相连接的传动螺套12和传动螺杆11，传动螺杆11通过夹持万向节6带动驱动块螺杆5旋转，传动螺杆11与夹持万向节6和传动螺套12间不相对转动，使夹具驱动块3在驱动块螺杆5作用下可以上下移动，通过夹具连杆2使末端夹具1张开和夹闭；末端平台4的偏转是由另外两个旋钮旋转13，带动与之相连接的传动螺套12和传动螺杆11，传动螺杆11与传动螺套12产生相对旋转而上下移动，从而使末端平台4产生两个方向的偏转。可以适应在工作中不同工作角度的需求。

本实施例微创手术机器人的传动机构具有质量轻、结构设计简单、能够承受高载荷等优点。该刚性微创手术机器人弥补了丝传动系统的不足，极大地拓展了医生手术操作的能力，降低了医生手术操作过程中的疲劳程度，提高了手术的成功率。

以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明，但本发明不局限于上述具体实施方式，因此任何对本发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进，其均涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种微创手术机器人，其特征在于，包括：

末端夹具，包括至少两个夹臂；

末端平台，所述夹臂一端可转动的安装在末端平台上；

末端夹具驱动组件，包括夹具驱动块和传动机构，所述的传动机构与夹具驱动块连接，所述末端夹具的各个夹臂分别与夹具驱动块连接；

所述的传动机构驱动夹具驱动块直线往复运动，以带动各夹臂相互靠近/远离实现末端夹具夹紧/张开。

2.根据权利要求1所述的一种微创手术机器人，其特征在于，所述传动机构包括与所述夹具驱动块螺纹连接的驱动块螺杆，通过转动驱动块螺杆驱动夹具驱动块直线往复运动。

3.根据权利要求2所述的一种微创手术机器人，其特征在于，包括安装座，所述的安装座与所述的末端平台之间通过连接组件连接；所述的传动机构包括传动杆，所述传动杆的一端可转动的安装在安装座上，另一端与驱动块螺杆固定连接，通过转动传动杆带动所述驱动块螺杆转动。

4.根据权利要求3所述的一种微创手术机器人，其特征在于，所述的传动机构包括夹持万向节，夹持万向节的一端与所述传动杆固定连接，另一端与所述驱动块螺杆固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种微创手术机器人，其特征在于，所述安装座包括通过连接体间隔固定连接的上安装座和下安装座，所述的传动杆为两端具有连接螺纹的传动螺杆，所述传动机构包括设置在上安装座与下安装座之间的传动螺套，所述传动螺杆的一端与夹持万向节螺纹固定连接，另一端穿过所述下安装座与传动螺套螺纹固定连接；

优选地，所述的传动机构包括安装在上安装座上的传动旋钮，所述传动螺套的一端穿过上安装座与传动旋钮固定连接。

6.根据权利要求3-5任意一项所述的一种微创手术机器人，其特征在于，所述的连接组件包括支撑臂，支撑臂的一端可偏转的连接在末端平台上，另一端固定连接在安装座上。

7.根据权利要求6所述的一种微创手术机器人，其特征在于，所述的连接组件包括第一偏转连接机构，第一偏转连接机构包括偏转关节、传动螺杆、传动螺母，所述的偏转关节安装在末端平台上，传动螺杆的一端与偏转关节固定连接，传动螺杆的另一端设置在安装座上与传动螺母螺纹连接；

优选地，所述的连接组件还包括与所述传动螺母固定连接的传动旋钮。

8.根据权利要求7所述的一种微创手术机器人，其特征在于，所述的末端平台上具有第一连接臂，所述的连接组件包括固定在第一连接臂上的偏转关节座，所述支撑臂的一端可偏转的安装在偏转关节座上；所述的偏转关节座上具有用于连接所述偏转关节的关节连接臂。

9.根据权利要求6所述的一种微创手术机器人，其特征在于，所述的连接组件包括第二偏转连接机构，第二偏转连接机构包括万向偏转关节、传动螺杆、传动螺母，所述的万向偏转关节安装在末端平台上，传动螺杆的一端与万向偏转关节固定连接，传动螺杆的另一端设置在安装座上与传动螺母螺纹连接；

优选地，所述的连接组件还包括与所述传动螺母固定连接的传动旋钮。

10.根据权利要求2所述的一种微创手术机器人，其特征在于，所述传动机构包括对应各夹臂的夹具连杆，夹具连杆的一端与夹臂可转动连接，各夹具的另一端通过同一转轴可转动的连接在夹具驱动块上；

优选地，所述的末端平台具有夹具支架，所述夹臂的末端可转动的安装在夹具支架上。

Images