CN113855104A - 基于回转-直线驱动的手术工具驱动传动系统及手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于回转‑直线驱动的手术工具驱动传动系统及手术机器人，包括柔性连续体结构和驱动传动机构；柔性连续体结构包括相互关联的近端连续体和远端连续体以及与近端连续体关联的驱动连接部；驱动传动机构包括：第一可转动件和第二可转动件，二者同轴设置且可相互转动；回转‑直线运动机构，被设置成可随第一可转动件旋转；垂直引导件，回转‑直线运动机构通过垂直引导件将旋转运动转换为直线运动输出；连接件，其一端与回转‑直线运动机构的输出端铰接，另一端与驱动连接部铰接。本发明可以避免对驱动丝进行直接的推拉，可以不受限于驱动机构的数量，且满足柔性连续体结构的弯曲性能，同时结构紧凑，原理简单，易于实现，具有很高的可靠性。

Description

基于回转-直线驱动的手术工具驱动传动系统及手术机器人

技术领域

本发明涉及一种驱动传动机构，具体是关于一种基于回转-直线驱动的手术工具驱动传动系统及含该手术工具驱动传动系统的手术机器人。

背景技术

微创术式对病人创伤更小、术后产出更高，已经在外科手术中占据了重要的地位。微创术式利用手术工具，以及包括视觉照明模块和手术操作臂在内的手术器械均通过切口或者自然腔道进入人体中达到术部进行手术。现有手术器械的远端结构主要为多杆件的串联铰接，采用钢丝绳拉力驱动，使手术器械在铰接关节处实现弯转。由于钢丝绳须通过滑轮保持持续的张紧状态，因此该驱动方式难以实现手术器械的进一步小型化，亦难以进一步提升器械的运动性能。

相较传统的通过在关节处相互转动从而实现弯转运动的刚性运动链，柔性连续体结构通过其近端结构变形实现远端结构的弯转变形，其结构主体可以同时成为驱动的传递结构，故可在小尺寸空间范围内实现极高的自由度配置，因而柔性连续体结构被广泛应用于柔性操作臂、内窥镜、可控导管等医疗器械，以及工业用深腔探测内窥镜、柔性机械臂等新型特种装备的研发。

现有的连续体结构一般通过驱动机构对连续体结构中的驱动丝进行直接推拉，从而实现连续体结构向任意方向弯曲，但是随着对连续体结构提出的精度高、响应快、弯转灵活性高、稳定性好等更严格的要求，现有的驱动结构已逐渐不能满足上述要求，且现有的驱动方式均为直接推拉驱动丝进行运动，故当驱动丝的数量较多时，驱动机构的数量也会相应的增加，使得结构复杂。

发明内容

针对上述问题，本发明的其中一个目的是提供一种基于回转-直线驱动的手术工具驱动传动系统，以避免对柔性连续体的驱动丝进行直接的推拉，在驱动数量较多的驱动丝时，可以不受限于驱动机构的数量，同时结构紧凑，原理简单，易于实现，具有很高的可靠性和灵活性；本发明的另一个目的是提供一种包含有该手术工具驱动传动系统的手术机器人。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种基于回转-直线驱动的手术工具驱动传动系统，包括柔性连续体结构和驱动传动机构；所述柔性连续体结构包括：近端连续体，包括近端基盘、近端止盘和结构骨；远端连续体，包括远端基盘、远端止盘和所述结构骨；驱动连接部，所述驱动连接部的远端与所述近端基盘连接，所述驱动连接部的近端穿过所述近端止盘且与所述近端止盘连接，并且所述驱动连接部位于所述近端止盘近端侧的部分形成自由端；多根所述结构骨的近端与所述近端止盘固定连接，多根所述结构骨的远端依次穿过所述近端基盘和远端基盘并与所述远端止盘固定连接；

所述驱动传动机构包括：第一可转动件和第二可转动件，二者同轴设置且可相对于彼此转动；回转-直线运动机构，被设置成可随所述第一可转动件旋转；垂直引导件，所述回转-直线运动机构通过所述垂直引导件将旋转运动转换为直线运动输出；连接件，所述连接件的一端与所述回转-直线运动机构的输出端铰接，所述连接件的另一端与所述驱动连接部的自由端铰接。

所述的手术工具驱动传动系统，优选地，所述第二可转动件重叠布置在所述第一可转动件的上方；所述第一可转动件设置成能在第一驱动件的驱动下转动，所述第二可转动件设置成能在第二驱动件的驱动下转动；所述回转-直线运动机构包括回转件和相对于所述回转件可直线移动的运动件，所述回转件的一端与所述第一可转动件固定连接，所述运动件在所述垂直引导件的引导下沿所述垂直引导件的轴线方向移动。

所述的手术工具驱动传动系统，优选地，所述驱动传动机构还包括套设在所述运动件外部的桶形件，所述桶形件的一端与所述第二可转动件固定连接；所述回转件的一端穿过所述第二可转动件并与所述第一可转动件固定连接；所述垂直引导件为导杆，所述导杆的一端与所述第二可转动件固定连接，另一端与所述桶形件固定连接，所述运动件滑动穿设在所述导杆上。

所述的手术工具驱动传动系统，优选地，所述驱动传动机构还包括套设在所述运动件外部的桶形件，所述桶形件的一端与所述第二可转动件固定连接；所述回转件的一端穿过所述第二可转动件后与所述第一可转动件固定连接；所述垂直引导件包括：相互配合的引导件和引导槽，所述引导件可滑动地设置在所述引导槽中；所述引导槽沿轴向方向固定设置在所述桶形件上，所述引导件沿轴向方向固定设置在所述运动件上。

所述的手术工具驱动传动系统，优选地，所述第一可转动件为第一从动齿轮，所述第二可转件为第二从动齿轮。

所述的手术工具驱动传动系统，优选地，所述回转-直线运动机构包括形成所述回转件的丝杠，以及形成所述运动件的固定连接的丝杠螺母和滑块，所述丝杠螺母转动连接在所述丝杠上。

所述的手术工具驱动传动系统，优选地，所述连接件为弧形连杆，所述滑块包括上层铰接部和下层筒形部，所述上层铰接部用于与所述弧形连杆的一端铰接，所述下层筒形部的形状与所述丝杠螺母相适配，并固定套设在所述丝杠螺母上。

所述的手术工具驱动传动系统，优选地，所述柔性连续体结构还包括连接在所述近端基盘和远端基盘之间的结构骨引导管束，多根所述结构骨的远端依次穿过所述近端基盘、结构骨引导管束和远端基盘后与所述远端止盘固定连接。

所述的手术工具驱动传动系统，优选地，所述近端连续体还包括设置在所述近端基盘和近端止盘之间的至少一片近端保持盘，各所述结构骨依次穿过所述近端保持盘；

同时，所述远端连续体还包括设置在所述远端基盘和远端止盘之间的至少一片远端保持盘，各所述结构骨亦依次穿过所述远端保持盘。

所述的手术工具驱动传动系统，优选地，所述结构骨采用由超弹性材料制成的弹性细杆或细管，所述结构骨引导管束采用钢管束。

所述的手术工具驱动传动系统，优选地，所述驱动连接部采用万向节，所述万向节的一端与所述近端基盘连接，所述万向节的另一端穿过所述近端止盘且与所述近端止盘连接，并且所述万向节位于所述近端止盘近侧端的部分形成自由端；

或者，所述驱动连接部采用球铰关节，所述球铰关节的一端与所述近端基盘连接，所述球铰关节的另一端穿过所述近端止盘且与所述近端止盘连接，并且所述球铰关节位于所述近端止盘近侧端的部分形成自由端；

又或者，所述驱动连接部采用铰链关节，所述铰链关节的一端与所述近端基盘连接，所述铰链关节的另一端穿过所述近端止盘且与所述近端止盘连接，并且所述铰链关节位于所述近端止盘近侧端的部分形成自由端。

一种手术机器人，包含有至少一个上述的手术工具驱动传动系统。

所述的手术机器人，优选地，该手术机器人采用两个以上的所述手术工具驱动传动系统串联或者并联。

所述的手术机器人，优选地，两个以上所述驱动传动机构并排设置在支架上，两个以上所述柔性连续体结构的近端基盘分别与所述支架固定连接，所述结构骨引导管束的一端与所述近端连续体的近端基盘固定连接，所述结构骨引导管束的另一端依次穿过所述支架和引导管束保持盘后与所述远端止盘固定连接。

所述的手术机器人，优选地，两个以上所述柔性连续体结构中的所述远端连续体的长度相同或者不同。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明提供的手术工具驱动传动系统只需要通过驱动连接部与一个驱动传动就够连接，通过驱动传动机构带动驱动连接部运动，驱动近端连续体的近端止盘翻转，实现对结构骨的推拉，从而带动近端连续体弯曲，并最终驱动远端连续体在空间的任意弯曲，避免了对结构骨进行直接的推拉，而且在驱动数量较多的结构骨时，不受限于驱动机构的数量，同时结构紧凑，原理简单，易于实现，从而具有很高的可靠性。2、本发明相较传统的通过在关节处相互转动从而实现弯转运动的刚性运动链，柔性连续体结构通过其近端结构变形实现远端结构的弯转变形，其结构主体同时成为驱动的传递结构，因此可在小尺寸空间范围内实现极高的自由度配置，故可以被广泛应用于柔性操作臂、内窥镜、可控导管等医疗器械，以及工业用深腔探测内窥镜、柔性机械臂等新型特种装备的研发。

附图说明

图1为本发明一实施例中手术工具驱动传动系统的结构示意图；

图2为本发明该实施例中柔性连续体结构的结构示意图；

图3为本发明该实施例中远端连续体的结构示意图；

图4为本发明一实施例中驱动传动机构的整体结构示意图；

图5为本发明该实施例中驱动传动机构的剖视图；

图6为本发明该实施例中驱动传动机构的一局部结构示意图；

图7为本发明该实施例中驱动传动机构的另一局部结构示意图；

图8为本发明该实施例中滑块的结构示意图；

图9为本发明实施例一中驱动连接部为万向节的结构示意图；

图10为本发明实施例二中驱动连接部为球铰关节的结构示意图；

图11为本发明实施例三中驱动连接部为铰链关节的结构示意图；

图12为本发明一实施例中手术机器人的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的较佳实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“近端”、“远端”、“上”、“下”、“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保护范围的限制。在本发明中，当提及“远侧或远端”时，该术语是指相对远离操作者的一侧或一端。当提及“近侧或近端”时，该术语是指相对靠近操作者的一侧或一端。

如图1至图3所示，本实施例提供的手术工具驱动传动系统包括柔性连续体结构100和驱动传动机构200。

其中，该柔性连续体结构100包括：近端连续体1，包括近端基盘4、近端止盘7和结构骨12；远端连续体3，包括远端基盘9、远端止盘11和结构骨12；驱动连接部13，驱动连接部13的远端与近端基盘4连接，驱动连接部13的近端穿过近端止盘7且与近端止盘7连接，并且驱动连接部13位于近端止盘7近端侧的部分形成自由端。多根结构骨12的近端与近端止盘7固定连接，多根结构骨12的远端依次穿过近端基盘4和远端基盘9并与远端止盘11固定连接。

如图4至图7所示，驱动传动机构200包括：第一可转动件和第二可转动件，二者同轴设置且可相对于彼此转动；回转-直线运动机构，被设置成可随第一可转动件旋转；垂直引导件，回转-直线运动机构通过垂直引导件将旋转运动转换为直线运动输出；连接件，连接件的一端与回转-直线运动机构的输出端铰接，连接件的另一端与驱动连接部13的自由端铰接。

在上述实施例中，优选地，第二可转动件重叠布置在第一可转动件的上方；第一可转动件设置成能在第一驱动件的驱动下转动，第二可转动件设置成能在第二驱动件的驱动下转动；回转-直线运动机构包括回转件和相对于回转件可直线移动的运动件，回转件的一端与第一可转动件固定连接，运动件在垂直引导件的引导下沿垂直引导件的轴线方向移动。在图示具体实施例中，驱动传动机构200可以包括：第一主动齿轮141、第一从动齿轮142、第二主动齿轮143、第二从动齿轮144、丝杠145、导杆146、丝杠螺母147、滑块148、桶形件149和弧形连杆150。第一主动齿轮141与第一从动齿轮142啮合，第二主动齿轮143与第二从动齿轮144啮合，且第二从动齿轮144重叠布置于第一主动齿轮141上方。丝杠145的一端穿过第二从动齿轮144后与第一从动齿轮142同轴固定连接。丝杠螺母147转动连接在丝杠145上，滑块148固定连接在丝杠螺母147上。桶形件149套设在滑块148外部，且桶形件149的另一端与第二从动齿轮144固定连接。导杆146的一端与第二从动齿轮144固定连接，导杆146的另一端与桶形件149固定连接，丝杠螺母147滑动穿设在导杆146上。弧形连杆150的一端与滑块148铰接，弧形连杆150的另一端与驱动连接部13的自由端铰接。

需要指出的是，在本实施例中，垂直引导件为导杆146，而在另外的实施例中，垂直引导件也可以包括：相互配合的引导件和引导槽，引导槽沿轴向方向固定设置在桶形件149上，引导件沿轴向方向固定设置在运动件上且滑动设置在引导槽中，该引导件可以沿着引导槽的轴向方向移动，同样可以将回转件的旋转运动转化为直线运动输出。应理解，该垂向引导件也可设置成其他形式，只要将丝杠螺母147设置成仅能轴向滑动而不能周向转动即可。

同理，在本实施例中，第一驱动件和第一从可转动件分别为相啮合的第一主动齿轮141和第一从动齿轮142，第二驱动件和第二可转从动件分别为相啮合的第二主动齿轮143和第二从动齿轮144。但本领域技术人员可以理解的是，第一驱动件和第二驱动件也可以直接为电机或马达，此时直接驱动第一主动齿轮141和第一从动齿轮142转动。

由此，当第一主动齿轮141带动第一从动齿轮142旋转而上层齿轮144保持静止时，与第一从动齿轮142固结的丝杠145会相应的发生转动，由于导杆146的限位作用使得滑块148与丝杠螺母147不能发生旋转，从而驱动丝杠螺母147及滑块148在桶形件149中上下移动，并带动弧形连杆150旋转运动，通过弧形连杆150带动驱动连接部13的自由端运动。由于近端止盘7可沿着驱动连接部13上下滑动和旋转，使得近端基盘4和近端止盘7产生错位，两者轴线不再重合，近端止盘7随之产生协同翻转，从而对端部固定在近端止盘7上的各结构骨12产生推拉，这样均匀分布固定在近端止盘7上的各结构骨12，一侧受拉从而使得对应结构骨12处在近端连续体1中的长度增加，另一侧受压从而使得对应结构骨12处在近端连续体1中的长度减少。但由于各结构骨12的总长不变，从而导致各结构骨12位于远端连续体3中的长度发生相应的变化，从而驱动远端连续体3产生与近端连续体1的反向弯曲，并可通过调节弧形连杆150的旋转角度，进而调节近端连续体1的弯曲程度。当第二主动齿轮143带动第二从动齿轮144旋转，第一主动齿轮141带动第一从动齿轮142旋转，且使第二从动齿轮齿轮144和第一从动齿轮142同时同向等速旋转时，滑块148在桶形件149中的上下位置不发生改变，但是弧形连杆150的旋转平面方位角发生改变，当近端连续体1弯转后，对结构骨12产生的推拉通过结构骨引导管束2传递到远端连续体3，实现远端连续体3在空间中沿着不同方向的弯曲，并可通过驱动第二从动齿轮144和第一从动齿轮142，从而调整近端连续体1的弯曲程度以及在不同平面内的弯转。需要说明的是，近端连续体1和远端连续体3的弯曲比例与对应结构骨12分别在两者中的分布半径(在本实施例中，近端连续体1和远端连续体3中的结构骨12沿周向分布，其可以分布在圆周上，也可以分布在矩形或者其他封闭形状的周向上，并且可以均匀分布或者非均匀分布，在此不加以限定)呈反比，因此在应用时可通过调整结构骨12在两者中的分布半径，以满足实际弯曲比例需求。

在上述实施例中，优选地，如图8所示，滑块148包括上层铰接部和下层筒形部，上层铰接部用于与弧形连杆150的一端铰接，下层筒形部的形状与丝杠螺母147相适配，并固定套设在丝杠螺母147上。

需要指出的是，在本实施例中，驱动传动机构200中的回转-直线运动机构采用丝杠螺母结构来实现，但应理解，也可采用本领域其他已知结构来实现，例如滚珠丝杠机构。同时，传动方式也可以由皮带轮或链轮传动的方式来代替齿轮传动。。

在上述实施例中，优选地，如图1、图2所示，柔性连续体结构还包括结构骨引导管束2，该结构骨引导管束2的近端连接在近端基盘4上，结构骨引导管束2的远端连接在远端基盘9上，多根结构骨12的远端依次穿过近端基盘4、结构骨引导管束2和远端基盘9后与远端止盘11固定连接。结构骨引导管束2的作用是引导和约束位于近端基盘4和远端基盘9之间的结构骨12。

在上述实施例中，优选地，如图2、图3所示，近端连续体1还包括设置在近端基盘4和近端止盘7之间的至少一片近端保持盘5，各结构骨12依次穿过近端保持盘5；同时，远端连续体3还包括设置在远端基盘9和远端止盘11之间的至少一片远端保持盘10，各结构骨12亦依次穿过远端保持盘10，近端保持盘5和远端保持盘10用于从结构骨12的径向支撑结构骨12，从而使得各结构骨12在弯曲变形的过程中仍然保持平行状态，防止结构骨12在弯曲运动时失稳。

在上述实施例中，优选地，结构骨12可以采用由超弹性材料制成的弹性细杆或细管，一般可以采用镍钛合金等高强度、高韧性、具有弹性的金属材料制造；结构骨引导管束2可以采用钢管束。

在上述实施例中，优选地，驱动连接部13可以为万向节、球铰关节或铰链关节中的一种，此时驱动连接部13、近端连续体1和驱动传动机构200之间存在四个运动关系连接节点，具体如下：第一连接节点指近端基盘4与驱动连接部13的连接关系，第二连接节点指驱动连接部13本身结构，第三连接节点指驱动连接部13与近端止盘7的连接关系，第四连接节点指驱动连接部13的自由端与驱动传动机构200的连接关系，以上四个连接节点可采取如下五种连接方式中的几种进行组合：圆柱副(可以旋转也可移动)、移动副(只能移动)、旋转副(只能旋转)、固定连接、驱动连接部本身结构(万向节、球铰或连杆)，以使四个连接节点满足驱动近端连续体1所需要的最少自由度。下面采用三个实施例分别进行说明。

实施例一

在本实施例中，如图9所示，驱动连接部13采用万向节131，该万向节131可理解为包括两个旋转轴线彼此相交的两个旋转副，此时四个连接节点可以采取如下组合：第一连接节点采用旋转副连接，第二连接节点采用万向节131，第三连接节点采用圆柱副连接，第四连接节点采用旋转副连接。即第一连接节点指万向节131的一端与近端基盘4旋转连接，万向节131的另一端为自由端，第二连接节点指万向节131本身结构，第四连接节点指万向节131的自由端与驱动传动机构200中的弧形连杆150采用旋转副连接，第三连接节点指万向节131自由端的外圆面与近端止盘7之间以圆柱副相配合，因此近端止盘7可相对自由端的外圆面滑动和旋转。此时，通过驱动传动机构200的弧形连杆150驱动万向节131的自由端，会带动近端止盘7产生协同翻转，实现近端连续体1的弯转，进而对端部固定在近端止盘7上的各结构骨12产生推拉，从而驱动远端连续体3产生与近端连续体1相反方向的弯曲。由此，通过以上四个连接节点相互配合，使得近端止盘7可相对于驱动连接部13或者驱动连接部13相对于弧形连杆150可上下滑移或旋转，从而满足近端连续体1在弯曲过程中产生沿着轴线方向滑动的寄生运动(上下滑移)，以及向任意方向的弯曲运动(旋转)，寄生运动可避免远端连续体3在弯曲的过程中，产生沿轴向的伸缩运动，导致包覆在远端连续体3外周的封皮(图中未示出)起皱或者过度拉伸，影响封皮的使用寿命。

或者，四个连接节点还可以采取如下组合：第一连接节点采用旋转副连接，第二连接节点采用万向节131，第三连接节点采用旋转副连接，第四连接节点采用旋转副连接，此时也可以实现在弧形连杆150的驱动下万向节131的自由端自由旋转运动，从而带动近端止盘7运动翻转，达到令远端连续体3弯曲的目的。又或者，四个连接节点还可以采取如下组合：第一连接节点采用圆柱副连接，第二连接节点采用万向节131，第三连接节点采用移动副连接，第四连接节点采用旋转连接，也可实现目的。

综上，除以上组合方式外，以上四个连接节点还可采取以上几种连接方式中的几种进行其他形式的组合，在实现同等功能的前提下，自由度数越多，柔顺性和灵活性会更好。

实施例二

在本实施例中，如图10所示，驱动连接部13采用球铰关节132，该球铰关节132可理解为包括3个轴线相交的旋转副，此时四个连接节点可以采取如下组合：第一连接节点采用固定连接，第二连接节点采用球铰关节132，第三连接节点采用圆柱副连接，第四连接节点采用旋转副连接。即第一连接节点指球铰关节132的基座与近端基盘4固定固定，球铰关节132的另一端为自由端，第二连接节点指球铰关节132本身结构，第四连接节点指球铰关节132的自由端与驱动传动机构200中的弧形连杆150采用旋转副连接，第三连接节点即指球铰关节132自由端的外圆面与近端止盘7之间以圆柱副相配合，因此近端止盘7可相对自由端的外圆面滑动和旋转。此时，通过驱动传动机构200的弧形连杆150驱动球铰关节132的自由端，会带动近端止盘7产生协同翻转，实现近端连续体1的弯转，进而对端部固定在近端止盘7上的各结构骨12产生推拉，从而驱动远端连续体3产生与近端连续体1相反方向的弯曲。

或者，四个连接节点还可以采取如下组合：第一连接节点采用旋转副连接，第二连接节点采用球铰关节132，第三连接节点采用移动副连接，第四连接节点采用固定连接，此时也可以实现在弧形连杆150的驱动下球铰关节132的自由端自由旋转运动，从而带动近端止盘7运动翻转，达到令远端连续体3弯曲的目的。又或者，四个连接节点还可以采取如下组合：第一连接节点采用旋转副连接，第二连接节点采用球铰关节132，第三连接节点采用旋转连接，第四连接节点采用旋转副连接，也可实现目的。

综上，除以上组合方式外，四个连接节点还可采取以上五种连接方式中的几种进行其他形式的组合，在实现同等功能的前提下，自由度数越多，柔顺性和灵活性会更好。

实施例三

在本实施例中，如图11所示，驱动连接部13采用主要由第一连杆1331和第二连杆1332组成的铰链关节133，此时四个连接节点可以采取如下组合：第一连接节点采用旋转副，第二连接节点采用旋转副，第三连接节点采用圆柱副，第四连接节点采用旋转副。即第一连接节点指第一连杆1331的一端在近端基盘4中可绕自身长轴旋转，第二连接节点指第一连杆1331的另一端与第二连杆1332铰接，此时的驱动连接部本身结构则为第一连杆1331和第二连杆1332，第二连杆1332的另外一端作为自由端，第三连接节点指第二连杆1332的自由端的外圆面与近端止盘7之间以圆柱副相配合，此近端止盘7可相对第二连杆1332的自由端滑动和旋转，第四连接节点指第二连杆1332的自由端与驱动传动机构200中的弧形连杆150铰接。此时，通过驱动传动机构200的弧形连杆150驱动第二连杆1332的自由端，会带动近端止盘7产生协同翻转，实现近端连续体1的弯转，对结构骨12产生推拉通过结构骨引导管束2传递到远端连续体3，从而驱动远端连续体3产生与近端连续体1相反方向的弯曲。

或者，四个连接节点还可以采取如下组合：第一连接节点采用圆柱副，第二连接节点采用旋转副，第三连接节点采用旋转副，第四连接节点采用旋转副，此时也可以实现在弧形连杆150的驱动下驱动连接部13的自由端自由旋转运动，从而带动近端止盘7运动翻转，达到令远端连续体3弯曲的目的。又或者，四个连接节点还可以采取如下组合：第一连接节点采用圆柱副，第二连接节点采用旋转副，第三连接节点采用圆柱副，第四连接节点采用固定连接，也可实现目的。

综上，除以上组合方式外，以上四个连接节点还可采取以上五种连接方式中的几种进行其他形式的组合，在实现同等功能的前提下，自由度数越多，柔顺性和灵活性会更好。

需要说明的是，上述各实施例非以用于限定本发明可实施的限定条件，本发明的本质在于通过驱动传动机构200驱动柔性连续体结构100中的近端止盘7翻转，从而带动近端连续体1弯曲，并最终驱动远端连续体3在空间中的任意弯曲。

基于上述实施例提供的手术工具驱动传动系统，本发明还提供了一种手术机器人，该手术机器人包含有至少一个上述的手术工具驱动传动系统。

在上述实施例中，优选地，手术机器人采用两个上述的手术工具驱动传动系统串联或者并联，从而增加臂体的灵活性。在本实施例中，如图12所示，以两个上述的手术工具驱动传动系统并联举例来说，两个驱动传动机构200并排设置在支架15上，两个近端基盘4分别与支架15固定连接，结构骨引导管束2的一端与近端连续体1的近端基盘4固定连接，结构骨引导管束2的另一端依次穿过支架15和引导管束保持盘21后在远端止盘9处固定且被束成一个环状(在本实施例中，结构骨引导管束2在近端和远端处被束成圆环状，当然也可以为其它形状，在此不加以限定)。由此，通过两侧的驱动传动机构200分别驱动两驱动连接部13运动，分别带动两侧的近端连续体1运动，实现远端连续体3的弯转，进而增加远端连续体3的自由度，从而增加手术机器人的灵活性。

在上述实施例中，优选地，两个柔性连续体结构100中的远端连续体3的长度可以相同或者不同。

在本发明的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”、“第三”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对上述零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (12)

1.一种基于回转-直线驱动的手术工具驱动传动系统，其特征在于，包括柔性连续体结构(100)和驱动传动机构(200)；

所述柔性连续体结构(100)包括：

近端连续体(1)，包括近端基盘(4)、近端止盘(7)和结构骨(12)；

远端连续体(3)，包括远端基盘(9)、远端止盘(11)和所述结构骨(12)；

驱动连接部(13)，所述驱动连接部(13)的远端与所述近端基盘(4)连接，所述驱动连接部(13)的近端穿过所述近端止盘(7)且与所述近端止盘(7)连接，并且所述驱动连接部(13)位于所述近端止盘(7)近端侧的部分形成自由端；

多根所述结构骨(12)的近端与所述近端止盘(7)固定连接，多根所述结构骨(12)的远端依次穿过所述近端基盘(4)和远端基盘(9)并与所述远端止盘(11)固定连接；

所述驱动传动机构(200)包括：

第一可转动件和第二可转动件，二者同轴设置且可相对于彼此转动；

回转-直线运动机构，被设置成可随所述第一可转动件旋转；

垂直引导件，所述回转-直线运动机构通过所述垂直引导件将旋转运动转换为直线运动输出；

连接件，所述连接件的一端与所述回转-直线运动机构的输出端铰接，所述连接件的另一端与所述驱动连接部(13)的自由端铰接。

2.如权利要求1所述的手术工具驱动传动系统，其特征在于，所述第二可转动件重叠布置在所述第一可转动件的上方；

所述第一可转动件设置成能在第一驱动件的驱动下转动，所述第二可转动件设置成能在第二驱动件的驱动下转动；

所述回转-直线运动机构包括回转件和相对于所述回转件可直线移动的运动件，所述回转件的一端与所述第一可转动件固定连接，所述运动件在所述垂直引导件的引导下沿所述垂直引导件的轴线方向移动。

3.根据权利要求2所述的手术工具驱动传动系统，其特征在于，所述驱动传动机构(200)还包括套设在所述运动件外部的桶形件(149)，所述桶形件(149)的一端与所述第二可转动件固定连接；

所述回转件的一端穿过所述第二可转动件并与所述第一可转动件固定连接；

所述垂直引导件为导杆(146)，所述导杆(146)的一端与所述第二可转动件固定连接，另一端与所述桶形件(149)固定连接，所述运动件滑动穿设在所述导杆(146)上。

4.根据权利要求2所述的手术工具驱动传动系统，其特征在于，所述驱动传动机构(200)还包括套设在所述运动件外部的桶形件(149)，所述桶形件(149)的一端与所述第二可转动件固定连接；

所述回转件的一端穿过所述第二可转动件并与所述第一可转动件固定连接；

所述垂直引导件包括：相互配合的引导件和引导槽，所述引导件可滑动地设置在所述引导槽中；所述引导槽沿轴向方向固定设置在所述桶形件(149)上，所述引导件沿轴向方向固定设置在所述运动件上。

5.根据权利要求2所述的手术工具驱动传动系统，其特征在于，所述第一可转动件为第一从动齿轮(142)，所述第二可转件为第二从动齿轮(144)。

6.根据权利要求2所述的手术工具驱动传动系统，其特征在于，所述回转-直线运动机构包括形成所述回转件的丝杠(145)，以及形成所述运动件的固定连接的丝杠螺母(147)和滑块(148)，所述丝杠螺母(147)转动连接在所述丝杠(145)上。

7.根据权利要求6所述的手术工具驱动传动系统，其特征在于，所述连接件为弧形连杆(150)，所述滑块(148)包括上层铰接部和下层筒形部，所述上层铰接部用于与所述弧形连杆(150)的一端铰接，所述下层筒形部的形状与所述丝杠螺母(147)相适配，并固定套设在所述丝杠螺母(147)上。

8.根据权利要求1到7任一项所述的手术工具驱动传动系统，其特征在于，所述柔性连续体结构(100)还包括连接在所述近端基盘(4)和远端基盘(9)之间的结构骨引导管束(2)，多根所述结构骨(12)的远端依次穿过所述近端基盘(4)、结构骨引导管束(2)和远端基盘(9)并与所述远端止盘(11)固定连接。

9.根据权利要求8所述的手术工具驱动传动系统，其特征在于，所述近端连续体(1)还包括设置在所述近端基盘(4)和近端止盘(7)之间的至少一片近端保持盘(5)，各所述结构骨(12)依次穿过所述近端保持盘(5)；

同时，所述远端连续体(3)还包括设置在所述远端基盘(9)和远端止盘(11)之间的至少一片远端保持盘(10)，各所述结构骨(12)亦依次穿过所述远端保持盘(10)；

优选地，所述结构骨(12)采用由超弹性材料制成的弹性细杆或细管，所述结构骨引导管束(2)采用钢管束。

10.根据权利要求1到9任一项所述的手术工具驱动传动系统，其特征在于，所述驱动连接部(13)采用万向节(131)，所述万向节(131)的一端与所述近端基盘(4)连接，所述万向节(15)的另一端穿过所述近端止盘(7)且与所述近端止盘(7)连接，并且所述万向节(131)位于所述近端止盘(7)近侧端的部分形成自由端；

或者，所述驱动连接部(13)采用球铰关节(132)，所述球铰关节(132)的一端与所述近端基盘(4)连接，所述球铰关节(132)的另一端穿过所述近端止盘(7)且与所述近端止盘(7)连接，并且所述球铰关节(132)位于所述近端止盘(7)近侧端的部分形成自由端；

又或者，所述驱动连接部(13)采用铰链关节(133)，所述铰链关节(133)的一端与所述近端基盘(4)连接，所述铰链关节(133)的另一端穿过所述近端止盘(7)且与所述近端止盘(7)连接，并且所述铰链关节(133)位于所述近端止盘(7)近侧端的部分形成自由端。

11.一种手术机器人，其特征在于，包含有至少一个如权利要求1至10任一项所述的手术工具驱动传动系统。

12.根据权利要求11所述的手术机器人，其特征在于，该手术机器人采用两个以上的所述手术工具驱动传动系统串联或者并联；

优选地，两个以上所述驱动传动机构(200)并排设置在支架(15)上，两个以上所述柔性连续体结构(100)的近端基盘(4)分别与所述支架(15)固定连接，所述结构骨引导管束(2)的一端与所述近端连续体(1)的近端基盘(4)固定连接，所述结构骨引导管束(2)的另一端依次穿过所述支架(15)和引导管束保持盘(21)并与所述远端止盘(9)固定连接；

优选地，两个以上所述柔性连续体结构(100)中的所述远端连续体(3)的长度相同或者不同。

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