CN114041882A - 手术机器人及主手工具手术控制器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种主手工具手术控制器，包括指环操作部和伸出其内的传动轴，指环操作部控制传动轴沿轴向平移和沿周向转动；还包括设于传动轴的伸出端，对其轴向平移进行径向支撑的第一传动组件，以及对其转动传动配合的第二传动组件。指环操作部作为操作手术器械的主控制器，其通过传动轴的轴向平移，传递对手术器械的夹持操作，通过指环操作部的旋转操作，传递对手术器械的转动操作，第一传动组件对传动轴进行径向支撑，通过第一传动组件的径向支撑功能，保证平移移动时传动轴稳定，通过第一传动组件和第二传动组件，与指环操作部配合，对手术器械实现稳定性控制。本发明还提供了一种手术机器人。

Description

手术机器人及主手工具手术控制器

技术领域

本发明涉及医疗机器人技术领域，更具体地说，涉及一种手术机器人及主手工具手术控制器。

背景技术

手术机器人，广泛适用于普外科、泌尿科、心血管外科、胸外科、妇科、五官科、小儿外科等。手术机器人在前列腺切除手术上应用最多，现在也已越来越多地应用于心脏瓣膜修复和妇科手术中。

手术机器人主要由3个部分组成：外科医生控制台、床旁机械臂系统、成像系统。医生主控台是医生操作的主控台，其按人体工程学原理设计，一般位于手术室无菌区之外，主刀医生坐着使用双手，通过操作两个主控制器及脚踏板，来控制器械和一个三维高清内窥镜。系统将医生的眼睛和手部自然延伸到患者身上，将医生的手、手腕和手指运动准确地翻译成手术器械的微细而精确的运动，手术器械尖端与外科医生的双手同步运动。

主控制器用于操作手术器械，医生通过手指操作手术控制器，手指套在上面进行操作，能同时控制两条器械臂，进行移动、切割、止血、缝合、打结等各种操作，灵敏程度不逊人手，其对手术器械操作的稳定性，影响着手术质量。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种主手工具手术控制器，以提高手术机器人工作过程中稳定性；本发明还提供了一种手术机器人。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种主手工具手术控制器，包括指环操作部和伸出其内的传动轴，所述指环操作部控制所述传动轴沿轴向平移和沿周向转动；

还包括设于所述传动轴的伸出端，对其轴向平移进行径向支撑的第一传动组件，

以及对其转动传动配合的第二传动组件。

优选地，在上述主手工具手术控制器中，所述第一传动组件连接有反馈手术器械夹持力的指环电机组件，所述第二传动组件连接有反馈所述手术器械转动预紧力的旋转电机组件。

优选地，在上述主手工具手术控制器中，所述第一传动组件包括设于所述传动轴伸出端的驱动器外壳，设于所述指环电机组件上的电机齿轮；

所述驱动器外壳上伸出有沿所述传动轴的轴向布置，并与所述电机齿轮啮合的驱动器齿条。

优选地，在上述主手工具手术控制器中，所述第一传动组件还包括与所述电机齿轮相对分布，位于所述传动轴的径向另一端的导向支撑结构，所述导向支撑结构对所述电机齿轮和所述驱动器齿条传递的传动压力进行平衡支撑。

优选地，在上述主手工具手术控制器中，所述导向支撑结构包括平衡块，伸出于所述平衡块上的平衡柱，和套装于所述平衡柱上的平衡轴承；

所述驱动器壳体上伸出有与所述平衡轴承滚动相抵的平衡凸台，所述平衡凸台上开设沿所述传动轴轴向布置的导向凹槽，所述平衡轴承的外圈落入所述导向凹槽内。

优选地，在上述主手工具手术控制器中，所述指环操作部包括夹持配合的第一指环和第二指环，所述传动轴的轴端设置由所述第一指环和所述第二指环的转动基部同步传动配合的直线传动结构。

优选地，在上述主手工具手术控制器中，所述直线传动结构包括设于所述传动轴轴端的传动齿条，以及设于所述第一指环基部的第一扇形齿条，设于所述第二指环基部的第二扇形齿条；

所述传动齿条包括拨动块，以及分别设于所述拨动块厚度方向两侧的第一面齿条和第二面齿条，所述第一面齿条与所述第一扇形齿条传动配合，所述第二面齿条与所述第二扇形齿条传动配合。

优选地，在上述主手工具手术控制器中，所述传动轴为中空轴，所述拨动块上伸出有插装于所述中空轴内的连接柱，所述连接柱和所述中空轴之间设有沿径向装入的定位销。

优选地，在上述主手工具手术控制器中，还包括壳体，壳体上伸出有架撑所述指环电机组件和所述旋转电机组件的电机支架，所述第一传动组件固装于所述电机支架上；

所述指环操作部包括手柄，所述壳体上设置主手安装孔，所述手柄可转动的布置于所述主手安装孔内，所述传动轴穿过所述手柄伸入所述壳体内；

所述第二传动组件包括套装于所述传动轴上的第一锥齿轮，和设于所述旋转电机组件的输出端，并与所述第一锥齿轮啮合的第二锥齿轮。

优选地，在上述主手工具手术控制器中，所述手柄上设置安装于所述主手安装孔内的手柄台阶轴，所述手柄台阶轴和所述主手安装孔内设置对二者转动支撑的转动调节轴承；

所述手柄台阶轴内布置对所述传动轴进行支撑的传动轴套，所述手柄台阶轴的端部还设置容置所述第一锥齿轮的第一锥齿轮轴的第一台阶孔。

优选地，在上述主手工具手术控制器中，所述第二锥齿轮的第二锥齿轮轴上开设贯穿其径向的开口缝，所述第二锥齿轮轴上还设置对所述开口缝压紧以抱装所述旋转电机的锁紧螺钉。

一种手术机器人，其医生操作台上设置主手工具，主手工具上设置手术控制器，所述手术控制器为如上任意一项所述的主手工具手术控制器。

本发明提供的主手工具手术控制器，包括指环操作部和伸出其内的传动轴，指环操作部控制传动轴沿轴向平移和沿周向转动；还包括设于传动轴的伸出端，对其轴向平移进行径向支撑的第一传动组件，以及对其转动传动配合的第二传动组件。指环操作部作为操作手术器械的主控制器，其通过传动轴的轴向平移，传递对手术器械的夹持操作，通过指环操作部的旋转操作，传递对手术器械的转动操作，第一传动组件对传动轴进行径向支撑，通过第一传动组件的径向支撑功能，保证平移移动时传动轴稳定，通过第一传动组件和第二传动组件，与指环操作部配合，对手术器械实现稳定性控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的主手工具手术控制器的主视图；

图2为图1中主手工具手术控制器的剖视图；

图3为图1中主手工具手术控制器指环驱动器结构示意图；

图4为图1中主手工具手术控制器指环操作部的结构示意图；

图5为图1中主手工具手术控制器中传动齿条的结构示意图；

图6为图1中主手工具手术控制器中第二锥齿轮的结构示意图。

具体实施方式

本发明公开了一种主手工具手术控制器，提高了手术机器人工作过程中稳定性；本发明还提供了一种手术机器人。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

如图1-图6所示，图1为本发明提供的主手工具手术控制器的主视图；图2为图1中主手工具手术控制器的剖视图；图3为图1中主手工具手术控制器指环驱动器结构示意图；图4为图1中主手工具手术控制器指环操作部的结构示意图；图5为图1中主手工具手术控制器中传动齿条的结构示意图；图6为图1中主手工具手术控制器中第二锥齿轮的结构示意图。

本实施例提供一种主手工具手术控制器，包括指环操作部1和伸出其内的传动轴2，指环操作部控制传动轴2沿轴向平移和沿周向转动；还包括设于传动轴2的伸出端，对其轴向平移进行径向支撑的第一传动组件，以及对其转动传动配合的第二传动组件。指环操作部1作为操作手术器械的主控制器，其通过传动轴2的轴向平移，传递对手术器械的夹持操作，通过指环操作部1的旋转操作，传递对手术器械的转动操作，第一传动组件对传动轴进行径向支撑，通过第一传动组件的径向支撑功能，保证平移移动时传动轴稳定，通过第一传动组件和第二传动组件，与指环操作部配合，对手术器械实现稳定性控制主手工具的手术控制器，用于控制手术器械端部的张开或闭合，以及手术过程中器械端部的扭转动作。

在本案一具体实施例中，第一传动组件连接有反馈手术器械夹持力的指环电机组件3，第二传动组件连接有反馈手术器械转动预紧力的旋转电机组件。

主手工具的手术控制器主要由两部分构成，包括控制器械端部张开或闭合的指环操作部1，以及位于主手工具上的转动部。手术控制器由壳体5进行支撑，壳体5上伸出手柄10，手柄10上具有张开和闭合配合的第一指环11和第二指环12，手柄10内设置传动轴1，传动轴1的一端由第一指环11和第二指环12驱动进行轴向移动，传动轴2的另一端设置指环驱动器，第一指环11和第二指环12的张开或闭合，通过传动轴2传递至指环驱动器，指环驱动器与指环电机传动连接，反馈器械端在手术过程中的夹持压力。

传动轴2的中部转动安装在壳体5上，壳体5上开设主手安装孔52，传动轴2和主手安装孔52之间通过轴承结构进行支撑，传动轴2在轴承结构内同时承担转动和轴向的直线平移。

在本案一具体实施例中，指环操作部1包括夹持配合的第一指环11和第二指环12，传动轴2的轴端设置由第一指环11和第二指环12的转动基部同步传动配合的直线传动结构。

具体地，直线传动结构包括设于传动轴2轴端的传动齿条21，以及设于第一指环11基部的第一扇形齿条110，设于第二指环12基部的第二扇形齿条120；

传动齿条21包括拨动块210，以及分别设于拨动块厚度方向两侧的第一面齿条211和第二面齿条212，第一面齿条211与第一扇形齿条110传动配合，第二面齿条212与第二扇形齿条120传动配合。

在本案一具体实施例中，传动轴2为中空轴，拨动块210上伸出有插装于中空轴内的连接柱213，连接柱213和中空轴之间设有沿径向装入的定位销。

对于传动轴2沿其轴向的平移动作，由第一指环11和第二指环12与传动轴2之间的直线传动结构实现。

直线传动结构包括传动轴2主体和传动齿条21，传动齿条21固装于传动轴2主体的轴端，传动齿条21上伸出连接柱213，对应传动轴2为中空轴，其主体上设置轴向通孔，连接柱21伸入轴向通孔内，二者在径向上设置定位安装孔，由定位销实现二者的连接。

传动齿条21与第一指环11和第二指环12之间通过齿轮齿条的方式进行传动，第一指环11和第二指环12在操作时，二者同步按压或松开，实现张开和闭合动作，为保证传动稳定性，避免由于单独的第一指环11或第二指环12按压传动齿条21，避免对传动轴2进行径向的单侧按压，在第一指环11和第二指环12上均设置与拨动齿条21配合的传动齿，二者同步按压传动齿条21，保证传动稳定性。

具体地，拨动齿条21为双面齿条结构，包括拨动块210，和设置在拨动块厚度方向的两侧的第一面齿条211和第二面齿条212，第一指环11和第二指环12均包括环形部，用于医生操作过程中，手指的按压伸入。第一指环11和第二指环12均由指环拨杆可转动安装在手柄10上，指环拨杆通过其端部的扇形齿条，与拨动齿条传动连接。优选的，第一指环11上的第一指环拨杆，和第二指环12上第二指环拨杆，二者端部的第一扇形齿条110和第二扇形齿条120，分别位于拨动块210厚度方向的两侧，第一扇形齿条110和第二扇形齿条120在厚度方向上预留容置拨动块210的拨动块间隙，第一面齿条211和第二面齿条212位于拨动块210宽度方向的两侧，从而最大化的延长了扇形齿条和双面齿条结构传动的摇臂长度，即保证第一指环11和第二指环12与传动齿条21之间基本对称的拨动结构，降低了第一指环11和第二指环12拖动传动轴的施力难度。

在本案一具体实施例中，第一传动组件包括设于传动轴2伸出端的驱动器外壳，设于指环电机组件3上的电机齿轮31；

驱动器外壳61上伸出有沿传动轴2的轴向布置，并与电机齿轮啮合的驱动器齿条64。

在本案一具体实施例中，第一传动组件还包括与电机齿轮31相对分布，位于传动轴2的径向另一端的导向支撑结构，导向支撑结构对电机齿轮31和驱动器齿条64传递的传动压力进行平衡支撑。

在本案一具体实施例中，导向支撑结构包括平衡块7，伸出于平衡块7上的平衡柱71，和套装于平衡柱71上的平衡轴承72；

驱动器壳体61上伸出有与平衡轴承72滚动相抵的平衡凸台65，平衡凸台65上开设沿传动轴2轴向布置的导向凹槽66，平衡轴承72的外圈落入导向凹槽66内。

在本案一具体实施例中，还包括壳体5，壳体5上伸出有架撑指环电机组件3和旋转电机组件4的电机支架51，第一传动组件固装于电机支架51上；

指环操作部1包括手柄10，壳体5上设置主手安装孔52，手柄10可转动的布置于主手安装孔52内，传动轴2穿过手柄10伸入壳体5内。

第一指环11和第二指环12的张开和闭合，通过传动轴2上的指环驱动器6与指环电机组件3之间传递的扭矩，反馈器械端在手术过程中的夹持力。壳体5内部设置安装指环电机组件的电机支架51，传动轴2伸出至电机支架51厚度方向的第一侧，指环电机组件3固装于电机支架51的第二侧，指环电机组件的伸出端穿过电机支架51，并套装电机齿轮31，指环驱动器6包括驱动器外壳61，驱动器外壳61的外周布置与电机齿轮31传动配合的驱动器齿条64，当拨动第一指环11和第二指环12张开或闭合时，传动轴2沿轴向平移，驱动器齿条64和电机齿轮31之间同步传动，指环电机组件3通过电机齿轮31提供传动轴2一定的传动阻力，以反馈器械端的夹紧力。

为保证驱动器外壳61和指环电机组件3之间力矩传递过程中径向的力平衡，在电机支架51上设置平衡块7，平衡块7与指环电机组件3分布于传动轴2径向的两侧，平衡块7上伸出有平衡柱71，平衡柱71上转动安装有平衡轴承72，驱动器外壳61上伸出与平衡轴承72挤压配合的平衡凸台65，平衡凸台65的顶部布置导向凹槽66，平衡轴承72行走配合的落入导向凹槽66内。通过在驱动器外壳61上设置的驱动器齿条64和平衡凸台65结构，保证传动轴2与指环电机组件3力矩传递过程中的稳定性，降低主手工具与指环电机的传动震动。

进一步地，指环电机组件3的指环电机和位于指环电机伸出端的减速器，减速器固装于电机支架51上，电机齿轮31布置于减速器的输出端。通过减速器对指环电机输出的扭矩进行控制，可实现第一指环11和第二指环12张开和闭合的指压力可调，提高不同人员操作主手工具的可操作性，提高操作适应性。

第二传动组件包括套装于传动轴2上的第一锥齿轮8，和设于旋转电机组件的输出端，并与第一锥齿轮8啮合的第二锥齿轮9。

在本案一具体实施例中，手柄10上设置安装于主手安装孔52内的手柄台阶轴101，手柄台阶轴101和主手安装孔52内设置对二者转动支撑的转动调节轴承53；

手柄台阶轴101内布置对传动轴2进行支撑的传动轴套54，手柄台阶轴101的端部还设置容置第一锥齿轮8的第一锥齿轮轴的第一台阶孔。

具体地，第二锥齿轮9的第二锥齿轮轴上开设贯穿其径向的开口缝91，第二锥齿轮轴上还设置对开口缝91压紧以抱装旋转电机的锁紧螺钉。

主手工具同时需要对器械端的转动控制，具体的，壳体5上设置架撑手柄10的主手安装孔52，主手安装孔52内固装转动调节轴承53，手柄10伸入主手安装孔52的一端，设置为与转动调节轴承53配合的手柄台阶轴结构，手柄10的中部设置容置传动轴2的传动轴过孔，传动轴过孔内布置传动轴套54，传动轴套54用于对传动轴沿轴向平移的导向和支撑。

主手安装孔52内还布置有固装于手柄台阶轴101的轴端的第一锥齿轮8，电机支架51上固装有与第一锥齿轮8传动配合的第二锥齿轮9，电机支架51的下方布置有反馈器械端转动驱动力的旋转电机组件4，旋转电机组件4的端部布置旋转减速器，第二锥齿轮9布置于旋转减速器的输出端。

考虑主手工具壳体内部空间小，将第二锥齿轮9与旋转减速器的输出轴之间，采用抱箍结构进行安装。具体地，第二锥齿轮9的第二锥齿轮轴开设贯穿其径向的开口缝91，其齿轮轴上设置贯穿开口缝91两侧的连接孔92，第二锥齿轮9安装到旋转减速器上后，通过锁紧螺钉装入连接孔92，压紧开口缝91，实现对旋转减速器轴端的抱装。

指环驱动器6同样需要满足传动轴2转动过程中的支撑，并需要避免由于传动轴2的转动，导致指环驱动器6与电机齿轮31之间产生倾覆。具体地，驱动器外壳61内设置轴承安装腔，其内布置与传动轴2转动支撑的支撑轴承62，驱动器外壳61上安装轴承压盖63，同时提供对传动轴2的支撑功能。

基于以上主手工具手术控制器，本实施例还提供了一种手术机器人，其医生操作台上设置主手工具，主手工具上设置手术控制器，所述手术控制器为如上所述的主手工具手术控制器。

由于本实施例提供的手术机器人采用了上述主手工具手术控制器，所以本实施例中手术机器人由主手工具手术控制器带来的有益效果请参见上述实施例，此处不再赘述。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (12)

1.一种主手工具手术控制器，其特征在于，包括指环操作部和伸出其内的传动轴，所述指环操作部控制所述传动轴沿轴向平移和沿周向转动；

还包括设于所述传动轴的伸出端，对其轴向平移进行径向支撑的第一传动组件，

以及对其转动传动配合的第二传动组件。

2.根据权利要求1所述的主手工具手术控制器，其特征在于，所述第一传动组件连接有反馈手术器械夹持力的指环电机组件，所述第二传动组件连接有反馈所述手术器械转动预紧力的旋转电机组件。

3.根据权利要求2所述的主手工具手术控制器，其特征在于，所述第一传动组件包括设于所述传动轴伸出端的驱动器外壳，设于所述指环电机组件上的电机齿轮；

所述驱动器外壳上伸出有沿所述传动轴的轴向布置，并与所述电机齿轮啮合的驱动器齿条。

4.根据权利要求3所述的主手工具手术控制器，其特征在于，所述第一传动组件还包括与所述电机齿轮相对分布，位于所述传动轴的径向另一端的导向支撑结构，所述导向支撑结构对所述电机齿轮和所述驱动器齿条传递的传动压力进行平衡支撑。

5.根据权利要求4所述的主手工具手术控制器，其特征在于，所述导向支撑结构包括平衡块，伸出于所述平衡块上的平衡柱，和套装于所述平衡柱上的平衡轴承；

所述驱动器壳体上伸出有与所述平衡轴承滚动相抵的平衡凸台，所述平衡凸台上开设沿所述传动轴轴向布置的导向凹槽，所述平衡轴承的外圈落入所述导向凹槽内。

6.根据权利要求2所述的主手工具手术控制器，其特征在于，所述指环操作部包括夹持配合的第一指环和第二指环，所述传动轴的轴端设置由所述第一指环和所述第二指环的转动基部同步传动配合的直线传动结构。

7.根据权利要求6所述的主手工具手术控制器，其特征在于，所述直线传动结构包括设于所述传动轴轴端的传动齿条，以及设于所述第一指环基部的第一扇形齿条，设于所述第二指环基部的第二扇形齿条；

所述传动齿条包括拨动块，以及分别设于所述拨动块厚度方向两侧的第一面齿条和第二面齿条，所述第一面齿条与所述第一扇形齿条传动配合，所述第二面齿条与所述第二扇形齿条传动配合。

8.根据权利要求7所述的主手工具手术控制器，其特征在于，所述传动轴为中空轴，所述拨动块上伸出有插装于所述中空轴内的连接柱，所述连接柱和所述中空轴之间设有沿径向装入的定位销。

9.根据权利要求2所述的主手工具手术控制器，其特征在于，还包括壳体，壳体上伸出有架撑所述指环电机组件和所述旋转电机组件的电机支架，所述第一传动组件固装于所述电机支架上；

所述指环操作部包括手柄，所述壳体上设置主手安装孔，所述手柄可转动的布置于所述主手安装孔内，所述传动轴穿过所述手柄伸入所述壳体内；

所述第二传动组件包括套装于所述传动轴上的第一锥齿轮，和设于所述旋转电机组件的输出端，并与所述第一锥齿轮啮合的第二锥齿轮。

10.根据权利要求9所述的主手工具手术控制器，其特征在于，所述手柄上设置安装于所述主手安装孔内的手柄台阶轴，所述手柄台阶轴和所述主手安装孔内设置对二者转动支撑的转动调节轴承；

所述手柄台阶轴内布置对所述传动轴进行支撑的传动轴套，所述手柄台阶轴的端部还设置容置所述第一锥齿轮的第一锥齿轮轴的第一台阶孔。

11.根据权利要求10所述的主手工具手术控制器，其特征在于，所述第二锥齿轮的第二锥齿轮轴上开设贯穿其径向的开口缝，所述第二锥齿轮轴上还设置对所述开口缝压紧以抱装所述旋转电机的锁紧螺钉。

12.一种手术机器人，其医生操作台上设置主手工具，主手工具上设置手术控制器，其特征在于，所述手术控制器为如权利要求1-11中任意一项所述的主手工具手术控制器。

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