CN114159128B - 一种紧凑型的机器人辅助微创手术夹钳 - Google Patents

一种紧凑型的机器人辅助微创手术夹钳 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种紧凑型的机器人辅助微创手术夹钳，包括夹钳臂A、夹钳臂B、齿条芯O、夹钳壳体、操纵线和销轴。本发明安装在微创手术机器人操作臂末端，用于组织的夹取、分离等手术作业。本发明提供一种采用齿轮齿条传动方案、结合缺损旋转轴设计，在极小的空间紧凑布局，以满足机器人辅助微创手术末端作业工具‑手术夹钳的小型化、精简化、高性能的作业需求。

Description

一种紧凑型的机器人辅助微创手术夹钳
技术领域
本发明涉及医疗器材领域，具体涉及一种紧凑型的机器人辅助微创手术夹钳。
背景技术
在机器人辅助微创手术中，需要在机器人操作臂末端集成夹钳以完成组织的夹取、分离、牵拉等各种手术作业。夹钳需要体积小巧以便通过不断缩减的微创切口，结构精简以便装配、维护、消毒等操作，传动高效以便使得可以通过柔性的线材将足够的动力通过操作臂的躯体传递夹钳末端。
夹钳的设计上，前端需要实现两个夹钳臂的转动以完成开合，中部需要将旋转运动转化为更加易于传递的运动形式，在这过程中也需要确保夹钳工作范围和力，尾部需要接出控制线以操控夹钳，目前的方案主要存在以下问题：1、旋转关节结构需要插入销轴作为旋转中心，夹钳体积难以做小；2、传动结构通常采用滑槽结构，在夹钳内部需要留出旋转零件的运动空间，使得整体结构呈方形，难以高效利用圆柱形空间，且间隙容易进入异物不利于清洁；3、夹钳开合角度有限，也很难产生足够的夹持力。
发明内容
为了实现机器人辅助微创手术末端作业工具-手术夹钳的小型化、精简化、高性能的作业需求，本发明提供一种采用齿轮齿条传动方案、结合缺损旋转轴设计的手术夹钳。
本发明针对现有技术的不足所采用的技术方案是：一种紧凑型的机器人辅助微创手术夹钳，包括夹钳臂A、夹钳臂B、齿条芯O、夹钳壳体、操纵线和销轴；
所述夹钳臂A为扁长的O型结构，内侧夹持面带波浪形锯齿用于固定夹持目标，O型结构底部伸出一个弯钩，内侧形成半个圆孔，外侧带有环状分布的齿形，齿形相对于弯钩对称面偏置分布；
所述夹钳臂B与A整体为镜像结构，仅在环状分布的齿形上偏置方向相反，夹钳臂B齿形与夹钳臂A相应部位偏置设计能够形成部分重叠区域，构成齿轮传动；
所述齿条芯O为棒状，上部开槽口形成扁长的O型结构，O型结构两条边在相反方向开锯齿，形成两条齿条结构，分别与所述夹钳臂A与夹钳臂B啮合，形成齿轮齿条传动，中部设贯穿圆孔，下部设贯穿槽口，与贯穿圆孔方向正交，在底部设较深的细孔通过槽口区域；
所述夹钳壳体呈管状，上部开U型槽形成两片弧形壳体，两片弧形壳体两侧边缘均设桥梁互相维系，两个桥梁内侧呈半圆弧，分别与夹钳臂A和夹钳臂B的弯钩内侧构成旋转副；夹钳壳体中部设槽口对称贯穿两片弧形壳体；
所述齿条芯O中部贯穿圆孔设所述销轴，且所述销轴被约束在所述夹钳壳体中部的槽口内，从而约束所述齿条芯O在所述夹钳壳体内滑动；
所述操纵线穿入所述齿条芯O底部的细孔中，通过所述齿条芯O下部贯穿槽口点入强力胶实现固定。
进一步地，所述夹钳臂A的O型结构底部的外侧光滑面设凹坑，方便与所述夹钳臂B区分。
进一步地，所述齿条芯O结构上具备180°旋转对称的特点，故在其O型结构底部与所述夹钳臂A相接的一侧设凹坑，为防呆设计。
进一步地，所述夹钳臂A、夹钳臂B的齿形偏置设计，使得与所述齿条芯O，三者形成两两啮合关系，互相分担负载，可以防止这样的微小零件在负载较大的齿形处发生材料断裂。
进一步地，所述夹钳壳体底部设弧形肩部，方便嵌套固定在机器人操作臂末端。
进一步地，所述操纵线为高弹性合金线，优选镍钛合金丝，能够同时提供拉力和推力。
进一步地，所述操纵线也可以采用柔性钓鱼线，那么需要在夹钳壳体底部放置压缩弹簧，实现夹钳的复位。
本发明的有益效果是，通过推拉操控线，可以控制齿条芯O在夹钳壳体内滑动，从而推动夹钳臂A与夹钳臂B同步张合。首先，齿轮齿条传动的运动和力都十分平稳，不会随着行程改变而发生改变，可以确保提供稳定的夹持力；其次，齿轮传动产生的运动间隙很小，避免了不必要的空间浪费且减少了纳入异物的可能性；最后，该夹钳采用缺损的转轴设计，每个夹钳臂尾部只占用半个旋转轴孔的空间，大大缩小了体积，却可以提供接近180°的开合角，工作范围十分优异；最后的最后，除去操纵线和销轴两个标准件，该夹钳仅包含4个零件，通过将夹钳臂A与夹钳臂B夹住齿条芯O，形成“两叶一芽尖”的结构，平打开夹钳臂A与夹钳臂B，从上往下植入夹钳壳体内，进一步往下推入齿条芯O，“两叶”便会合拢，插入销轴限位即可锁住四个零件为一整体，便于安装、清洁、更换。
附图说明
图1为手术夹钳爆炸图；
图2为手术夹钳剖视图；
图3为转轴部分剖视图；
图4为推荐设计参数说明图；
图5为手术夹钳装配过程说明图；
图中：1.夹钳臂A，2.齿条芯O，3.夹钳臂B，4.销轴，5.操纵线，6.夹钳壳体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1、2所示，本发明提供了一种紧凑型的机器人辅助微创手术夹钳，包括夹钳臂A1、夹钳臂B3、齿条芯O2、夹钳壳体6、操纵线5、销轴4；
所述夹钳臂A1为扁长的O型结构，一面为外侧面，圆润光滑，另一面为内侧夹持面，带波浪形锯齿用于固定夹持目标，O型结构底部伸出一个弯钩，内侧形成半个圆孔，外侧带有环状分布的齿形，齿形相对于弯钩对称面偏置分布；
所述夹钳臂B3与夹钳臂A1整体为镜像结构，仅在环状分布的齿形上偏置方向相反，夹钳臂B3齿形与夹钳臂A1相应部位偏置设计能够形成部分重叠区域，构成齿轮传动；
所述齿条芯O2为棒状，上部开槽口形成扁长的O型结构，O型结构两条边在相反方向开锯齿，形成两条齿条结构，分别与所述夹钳臂A1与夹钳臂B3啮合，形成齿轮齿条传动，中部设贯穿圆孔，下部设贯穿槽口，与贯穿圆孔方向正交，在底部设较深的细孔通过槽口区域。
所述夹钳壳体6呈管状，上部开U型槽形成两片弧形壳体，两片弧形壳体两侧边缘均设桥梁互相维系，两个桥梁内侧呈半圆弧，分别与夹钳臂A1和夹钳臂B3的弯钩内侧构成旋转副；夹钳壳体中部设槽口对称贯穿两片弧形壳体，底部设弧形肩部方便嵌套固定在机器人操作臂末端。
所述齿条芯O2中部贯穿圆孔设所述销轴4，且所述销轴4被约束在所述夹钳壳体6中部的槽口内，从而约束所述齿条芯O2在所述夹钳壳体6内滑动。
所述操纵线5穿入所述齿条芯O2底部的细孔中，通过所述齿条芯O2下部贯穿槽口点入强力胶实现固定。
所述夹钳臂A1的O型结构底部的外侧光滑面设凹坑，方便与所述夹钳臂B3区分。
所述齿条芯O2结构上具备180°旋转对称的特点，故在其O型结构底部与所述夹钳臂A1相接的一侧设凹坑，为防呆设计。
所述操纵线5为高弹性合金线，优选镍钛合金丝，能够同时提供拉力和推力。
所述夹钳臂A1、夹钳臂B3的齿形偏置设计，使得与所述齿条芯O2，三者形成两两啮合关系，互相分担负载，可以防止这样的微小零件在负载较大的齿形处发生材料断裂。
所述手术夹钳采用紧凑型设计，如图3所示，旋转关节截面除了必要的运动间隙，几乎没有浪费空间；如图4所示，设计参数以模数0.3，齿数12的齿轮传动为例，夹钳截面直径仅为4.2mm，具备深入到各种狭小空间作业的能力。
所述手术夹钳在装配过程中，通过所述夹钳臂A1与所述夹钳臂B3夹住所述齿条芯O2，形成“两叶一芽尖”的结构，如图5左侧所示，平打开夹钳臂A1与夹钳臂B3，从上往下植入夹钳壳体6内，进一步往下推入齿条芯O2，“两叶”便会合拢，如图5右侧所示，插入销轴4限位即可锁住四个零件为一整体，便于安装、清洁、更换。
【实施例1】
整个手术夹钳通过夹钳壳体6底部的弧形肩部固定在手术工具末端，用于微创手术作业。
医生开展微创手术的过程中，将手术工具对准目标组织，抽拉操纵线5即可实现组织的夹取等手术操作。推荐使用手柄绑定操纵线，医生可以使用手指控制操纵线5更为方便。
【实施例2】
整个手术夹钳通过夹钳壳体6底部的弧形肩部固定在手术机器人操作臂末端，将操纵线5固定到手术机器人相应电机上进行控制，用于微创手术作业。
医生控制手术机器人操作臂开展手术过程中，可以通过手术机器人的控制系统控制操纵线5完成组织的夹取等手术操作。
【实施例3】
操纵线5也可以换成柔性钓鱼线，那么需要在夹钳壳体6底部放置压缩弹簧，实现夹钳的复位，其他使用不变。
本技术领域的人员根据本发明所提供的文字描述、附图以及权利要求书能够很容易在不脱离权利要求书所限定的本发明的思想和范围条件下，可以做出多种变化和改动。凡是依据本发明的技术思想和实质对上述实施例进行的任何修改、等同变化，均属于本发明的权利要求所限定的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种紧凑型的机器人辅助微创手术夹钳，其特征在于，包括夹钳臂A(1)、夹钳臂B(3)、齿条芯O(2)、夹钳壳体(6)、操纵线(5)和销轴(4)；
所述夹钳臂A(1)为扁长的O型结构，内侧夹持面带波浪形锯齿用于固定夹持目标，O型结构底部伸出一个弯钩，内侧形成半个圆孔，外侧带有环状分布的齿形，齿形相对于弯钩对称面偏置分布；
所述夹钳臂B(3)与所述夹钳臂A(1)整体为镜像结构，仅在环状分布的齿形上偏置方向相反，夹钳臂B(3)齿形与夹钳臂A(1)相应部位偏置设计能够形成部分重叠区域，构成齿轮传动；
所述齿条芯O(2)为棒状，上部开槽口形成扁长的O型结构，O型结构两条边在相反方向开锯齿，形成两条齿条结构，分别与所述夹钳臂A(1)与所述夹钳臂B(3)啮合，形成齿轮齿条传动，中部设贯穿圆孔，下部设贯穿槽口，与贯穿圆孔方向正交，在底部设较深的细孔通过槽口区域；
所述夹钳壳体(6)呈管状，上部开U型槽形成两片弧形壳体，两片弧形壳体两侧边缘均设桥梁互相维系，两个桥梁内侧呈半圆弧，分别与所述夹钳臂A(1)和所述夹钳臂B(3)的弯钩内侧构成旋转副；所述夹钳壳体(6)中部设槽口对称贯穿两片弧形壳体；
所述齿条芯O(2)中部贯穿圆孔设所述销轴(4)，且所述销轴(4)被约束在所述夹钳壳体(6)中部的槽口内，从而约束所述齿条芯O(2)在所述夹钳壳体(6)内滑动；
所述操纵线(5)穿入所述齿条芯O(2)底部的细孔中，通过所述齿条芯O(2)下部贯穿槽口点入强力胶实现固定。
2.根据权利要求1所述的一种紧凑型的机器人辅助微创手术夹钳，其特征在于，所述夹钳臂A(1)的O型结构底部的外侧光滑面设凹坑，用于与所述夹钳臂B(3)区分。
3.根据权利要求1所述的一种紧凑型的机器人辅助微创手术夹钳，其特征在于，所述齿条芯O(2)的O型结构底部与所述夹钳臂A(1)相接的一侧设凹坑，为防呆设计。
4.根据权利要求1所述的一种紧凑型的机器人辅助微创手术夹钳，其特征在于，所述夹钳臂A(1)、所述夹钳臂B(3)的齿形偏置设计，使得与所述齿条芯O(2)，三者形成两两啮合关系，互相分担负载。
5.根据权利要求1所述的一种紧凑型的机器人辅助微创手术夹钳，其特征在于，所述夹钳壳体(6)底部设弧形肩部，方便嵌套固定在机器人操作臂末端。
6.根据权利要求1所述的一种紧凑型的机器人辅助微创手术夹钳，其特征在于，所述操纵线(5)为高弹性合金线，能够同时提供拉力和推力。
7.根据权利要求1所述的一种紧凑型的机器人辅助微创手术夹钳，其特征在于，所述操纵线(5)为柔性钓鱼线，所述夹钳壳体(6)底部放置压缩弹簧，实现手术夹钳的复位。
8.根据权利要求1所述的一种紧凑型的机器人辅助微创手术夹钳，其特征在于，所述操纵线(5)绑在手柄上实现手动控制，或固定在电机上实现自动控制。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种紧凑型的机器人辅助微创手术夹钳，其特征在于，所述手术夹钳在装配过程中，通过所述夹钳臂A(1)与所述夹钳臂B(3)夹住所述齿条芯O(2)，形成两叶一芽尖结构，平打开所述夹钳臂A(1)与所述夹钳臂B(3)，从上往下植入所述夹钳壳体(6)内，往下推入所述齿条芯O(2)，两叶合拢，插入所述销轴(4)限位锁住四个零件为一整体。
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