CN114748167A - 一种柔性内镜微创手术器械臂 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柔性内镜微创手术器械臂,包括前端执行装置、连续体套管、钢丝软轴以及钢丝软轴驱动装置,所述前端执行装置与钢丝软轴一端相连接,钢丝软轴另一端内穿所述连续体套管与钢丝软轴驱动装置相连接,所述钢丝软轴驱动装置可驱动钢丝软轴旋转,并带动前端执行装置绕自身轴线转动。本发明通过在连续体套管内部设置与前端执行装置相连接的钢丝软轴,钢丝软轴可在驱动装置的驱动下,带动前端执行装置绕轴360°自转,使得前端执行装置具有较高的手术操作灵活性,且能够满足各种姿态的调整需求。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域,具体涉及一种柔性内镜微创手术器械臂。
背景技术
柔性内镜微创手术机器人是使用柔性内镜手术器械沿人体自然腔道到达病变位置,进行灵巧探查,并能够实现复杂且精细操作的新型手术机器人。例如,其可通过自然腔道进入人体进行组织活检、息肉切除或肿瘤剥离等复杂操作,与传统手术相比,可以有效减小患者病痛和麻醉剂使用,加快术后恢复,减少术后感染和并发症的几率。
但是,目前临床使用的柔性内镜手术器械普遍存在自由度缺乏的问题,仅具备钳口开合、整体自转以及整体进给三个自由度,应用时需要依靠胃镜、肠镜等被动抵达病灶处完成手术操作,操作灵活性差。同时,现有广泛利用连续体结构开发的用于柔性内镜微创手术机器人的连续体手术器械,大多缺乏末端手术器械自转功能,需要依靠整体自转来完成前端执行装置手术工具的姿态调整,运动精度不高。为了克服这一不足,已有研究人员通过在器械末端引入一对螺旋布置的驱动丝来驱动末端器械旋转,但该方法仅实现末端手术器械一定角度的自转,运动灵活性不佳,且引入的驱动丝容易与驱动连续体弯曲的驱动丝产生运动耦合,大大降低柔性手术器械的定位精度。
发明内容
基于现有柔性内镜微创手术器械臂普遍存在自由度缺乏,操作灵活性差的问题,本发明提供了一种前端执行装置可自转的柔性内镜微创手术器械臂。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:一种柔性内镜微创手术器械臂,包括前端执行装置、连续体套管、钢丝软轴以及钢丝软轴驱动装置,其中:
所述前端执行装置与钢丝软轴一端相连接,钢丝软轴另一端内穿所述连续体套管与钢丝软轴驱动装置相连接,所述钢丝软轴驱动装置可驱动钢丝软轴旋转,并带动前端执行装置绕自身轴线转动。
作为优选,所述钢丝软轴驱动装置包括钢丝软轴固定件、主动锥齿轮、从动锥齿轮以及第一驱动电机,所述钢丝软轴固定件转动设置于轴承安装座上,所述主动锥齿轮与从动锥齿轮传动连接,所述第一驱动电机用于驱动主动锥齿轮旋转,所述从动锥齿轮的中间通孔内设有连接轴,所述钢丝软轴端部分别与连接轴以及钢丝软轴固定件固连。
作为优选,所述前端执行装置靠近连续体套管的一端设置环状凸起部,所述连续体套管内部设有与所述环状凸起部相对应的环形槽,所述前端执行装置通过所述环状凸起部与设置于连续体套管内的环形槽间隙配合安装,并可在钢丝软轴驱动装置驱动下,实现绕自身轴线旋转时无轴向窜动。
作为优选,所述前端执行装置为手术钳组件,所述手术钳组件包括两个钳爪、钳头以及用于推拉两个钳爪实现钳爪开合的推杆,其中:所述两个钳爪与钳头之间通过圆柱销安装固定;所述推杆设置于钳头内部,并与钢丝软轴相连接;所述两个钳爪上分别设有滑槽,所述推杆前端通过另一圆柱销分别延伸至两钳爪的两个滑槽内。
进一步地,所述钢丝软轴驱动组件还包括第二驱动电机、主动齿轮、齿条、直线导轨以及导轨滑块,其中:所述第二驱动电机用于驱动主动齿轮旋转,主动齿轮与齿条相啮合,所述轴承安装座设置于齿条上,轴承安装座的顶部设有导轨滑块,所述导轨滑块与直线导轨滑配安装。
作为优选,所述连续体套管包括远端连续体关节、多腔管、多个驱动丝以及设置于多腔管与远端连续体关节之间的多个离散式连续体关节,所述远端连续体关节、多个离散式连续体关节以及多腔管上分别设有用于多个驱动丝通过的截面为圆形的空腔,所述多个驱动丝一端与丝驱动装置相连接,另一端通过所述空腔依次穿过多腔管、多个离散式连续体关节并最终固定于远端连续体关节内。
作为优选,所述远端连续体关节、多个离散式连续体关节以及多腔管内部设有用于钢丝软轴通过的中心孔道,多个串联的离散式连续体关节的中心孔道内设有一个或多个回弹弹簧,所述回弹弹簧粘接于离散式连续体关节上,所述钢丝软轴内穿所述一个或多个回弹弹簧;当所述回弹弹簧设置为多个时,每相邻两个离散式连续体关节上粘接一个回弹弹簧。
作为优选,所述驱动丝的数量为4;所述丝驱动装置包括第三驱动电机、第四驱动电机、第一链轮以及第二链轮,所述第三驱动电机用于驱动第一链轮旋转,第一链轮上设有第一链条,所述第四驱动电机用于驱动第二链轮旋转,所述第二链轮上设有第二链条,所述第二链条以及第一链条的两个端部分别与驱动丝相连接。
作为优选,所述第一链条与第二链条的两个端部分别设有端链接头,所述端链接头上分别装配螺纹连接件,各个所述驱动丝分别固定于螺纹连接件上。
作为优选,还包括进给驱动装置,所述进给驱动装置包括进给电机、滚珠丝杆、丝杠螺母以及平移导轨,所述进给电机驱动滚珠丝杆旋转,丝杠螺母螺纹配合于滚珠丝杆上;所述丝驱动装置与钢丝软轴驱动装置整体通过驱动壳体滑配安装于进给驱动装置的平移导轨上,所述驱动壳体与丝杆螺母相固定。
本发明同现有技术相比具有以下优点及效果:
1、本发明通过在连续体套管内部设置与前端执行装置相连接的钢丝软轴,所述钢丝软轴可在钢丝软轴驱动装置的驱动下,带动前端执行装置绕轴360°自转,使得前端执行装置具有较高的手术操作灵活性,且能够满足各种姿态的调整需求。
2、本发明所述的柔性内镜微创手术器械臂中,当前端执行装置为手术钳组件时,将用于驱动钳爪开口以及驱动手术钳组件绕自身轴线旋转的驱动机构集成于钢丝软轴驱动组件一套装置中,既可驱动钢丝软轴进行旋转,也可驱动钢丝软轴进行推拉运动,且钢丝软轴旋转及推拉运动之间互不干扰,驱动方式灵活可靠,且驱动机构布局合理,结构紧凑,可实现驱动机构的小型化发展趋势。
3、本发明所述连续体套管中,通过在远端连续体关节与多腔管之间设置多个基于滚动接触的离散式连续体关节,并将多个离散式连续体关节通过驱动丝串联起来,这种特殊结构使得同一自由度下伸长侧和缩短侧的驱动丝长度变化量相等,因此结构弯曲形状唯一,且在大弯曲角度下结构具有较高的承载能力。
4、本发明所述连续体套管中,通过在多个串联的离散式连续体关节的中心孔道内设置多个回弹弹簧,并将各个回弹弹簧分别粘接于相邻两个离散式关节上,可以有效避免该基于滚动接触的离散式连续体关节弯曲时由于受到负载作用容易产生侧向滑移的问题。
5、本发明所述柔性内镜微创手术器械臂中,驱动丝数量为4,两两为一组,在丝驱动装置的驱动下,可实现连续体套管中由多个离散式连续体关节构成的弯曲段进行两自由度弯曲。
6、本发明所述丝驱动装置中,采用链轮链条传动机构,通过在第一链条以及第二链条部的端部分别设置端链接头以及螺纹连接件,并将具有预紧力的4根驱动丝分别固定在螺纹连接件上,当需要调整各个驱动丝的预紧力时,通过分别旋转螺纹连接件即可微调驱动丝的预紧力,具有调节方便、快捷的特点。
7、本发明中设置进给驱动装置的柔性内镜微创手术器械臂可实现5自由度运动,包括:1自由度手术钳组件自转、1自由度钳口开合、2自由度离散体连续关节弯曲和1自由度整体进给,有效克服了用于柔性内镜手术的连续体手术器械自由度不足、操作灵活性差等问题。
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性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中一种柔性内镜微创手术器械臂整体结构示意图。
图2为本发明实施例中所述前端执行装置与连续体套管连接示意图。
图3为本发明实施例中手术钳组件拆解状态示意图。
图4为本发明实施例中连续体套管结构示意图。
图5为本发明实施例中驱动机构整体结构示意图。
图6为本发明实施例中钢丝软轴驱动装置结合丝驱动装置整体结构示意图。
图7为本发明实施例中钢丝软轴驱动装置结构示意图。
图8为本发明实施例中丝驱动装置结构示意图。
图9为本发明实施例中驱动电机装配示意图。
图10为本发明实施例中进给驱动装置结构示意图。
标号说明:1、前端执行装置;11、钳爪;12、钳头;13、推杆;14、滑槽;15、环状凸起部;16、限位块;2、连续体套管;21、远端连续体关节;22、离散式连续体关节;23、多腔管;3、钢丝软轴;4、驱动丝;51、驱动丝导向接头;5、回弹弹簧;6、钢丝软轴驱动装置;61、主动锥齿轮;611、第一齿轮轴;612、第一驱动电机;62、从动锥齿轮;63、主动齿轮;631、第二齿轮轴;632、第二驱动电机;64、齿条;65、齿轮轴承座;66、安装连接板;67、导轨滑块;68、钢丝软轴固定件;69、直线导轨;7、丝驱动装置;71、第二链轮;711、第二链轮轴;712、第四驱动电机;72、第一链轮;721、第一链轮轴;722、第三驱动电机;73、第二链条;74、第一链条;75、链轮端头;76、螺栓连接件;8、驱动装置壳体;81、上安装板;82、下底板;83、连接竖板;84、电机安装壳体;9、进给驱动装置;91、进给电机;92、滚珠丝杠;93、丝杠螺母;94、侧向连接板;95、平移导轨;10、电机控制电路板;17、联轴器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明,以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例1:如图1所示,一种柔性内镜微创手术器械臂,包括前端执行装置1、连续体套管2、钢丝软轴3以及钢丝软轴驱动装置6;其中:
如图1至3所示,所述前端执行装置1与钢丝软轴3一端相连接,钢丝软轴3另一端内穿所述连续体套管2与钢丝软轴驱动装置6相连接,所述钢丝软轴驱动装置6可驱动钢丝软轴3旋转,并带动前端执行装置1绕自身轴线转动。
本实施例中,通过在连续体套管2内部设置与前端执行装置1相连接的钢丝软轴3,所述钢丝软轴3可在钢丝软轴驱动装置6的驱动下,带动前端执行装置1绕轴360°自转,使得前端执行装置具有较高的运动灵活性,且能够满足各种姿态的调整需求。与现有将前端执行装置1与连续体套管2固连的柔性内镜微创手术机器人系统相比,既避免了需依靠连续体套管2整体自转才能实现执行装置姿态调整的不足,同时克服了现有依靠螺旋布置的驱动丝驱动末端器械旋转而存在的与连续体驱动丝运动耦合的问题。
具体地,本实施例1中,用于实现前端执行装置1绕轴自转的钢丝软轴驱动装置6结构设置如下:
如图7、图9所示,所述钢丝软轴驱动装置6包括钢丝软轴固定件68、主动锥齿轮61、从动锥齿轮62以及第一驱动电机612,其中:
所述钢丝软轴固定件68转动设置于轴承安装座65上,所述轴承安装座65由两个平行设置的轴承支撑板组成;所述主动锥齿轮61与从动锥齿轮62传动连接;所述第一驱动电机612用于驱动主动锥齿轮61旋转;所述从动锥齿轮62的中间通孔内设有连接轴621,所述钢丝软轴3的端部分别与连接轴621以及钢丝软轴固定件68固连。
本实施例中钢丝软轴驱动装置6的工作原理如下:所述主动锥齿轮61安装于第一齿轮轴上611,第一驱动电机612通过联轴器17与第一齿轮轴611相连接;当第一驱动电机612启动时,主动锥齿轮61的第一齿轮轴旋转,继而驱动主动锥齿轮61、从动锥齿轮62旋转,并带动连接轴621、钢丝软轴固定件68以及固连的钢丝软轴3、前端执行装置1旋转。
本发明实施例1所述的柔性内镜微创手术器械臂中,为了应对不同手术术式的需求,前端执行装置1可以为手术钳、手术刀、针持或能量工具等,上述手术器械均可在钢丝软轴以及钢丝软轴驱动装置的带动下,沿自身轴线旋转,以提高手术操作的灵活性。
实施例2:如图1至3所示,为了避免前端执行装置1绕轴自转时,产生轴向窜动,本发明在实施例1的基础上,继续如下改进:
如图3所示,在所述前端执行装置1靠近连续体套管2的一端设置环状凸起部15;连续体套管2内部设有与所述环状凸起部15相对应的环形槽,所述前端执行装置1通过所述环状凸起部15与设置于连续体套管2内的环形槽间隙配合安装,并可在钢丝软轴驱动装置6驱动下,实现绕自身轴线旋转时无轴向窜动。
具体地,如图3所示,作为其中一种实施方式,所述连续体套管2靠近前端执行装置1的一端内部设有三个周向设置且彼此间隔120°的限位块16,所述限位块16可通过胶粘固定的方式粘接于连接体套管2内部,且所述限位块16上分别设有用于与所述环状凸起部15间隙配合的凹槽。进一步地,本实施例中,所述环形槽为非连续环形槽,由三个分别设置于限位块16上的凹槽组成。通过三个周向设置且彼此间隔120°的限位块,可实现环状凸起部15与连续体套管2的连接稳定,并保证前端执行装置1绕自身轴线旋转时不发生偏心运动。
实施例3:如图1至3所示,本发明重点提供一种前端执行装置为手术钳件时的柔性内镜微创手术器械臂,并在此基础上作进一步改进,使得所述手术钳组件除了具有自转自由度外,还具有开合自由度,具体结构设置如下:
如图3所示,所述手术钳组件包括两个钳爪11、钳头12以及用于推拉两个钳爪11实现钳爪开合的推杆13,其中:所述两个钳爪11与钳头12之间通过圆柱销安装固定;所述推杆12设置于钳头11内部,并与钢丝软轴3相连接;所述两个钳爪11上分别设有滑槽14,所述推杆13前端通过另一圆柱销分别延伸至两钳爪11的两个滑槽14内。
上述手术钳组件中,通过将两个钳爪11与钳头12铰接固定,并将推杆12通过圆柱销与两个钳爪11装配固定,当钢丝软轴3带动推杆13绕轴旋转时,钳爪11与钳头12就会相对于连续体套管2进行自转运动;同时,当钢丝软轴3在驱动机构驱动下,进行推拉运动时,可实现推杆13在两钳爪11的滑槽内移动,继而驱动两钳爪开启或关闭。
进一步地,如图7所示,本发明在实施例1、实施例2所述钢丝软轴驱动装置6的基础上,集成设计了具有钢丝软轴推拉功能的驱动结构,包括第二驱动电机632、主动齿轮63、齿条64、直线导轨69以及导轨滑块67,其中:所述第二驱动电机632用于驱动主动齿轮63旋转,主动齿轮63与齿条64相啮合,所述轴承安装座65设置于齿条64上,轴承安装座65的顶部设有安装连接板66,所述安装连接板66上设有导轨滑块67,所述导轨滑块67与直线导轨69滑配安装。
本实施例中钢丝软轴驱动装置6驱动手术钳组件钳爪开合的工作原理如下:所述第二驱动电机632通过联轴器与第二齿轮轴631相连接,所述主动齿轮63安装于第二齿轮轴631上,当第二驱动电机632启动时,第二齿轮轴631带动主动齿轮63旋转,并驱动齿条64以及设置于齿条64上的轴承安装座65、钢丝软轴固定件68沿直线导轨69进行左右移动,继而实现钢丝软轴3带动推杆13推拉手术钳组件中两个钳爪11,驱动钳爪开合。
综上,本发明所述的柔性内镜微创手术器械臂中,当前端执行装置1为手术钳组件时,所述钢丝软轴3穿过所述从动锥齿轮62,然后固定在钢丝软轴固定件68和连接轴621上。钢丝软轴3的推拉运动由齿轮齿条机构实现,旋捻运动由锥齿轮传动机构实现。当所述主动齿轮63旋转带动所述钢丝软轴固定件68前后移动时,所述连接轴621可在所述从动锥齿轮62的通孔内移动。另外,当所述主动锥齿轮61转动带动所述连接轴转动时,所述钢丝软轴固定件可跟随转动,即实现钢丝软轴旋捻-推拉运动解耦。
实施例4:在本发明实施例1至3所述的一种柔性内镜微创手术器械臂中,连续体套管2又称“柔性关节”或“连续体”,需具备一定的弯曲性能以及负载能力,以满足手术的需求。
如图4所示,本实施例中,所述连续体套管2包括远端连续体关节21、多腔管23、多个驱动丝4以及设置于多腔管23与远端连续体关节21之间的多个离散式连续体关节22,所述远端连续体关节21、多个离散式连续体关节22以及多腔管23上分别设有用于多个驱动丝4通过的截面为圆形的空腔,所述多个驱动丝4一端与丝驱动装置7相连接,另一端通过所述空腔依次穿过多腔管23、多个离散式连续体关节22并最终固定于远端连续体关节21内。
本实施例所述连续体套管2中,通过在远端连续体关节21与多腔管23之间设置多个基于滚动接触的离散式连续体关节22,并将多个离散式连续体关节通过驱动丝串联起来,这种特殊结构使得每个离散式连续体关节两侧分别具有正交布置的圆柱形接触面,相邻两个关节在驱动丝作用下,可以沿圆柱形接触面发生纯滚动,以实现连续体弯曲运动,而且同一自由度下伸长侧和缩短侧的驱动丝长度变化量相等,因此结构弯曲形状唯一,且在大弯曲角度下结构具有较高的承载能力。作为优选,所述离散式连续体关节22可设置为7个。
进一步地,本实施例中所述远端连续体关节21、多个离散式连续体关节22以及多腔管23内部设有用于钢丝软轴3通过的中心孔道,多个串联的离散式连续体关节22的中心孔道内设有一个或多个回弹弹簧5,所述回弹弹簧5粘接于离散式连续体关节22上,所述钢丝软轴3内穿所述一个或多个回弹弹簧;其中作为一种优选的实施方式,当回弹弹簧设置5为多个时,可在每相邻两个离散式连续体关节22之间粘接一个长为5mm、线径为0.4mm的回弹弹簧。其中,多个长为5mm、线径为0.4mm的回弹弹簧的设置,可以有效避免该基于滚动接触的离散式连续体关节22弯曲时由于受到负载作用容易产生侧向滑移的问题。
实施例5:如图4、6、8、9所示,基于实施例4所述的连续体套管2,本发明还提供了一种用于实现多个离散式连续体关节22进行两自由度弯曲的柔性内镜微创手术器械臂,具体设置如下:
所述驱动丝的数量为4,各个所述驱动丝分别通过导向接头41与丝驱动装置7相连接;
所述丝驱动装置7包括第三驱动电机722、第四驱动电机712、第一链轮72以及第二链轮71,所述第三驱动电机722用于驱动第一链轮72旋转,第一链轮72上设有第一链条74,所述第四驱动电机712用于驱动第二链轮71旋转,所述第二链轮71上设有第二链条73,所述第二链条73以及第一链条74的两个端部分别与驱动丝4相连接。
本实施例5中,驱动丝数量为4,两两为一组,在丝驱动装置7的驱动下,可实现连续体套管2中,由多个离散式连续体关节22构成的弯曲段进行两自由度弯曲。
具体工作原理如下:在所述丝驱动装置7中,所述第三驱动电机722以及第四驱动电机712分别通过联轴器与第一链轮轴721与第二链轮轴711相连接,所述第一链轮72安装于第一链轮轴721上,第二链轮71安装于第二链轮轴711上,当第三驱动电机722、第四驱动电机712启动时,第一链轮轴带动第一链轮72旋转,第二链轮轴带动第二链轮71旋转,继而驱动两组驱动丝进行拉伸、拮抗运动,并实现连续体套管2中由多个离散式关节构成的弯曲段进行两自由度弯曲运动。
进一步地,为了更好调节两组驱动丝的预紧力,还可对上述丝驱动装置进行如下改进:
在所述第一链条74与第二链条73的两个端部分别设置圆柱形的端链接头75,并在所述端链接头75上分别装配螺纹连接件76;将各个驱动丝4分别固定于螺纹连接件76上。其中,所述螺纹连接件76为空心螺栓,与所述端链接头74螺纹配合连接。当需要调整各个驱动丝的预紧力时,通过分别旋转螺纹连接件即可微调驱动丝的预紧力,具有调节方便、快捷的特点。
进一步地,如图10所示,本发明上述实施例中,所述第一驱动电机612、第二驱动电机632、第三驱动电机722、第四驱动电机712均与电机控制电路板10相连接。
实施例6:如图1至图10所示,在实施例5的基础上,本发明还提供了一种具有整体进给自由度的柔性内镜微创手术器械臂,具体结构设置如下:
将丝驱动装置7、钢丝软轴驱动装置6整体安装于驱动壳体8中,并将驱动壳体8滑配安装于进给驱动装置9上;如图10所示,所述进给驱动装置9包括进给电机91、滚珠丝杆92、丝杠螺母93以及平移导轨95,所述进给电机91驱动滚珠丝杆92旋转,丝杠螺母93螺纹配合于滚珠丝杆92上,所述驱动壳体8滑配安装于平移导轨95上,并通过侧向连接板94与丝杆螺母93安装固定。
进一步地,如图6、7、8所示,在本实施例中,所述驱动壳体8包括第一壳体与第二壳体;
第一壳体包括上安装板81、下底板82以及连接上安装板81与下底板82的两个连接竖板83;所述钢丝软轴驱动装置6中,直线导轨69固定于上安装板81上,第一齿轮轴611与第二齿轮轴631分别转动设置于下底板82上;所述丝驱动装置7中,第一链轮轴721与第二链轮轴711分别与上安装81与下底板82转动连接;
第二壳体84用于装配第一驱动电机612、第二驱动电机632、第三驱动电机722、第四驱动电机712以及电机控制电路板10;
所述侧向连接板94安装于第二壳体的侧面。
本实施例中,所述柔性内镜微创手术器械臂能够实现整体进给的工作原理如下:当启动进给电机91时,滚珠丝杠92旋转,丝杠螺母93可带动与其相连接的驱动壳体8沿平移导轨95进行直线移动,继而带动由丝驱动装置7以及钢丝软轴装置6构成的驱动装置整体、连续体套管2以及前端执行装置1进行整体进给。
综上,本实施例中,设置进给驱动装置的柔性内镜微创手术器械臂可实现5自由度运动,包括:1自由度手术钳组件自转、1自由度钳口开合、2自由度离散体连续关节弯曲和1自由度整体进给,有效克服了用于柔性内镜手术的连续体手术器械自由度不足、操作灵活性差等问题。
此外,需要说明的是,本说明书中所描述的具体实施例,其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化,均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代,只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围,均应属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种柔性内镜微创手术器械臂,其特征在于,包括前端执行装置、连续体套管、钢丝软轴以及钢丝软轴驱动装置,其中:
所述前端执行装置与钢丝软轴一端相连接,钢丝软轴另一端内穿所述连续体套管与钢丝软轴驱动装置相连接,所述钢丝软轴驱动装置可驱动钢丝软轴旋转,并带动前端执行装置绕自身轴线转动。
2.根据权利要求1所述的柔性内镜微创手术器械臂,其特征在于,所述钢丝软轴驱动装置包括钢丝软轴固定件、主动锥齿轮、从动锥齿轮以及第一驱动电机,所述钢丝软轴固定件转动设置于轴承安装座上,所述主动锥齿轮与从动锥齿轮传动连接,所述第一驱动电机用于驱动主动锥齿轮旋转,所述从动锥齿轮的中间通孔内设有连接轴,所述钢丝软轴端部分别与连接轴以及钢丝软轴固定件固连。
3.根据权利要求2所述的柔性内镜微创手术器械臂,其特征在于,所述前端执行装置靠近连续体套管的一端设置环状凸起部,所述连续体套管内部设有与所述环状凸起部相对应的环形槽,所述前端执行装置通过所述环状凸起部与设置于连续体套管内的环形槽间隙配合安装,并可在钢丝软轴驱动装置驱动下,实现绕自身轴线旋转时无轴向窜动。
4.根据权利要求2或3所述的柔性内镜微创手术器械臂,其特征在于,所述前端执行装置为手术钳组件,所述手术钳组件包括两个钳爪、钳头以及用于推拉两个钳爪实现钳爪开合的推杆,其中:所述两个钳爪与钳头之间通过圆柱销安装固定;所述推杆设置于钳头内部,并与钢丝软轴相连接;所述两个钳爪上分别设有滑槽,所述推杆前端通过另一圆柱销分别延伸至两钳爪的两个滑槽内。
5.根据权利要求4所述的柔性内镜微创手术器械臂,其特征在于,所述钢丝软轴驱动组件还包括第二驱动电机、主动齿轮、齿条、直线导轨以及导轨滑块,其中:所述第二驱动电机用于驱动主动齿轮旋转,主动齿轮与齿条相啮合,所述轴承安装座设置于齿条上,轴承安装座的顶部设置导轨滑块,所述导轨滑块与直线导轨滑配安装。
6.根据权利要求1或5所述的柔性内镜微创手术器械臂,其特征在于,所述连续体套管包括远端连续体关节、多腔管、多个驱动丝以及设置于多腔管与远端连续体关节之间的多个离散式连续体关节,所述远端连续体关节、多个离散式连续体关节以及多腔管上分别设有用于多个驱动丝通过的截面为圆形的空腔,所述多个驱动丝一端与丝驱动装置相连接,另一端通过所述空腔依次穿过多腔管、多个离散式连续体关节并最终固定于远端连续体关节内。
7.根据权利要求6所述的柔性内镜微创手术器械臂,其特征在于,所述远端连续体关节、多个离散式连续体关节以及多腔管内部设有用于钢丝软轴通过的中心孔道,多个串联的离散式连续体关节的中心孔道内设有一个或多个回弹弹簧,所述回弹弹簧粘接于离散式连续体关节上,所述钢丝软轴内穿所述一个或多个回弹弹簧;当所述回弹弹簧设置为多个时,每相邻两个离散式连续体关节上粘接一个回弹弹簧。
8.根据权利要求7所述的柔性内镜微创手术器械臂,其特征在于,所述驱动丝的数量为4;所述丝驱动装置包括第三驱动电机、第四驱动电机、第一链轮以及第二链轮,所述第三驱动电机用于驱动第一链轮旋转,第一链轮上设有第一链条,所述第四驱动电机用于驱动第二链轮旋转,所述第二链轮上设有第二链条,所述第二链条以及第一链条的两个端部分别与驱动丝相连接。
9.根据权利要求7所述的柔性内镜微创手术器械臂,其特征在于,所述第一链条与第二链条的两个端部分别设有端链接头,所述端链接头上分别装配螺纹连接件,各个所述驱动丝分别固定于螺纹连接件上。
10.根据权利要求9所述的柔性内镜微创手术器械臂,其特征在于,还包括进给驱动装置,所述进给驱动装置包括进给电机、滚珠丝杆、丝杠螺母以及平移导轨,所述进给电机驱动滚珠丝杆旋转,丝杠螺母螺纹配合于滚珠丝杆上;所述丝驱动装置与钢丝软轴驱动装置整体通过驱动壳体滑配安装于进给驱动装置的平移导轨上,所述驱动壳体与丝杆螺母相固定。
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---|---|
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115153759A (zh) * | 2022-08-09 | 2022-10-11 | 哈尔滨工业大学 | 一种控制微创手术钳夹持、旋转及调节的机构 |
CN115211976A (zh) * | 2022-08-09 | 2022-10-21 | 哈尔滨工业大学 | 一种微创手术机器人的柔性终端器械 |
CN115211977A (zh) * | 2022-08-09 | 2022-10-21 | 哈尔滨工业大学 | 一种面向单孔手术的模块化绳驱动的连续体机器人系统 |
CN116269546A (zh) * | 2023-05-17 | 2023-06-23 | 中国科学院自动化研究所 | 一种基于锥形柔性体的微创手术器械 |
CN116492020A (zh) * | 2023-03-10 | 2023-07-28 | 极限人工智能有限公司 | 一种手术器械组件、装置及机器人 |
Citations (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB419087A (en) * | 1932-06-04 | 1934-11-06 | Henri Guido Lemoine | Improvements in or relating to apparatus for enabling surgeons to ligature arteries at a distance |
JPH0568422A (ja) * | 1991-09-11 | 1993-03-23 | Ochiai Hamono Kogyo Kk | 自走型茶葉摘採機における機体水平保持方法 |
JP2005137701A (ja) * | 2003-11-07 | 2005-06-02 | Olympus Corp | 医療用制御装置 |
US20060178556A1 (en) * | 2001-06-29 | 2006-08-10 | Intuitive Surgical, Inc. | Articulate and swapable endoscope for a surgical robot |
KR20070062012A (ko) * | 2005-12-12 | 2007-06-15 | (주)태연메디칼 | 척추복원시술용 복원기 |
US20070239177A1 (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-11 | Stokes Michael J | Method for instrument insertion through a body orifice |
JP4988958B1 (ja) * | 2011-12-27 | 2012-08-01 | 忠 岩田 | 揺動式介護ベッド装置 |
US20160184109A1 (en) * | 2014-03-07 | 2016-06-30 | Biomet Manufacturing, Llc | Prosthesis alignment system |
CN106073833A (zh) * | 2016-05-11 | 2016-11-09 | 天津大学 | 一种微创手术器械用柔性关节驱动装置及其方法 |
CN108175452A (zh) * | 2018-01-29 | 2018-06-19 | 吉林大学 | 一种具有自锁与快速更换功能的手控式柔性微创手术器械 |
CN108272509A (zh) * | 2018-02-08 | 2018-07-13 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 一种悬吊式多操作臂系统 |
CN109452976A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-03-12 | 北京术锐技术有限公司 | 一种柔性手术工具系统 |
US20190192241A1 (en) * | 2016-08-31 | 2019-06-27 | Beijing Surgerii Technology Co., Ltd. | Flexible surgical instrument system based on continuous body structure |
CN110840378A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-02-28 | 重庆金山医疗技术研究院有限公司 | 一种内窥镜用操作部和内窥镜 |
CN212165864U (zh) * | 2020-03-11 | 2020-12-18 | 右江民族医学院附属医院 | 一种妇产科用刮宫装置 |
CN212358560U (zh) * | 2020-04-30 | 2021-01-15 | 裴嘉阳 | 一种隧道排水管清理装置 |
CN112545612A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-03-26 | 哈尔滨工业大学 | 一种单孔手术机械臂的钳头机构 |
CN213787764U (zh) * | 2020-11-19 | 2021-07-27 | 山东威高手术机器人有限公司 | 一种蛇形手术器械 |
-
2022
- 2022-04-01 CN CN202210339410.3A patent/CN114748167A/zh active Pending
Patent Citations (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB419087A (en) * | 1932-06-04 | 1934-11-06 | Henri Guido Lemoine | Improvements in or relating to apparatus for enabling surgeons to ligature arteries at a distance |
JPH0568422A (ja) * | 1991-09-11 | 1993-03-23 | Ochiai Hamono Kogyo Kk | 自走型茶葉摘採機における機体水平保持方法 |
US20060178556A1 (en) * | 2001-06-29 | 2006-08-10 | Intuitive Surgical, Inc. | Articulate and swapable endoscope for a surgical robot |
JP2005137701A (ja) * | 2003-11-07 | 2005-06-02 | Olympus Corp | 医療用制御装置 |
KR20070062012A (ko) * | 2005-12-12 | 2007-06-15 | (주)태연메디칼 | 척추복원시술용 복원기 |
US20070239177A1 (en) * | 2006-03-31 | 2007-10-11 | Stokes Michael J | Method for instrument insertion through a body orifice |
JP4988958B1 (ja) * | 2011-12-27 | 2012-08-01 | 忠 岩田 | 揺動式介護ベッド装置 |
US20160184109A1 (en) * | 2014-03-07 | 2016-06-30 | Biomet Manufacturing, Llc | Prosthesis alignment system |
CN106073833A (zh) * | 2016-05-11 | 2016-11-09 | 天津大学 | 一种微创手术器械用柔性关节驱动装置及其方法 |
US20190192241A1 (en) * | 2016-08-31 | 2019-06-27 | Beijing Surgerii Technology Co., Ltd. | Flexible surgical instrument system based on continuous body structure |
CN108175452A (zh) * | 2018-01-29 | 2018-06-19 | 吉林大学 | 一种具有自锁与快速更换功能的手控式柔性微创手术器械 |
CN108272509A (zh) * | 2018-02-08 | 2018-07-13 | 哈尔滨工业大学深圳研究生院 | 一种悬吊式多操作臂系统 |
CN109452976A (zh) * | 2018-12-28 | 2019-03-12 | 北京术锐技术有限公司 | 一种柔性手术工具系统 |
CN110840378A (zh) * | 2019-12-05 | 2020-02-28 | 重庆金山医疗技术研究院有限公司 | 一种内窥镜用操作部和内窥镜 |
CN212165864U (zh) * | 2020-03-11 | 2020-12-18 | 右江民族医学院附属医院 | 一种妇产科用刮宫装置 |
CN212358560U (zh) * | 2020-04-30 | 2021-01-15 | 裴嘉阳 | 一种隧道排水管清理装置 |
CN213787764U (zh) * | 2020-11-19 | 2021-07-27 | 山东威高手术机器人有限公司 | 一种蛇形手术器械 |
CN112545612A (zh) * | 2020-12-04 | 2021-03-26 | 哈尔滨工业大学 | 一种单孔手术机械臂的钳头机构 |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115153759A (zh) * | 2022-08-09 | 2022-10-11 | 哈尔滨工业大学 | 一种控制微创手术钳夹持、旋转及调节的机构 |
CN115211976A (zh) * | 2022-08-09 | 2022-10-21 | 哈尔滨工业大学 | 一种微创手术机器人的柔性终端器械 |
CN115211977A (zh) * | 2022-08-09 | 2022-10-21 | 哈尔滨工业大学 | 一种面向单孔手术的模块化绳驱动的连续体机器人系统 |
CN115211977B (zh) * | 2022-08-09 | 2023-08-18 | 哈尔滨工业大学 | 一种面向单孔手术的模块化绳驱动的连续体机器人系统 |
CN115211976B (zh) * | 2022-08-09 | 2023-11-24 | 哈尔滨工业大学 | 一种微创手术机器人的柔性终端器械 |
CN115153759B (zh) * | 2022-08-09 | 2023-11-24 | 哈尔滨工业大学 | 一种控制微创手术钳夹持、旋转及调节的机构 |
CN116492020A (zh) * | 2023-03-10 | 2023-07-28 | 极限人工智能有限公司 | 一种手术器械组件、装置及机器人 |
CN116492020B (zh) * | 2023-03-10 | 2024-03-22 | 极限人工智能有限公司 | 一种手术器械组件、装置及机器人 |
CN116269546A (zh) * | 2023-05-17 | 2023-06-23 | 中国科学院自动化研究所 | 一种基于锥形柔性体的微创手术器械 |
CN116269546B (zh) * | 2023-05-17 | 2023-08-15 | 中国科学院自动化研究所 | 一种基于锥形柔性体的微创手术器械 |
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