CN115005993A - 一种弯曲机构及应用该机构的手术机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗领域，具体涉及一种弯曲机构及应用该机构的手术机械臂。包括柔性外壳和弯曲模块，所述弯曲模块设置多个，且呈前后衔接设置，所述弯曲模块容纳在所述柔性外壳内；所述弯曲模块包括调整驱动组件、第一调整轴和第二调整轴，所述第一调整轴与所述第二调整轴通过连接部件活动连接，所述调整驱动组件分别与所述第一调整轴和第二调整轴相连，所述调整驱动组件用于调整第一调整轴和第二调整轴之间角度。本发明提供一种弯曲机构及应用该机构的手术机械臂，其目的在于解决现有技术中容易对人体造成损伤的问题。

Description

一种弯曲机构及应用该机构的手术机械臂

技术领域

本发明属于医疗领域，具体涉及一种弯曲机构及应用该机构的手术机械臂。

背景技术

在现代医学资料中，经常会涉及到对身体内部进行检查、取样或者上药等操作。现有技术中，为了完成上述的操作，常常都需要进行手术（即通过将特定部位剖开，从而露出需要处理的部分，最终实现检查、取样或者上药等）。上述的治疗方法对于健康的成年人能够起到较好的治疗效果，但是对于老人或者小孩等特殊人群，上述的治疗方法则存在生命危险。

为了解决上述的问题，现有技术中开始出现一些微创手术装置，微创手术装置可以直接通过人体上的天然通道（例如肠道）或者人工通道（例如造口通道）进入人体内，进而对人体内进行操作。但是由于人体内情况较为复杂，现有的微创手术装置在人体内工作时，微创手术装置通常只能够进行被动弯曲或者小部分弯曲。因此，现有微创手术装置可能会造成人体内部组织的损伤。

发明内容

本发明提供一种弯曲机构及应用该机构的手术机械臂，其目的在于解决现有技术中对人体造成损伤的问题。

为了达到上述目的，本发明提供一种弯曲机构，包括柔性外壳和弯曲模块，所述弯曲模块设置有多个，且依次相连，所述弯曲模块容纳在所述柔性外壳内；

所述弯曲模块包括调整驱动组件、第一调整轴和第二调整轴，所述第一调整轴与所述第二调整轴通过连接部件活动连接，所述调整驱动组件分别与所述第一调整轴和第二调整轴相连，所述调整驱动组件用于驱动第一调整轴和第二调整轴之间的角度变化。

本方案中通过设置多个相连的弯曲模块，并且弯曲模块可以进行自由弯折。因此，弯曲模块可以通过弯曲而避开身体内的重要器官，避免患者内部器官受到损坏。

同时，弯曲模块可以在身体内进行灵活弯曲，避免对身体内部组织造成压迫。

进一步的，本方案中为了实现弯曲模块的多方向弯曲，所述调整驱动组件设置有多个，并以所述连接部件为中心呈对称设置，不同位置处的调整驱动组件用于驱动第一调整轴向不同方向偏移。

当需要将弯曲模块调整向不同方向弯曲时，便可以使得不同方向的调整驱动组件工作，从而将弯曲模块调整为向不同方向偏移。

进一步的，本方案中所述调整驱动组件优选设置在所述连接部件的四个对称方向。

本方案通过将调整驱动组件优选设置在连接部件的四个对称方向，因此，当需要将弯曲模块向任意侧调整时，通过四个方向的调整驱动组件的互相配合，都能够满足弯曲模块的弯曲需要。

进一步的，为了实现将第一调整轴和调整轴角度的变化，本方案所述调整驱动组件包括驱动电机和调整部件，所述驱动电机设置于所述连接部件，所述调整部件与第二调整轴相连；

所述调整部件呈弧形，且内侧面设置有齿面，所述驱动电机通过设置齿轮与齿面啮合连接。

由于本方案中驱动电机和调整部件分别位于连接部件和第二调整轴。当驱动电机通过齿轮啮合而带动调整部件移动时，调整部件便可以连带带动第二调整轴向着驱动电机的安装侧偏移，最终实现第一调整轴和第二调整轴的角度变化。

进一步的，为了保证调整部件在发生了倾斜后，轴承仍然能够与调整部件紧密配合。本方案所述驱动电机通过轴承与所述连接部件相连，所述连接部件与所述驱动电机分别安装于所述轴承的内圈和外圈。

当调整部件在发生了倾斜后，驱动电机便会被动的在轴承上进行转动，从而使得驱动电机的输出端齿轮与连接部件始终保持配合状态，避免调整部件在倾斜后而卡住轴承。

进一步的，为了避免弯曲模块在进行弯曲时受到柔性外壳的阻碍，本方案中所述弯曲模块设置于所述柔性外壳中部，且所述弯曲模块与柔性外壳之间通过支撑部件固定连接。

通过设置支撑部件支撑，弯曲模块便可以在弯曲时带动柔性外壳也随之弯曲。再由于设置支撑部件，弯曲模块与柔性外壳之间存在间隙，避免了柔性外壳干涉到弯曲模块运动。

进一步的，为了避免弯曲模块受到损坏，同时也使得弯曲模块能够更加灵活的弯曲，本方案中所述支撑部件上均匀设置有压力传感器，所述压力传感器用于感应所述柔性外壳不同侧所受到的压力。

通过压力传感器来判断弯曲模块的不同侧受到的压力大小，从而弯曲模块便可以向着相对侧运动。

本发明还提供一种手术机械臂，包括上述的弯曲机构、头部和尾部，所述头部和尾部分别设置在所述弯曲机构两端，所述头部安装有医疗工具。

本方案中头部和弯曲机构都进入人体内。当弯曲机构进入人体内，弯曲机构便可以进行弯曲，从而使得弯曲机构避免人体内的器官。

进一步的，为了实现体内与体外物质的交换，本方案中还包括连接通道，所述连接通道从尾部延伸至头部。

通过设置连接通道，便可以通过连接通道向体内输送药品或者气体，同时，也可以通过连接通道将体内的积液向外排出。

进一步的，为了避免机械臂在进入人体的过程中损伤人体，例如：穿刺针将人体内部气管刺伤等。本方案中所述医疗工具设置于所述头部内，所述头部设置有移动机构，所述移动机构用于驱动医疗工具凸出。

本方案中的机械臂在进入人体时，医疗工具位于头部内，医疗工具不会从头部凸出，从而避免了对人体的损伤。同时，本方案中通过设置移动机构驱动医疗工具。当机械臂的头部到达预定位置后，移动机构再驱动医疗工具凸出。

本发明的有益效果在于：本方案中的弯曲模块可以进行弯曲。因此，当弯曲模块到达身体内后，弯曲模块便可以通过弯曲而避开身体内的器官，从而避免对器官造成损坏。

附图说明

图1为弯曲模块未弯曲时的结构示意图。

图2为弯曲模块弯曲后的结构示意图。

图3为设置随动齿轮时的结构示意图。

图4为实施例1中机械臂的整体示意图。

图5为图4中A部分放大图。

图6为实施例1中机械臂的剖视图。

图7为实施例2中机械臂的整体示意图。

图8为实施例2中连接通道设置于柔性外壳内时的剖视图。

图9为实施例2中连接通道设置于弯曲模块与柔性外壳之间时的剖视图。

附图标记包括：柔性外壳1、弯曲模块2、调整驱动组件21、驱动电机211、调整部件212、齿轮213、第一调整轴22、第二调整轴23、连接部件24、轴承25、支撑部件3、头部4、医疗工具401、移动机构402、尾部5、连接通道6。

具体实施方式

为了使实施例的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例基本如附图1至附图6所示，一种弯曲机构，包括柔性外壳1和弯曲模块2，弯曲模块2设置在柔性外壳1内。当弯曲模块2进行弯折，柔性外壳1也会随之进行弯曲。本实施例弯曲模块2设置有多个，并且弯曲模块2前后相连。每个弯曲模块2都可以进行小范围的弯曲，同时通过前后相连的多个弯曲模块2同时进行弯曲，从而使得整个机械臂可以向着不同方向弯曲。

需要说明的是：弯曲模块2的个数与进入人体内的深度互相对应，如果需要满足进入人体内较深处进行工作的需要，就要设置多个弯曲模块2。

本实施例中的柔性外壳1具体为金属软管，或者为内部设置有硬质层的橡胶软管或者硅胶软管等。如果柔性外壳1为金属软管，柔性外壳1表面还需要设置橡胶层或者硅胶层。柔性外壳1需要直接与人体进行接触，柔性外壳1避免需要较为柔软。

本实施例中弯曲模块2具体包括调整驱动组件21、第一调整轴22和第二调整轴23。第一调整轴22和第二调整轴23都为硬质轴体，例如金属轴等。第一调整轴22和第二调整轴23通过连接部件24活动连接，第一调整轴22和第二调整轴23可以围绕连接部件24而活动转动，进而使得第一调整轴22和第二调整轴23弯曲。调整驱动组件21设置在第一调整轴22和第二调整轴23之间，用于驱动第一调整轴22和第二调整轴23之间的角度变化。

本实施例中弯曲模块2为前后相连设置。前一个弯曲模块2的第二调整轴23与后一个弯曲模块2的第一调整轴22相连，之后以此类推前后相连。

需要说明的是：当第一调整轴22和第二调整轴23之间角度变化，再由于弯曲模块2前后相连设置，最终整个机械臂便实现弯曲。

本实施例中调整驱动组件21优选设置为四个，并且以连接部件24为中心呈对称设置。四个调整驱动组件21用于分别将第二调整轴23向不同的方向进行调整，使得整个弯曲机构能够灵活转向。

需要说明的是：四个调整驱动组件21优选不同时进行工作。当需要让第二调整轴23向特定方向运动时，只需要让该侧调整驱动组件21进行运动，最终便使得第二调整轴23向不同侧偏移。但是当第二调整轴23需要调整的方向位于相邻的调整驱动组件21之间时，便可以让相邻的调整驱动组件21分别依次工作，或者让相邻的调整驱动组件21同时进行工作来完成调整。

需要说明的是：本实施例中的调整驱动组件21也可以设置为两个，从而只进行两侧的弯曲。

本实施例中的连接部件24为球形接头，第一调整轴22和第二调整轴23分别连接在球形接头两端。第一调整轴22和第二调整轴23可以以球形接头为中心而进行转动。

需要说明的是：为了使得第二调整轴23能够调整的角度更大，于是球形接头外部的包裹部分应远远大于内部的被包裹部分。

本方案中调整驱动组件21包括驱动电机211和调整部件212，调整部件212设置在第一调整轴22，调整部件212具体为调整杆。调整杆为金属杆。调整部件212整体呈圆弧形，其内侧面为齿轮213面。驱动电机211设置在球形接头的外表面。同时驱动电机211的输出端设置有齿轮213。本实施例中齿轮213与调整部件212的齿面互相啮合。当驱动电机211转动，齿轮213与齿面便互相传动，进而使得调整部件212运动。当调整部件212运动时，可以带动第二调整轴23转动，最终实现将第一调整轴22和第二调整轴23之间的角度发生改变。

本实施例中在驱动电机211的输出端还设置有限位组件，限位包括连接部件24与限位辊筒。限位辊筒与齿轮213的齿面互相平行，限位辊筒两端通过连接部件24连接到驱动电机211的输出轴上。驱动电机211的输出轴与连接部件24通过连接孔可转动连接。连接孔设置在连接部件24上，输出轴穿入进连接孔内，且连接孔的直径大于输出轴的直径。当输出轴转动，连接部件24不会随之转动。输出轴的末端还设置有限位凸块，限位凸块用于将连接部件24抵住，从而避免连接部件24从输出轴上脱开。

本实施例中调整部件212容纳在限位辊筒与齿轮213的齿轮面之间，于是限位辊筒和齿轮213面便可互相配合将调整部件212限制，避免调整部件212与齿轮213脱开，保证调整部件212能够稳定工作。

需要说明的是：如果电机的尺寸过大时，可以将电机直接设置在齿轮213的外圈侧面。之后再在电机上单独安装一个随动齿轮，随动齿轮与电机输出轴上的齿轮互相啮合。当进行传动时，驱动电机211输出轴上的齿轮便可以带动随动齿轮转动。随动齿轮与调整部件212的齿面也处于啮合状态，从而使得调整部件212被带动移动。如图3所示。

本实施例中的驱动电机211通过轴承25与连接部件24相连。驱动电机211可以设置在轴承25的外圈，连接部件24与轴承25的内圈相连；或者驱动电机211可以设置在轴承25的内圈，连接部件24与轴承25的外圈相连。驱动电机211可以在轴承25上进行转动。

需要说明的是：因为本实施例中调整驱动组件21设置有多个，同时再由于驱动电机211通过调整部件212带动第一调整轴22转动后，位于第一调整轴22其余侧的调整轴也会随之发生偏移。因此，为了使得调整轴在偏移后仍然能够与驱动电机211输出端的齿轮213配合，故驱动电机211通过轴承25与连接部件24相连。

本实施例中所述调整部件212的末端设置有限位部，限位部具体为限位凸块。当齿轮213与限位凸块接触时，限位凸块便可以将齿轮213卡住，从而避免调整部件212与齿轮213脱开。

本实施例中的柔性外壳1具体为空心的圆柱形管道，弯曲模块2设置在管道中部，并且弯曲模块2与管道之间通过支撑部件3相连。本实施例中的支撑部件3包括圆形部和支撑部，圆形部呈圆环形，用于与管道的内壁互相匹配。圆形部与管道内壁固定连接。支撑部具体为支撑杆，支撑杆两端分别与圆形部和连接部件24外表面相连。并且支撑杆末端还延伸至管道内，使得支撑杆与管道固定更为稳定。

本实施例可以在圆形部设置有压力传感器，压力传感器均匀排列设置，用于感应机械臂不同侧受到的压力。

需要说明的是：当某一侧压力传感器感应到压力超过阈值后，操纵者便可以通过控制终端操纵机械臂向着相反侧进行弯曲，从而避免机械臂受力过大而损坏。同时当机械臂位于人体内时，通过压力传感器，便可以驱动机械臂跟随人体的呼吸频率进行弯曲运动，避免机械臂受到压迫而损坏。

需要说明的是：本实施例中的圆形部也可以用Y字形支撑部代替。Y字形支撑部一端与柔性外壳1固定连接，另一端与与支撑杆连接。同时压力传感器设置在Y字形支撑部中部。

本实施例中还设置有线路，线路可以直接设置在柔性外壳1内壁或者第一调整轴22和第二调整轴23上。线路与驱动电机211和压力传感器相连，从而在体外控制驱动电机211和压力传感器运作。

需要说明的是：本实施例中线路与外部的控制终端相连，控制终端用于控制特定方向，特定位置处的电机启动，从而便可以使得弯曲机构向特定方向移动。控制终端可以为工控机。

本发明还提供一种手术机械臂，包括上述的弯曲机构、头部4和尾部5。头部4和尾部5设置在弯曲机构两端。

本实施例中机械臂的头部4用于进入人体内。机械臂的尾部5设置有接口，接口用于与现有技术中的机械臂或者推动机构相连，机械臂或者推动机构用于提供头部4进入人体内的动力。

本实施例中在头部4设置有医疗工具401。当头部4到达身体内的预定位置后，于是医疗工具401便可以工作，从而对人体进行治疗。

需要说明的是：本实施例中的机械臂需要与影像设备进行配合，影像设备通过照射人体器官，从而使得机械臂能够精确到达预定位置，同时保证机械臂弯曲绕开身体器官，避免对器官造成损坏。

需要说明的是：本实施例中的机械臂由于需要进入人体，因此，机械臂的尺寸应该较小。但限制于现有技术中的制造工艺以及装配工艺，机械臂不能够满足一些特别狭小的使用场景的需要。

本实施例中医疗工具401可以为取样针、摄像头或者手术刀等。当机械臂的头部4到达预定位置处后，医疗工具401便进行工作，从而实现对人体的治疗。

需要说明的是：当医疗工具401为手术刀时，头部4还设置有振动器。振动器用于带动手术刀振动，从而切割身体上的特定部位。或者，也可以通过弯曲模块2进行弯曲而带动手术刀运动，从而实现对人体组织的切割。

本实施例中机械臂的头部4设置有容纳槽，医疗工具401容纳在容纳槽内。医疗工具401并不会从头部4凸出，从而防止机械臂在进入人体时造成对人体的损坏。同时在容纳槽内设置有移动机构402，移动机构402可以驱动医疗工具401从容纳槽露出，进而保证医疗工具401进行工作。本实施例中的移动机构402可以为伸缩器，或者丝杠传动部件。

需要说明的是：如果医疗工具401为摄像头，则可以不设置容纳槽与移动机构402，因为摄像头不会造成人体受伤。

下面通过具体实施方式说明：当需要对人体内部进行手术时，机械臂便可以在外部机械臂或者推动机构的作用下进入人体。当机械臂进入人体内时，机械臂可以进行弯曲，从而避免身体上的重要器官。

当机械臂的头部4到达预定位置后，医疗工具401便可以在移动机构402的作用下伸出，从而进行医疗操作。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于，如图7至图9所示：本实施例中还包括连接通道6，所述连接通道6从尾部5延伸至头部4内。并且连接通道6与医疗工具401连通。通过连接通道6，便可以直接从外部向身体内注入药品或者气体；或者也可以通过连接通道6将身体内的积液导出身体。需要说明的是，本实施例中医疗工具401为穿刺针或者其他需要进行物质交换的医疗工具401。

本实施例中的连接通道6可以设置在柔性外壳1内部。或者本实施例中的连接通道6可以设置在弯曲模块2与柔性外壳1之间的间隙中。当连接通道6设置在弯曲模块2与柔性外壳1之间的间隙中时，连接通道6为连接管道。

需要说明的是：当连接通道6设置在弯曲模块2与柔性外壳1之间的间隙中时，整个机械臂的尺寸更小，更满足使用的需求。但是连接通道6的直径会相较于设置在柔性外壳1中更小。同时，当连接通道6设置在弯曲模块2与柔性外壳1之间的间隙中时，柔性外壳1内壁上设置有固定环用于支撑所述连接通道6。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.一种弯曲机构，其特征在于：包括柔性外壳(1)和弯曲模块(2)，所述弯曲模块(2)设置有多个，且依次相连，所述弯曲模块(2)容纳在所述柔性外壳(1)内；

所述弯曲模块(2)包括调整驱动组件(21)、第一调整轴(22)和第二调整轴(23)，所述第一调整轴(22)与所述第二调整轴(23)通过连接部件(24)活动连接，所述调整驱动组件(21)分别与所述第一调整轴(22)和第二调整轴(23)相连，所述调整驱动组件(21)用于驱动第一调整轴(22)和第二调整轴(23)之间的角度变化。

2.根据权利要求1所述的一种弯曲机构，其特征在于：所述调整驱动组件(21)设置有多个，并以所述连接部件(24)为中心呈对称设置，不同位置处的调整驱动组件(21)用于驱动第一调整轴(22)向不同方向偏移。

3.根据权利要求2所述的一种弯曲机构，其特征在于：所述调整驱动组件(21)设置在所述连接部件(24)的四个对称方向。

4.根据权利要求1所述的一种弯曲机构，其特征在于：所述调整驱动组件(21)包括驱动电机(211)和调整部件(212)，所述驱动电机(211)设置于所述连接部件(24)，所述调整部件(212)与第二调整轴(23)相连；

所述调整部件(212)呈弧形，且内侧面设置有齿面，所述驱动电机(211)通过设置齿轮(213)与所述齿面啮合连接。

5.根据权利要求4所述的一种弯曲机构，其特征在于：所述驱动电机(211)通过轴承(25)与所述连接部件(24)相连，所述连接部件(24)与所述驱动电机(211)分别安装于所述轴承(25)的内圈和外圈。

6.根据权利要求1所述的一种弯曲机构，其特征在于：所述弯曲模块(2)设置于所述柔性外壳(1)中部，且所述弯曲模块(2)与柔性外壳(1)之间通过支撑部件(3)固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种弯曲机构，其特征在于：所述支撑部件(3)上均匀设置有压力传感器，所述压力传感器用于感应所述柔性外壳(1)不同侧所受到的压力。

8.一种手术机械臂，其特征在于：包括权利要求1-7任一项所述的弯曲机构、头部(4)和尾部(5)，所述头部(4)和尾部(5)分别设置在所述弯曲机构两端，所述头部(4)安装有医疗工具(401)。

9.根据权利要求8所述的一种手术机械臂，其特征在于：还包括连接通道(6)，所述连接通道(6)从尾部(5)延伸至头部(4)。

10.根据权利要求8所述的一种手术机械臂，其特征在于：所述医疗工具(401)设置于所述头部(4)内，所述头部(4)设置有移动机构(402)，所述移动机构(402)用于驱动医疗工具(401)进出头部(4)。

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