CN116250895B - 一种基于钢丝耦合的多自由度腹腔手术钳及手术机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及手术机器人技术领域，具体公开了一种基于钢丝耦合的多自由度腹腔手术钳及手术机器人，包括：钳头，钳头包括相对设置的第一夹持端和第二夹持端；第一夹持端上设有第一转动部，第二夹持端上设有第二转动部；第一转动部和第二转动部均设置在第一滑轮座内，并分别与第一滑轮座可转动连接；第一转动部上设有第一滑轮槽，第一钢丝缠绕在第一滑轮槽上，第一钢丝的端头与第一转动部连接；第二转动部上设有第二滑轮槽，第二钢丝缠绕在第二滑轮槽上，第二钢丝的端头与第二转动部连接；第一钢丝和第二钢丝的缠绕方向相反；本发明通过推动和/或拉动第一钢丝和/或第二钢丝，能够实现钳头的张开、闭合或者钳头相对于第一滑轮座的转动。

Description

一种基于钢丝耦合的多自由度腹腔手术钳及手术机器人
技术领域
本发明涉及外科手术机器人技术领域，尤其涉及一种基于钢丝耦合的多自由度腹腔手术钳及手术机器人。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
器械钳常用于腹腔镜微创手术，钳颚种类较多，如剥离钳、抓取钳、施夹钳、持针钳等，用于拖拽，剥离、夹持组织或夹持针、缝合线等，在操作过程中需要调整钳颚方位、角度，或者在夹持组织时需拖拽夹持部位。
常见的器械钳头因为结构简单，仅能靠医生手臂大幅度摆动实现钳头方向的调整，即器械钳头无转向机构，导致应用场景有限。
随着手术机器人技术的不断发展，器械钳成为手术机器人上不可缺少的一种操作器械；现有技术中的手术机器人往往通过杠杆原理，以戳卡为支点，器械末端摆动带动前端钳颚摆动。但是，这种实现钳头摆动的结构复杂，成本较高；且常见的手术器械钳头摆动机构较长，弯曲半径较大，占用较多操作空间，并且影响手术视野。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种基于钢丝耦合的多自由度腹腔手术钳及手术机器人，能够通过简单的结构实现钳头的多自由度运动。
在一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种基于钢丝耦合的多自由度腹腔手术钳，包括：
钳头，所述钳头包括相对设置的第一夹持端和第二夹持端；第一夹持端上设有第一转动部，第二夹持端上设有第二转动部；
第一滑轮座，第一转动部和第二转动部均设置在第一滑轮座内，并分别与第一滑轮座可转动连接；
第一转动部上设有第一滑轮槽，第一钢丝缠绕在第一滑轮槽上，第一钢丝的端头与第一转动部连接；第二转动部上设有第二滑轮槽，第二钢丝缠绕在第二滑轮槽上，第二钢丝的端头与第二转动部连接；第一钢丝和第二钢丝的缠绕方向相反；
通过推动和/或拉动第一钢丝和/或第二钢丝，能够实现钳头的张开、闭合或者钳头相对于第一滑轮座的转动。
作为进一步地方案，所述第一转动部和第二转动部之间设有第三转动部，第三转动部与第一滑轮座、第一转动部和第二转动部通过第一轴销连接在一起，且均能够绕第一轴销转动。
作为进一步地方案，第三转动部上连接有挡板，所述挡板能够将第一钢丝和第二钢丝分别限制在各自的滑轮槽内。
作为进一步地方案，第一钢丝的端头位置设有止挡件，第一转动部的第一滑轮槽上设有用于容纳止挡件的卡槽，止挡件被限制在所述卡槽内，实现第一钢丝的端头与第一转动部的连接。
作为进一步地方案，第二钢丝的端头位置设有止挡件，第二转动部的第二滑轮槽上设有用于容纳止挡件的卡槽，止挡件被限制在所述卡槽内，实现第二钢丝的端头与第二转动部的连接。
作为进一步地方案，同时拉动第一钢丝和第二钢丝，能够带动第一夹持端和第二夹持端向相互靠近的方向运动，进而实现钳头的闭合；
同时推动第一钢丝和第二钢丝，能够带动第一夹持端和第二夹持端向相互远离的方向运动，进而实现钳头的张开。
作为进一步地方案，拉动第一钢丝同时推动第二钢丝，或者，拉动第二钢丝同时推动第一钢丝，能够带动第一夹持端和第二夹持端向相同的方向运动，进而实现钳头相对于第一滑轮座的转动。
作为进一步地方案，还包括：第二滑轮座，第一滑轮座的一部分设置在第二滑轮座内，并与第二滑轮座可转动连接；滑轮设置在第一滑轮座和第二滑轮座内，第一滑轮座、第二滑轮座和滑轮通过第二轴销连接在一起，并均能够绕第二轴销转动；第一滑轮座通过第三轴销与滑轮固定连接，第三钢丝绕在滑轮上，并与滑轮固定连接。
作为进一步地方案，拉动第三钢丝的其中一端，能够带动滑轮正向或反向转动，进而实现第一滑轮座相对于第二滑轮座的正向或反向转动。
作为进一步地方案，所述第二滑轮座与入腹管连接，第一钢丝、第二钢丝和第三钢丝设置在入腹管内；第一钢丝、第二钢丝和第三钢丝的末端连接驱动电机。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种手术机器人，包括：上述的基于钢丝耦合的多自由度腹腔手术钳。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明通过钢丝与滑轮槽的配合，通过拉动或推动钢丝，带动第一夹持端和第二夹持端的转动，从而实现钳头的张开或闭合，以及钳头多自由度的角度调整，无需医生进行大幅度的摆动操作，也无需设置复杂的钳头摆动机构，提高手术过程的安全性和可靠性。
(2)本发明结构简单，操作方便，减少了入腹管内钢丝的数量，简化了控制的复杂程度，进一步降低了材料加工成本和装配时间成本。
本发明的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例中的基于钢丝耦合的多自由度腹腔手术钳结构正面示意图；
图2为本发明实施例中的基于钢丝耦合的多自由度腹腔手术钳结构侧面示意图；
图3为本发明实施例中的基于钢丝耦合的多自由度腹腔手术钳结构内部剖视图；
图4为本发明实施例中的第一钢丝与第一夹持端连接示意图；
图5为本发明实施例中的手术钳第一滑轮座位置局部放大示意图；
图6为本发明实施例中的滑轮与第三钢丝连接示意图；
图7(a)-(b)分别为本发明实施例中的钳头多自由度转动示意图；
其中，1.入腹管，2.第二滑轮座，3.第一滑轮座，4.第一夹持端，5.第二夹持端，6.第一轴销，7.挡板，8.第一钢丝，9.滑轮，10.第三轴销，11.第二轴销，12.第三钢丝，13.第二钢丝，14.止挡件，15.第一转动部，16.第二转动部，17.第三转动部。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
在一个或多个实施方式中，公开了一种基于钢丝耦合的多自由度腹腔手术钳，结合图1，具体包括：
钳头，钳头包括相对设置的第一夹持端4和第二夹持端5；第一夹持端4的底部设有第一转动部15，第二夹持端5的底部设有第二转动部16；
第一转动部15和第二转动部16均设置在第一滑轮座3的一端内部，并分别与第一滑轮座3可转动连接；第一转动部15和第二转动部16之间设有第三转动部17，第三转动部17与第一滑轮座3、第一转动部15和第二转动部16通过第一轴销6连接在一起，且均能够绕第一轴销6转动。
本实施例中，第一转动部15、第二转动部16和第三转动部17均设置成滑轮的形式，滑轮中心设有通孔，第一轴销6依次穿过第一转动部15、第三转动部17和第二转动部16的通孔，并第一滑轮座3连接。
作为可选的实施方案，第三转动部17上连接有与滑轮形状相适配的弧形挡板7，该挡板7设置在第一钢丝8和第二钢丝13的上方，能够在第一钢丝8或第二钢丝13承受推力时，将钢丝限制在滑轮槽内，保证钢丝不会脱出滑轮槽。
结合图4和图5，第一转动部15上设有第一滑轮槽，第一钢丝8缠绕在第一滑轮槽上，第一钢丝8的端头与第一转动部15连接；作为具体的实施方式，第一钢丝8的端头与第一转动部15的具体连接方式为：在第一钢丝8的端头位置设有止挡件14，比如：止挡件14设置为球状结构，第一转动部15的第一滑轮槽上设有用于容纳止挡件14的相适配的卡槽，止挡件14能够被限制在卡槽内，从而实现第一钢丝8的端头与第一转动部15的连接，第一钢丝8被拉动或推动时，止挡件14能够带动第一转动部15进行相应方向的转动。
同理，第二转动部16上设有第二滑轮槽，第二钢丝13缠绕在第二滑轮槽上，第二钢丝13的端头与第二转动部16连接；第二钢丝13的端头与第二转动部16的具体连接方式为：第二钢丝13的端头位置设有止挡件14，比如：止挡件14设置为球状结构，第二转动部16的第二滑轮槽上设有用于容纳止挡件14的卡槽，止挡件14被限制在卡槽内，从而实现第二钢丝13的端头与第二转动部16的连接，第二钢丝13被拉动或推动时，止挡件14能够带动第二转动部16进行相应方向的转动。
本实施例中，第一钢丝8和第二钢丝13的缠绕方向相反；通过推动和/或拉动第一钢丝8和/或第二钢丝13，能够实现钳头的张开、闭合或者钳头相对于第一滑轮座3的转动。
具体地，同时拉动第一钢丝8和第二钢丝13时，能够带动第一夹持端4和第二夹持端5向相互靠近的方向运动，进而实现钳头的闭合。同时推动第一钢丝8和第二钢丝13，能够带动第一夹持端4和第二夹持端5向相互远离的方向运动，进而实现钳头的张开。
拉动第一钢丝8同时推动第二钢丝13，或者，拉动第二钢丝13同时推动第一钢丝8，能够带动第一夹持端4和第二夹持端5向相同的方向运动，进而实现钳头相对于第一滑轮座3的转动。
作为进一步的实施方式，结合图2和图3，本实施例基于钢丝耦合的多自由度腹腔手术钳还包括：第二滑轮座2，第一滑轮座3的另一端设置在第二滑轮座2内，并与第二滑轮座2可转动连接；第一滑轮座3设置在第二滑轮座2内的一端设有容纳滑轮的凹槽，滑轮9设置在该凹槽内。
结合图1、图3和图6(图6中第二滑轮座2未示出)，第二滑轮座2是固定的，滑轮9和第一滑轮座3均设置在第二滑轮座2内，第一滑轮座3、第二滑轮座2和滑轮9通过第二轴销11连接在一起，并均能够绕第二轴销11转动；另外，第一滑轮座3通过第三轴销10与滑轮9固定连接，滑轮9的转动能够带动第一滑轮座3的一起转动。第三钢丝12绕在滑轮9上，并与滑轮9固定连接，拉动第三钢丝12的一端，能够带动滑轮9向一个方向(比如正向)转动，拉动第三钢丝12的另一端，能够带动滑轮9向相反的方向(比如反向)转动，滑轮9的转动，能够带动第一滑轮座3相对于第二滑轮座2的正向或反向转动。
另外需要说明的是，当第一滑轮座3相对于第二滑轮座2转动时，需要补偿第一钢丝8和第二钢丝13的位移量，以保证第一滑轮座3的顺利转动。
本实施例的基于钢丝耦合的多自由度腹腔手术钳，通过第一钢丝8、第二钢丝13和第三钢丝12的拉力或推力作用，能够实现钳头的多自由度转动，图7(a)-(b)给出了钳头多自由度转动的示意图。
本实施例中，第二滑轮座2与入腹管1固定连接，第一钢丝8、第二钢丝13和第三钢丝12设置在入腹管1内，第一钢丝8、第二钢丝13和第三钢丝12所受的拉力或推力可以通过控制电机的正转或反转来实现。
实施例二
在一个或多个实施方式中，公开了一种手术机器人，其包括了实施例一中所述的基于钢丝耦合的多自由度腹腔手术钳。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种基于钢丝耦合的多自由度腹腔手术钳，其特征在于，包括：
钳头，所述钳头包括相对设置的第一夹持端和第二夹持端；第一夹持端上设有第一转动部，第二夹持端上设有第二转动部；
第一滑轮座，第一转动部和第二转动部均设置在第一滑轮座内，并分别与第一滑轮座可转动连接；
第一转动部上设有第一滑轮槽，第一钢丝缠绕在第一滑轮槽上，第一钢丝的端头与第一转动部连接；第二转动部上设有第二滑轮槽，第二钢丝缠绕在第二滑轮槽上，第二钢丝的端头与第二转动部连接；第一钢丝和第二钢丝的缠绕方向相反；
第一钢丝的端头位置设有止挡件，第二钢丝的端头位置设有止挡件；
第一转动部的第一滑轮槽上设有用于容纳止挡件的卡槽，止挡件被限制在所述卡槽内，实现第一钢丝的端头与第一转动部的连接；
第二转动部的第二滑轮槽上设有用于容纳止挡件的卡槽，止挡件被限制在所述卡槽内，实现第二钢丝的端头与第二转动部的连接；
还包括：第二滑轮座，第一滑轮座的一部分设置在第二滑轮座内，并与第二滑轮座可转动连接；滑轮设置在第一滑轮座和第二滑轮座内，第一滑轮座、第二滑轮座和滑轮通过第二轴销连接在一起，并均能够绕第二轴销转动；第一滑轮座通过第三轴销与滑轮固定连接，第三钢丝绕在滑轮上，并与滑轮固定连接；
拉动第三钢丝的其中一端，能够带动滑轮正向或反向转动，进而实现第一滑轮座相对于第二滑轮座的正向或反向转动；通过推动和/或拉动第一钢丝和/或第二钢丝，能够实现钳头的张开、闭合或者钳头相对于第一滑轮座的转动；
同时拉动第一钢丝和第二钢丝，能够带动第一夹持端和第二夹持端向相互靠近的方向运动，进而实现钳头的闭合；
同时推动第一钢丝和第二钢丝，能够带动第一夹持端和第二夹持端向相互远离的方向运动，进而实现钳头的张开；
拉动第一钢丝同时推动第二钢丝，或者，拉动第二钢丝同时推动第一钢丝，能够带动第一夹持端和第二夹持端向相同的方向运动，进而实现钳头相对于第一滑轮座的转动。
2.如权利要求1所述的一种基于钢丝耦合的多自由度腹腔手术钳，其特征在于，所述第一转动部和第二转动部之间设有第三转动部，第三转动部与第一滑轮座、第一转动部和第二转动部通过第一轴销连接在一起，且均能够绕第一轴销转动。
3.如权利要求2所述的一种基于钢丝耦合的多自由度腹腔手术钳，其特征在于，第三转动部上连接有挡板，所述挡板能够将第一钢丝和第二钢丝分别限制在各自的滑轮槽内。
4.如权利要求3所述的一种基于钢丝耦合的多自由度腹腔手术钳，其特征在于，所述第二滑轮座与入腹管连接，第一钢丝、第二钢丝和第三钢丝设置在入腹管内；第一钢丝、第二钢丝和第三钢丝的末端连接驱动电机。
5.一种手术机器人，其特征在于，包括：权利要求1-4任一项所述的基于钢丝耦合的多自由度腹腔手术钳。
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