CN117100401A - 一种手术机器人末端执行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手术机器人末端执行器，包括支撑框架、凸轮组件和剪力组件，其中剪力组件和凸轮组件分别通过相互平行的第二连接轴和第一连接轴转动连接于支撑框架上；所述剪力组件包括第一剪力件和第二剪力件，两者呈剪切配合结构，其中第一剪力件为活动件，第二剪力件为固定件或活动件；所述凸轮组件包括至少一个凸轮，且至少有一个凸轮上开设有滑槽；所述活动件通过滑块与对应的滑槽相配合，进而通过凸轮组件的转动实现剪力组件的张合控制。本发明基于斜坡越缓力度杠杆越大的坡道理论，设计了变曲率凸轮滑槽，来达到用小的线缆张力得到大的钳夹夹力/张力的目的，突破了线缆张力对钳夹夹力/张力的约束作用，有利于手术的顺利进行。

Description

一种手术机器人末端执行器

技术领域

本发明属于手术机器人技术领域，尤其涉及一种手术机器人末端执行器。

背景技术

内镜黏膜下剥离术(ESD)是指利用各种电刀对消化道病变进行黏膜下剥离的内镜微创技术。ESD手术可以有效切除消化道粘膜层以及粘膜下层的病灶组织，针对病变较大的癌前病变和早期消化道粘膜下肿物治疗有着很好的效果。随着医疗技术的发展，柔性内窥镜手术机器人逐渐应用到ESD手术中，手术机器人帮助手术时间得到缩短，术中创伤减小，并有效降低发症风险。

在进行肠道ESD手术时，由于柔性内窥镜需要由患者肛门进入，因此整个内窥镜的直径很小，其中钳夹式末端执行器中的直径要求在3.5mm以内。现有的钳夹式末端执行器会存在一些问题：

一方面，用于带动末端执行器中滑轮转动的线缆的张力受到自身负载极限及滑轮直径的限制，使得末端执行器的夹力受到线缆张力的严重约束，夹力不够导致夹取组织后容易松动，还可能无法夹断/切割病灶组织，增大手术失败的风险，加重患者痛苦；

另一方面，除了夹断/切割病灶组织的操作外，由于人体组具有一定粘性，导致末端执行器的钳口收到粘连不易张开，且钳口张开的力度较小不易排开周围障碍组织。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种手术机器人末端执行器，通过变曲率凸轮滑槽的设计，来达到用小的线缆张力得到大的钳夹夹力/张力的目的，以解决目前钳夹式末端执行器受到线缆张力的严重约束，导致夹力/张力不够，增大手术失败的风险等技术问题。

发明内容：为实现以上目的，本发明提供了一种手术机器人末端执行器，包括支撑框架、凸轮组件和剪力组件，所述支撑框架包括支撑近端和支撑远端，所述支撑近端与手术机器人的机械臂连接，支撑远端形成U型支撑部，所述剪力组件和凸轮组件沿着支撑远端到支撑近端的方向依次布置，且分别通过相互平行的第二连接轴和第一连接轴转动连接于所述U型支撑部之间；

所述剪力组件包括第一剪力件和第二剪力件，两者呈剪切配合结构，其中第一剪力件为活动件，第二剪力件为固定件或活动件；所述凸轮组件包括至少一个凸轮，且至少有一个凸轮上开设有滑槽；所述活动件通过滑块与对应的滑槽相配合(滑块插入对应滑槽中，且形状与其适配)，进而通过凸轮组件的转动实现剪力组件的张合控制。

这里的剪力组件包括手术钳夹、剪刀等一系列进行剪切运动的组件。本发明通过凸轮凹槽驱动达到开合控制的效果，能够在狭小的空间内实现精准高效操作，整体结构精巧流畅，成本较低，操作安全可靠。

进一步地，所述滑槽为变曲率弧形槽，其包括缓槽段和陡槽段，当滑块在缓槽段滑移时，凸轮组件带动活动件张/合的幅度，相比于滑块在陡槽段滑移时更小。也就是，缓槽段对应的凸轮转角相对于陡槽段更大，且缓槽段对应的活动件张/合角度相比于陡槽段更小。这里可以用坡道理论来类比变曲率弧形槽的设计，从而达到用小的线缆张力得到大的剪力/张力的目的。而弧形槽的轮廓设计均采用了尖顶摆动从动件盘形凸轮机构的设计方式，以滑块的中心对应尖顶、滑槽中央线对应盘形凸轮的外周面来计算滑槽轮廓。

进一步地，所述凸轮组件包括同轴设置且可拆卸链接的第一凸轮和第二凸轮，且第一凸轮和第二凸轮中至少有一个凸轮的轮面上设有滑槽。如果是两个活动件，则第一凸轮和第二凸轮相背的一侧分别设有滑槽；如果是一个活动件和一个固定件，则只有第一凸轮上设有滑槽。

进一步地，所述第一凸轮和第二凸轮之间设有定位结构，用于实现第一凸轮和第二凸轮的对接定位，例如定位柱和定位槽的配合结构、连接套筒和连接环槽的配合结构等。

进一步地，为了便于装配，所述支撑基座可以采用分体结构，同时将第二连接轴与第一剪力件/第二剪力件设置为一体成型，将第一连接轴与第一凸轮/第二凸轮设置为一体成型，装配效率更高。

进一步地，所述凸轮组件还包括至少一个驱动元件，用于驱动凸轮组件的转动。

进一步地，所述驱动元件为线缆。实际运用中将线缆用一定方式分别缠绕在第一凸轮和第二凸轮上，通过线缆带动第一凸轮和第二凸轮转动，滑槽随之转动，进而带动活动件的转动，由此实现剪力组件的张合控制。

作为一种实施方式，所述第一凸轮和第二凸轮之间设有外限位环(可以仅设置于一个凸轮上，也可以分别设置在两个凸轮上)，且外限位环的外径小于第一凸轮和第二凸轮的直径，使得第一凸轮和第二凸轮之间的环形间隙形成第一绕线外槽，即单轨道绕线方式。

进一步地，所述外限位环上设有至少一个第一线缆口，用于供线缆末端穿出并进入第一绕线外槽中，此时分别拉动线缆两端(单轨道绕线方式一般采用一根线缆进行驱动)，即可实现凸轮组件的转动控制。

进一步地，所述第一凸轮和第二凸轮之间设有第一限位结构，用于实现线缆限位。

进一步地，所述第一限位结构包括以下一种或多种：

a.内限位环(可以仅设置于一个凸轮上，也可以分别设置在两个凸轮上)，使得内限位环和外限位环之间的环形间隙形成第一绕线内槽；

b.限位横条(可以设置于内限位环和外限位环之间，也可以设置于外限位环内壁上)，使得限位横条与第一凸轮/第二凸轮之间形成限位空间；

c.线缆固定套，设置于第一凸轮/第二凸轮/外限位环的内壁上；

d.第一穿线孔，开设于第一连接轴上。

作为另一种实施方式，所述第一凸轮和第二凸轮的外圈分别设有第二绕线外槽，即双轨道绕线方式。

进一步地，两个第二绕线外槽上分别开设有第二线缆口，用于供线缆末端穿出并进入对应的第二绕线外槽中，此时分别拉动线缆两端(双轨道绕线方式可采用一根或两根线缆进行驱动)，即可实现凸轮组件的转动控制。

进一步地，所述线缆有两根，分别缠绕在两个第二绕线外槽上，所述第一凸轮和第二凸轮之间设有第二限位结构，用于实现两根线缆头部的限位。

进一步地，所述第二限位结构包括以下任意一种：

A.限位槽和容纳槽，开设于第一凸轮和第二凸轮相对的一侧，使得限位槽和容纳槽之间形成容纳线缆头部的空间，两根线缆的一端打结后将线缆结头置于对应的限位槽和容纳槽之间，另一端穿过第二线缆口进入对应的第二绕线外槽中。

B.第二穿线孔和限位长槽，开设于第一凸轮和第二凸轮相对的一侧，使得限位长槽形成容纳线缆头部的空间，两个线缆的一端打结后将线缆结头均置于限位长槽中，另一端穿过第二线缆口进入对应的第二绕线外槽中。

进一步地，所述线缆为一根，其缠绕在两个第二绕线外槽上，所述第一凸轮和第二凸轮之间设有第三限位结构，用于实现线缆限位。

进一步地，所述第三限位结构包括开设于第一连接轴上的第三穿线孔，使得线缆的一端从其中一个第二线缆口进入，经过第三穿线孔后从另一个第二线缆口中穿出。

有益效果：

1、本发明基于斜坡越缓力度杠杆越大的坡道理论，设计了变曲率凸轮滑槽，来达到用小的线缆张力得到大的钳夹夹力/张力的目的，突破了线缆张力对钳夹夹力/张力的约束作用，有利于手术的顺利进行。

2、本发明通过凸轮凹槽驱动达到钳夹张合控制的效果，能够在狭小的空间内实现精准高效操作，整体结构精巧流畅，成本较低，操作安全可靠，且钳夹的操作方式更自由，更易于夹紧/夹断/排开组织。

附图说明

图1为本发明实施例中手术机器人末端执行器的整体示意图；

图2为本发明实施例中手术机器人末端执行器的爆炸结构图；

图3为本发明实施例中坡道理论的原理图；

图4为本发明实施例一中凸轮驱动的原理图；

图5为本发明实施例一中凸轮驱动角度与钳夹张合角度的对应关系图；

图6为本发明实施例一中凸轮组件的结构示意图，其中b、d为第一凸轮的正反面，a、c为第二凸轮的正反面；

图7为本发明实施例二中凸轮组件的爆炸结构图；

图8为本发明实施例三中凸轮组件的爆炸结构图；

图9为本发明实施例四中凸轮组件的爆炸结构图；

图10为本发明实施例五中凸轮组件的爆炸结构图；

图11为本发明实施例六、七中凸轮组件的爆炸结构图；

图中包括：1-支撑框架，2-凸轮组件，3-钳夹组件，11-支撑基座，12-U型支撑部，13-第一安装孔，14-第二安装孔，15-第一连接轴，16-第二连接轴，21-第一凸轮，22-第二凸轮，23-第一转动孔，24-第二转动孔，25-第一滑槽，26-第二滑槽，31-第一钳夹，32-第二钳夹，33-第三转动孔，34-第四转动孔，35-第一滑块，36-第二滑块，41-内限位环，42-外限位环，43-第一线缆口，44-定位柱，45-定位槽，46-连接套筒，47-连接环槽，48-限位横条，49-第一穿线孔，51-第二绕线外槽，52-第二线缆口，53-限位槽，54-容纳槽，55-限位长槽，56-第二穿线孔，57-第三穿线孔。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。同时，在本发明的描述中，术语“一级”、“二级”、“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1所示，本实施例提供一种可增大夹力的手术机器人末端执行器，主要由支撑框架1、凸轮组件2、钳夹组件3组成。

如图2所示，支撑框架1包括支撑基座11，支撑基座11整体呈圆筒状，其一端与手术机器人的腕部关节连接，另一端形成U型支撑部12。

凸轮组件2包括同轴设置的第一凸轮21、第二凸轮22，第一凸轮21和第二凸轮22设置于U型支撑部12之间，并通过第一连接轴15贯穿U型支撑部12上的第一安装孔13、第一凸轮21上的第一转动孔23及第二凸轮22上的第二转动孔24完成转动连接；第一凸轮21和第二凸轮22之间固定连接(穿线之后焊紧/胶水粘紧)，以实现同步转动；第一凸轮21和第二凸轮22相背的一侧分别设有第一滑槽25和第二滑槽26。

钳夹组件3包括上下对称设置的第一钳夹31和第二钳夹32，第一钳夹31和第二钳夹32的前端为上下钳口结构，其中部设置于U型支撑部12之间，并通过第二连接轴16贯穿U型支撑部12上的第二安装孔14、第一钳夹31上的第三转动孔33和第二钳夹32上的第四转动孔34完成转动连接；第一钳夹31和第二钳夹32的尾部分别设有第一滑块35和第二滑块36，并通过第一滑块35和第二滑块36分别与第一滑槽25和第二滑槽26相配合(滑块插入对应滑槽中，且形状与其适配)。

实际运用中将线缆用一定方式分别缠绕在第一凸轮21和第二凸轮22上，通过线缆带动第一凸轮21和第二凸轮22绕第一连接轴15转动，第一滑槽25和第二滑槽26随之转动，第一滑块35和第二滑块36分别沿对应的滑槽滑动，进而带动第一钳夹31和第二钳夹32同时绕第二连接轴16转动，由此实现第一钳夹31和第二钳夹32的张合控制，这一控制过程等同于尖顶摆动从动件盘形凸轮机构。

临床上，肠道内空间狭小，现有的末端执行器通常设计为一个钳夹固定不动，仅通过另一个钳夹的转动实现钳口的张合，术中需要多次调整钳夹朝向才能夹上组织，且钳夹接触到组织时易打滑，十分不便于医生操作。本实施例通过左右凸轮的凹槽驱动达到上下钳夹张合控制的效果，能够在狭小的空间内实现精准高效操作。

进一步地，第一滑槽25和第二滑槽26均为变曲率弧形槽，且两者均包括缓槽段和陡槽段，当滑块在缓槽段滑移时，凸轮带动钳夹张/合的幅度，相比于滑块在陡槽段滑移时更小。也就是，缓槽段对应的凸轮转角相对于陡槽段更大，且缓槽段对应的钳夹张/合角度相比于陡槽段更小。这里可以用坡道理论来类比变曲率弧形槽的设计，从而达到用小的线缆张力得到大的钳夹夹力的目的。

如图3所示，当坡道为斜坡陡(虚线)时，虽然推石块的距离L比较小，但是需要用的力度Fe比较大。相反，如果斜坡比较缓(实线)，那需要推石块的力度Fe相对比较小，不过需要推石块的距离L就比较大。凸轮驱动也利用类似这样的理论。

如图4、5所示，当钳夹需要的力度较小(例如自然张开和张开后微微闭合的力度不需要很大)时，那么对应的滑槽可以比较陡(虚线框)，由于凸轮的转动范围是固定的，那么陡坡段节省出的旋转空间可以用于设置L较长的缓坡段(实线框)，使得在钳夹组件在夹紧/夹断组织时，可以获得更大的夹力。用此方法可以优化有限的旋转角度来得到最好的力度杠杆。因此本实施例中，当滑块滑移至缓槽段末端时，凸轮组件2带动钳夹组件3闭合；当滑块分别滑移至陡槽段末端时，凸轮组件2带动钳夹组件3张开至最大角度。

在其他实施方式中，如果需要张开的力度较大，而闭合的力度较小，也可以将缓槽段设置为张开状态，陡槽段设置为闭合状态。总而言之，坡道理论的核心是在有限的凸轮角度内得到最大的力度杠杆，就是把缓槽段的工作角度放大，这样缓坡的力度会越小。

而弧形槽的轮廓设计均采用了尖顶摆动从动件盘形凸轮机构的设计方式，以滑块的中心对应尖顶、滑槽中央线对应盘形凸轮的外周面来计算滑槽轮廓。通过输入理论轮廓(base circle)、凸轮的旋转角度(从起点到终点)、凸轮轴和从体轴的距离、从体的起始位置以及凸轮的旋转方向等参数，即可计算得到弧形槽的实际轮廓，从而生成滑槽的大致形状和曲率。依据所生成的形状及参数，进一步将滑槽分别设计成与滑块相适配的形状。

以钳夹组件3前端朝左为例，装配时钳夹组件3的第一钳夹31和第二钳夹32对称设置，第二钳夹32的前端钳口和第二滑块36在上方，第一钳夹31的前端钳口和第一滑块35在下方，两个滑块的运动路径不一样，第一滑块35的运动路径更易碰到第一连接轴15，因此第一滑槽25和第二滑槽26的长度和形状并不完全相同(如图6a、6b所示)。

进一步地，凸轮的旋转角度范围取决于凸轮的绕线方式，凸轮的绕线方式十分多样化，可以根据实际需求自由选择和改变，具体包括：

①单轨道绕线方式：第一凸轮21和第二凸轮22之间设有外限位环42，由于外限位环42的外径小于第一凸轮21和第二凸轮22的直径，所以第一凸轮21和第二凸轮22之间的环形间隙形成了第一绕线外槽(即形成单轨道)。

进一步地，第一凸轮21和第二凸轮22之间还设有内限位环41，内限位环41和外限位环42之间的环形间隙为第一绕线内槽，外限位环42上还设有第一线缆口43。装配时线缆以型穿设在第一绕线内槽中，线缆的两端从第一线缆口43穿出分别进入第一绕线外槽中，完成绕线之后将第一凸轮21和第二凸轮22装配在一起。此时分别拉动线缆的两端即可带动凸轮组件2在±90°范围内转动。

在一个实施例中(如图6c、6d所示)，第一凸轮21和第二凸轮22相对的一面上均设有内限位环41和外限位环42，其中两个内限位环41均为中空套筒状，套筒中央为第一转动孔23/第二转动孔24，装配时两个内限位环41相互抵接、两个外限位环42相互抵接，完成绕线之后将第一凸轮21和第二凸轮22焊紧。

进一步地，两个外限位环42上可分别设置定位柱44和定位槽45，以便实现周向定位；两个内限位环41上可分别设置连接套筒46和连接环槽47，以便实现同轴定位。具体地，连接环槽47可以是凹槽或者通槽，也可以是第一转动孔23/第二转动孔24的扩展。

在另一个实施例中(也是更优选的实施例)，为了便于完成绕线，第一凸轮21和第二凸轮22中只有一个凸轮上设有内限位环41和外限位环42。这里为了方便说明，设定第一凸轮21上设有内限位环41和外限位环42(如图7所示)，此时第二凸轮22为中空圆饼状，圆饼中央则为第二转动孔24。装配时内限位环41和外限位环42均与圆饼相抵接，完成绕线之后将第一凸轮21和第二凸轮22焊紧。

同样地，外限位环42和圆饼上可分别设置定位柱44和定位槽45，以便实现周向定位；内限位环41和圆饼上可分别设置连接套筒46和连接环槽47，以便实现同轴定位。具体地，连接环槽47可以是凹槽或者通槽，也可以是第二转动孔24的扩展(如图7所示)。

市面上的线缆通常为铁丝，铁丝有一定硬度，一旦绕进第一绕线内槽中就容易弹出，不利于第一凸轮21和第二凸轮22的装配，因此为了便于固定线缆，优选内限位环41的外径大于连接套筒46的外径，以尽可能缩小内限位环41和外限位环42之间的空间，也就是尽可能缩小线缆的活动空间。

进一步地，还可以在内限位环41和外限位环42之间设置一个或多个限位横条48(如图8所示)，从限位横条47下方穿线缆，可以防止线缆从第一绕线内槽中弹出。在实际生产制造中，第一凸轮21与限位横条48对应的部分可以开设通孔，以便生产机器从第一凸轮21远离第二凸轮22的一面对限位横条48进行生产加工。

采用以上凸轮设计及绕线方式无需加装市面上常用的线缆固定套(直径约为0.8mm)，有效降低了凸轮组件2的厚度，保证了末端执行器在有较大夹力的情况下直径还能小于等于3.5mm。

在实际生产制造中，为了便于装配，可以将支撑框架以其轴线为中心一分为二，同时将第二连接轴16与第一钳夹31/第二钳夹32设置为一体成型，将第一连接轴15与第一凸轮21/第二凸轮22设置为一体成型，装配效率更高。

当第一凸轮21和第一连接轴15设计为一体成型时，还可以在第一凸轮21的内限位环41中开设第一穿线孔49(同时贯穿第一连接轴15)，如图9所示。此时将线缆的一端经过第一绕线内槽，从第一线缆口43穿出进入第一绕线外槽中，另一端从第一穿线孔49中经过，从第一线缆口43穿出进入第一绕线外槽中，完成绕线之后将第一凸轮21和第二凸轮22装配在一起(焊紧或胶水粘紧)。

此种凸轮设计及绕线方式同样无需加装市面上常用的线缆固定套，在无需增加凸轮组件厚度的情况下，利用了第一凸轮上的现有空间达到了对线缆的有效约束，使其不易弹出，保证了末端执行器在有较大夹力的情况下直径还能小于等于3.5mm。

此外，还可以在外限位环42上开设两个第一线缆口43，使得线缆的一端从一个第一线缆口43穿入，穿过第一连接轴15上的第一穿线孔49后从另一个第一线缆口43穿出进入第一绕线外槽。

进一步地，第一穿线孔49的直径正好可以允许线缆通过，斜向设置的第一穿线孔49能增大线缆的弯曲角度，可以在绕线完成后形成一定阻力，帮助定位线缆。

②双轨道绕线方式：第一凸轮21和第二凸轮22的外圈逐渐向中部缩小直径，分别形成第二绕线外槽51(即形成双轨道)。

进一步地，两个第二绕线外槽51上均开设有第二线缆口52，两个第二线缆口52之间的夹角优选为180°。由于两个第二线缆口52呈180°夹角设置，只要将其中一个线缆沿着对应的第二绕线外槽51绕一圈，另一个线缆没有绕圈，那么拉住第一个线缆前端使其展开，即对应的凸轮转动360°，同时另一个凸轮也会转动360°，因此第二个线缆会被带动沿着对应的第二绕线外槽51绕一圈，如此反复即可实现大于360°的转动控制。

实际应用中，两个第二线缆口52之间的夹角可以根据需要进行调整，以实现不同的凸轮转角范围。

在一个实施例(如图10所示)中，第一凸轮21和第二凸轮22相对的一面上均开设有限位槽53和容纳槽54，其中同一个凸轮上的限位槽53与第二线缆口52位置对应并连通；第一凸轮21上的容纳槽54与第二凸轮22上的限位槽53位置形状相适配，第二凸轮22上的容纳槽54与第一凸轮21上的限位槽53位置形状相适配。

两个第二绕线外槽51上分别绕接一根线缆，线缆一端打结后将线缆结头置于对应的限位槽53中，另一端穿过第二线缆口52进入对应的第二绕线外槽51中。绕线完成后，将第一凸轮21和第二凸轮22抵接并焊紧，此时第一凸轮21的线缆结头超出其限位槽53的部分将被容纳进第二凸轮22的容纳槽54中，第二凸轮22的线缆结头超出其限位槽53的部分将被容纳进第一凸轮21的容纳槽54中。

同样地，第一凸轮21和第二凸轮22相对的一面上可分别设置连接套筒46和连接环槽47，以便实现同轴定位。具体地，连接环槽47可以是凹槽或者通槽，也可以是第二转动孔24的扩展。

在另一个实施例(如图11所示)中，为了提高生产加工效率，第一凸轮21和第二凸轮22中只有一个凸轮上开设有限位长槽55。这里为了方便说明，设定第二凸轮22上设有限位长槽55，限位长槽55与第二凸轮22上的第二线缆口52连通，此时第一凸轮21靠近第二凸轮22的一面上设有第二穿线孔56，第二穿线孔56与第一凸轮21上的第二线缆口52连通。

两个第二绕线外槽51上分别绕接一根线缆，两个线缆的一端打结后，线缆结头均置于限位长槽55中，另一端穿过第二线缆口52进入对应的第二绕线外槽51中。绕线完成后，将第一凸轮21和第二凸轮22抵接并焊紧。

当第一凸轮21和第一连接轴15为一体成型的设计时，还可以在与第一凸轮21一体成型的第一连接轴15上开设有第三穿线孔57(如图11所示)。

此时两个第二绕线外槽51上仅绕接一根线缆，线缆一端缠绕在第一凸轮21的第二绕线外槽51上，另一端从第一凸轮21的第二线缆口52进入，经过连通的第二穿线孔56后即进入限位长槽55中，而后穿过第一连接轴15上的第三穿线孔57，从第二凸轮22的第二线缆口52中穿出进入对应的第二绕线外槽51。绕线完成后，第二凸轮22通过第二转动孔24套设在第一连接轴15上，第一凸轮21和第二凸轮22相对的一面相互抵接并焊紧。

进一步地，第三穿线孔57的直径正好可以允许线缆通过，斜向设置的第三穿线孔57能增大线缆的弯曲角度，可以在绕线完成后形成一定阻力，帮助定位线缆。

由于线缆的两端呈180°夹角设置，只要将线缆的一端沿着对应的第二绕线外槽51绕一圈，线缆的另一端没有绕圈，那么拉住绕圈的线缆一端使其展开，即对应的凸轮转动360°，同时另一个凸轮也会转动360°，因此没绕圈的线缆一端会被带动沿着对应的第二绕线外槽51绕一圈，如此反复即可实现大于360°的转动控制。

一般来说，凸轮组件的转动范围越大，则钳夹组件的操作控制越精细，滑槽的整体坡度可以设置得更小，实现的钳夹夹力/张力越大。实际运用中，可根据需求自由选择和改变凸轮组件的绕线方式，以获取最佳的控制效果。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种手术机器人末端执行器，包括支撑框架、凸轮组件和剪力组件，所述支撑框架包括支撑近端和支撑远端，所述支撑近端与手术机器人的机械臂连接，支撑远端形成U型支撑部，其特征在于，所述剪力组件和凸轮组件沿着支撑远端到支撑近端的方向依次布置，且分别通过相互平行的第二连接轴和第一连接轴转动连接于所述U型支撑部之间；

所述剪力组件包括第一剪力件和第二剪力件，两者呈剪切配合结构，其中第一剪力件为活动件，第二剪力件为固定件或活动件；所述凸轮组件包括至少一个凸轮，且至少有一个凸轮上开设有滑槽；所述活动件通过滑块与对应的滑槽相配合，进而通过凸轮组件的转动实现剪力组件的张合控制。

2.根据权利要求1所述的手术机器人末端执行器，其特征在于，所述滑槽为变曲率弧形槽，其包括缓槽段和陡槽段；当滑块在缓槽段滑移时，凸轮组件带动活动件张/合的幅度，相比于滑块在陡槽段滑移时更小。

3.根据权利要求2所述的手术机器人末端执行器，其特征在于，所述凸轮组件包括同轴设置且可拆卸连接的第一凸轮和第二凸轮，且第一凸轮和第二凸轮中至少有一个凸轮的轮面上设有滑槽。

4.根据权利要求3所述的手术机器人末端执行器，其特征在于，所述第一凸轮和第二凸轮之间设有定位结构，用于实现第一凸轮和第二凸轮的对接定位。

5.根据权利要求3所述的手术机器人末端执行器，其特征在于，所述支撑框架采用分体结构，且第二连接轴与第一剪力件/第二剪力件设置为一体成型，第一连接轴与第一凸轮/第二凸轮设置为一体成型。

6.根据权利要求3-5任一所述的手术机器人末端执行器，其特征在于，所述凸轮组件还包括至少一个驱动元件，用于驱动凸轮组件的转动。

7.根据权利要求6所述的手术机器人末端执行器，其特征在于，所述驱动元件为线缆。

8.根据权利要求7所述的手术机器人末端执行器，其特征在于，所述第一凸轮和第二凸轮之间设有外限位环，且外限位环的外径小于第一凸轮和第二凸轮的直径，使得第一凸轮和第二凸轮之间的环形间隙形成第一绕线外槽。

9.根据权利要求8所述的手术机器人末端执行器，其特征在于，所述外限位环上设有至少一个第一线缆口，用于供线缆末端穿出并进入第一绕线外槽中。

10.根据权利要求9所述的手术机器人末端执行器，其特征在于，所述第一凸轮和第二凸轮之间设有第一限位结构，用于实现线缆限位。

11.根据权利要求10所述的手术机器人末端执行器，其特征在于，所述第一限位结构包括以下一种或多种：

a.内限位环，使得内限位环和外限位环之间的环形间隙形成第一绕线内槽；

b.限位横条，使得限位横条与第一凸轮/第二凸轮之间形成限位空间；

c.线缆固定套，设置于第一凸轮/第二凸轮/外限位环的内壁上；

d.第一穿线孔，开设于第一连接轴上。

12.根据权利要求7所述的手术机器人末端执行器，其特征在于，所述第一凸轮和第二凸轮的外圈分别设有第二绕线外槽。

13.根据权利要求12所述的手术机器人末端执行器，其特征在于，两个第二绕线外槽上分别开设有第二线缆口，用于供线缆末端穿出并进入对应的第二绕线外槽中。

14.根据权利要求13所述的手术机器人末端执行器，其特征在于，所述线缆有两根，分别缠绕在两个第二绕线外槽上，所述第一凸轮和第二凸轮之间设有第二限位结构，用于实现两根线缆头部的限位。

15.根据权利要求14所述的手术机器人末端执行器，其特征在于，所述第二限位结构包括以下任意一种：

A.限位槽和容纳槽，开设于第一凸轮和第二凸轮相对的一侧，使得限位槽和容纳槽之间形成容纳线缆头部的空间；

B.第二穿线孔和限位长槽，开设于第一凸轮和第二凸轮相对的一侧，使得限位长槽形成容纳线缆头部的空间。

16.根据权利要求13所述的手术机器人末端执行器，其特征在于，所述线缆为一根，其缠绕在两个第二绕线外槽上，所述第一凸轮和第二凸轮之间设有第三限位结构，用于实现线缆限位。

17.根据权利要求16所述的手术机器人末端执行器，其特征在于，所述第三限位结构包括开设于第一连接轴上的第三穿线孔，使得线缆的一端从其中一个第二线缆口进入，经过第三穿线孔后从另一个第二线缆口中穿出。