CN117398191B - 一种电动末端执行器及穿刺手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动末端执行器及穿刺手术机器人，其中电动末端执行器包括：线性运动单元、上夹持装置、下夹持装置和夹爪驱动单元；夹爪驱动单元包括夹爪驱动组件、第一传动软轴和第二传动软轴，第一传动软轴和第二传动软轴的第一端分别与夹爪驱动组件连接并在夹爪驱动组件驱动下传输扭矩，第一传动软轴和第二传动软轴的第二端分别通过第一旋转传动结构和第二旋转传动结构连接上夹爪和下夹爪；第一传动软轴和第二传动软轴在夹爪驱动组件驱动下同时旋转，并通过第一旋转传动结构和第二旋转传动结构带动上夹爪和下夹爪同时打开或同时关闭。

Description

一种电动末端执行器及穿刺手术机器人

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种电动末端执行器及穿刺手术机器人。

背景技术

在进行穿刺手术时，采用机器人穿刺可以有效提高穿刺手术的稳定性和精准性，相对于医生进行人工穿刺，采用穿刺手术机器人能够稳定地夹持穿刺针，同时保持穿刺位置和穿刺角度。

穿刺手术机器人通过末端执行器夹持穿刺针并进行穿刺进针操作，末端执行器需要具有夹持穿刺针和穿刺进针的功能。此外，末端执行器还要能快速释放穿刺针：患者误动时，快速释放穿刺针可以避免对患者造成伤害；穿刺完成后，需要释放穿刺针，穿刺针与患者一同进行CT扫描以验证穿刺是否到位。

现有技术的末端执行器需要手动夹持和释放穿刺针，通过旋钮、螺栓以及与其联动的夹爪等夹持穿刺针，对于设计有两个夹爪分别在针尾和针头夹持穿刺针的方案，更需要手动操作两次，操作复杂费时，不能快速释放，更不能同时释放。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电动末端执行器及穿刺手术机器人，以解决现有技术中对于设计有两个夹爪的电动末端执行器无法实现穿刺针同时快速夹持和释放的问题。

为实现上述目的，本发明第一方面提供了一种电动末端执行器，包括：

线性运动单元，包括线性传动单元和用于驱动所述线性传动单元进行传动的传动单元驱动电机；

上夹持装置，包括第一端可移动连接所述线性传动单元的上连杆和设置在所述上连杆的第二端的上夹爪，所述上连杆在所述线性运动单元驱动下可沿所述线性传动单元往复移动，所述上夹爪用于夹持穿刺针针尾处的穿刺针紧固件；所述上夹持装置包括力传感器，所述力传感器包括固定基座部分和用于在所述上夹爪夹持所述穿刺针进行穿刺时对所述穿刺针的穿刺力进行检测的力测量部件，所述固定基座部分与所述线性传动单元直接连接，所述力测量部件安装于所述固定基座部分且与所述上连杆固定连接；

下夹持装置，包括第一端连接所述线性传动单元的下连杆以及设置在所述下连杆的第二端的下夹爪，所述下夹爪用于夹持所述穿刺针的针身或针尖；

夹爪驱动单元，包括夹爪驱动组件、第一传动软轴和第二传动软轴，所述第一传动软轴和第二传动软轴的第一端分别与所述夹爪驱动组件连接并在所述夹爪驱动组件驱动下传输扭矩，所述第一传动软轴和所述第二传动软轴的第二端分别通过第一旋转传动结构和所述第二旋转传动结构连接所述上夹爪和下夹爪；所述第一传动软轴和所述第二传动软轴在所述夹爪驱动组件驱动下同时旋转，并通过所述第一旋转传动结构和所述第二旋转传动结构带动所述上夹爪和所述下夹爪同时打开或同时关闭。

可选地，所述第一传动软轴和所述第二传动软轴均为钢丝软轴。

可选地，所述夹爪驱动组件包括：

夹爪驱动电机；

齿轮组件，所述齿轮组件包括与所述夹爪驱动电机的输出轴固定连接的主动齿轮，以及分别与所述主动齿轮啮合的第一从动齿轮和第二从动齿轮，所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮的输出轴分别与所述第一传动软轴和所述第二传动软轴的所述第一端固定连接。

可选地，所述线性传动单元远离所述下夹持装置的一端的端部安装有一固定板，所述固定板用于作为所述传动单元驱动电机的安装基础以及隔离电机震动，所述传动单元驱动电机安装在所述固定板上且所述传动单元驱动电机的输出轴穿过所述固定板与所述线性传动单元传动连接；

所述夹爪驱动组件也安装在所述固定板上。

可选地，所述夹爪驱动电机和所述主动齿轮的安装位置与所述线性传动单元的位置相对应，所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮分布在所述线性传动单元的左右两侧，相应的，所述第一传动软轴和所述第二传动软轴分别从所述线性传动单元左右两侧的空间绕过连接到所述上夹爪和所述下夹爪。

可选地，所述上夹爪包括与所述上连杆固定连接的上固定部，以及相互铰接的第一爪臂和第二爪臂，所述第一爪臂具有第一夹持部，所述第二爪臂具有与所述第一夹持部对应的第二夹持部，所述第一夹持部与所述第二夹持部共同形成用于夹持所述穿刺针紧固件的上夹持腔；

所述第一旋转传动结构包括：设置在所述第一传动软轴的所述第二端的上夹爪驱动轴、贯穿所述第一爪臂和第二爪臂的第一螺纹孔和第二螺纹孔；所述上夹爪驱动轴上设有分别与所述第一螺纹孔和第二螺纹孔螺纹配合的第一螺纹段和第二螺纹段，所述第一螺纹孔和第二螺纹孔的螺纹旋向相反以使所述上夹爪驱动轴旋转时，所述第一爪臂和所述第二爪臂能够相对打开或关闭。

可选地，所述下夹爪包括与所述下连杆固定连接的下固定部，以及相互铰接的第三爪臂和第四爪臂，所述第三爪臂与所述第四爪臂共同形成用于夹持所述穿刺针针身或针尖的下夹持腔；

所述第二旋转传动结构包括：设置在所述第二传动软轴的所述第二端的下夹爪驱动轴、贯穿所述第三爪臂和第四爪臂的第三螺纹孔和第四螺纹孔；所述下夹爪驱动轴上设有分别与所述第三螺纹孔和第四螺纹孔螺纹配合的第三螺纹段和第四螺纹段，所述第三螺纹孔和第四螺纹孔的螺纹旋向相反以使所述下夹爪驱动轴旋转时，所述第三爪臂和所述第四爪臂能够相对打开或关闭。

可选地，所述上夹爪和所述下夹爪的开口朝向相反；所述上夹爪和所述下夹爪设置为均能够相对打开超过90°的夹角，以使所述上夹爪和所述下夹爪在上下对应空间形成用于所述穿刺针退出所述电动末端执行器的退针通道。

可选地，所述穿刺针紧固件包括：

紧固夹，呈筒状，内部设有供穿刺针穿设的穿刺腔，外侧壁开设有贯穿所述紧固夹的上下两端、供穿刺针从侧向脱出的第一侧向槽；所述紧固夹设置为具有适当的弹性以使其在外力施压时能够变形；

紧固套，用于套设在所述紧固夹的外侧，具有向所述紧固夹施压以使其收缩变形进而夹紧所述穿刺针的第一工作位置，以及松开所述紧固夹使其恢复形变，并允许所述穿刺针从所述第一侧向槽退针的第二工作位置。

可选地，所述紧固夹的第一端设置为外径逐渐变小的圆台端，第二端设有第一紧固结构；所述紧固套的第一端设置为与所述圆台端相适配的缩口端，第二端设有与所述第一紧固结构形成紧固配合的第二紧固结构；

所述紧固套适于从所述紧固夹的所述圆台端沿轴向移动套接于所述紧固夹的外侧，在所述第一工作位置，所述紧固套的缩口端挤压所述紧固夹的圆台端以使所述紧固夹收缩变形，且所述第二紧固结构与所述第一紧固结构形成紧固配合，在所述第二工作位置，所述第二紧固结构与所述第一紧固结构解除紧固配合，且所述缩口端离开所述圆台端以使所述紧固夹恢复形变。

可选地，所述第一紧固结构为成型于所述紧固夹的外螺纹，所述第二紧固结构为成型于所述紧固套的内螺纹。

可选地，所述紧固套的外侧壁开设有贯穿所述紧固套上下两端第二侧向槽；在所述第一工作位置，所述第二侧向槽与所述第一侧向槽错位；在所述第二工作位置，所述第二侧向槽与所述第一侧向槽对应连通以形成供所述穿刺针退针的退针槽。

可选地，所述紧固夹圆台端设置为外侧壁开设有多个切缝的多瓣结构。

可选地，所述紧固套的硬度大于所述紧固夹的硬度。

可选地，所述紧固夹为塑料材质，所述紧固套为硬塑料或金属材质。

可选地，所述紧固夹的第二端的端部设有紧固夹帽；在所述第一工作位置，所述紧固套的外表面与所述紧固夹帽的外表面平齐。

本发明第二方面提供一种穿刺手术机器人，包括上述第一方面提供的所述的电动末端执行器。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的电动末端执行器，首先，通过上夹持装置和下夹持装置分别对穿刺针的针尾和针尖的把持，使得穿刺针在穿刺过程中不易弯曲；其次，通过夹爪驱动组件、第一传动软轴、第二传动软轴、第一旋转传动结构和第二旋转传动结构的设置，使得上夹爪和下夹爪在第一传动软轴和第二传动软轴的传动下能够同时打开和关闭，从而实现对穿刺针的针尾和针尖的同时夹持或同时释放；再者，在穿刺进针时，两个传动软轴可以顺应上夹爪和下夹爪的运动而弯曲，在夹持或释放穿刺针时，两个传动软轴可以在转动的同时顺应夹爪驱动轴前后左右的摆动，传动结构简单，实现了复杂的功能，此外由于第一传动软轴和第二传动软轴只传输扭矩，而不传输轴向力，因此避免第一传动软轴和第二传动软轴在传力过程中对上夹持装置和下夹持装置的受力造成干扰。

本发明提供的电动末端执行器，夹爪驱动组件包括一个夹爪驱动电机和齿轮组件，齿轮组件包括与夹爪驱动电机的输出轴固定连接的主动齿轮和分别与第一传动软轴和第二传动软轴连接的第一从动齿轮和第二从动齿轮，通过一个夹爪驱动电机、齿轮组件以及两个传动软轴的设置，实现了一个电机驱动两个夹爪，且满足两个夹爪同时夹持或释放的使用需求，节省了安装空间和成本。

本发明提供的电动末端执行器在实现穿刺针的穿刺手术操作的同时，通过夹爪驱动装置的驱动，使得第一传动软轴带动第一螺纹轴驱动上夹爪动作，使得上夹爪在夹持时可自锁并且可靠的夹持穿刺针，在患者发生误动时，电动末端执行器能够快速释放穿刺针，避免对患者造成伤害。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明实施例中电动末端执行器的立体结构示意图；

图2为图1所示中电动末端执行器中夹爪驱动单元的放大结构示意图；

图3为图1所示中电动末端执行器中上夹爪的立体结构示意图；

图4为图1所示中电动末端执行器中下夹爪的立体结构示意图；

图5为图1所示中电动末端执行器中穿刺针紧固件的立体结构示意图；

图6为图5所示穿刺针紧固件的爆炸结构示意图；

图7为当上下两夹爪不同时释放时穿刺针从弯曲状态伸直的状态示意图。

其中，上述附图中的附图标记为：

10、线性运动单元；11、上连杆；12、下连杆；13、力传感器；14、直线模组；15、滑台；

30、上夹爪；31、第二爪臂；311、第二夹持部；32、第一爪臂；321、第一夹持部；33、上固定部；

40、下夹爪；43、第四爪臂；431、第四夹持部；44、第三爪臂；441、第三夹持部；45、下固定部；

51、上夹爪驱动轴；52、下夹爪驱动轴；

61、第一传动软轴；62、第二传动软轴；

71、第一从动齿轮；72、第二从动齿轮；73、主动齿轮；75、传动单元驱动电机；76、夹爪驱动电机；

80、穿刺针紧固件；81、紧固夹；811、第一侧向槽；83、紧固套；832、第二侧向槽；85、缩口端；

90、穿刺针。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

机器人穿刺可以有效提高穿刺手术的稳定性和精准性，机器人能够稳定地夹持穿刺针90，保持穿刺位置和穿刺角度。

机器人通过末端执行器夹持穿刺针90并进行穿刺进针操作，末端执行器需要具有夹持穿刺针90和穿刺进针的功能。此外，末端执行器还要能快速释放穿刺针90：患者误动时，快速释放穿刺针90避免对患者造成伤害；穿刺完成后，释放穿刺针90，穿刺针90与患者一同进行CT扫描以验证穿刺是否到位。

相关技术中需要手动夹持和释放穿刺针90，通过旋钮、螺栓以及与其联动的夹爪等夹持穿刺针90，对于设计有两个夹爪分别在针尾和针头夹持穿刺针90的方案，更需要手动操作两次，操作复杂费时，不能快速释放。

为此，如图1所示，本实施例提供一种电动末端执行器，具有电动夹持、释放穿刺针90以及电动穿刺进针的功能。具体的，电动末端执行器包括：

线性运动单元10，包括线性传动单元和用于驱动所述线性传动单元进行传动的传动单元驱动电机75；

上夹持装置，包括上连杆11和上夹爪30；上连杆11的第一端可移动连接线性运动单元10的线性传动单元，上夹爪30设置在上连杆11的第二端；上连杆11的第一端和第二端代表上连杆11的一端和另一端两个端部。在线性运动单元10的驱动下，上连杆11能够沿着线性传动单元呈线性的往复移动。上夹爪30用于夹持穿刺针紧固件80，而穿刺针紧固件80在使用时一般夹紧在穿刺针90的针尾处。

下夹持装置，包括下连杆12和下夹爪40；下连杆12的第一端连接在线性传动单元上，下连杆12的第二端设有所述下夹爪40，下夹爪40用于夹持穿刺针90的针身或针尖。

夹爪驱动单元，包括夹爪驱动组件、第一传动软轴61和第二传动软轴62；所述第一传动软轴61和第二传动软轴62的第一端均连接至夹爪驱动组件上并受到夹爪驱动组件的驱动，在夹爪驱动组件的驱动下，第一传动软轴61和第二传动软轴62均可以旋转从而传输扭矩；所述第一传动软轴61的第二端通过第一旋转传动结构连接至上夹爪30，第二传动软轴62的第二端通过第二旋转传动结构连接至下夹爪40；当夹爪驱动组件输出驱动扭矩时，第一传动软轴61和第二传动软轴62在夹爪驱动组件的驱动下能够同时旋转，并通过所述第一旋转传动结构和所述第二旋转传动结构将扭矩传输给上夹爪30和下夹爪40，使得上夹爪30和下夹爪40能够同时打开或同时关闭。

本实施例提供的电动末端执行器，首先，通过上夹持装置和下夹持装置分别对穿刺针90的针尾和针尖进行把持（两点把持），使得穿刺针90在穿刺过程中不易弯曲；其次，由于第一传动软轴61和第二传动软轴62在夹爪驱动组件驱动下能够同时旋转，在第一旋转传动结构和第二旋转传动结构同时传递扭矩的作用下，上夹爪30和下夹爪40能够同时打开或同时关闭，从而实现对穿刺针90针尾和针身/针尖的同时夹持或同时释放。与现有方案中的两步方案相比，除了能够提高工作效率外，在实际使用中也更安全，当上夹爪推动穿刺针时，穿刺针在上下两夹爪之间可能是弯曲的（穿刺针受到上夹爪推力、患者身体较大的阻力、以及下夹爪内侧壁支撑力摩擦力的共同结果），这时，如果只释放了下夹爪，穿刺针会有从弯曲状态伸直的可能，造成误穿刺，如图7所示。此外，由于本实施例只使用了一个电机驱动两个夹爪且传动部分是纯机械传动，因此传动机构更稳定、故障率更低。

再者，在穿刺进针时，两个传动软轴可以分别顺应上夹爪30和下夹爪40的运动而弯曲，具体的，在夹持或释放穿刺针90时，两个传动软轴可以在转动的同时顺应两个传动软轴远离夹爪驱动电机76一端的夹爪驱动轴前后左右的摆动，传动结构简单，实现了复杂的功能。

此外，由于两个传动软轴只传输扭矩，而不传输轴向力，因此两个传动软轴在工作时并不会向上夹持装置和下夹持装置施加额外的轴向力，避免了对上夹持装置和下夹持装置受力情况的干扰，尤其当上夹持装置上增加了力反馈单元时，通过传动软轴的设置能够提高对穿刺力反馈的的精准性。

作为传动软轴的一种实施方式，传动软轴可以采用钢丝软轴。具体到本实施例中，第一传动软轴61和第二传动软轴62均采用钢丝软轴。需要说明的是，本实施例对钢丝软轴的具体长度、外径、挠度等具体参数不作特别的限定，可根据实际需求进行设置。

需要说明的是，在其他实施方式中，作为替代传动软轴的实施方式，还可以是绳传动、鲍登线传动，但是都要设计特殊的结构/机构，才能实现本实施例的传动软轴的有益效果，而通用的绳传动、鲍登线传动不能完全替代本实施例的传动软轴。

对于线性运动单元10，在一种实施方式中，可以是直线传动装置。直线传动装置包括作为线性传动单元的直线模组14和作为传动单元驱动电机75的直线模组14电机，直线模组14又包括直线导轨和滑台15，滑台15能够在直线模组14电机驱动下沿直线导轨往复滑动。但这不是限制性的，在其他实施方式中，直线传动装置还可以选用滚珠丝杠。

在本实施例中，下夹持装置优选固定连接在线性传动单元上，即下夹持装置的下连杆12的第一端与线性传动单元固定连接，通过该设置使得下夹持装置相对于直线模组14的位置固定不动，在穿刺时，上夹持装置夹持着穿刺针90的针尾沿穿刺方向移动，而下夹持装置对穿刺针90的针身或针尖施加一个适当的夹持力，该夹持力不会影响到穿刺针90的正常移动。

需要说明的是，上述描述也不是限制性的，根据实际使用的需要，下夹持装置相对直线模组14也可以是活动的，即将下夹持装置的下连杆12的第一端与线性传动单元的可移动连接。

为了能够对穿刺针90的穿刺力进行检测及反馈，在本实施例中，上夹持装置包括力反馈单元，用于对穿刺针90的穿刺力进行反馈；具体的，力反馈单元包括力传感器13，力传感器13包括固定基座部分和用于在所述上夹爪夹持所述穿刺针进行穿刺时对所述穿刺针的穿刺力进行检测的力测量部件，所述固定基座部分与所述线性传动单元直接连接，所述力测量部件安装于所述固定基座部分且与所述上连杆固定连接。具体的，如图1所示，力传感器13的固定基座部分安装在直线模组的滑台15上，力测量部件安装在固定基座部分，且力测量部件与上连杆固定连接。当上夹爪30夹持穿刺针90进行穿刺时，力测量部件能够实时感知到患者组织施加给穿刺针90、上夹爪30以及上连杆11的反馈力。通过力传感器13实时检测穿刺针90的穿刺力度，能够提高上夹爪30的穿刺精度，使操作者能够对穿刺针90的穿刺力度进行良好把控，提高操作者的临场感的同时大大提高安全性，有效避免医疗事故的发生。

下面对本实施例的夹爪驱动组件进行详细介绍。

如图1和图2所示，所述夹爪驱动组件包括夹爪驱动电机76和齿轮组件。其中，

在一种实施方式中，齿轮组件包括主动齿轮73和两个从动齿轮。主动齿轮73固定连接在夹爪驱动电机76的输出轴上。两个从动齿轮分别为第一从动齿轮71和第二从动齿轮72，第一从动齿轮71和第二从动齿轮72分别与主动齿轮73啮合。第一从动齿轮71和所述第二从动齿轮72的输出轴分别与所述第一传动软轴61和所述第二传动软轴62的所述第一端固定连接。

使用时，夹爪驱动电机76通过其输出轴驱动主动齿轮73转动，由于主动齿轮73同时与第一从动齿轮71和第二从动齿轮72啮合，因此主动齿轮73可以同时带动第一从动齿轮71和第二从动齿轮72转动，进而第一从动齿轮71和第二从动齿轮72同时带动第一传动软轴61和第二传动软轴62转动，使得第一传动软轴61和第二传动软轴62同时传输扭矩，进而带动上夹爪30和下夹爪40同时打开或同时关闭。本实施例实现了一个电机驱动两个夹爪，且满足两个夹爪同时夹持或释放的使用需求，节省了安装空间和成本。

需要说明的是，对于两个传动软轴的驱动，本实施例并不限于齿轮传动，可以理解的是，在其他实施方式中，还可以采用带传动、滚轮传动等传动方式，同样能够实现一个夹爪驱动电机76同时驱动两个传动软轴转动的目的。

在一种实施方式中，如图2所示，传动单元驱动电机75和夹爪驱动电机76并排布置在线性传动单元远离上夹持装置和下夹持装置的一端。为了避免传动单元驱动电机75和夹爪驱动电机76在工作时产生的震动对上夹持装置的穿刺工作造成干扰，在本实施例中，如图2所示，所述线性传动单元远离所述下夹持装置的一端的端部安装有一固定板，所述固定板一方面作为所述传动单元驱动电机75的安装基础，另一方面用于隔离传动单元驱动电机75和夹爪驱动电机76工作时的震动，传动单元驱动电机75和夹爪驱动电机76并排着安装在固定板上，而传动单元驱动电机75的输出轴穿过所述固定板与所述线性传动单元传动连接。

第一方面，将固定板设置在线性传动单元远离下夹持装置和上夹持装置一端的端部，增加了两个驱动电机与上夹持装置和下夹持装置的物理距离，这样可以降低电机震动对上夹持装置和下夹持装置的影响，尤其是上夹持装置设有力传感器13时，力传感器13用于检测并实时反馈上夹爪30夹持穿刺针90在穿刺过程中的穿刺力，电机震动会造成对力反馈的干扰，导致力反馈精度降低，而两个驱动电机通过固定板设置于远离力传感器13的位置，可以降低电机震动对力反馈精度的影响；第二方面，固定板还能够起到隔离电机震动的作用，这样可以进一步降低两个驱动电机对上夹持装置、下夹持装置的影响。第三方面，力传感器包括固定基座部分和力测量部件，固定基座部分与直线模组的滑台固定连接，而力测量部件与上夹持装置的上连杆相连接，对于力传感器来说，其力测量部件不能与电机连接，在本实施例中，两个驱动电机不仅远离力传感器设置而且与力测量部件没有连接关系，满足力测量部件的测量要求。

进一步地，在本实施例中，如图2所示，第一从动齿轮71和第二从动齿轮72分别啮合在主动齿轮73的左右两侧，主动齿轮73安装在第一从动齿轮71和第二从动齿轮72中间且位置与直线模组14的位置相对应，而第一从动齿轮71和第二从动齿轮72从直线模组14的左右两侧露出。第一传动软轴61和第二传动软轴62分别从第一从动齿轮71和第二从动齿轮72的中心轴处引出，绕过直线模组14左右两侧的空间后连接到上夹爪30和下夹爪40，参阅图1。本实施例之所以将两个从动齿轮设置在主动齿轮73的左右两侧，是因为若两个从动齿轮设置在主动齿轮73的同一侧，则会导致两个传动软轴在同一侧出现干涉或者其中一个传动软轴需要绕过直线模组14的后方再绕到直线模组14前方的夹爪处，造成对直线模组14以及直线模组14上力传感器13的干涉，不利于力传感器13的检测精度。因此，在本实施例中，通过将第一从动齿轮71和第二从动齿轮72分别设置在主动齿轮73的左右两侧，且第一传动软轴61和第二传动软轴62从直线模组14左右两侧空白的区域引出，避免了两个传动软轴对直线模组14以及直线模组14上力传感器13的影响，换言之，也避免了直线模组14对两个传动软轴传输扭矩功能的影响。

下面将结合附图对本实施例的上夹爪30和下夹爪40的实施方式进行介绍。

如图3示出了一种上夹爪30的实施方式，上夹爪30包括用于与所述上连杆11固定连接的上固定部33，以及相互铰接的第一爪臂32和第二爪臂31。其中，

第一爪臂32具有第一夹持部321，所述第二爪臂31具有与所述第一夹持部321对应的第二夹持部311，所述第一夹持部321与所述第二夹持部311共同形成用于夹持所述穿刺针紧固件80的上夹持腔。在一种实施方式中，如图3所示，第一夹持部321和第二夹持部311均为弧形凹槽结构，第一夹持部321和第二夹持部311围合形成的上夹持腔大体呈圆形，用于夹持圆形的穿刺针紧固件80。需要说明的是，对于上夹持腔的具体形状和尺寸，本实施例不作特别的限定，可以根据穿刺针90紧固夹81被夹持部位的形状来定制设计。

第一爪臂32和第二爪臂31相对应的铰接端通过铰接结构例如铰接轴实现铰接连接，与铰接端相对的另一端为能够开合的自由端。

在一种实施方式中，上固定部33为固定连接在第一爪臂32侧壁的固定臂，固定臂朝向上连杆11延伸，如图1所示，固定臂通过螺栓等紧固件固定在上连杆11上，从而实现上夹爪30的第一爪臂32与上连杆11的固定连接。通过该种设置使得当上夹爪驱动轴51驱动上夹爪30打开或关闭时，第一爪臂32固定不动，第二爪臂31相对第一爪臂32转动以打开或关闭。

当然，本发明并不限于上述设置方式，在其他实施方式中，固定臂还可以固定连接于铰接轴与上连杆11之间，上夹爪驱动轴51驱动第一爪臂32和第二爪臂31同时绕铰接轴转动，从而实现上夹爪30的打开或关闭。

进一步的，在本实施例中，如图3所示，第一旋转传动结构包括上夹爪驱动轴51、第一螺纹孔和第二螺纹孔。其中，上夹爪驱动轴51设置在第一传动软轴61的第二端的端部，在一种实施方式中，上夹爪驱动轴51可通过焊接的方式固定在第一传动软轴61的第二端的端部。第一螺纹孔和第二螺纹孔分别成型在第一爪臂32和第二爪臂31靠近铰接轴的部位，第一螺纹孔和第二螺纹孔分别贯穿第一爪臂32和第二爪臂31。

上夹爪驱动轴51分为两段，即第一螺纹段和第二螺纹段。第一螺纹段用于与第一螺纹孔形成螺纹配合，第二螺纹段用于与第二螺纹孔形成螺纹配合。为了实现上夹爪驱动轴51同向旋转时，第一爪臂32和第二爪臂31能够朝相反方向转动，即实现上夹爪30的打开或关闭，在本实施例中，第一螺纹孔和第二螺纹孔设置为螺纹旋向相反的螺纹孔，相应的，第一螺纹段和第二螺纹段也设置为螺纹旋向相反的螺纹段。

在一种实施方式中，下夹爪40的结构与上夹爪30的结构相似。具体如图4所示，下夹爪40包括与所述下连杆12固定连接的下固定部45，以及相互铰接的第三爪臂44和第四爪臂43，所述第三爪臂44与所述第四爪臂43共同形成用于夹持所述穿刺针90针身或针尖的下夹持腔；

第三爪臂44和第四爪臂43相对应的铰接端通过铰接结构例如铰接轴实现铰接连接，与铰接端相对的另一端为能够开合的自由端。在一种实施方式中，下固定部45为固定连接在第三爪臂44侧壁的固定臂，固定臂朝向下连杆12延伸，如图1所示，固定臂通过螺栓等紧固件固定在下连杆12上，从而实现下夹爪40的第三爪臂44与下连杆12的固定连接。通过该种设置使得当下夹爪驱动轴52驱动下夹爪40打开或关闭时，第三爪臂44固定不动，第四爪臂43相对第三爪臂44转动以打开或关闭。当然，本发明并不限于上述设置方式，在其他实施方式中，固定臂还可以固定连接于铰接轴与上连杆11之间，下夹爪驱动轴52驱动第三爪臂44和第四爪臂43同时绕铰接轴转动，从而实现下夹爪40的打开或关闭。

进一步的，在本实施例中，如图4所示，第二旋转传动结构包括下夹爪驱动轴52、第三螺纹孔和第四螺纹孔。其中，下夹爪驱动轴52设置在第二传动软轴62的第二端的端部，在一种实施方式中，下夹爪驱动轴52可通过焊接的方式固定在第二传动软轴62的第二端的端部。第三螺纹孔和第四螺纹孔分别成型在第三爪臂44和第四爪臂43靠近铰接轴的部位，第三螺纹孔和第四螺纹孔分别贯穿第三爪臂44和第四爪臂43。

下夹爪驱动轴52分为两段，即第三螺纹段和第四螺纹段。第三螺纹段用于与第三螺纹孔形成螺纹配合，第四螺纹段用于与第四螺纹孔形成螺纹配合。为了实现下夹爪驱动轴52同向旋转时，第三爪臂44和第四爪臂43能够朝相反方向转动，即实现下夹爪40的打开或关闭，在本实施例中，第三螺纹孔和第四螺纹孔设置为螺纹旋向相反的螺纹孔，相应的，第三螺纹段和第四螺纹段也设置为螺纹旋向相反的螺纹段。

下夹爪40与上夹爪30的结构区别在于，下夹爪40的第三夹持部441和第四夹持部431为半圆孔形结构，两个半圆孔结构围合形成的下夹持腔大体为圆孔，圆孔的尺寸与穿刺针90的针身和针尖相当，以使得下夹持闭合时能够夹紧穿刺针90的针身或针尖。

由于第一传动软轴61和第二传动软轴62的旋转方向相反，因此连接于第一传动软轴61和第二传动软轴62第二端的上夹爪30和下夹爪40的开口朝向相反。为了让穿刺针90及其穿刺针紧固件80能够根据实际需求顺利地从上下夹持腔中脱离出来，在本实施例中，所述上夹爪30和所述下夹爪40设置为均能够相对打开超过90°的夹角，以使所述上夹爪30和所述下夹爪40在上下对应空间形成用于所述穿刺针90退出所述电动末端执行器的退针通道。

具体的，以上夹爪30为例，如图3所示，为了避免第二爪臂31在打开过程中受到上夹爪驱动轴51的第二螺纹段的干涉，因此在第二螺纹孔的旁侧加工出与第二螺纹孔连通的防干涉空间，防干涉空间的尺寸在此不作具体限制，只要能够允许第二爪臂31相对第一爪臂32打开超过90°即可。

穿刺针紧固件80一方面用于夹持穿刺针90，另一方面用于作为中间件被电动末端执行器的夹爪夹持。在本实施例中，穿刺针紧固件80内部用于夹持穿刺针90的针尾，外部用于被本实施例的电动末端执行器的上夹爪30夹持。

穿刺针90是细长杆件，不易直接夹持。相关技术中先使用中间件与穿刺针90紧固，再用夹爪夹持中间件。但中间件不易与穿刺针90脱离，夹爪松开后，中间件仍然留在穿刺针90上，造成穿刺针90倾倒等不利影响。

为此，本实施例提供一种用于电动末端执行器的穿刺针紧固件80。以下结合附图对穿刺针紧固件80的实施方式进行说明。

在本实施例中，如图5和图6所示，穿刺针紧固件80包括紧固夹81和紧固套83。其中，

紧固夹81，呈筒状，内部设有供穿刺针90穿设的穿刺腔，外侧壁开设有贯穿紧固夹81上下两端、供穿刺针90从侧向脱出的第一侧向槽811；所述紧固夹81设置为具有适当的弹性以使其在外力施压时能够变形；

紧固套83，用于套设在所述紧固夹81的外侧，具有向所述紧固夹81施压以使其收缩变形进而夹紧所述穿刺针90的第一工作位置，以及松开所述紧固夹81使其恢复形变，并允许所述穿刺针90从所述第一侧向槽811退针的第二工作位置。

在一种实施方式中，紧固夹的穿刺腔的最小截面积小于穿刺针被夹持部位例如针尾的截面积，使得当紧固夹安装在穿刺针上时（在安装紧固套之前），紧固夹能够利用轻微的弹性形变而夹持住穿刺针，这样更便于后续安装紧固套。

该实施方式的穿刺针紧固件的具体安装和使用过程如下：

安装时，先将紧固夹81套设在穿刺针90的设定位置处，由于此时的紧固夹81并没有收缩变形，因此紧固夹81的穿刺腔仅仅是夹着穿刺针90但没有夹紧，当然这种夹持力最好能保证紧固夹81不脱落。之后，再将紧固套83套设在紧固夹81的外侧，将紧固套83调整为第一工作位置，此时紧固套83会向紧固夹81施压从而使紧固夹81收缩变形而夹紧穿刺针90，此时紧固夹81施加到穿刺针90上的夹持力能够满足穿刺时对穿刺针90的夹持力度要求。当穿刺完毕或者患者误动需要将穿刺针紧固件80从穿刺针90上取下时，操作者可以在上夹爪30松开后将紧固套83调整为第二工作位置，此时紧固套83施加到紧固夹81上的作用力减小或消除，使紧固夹81部分恢复形变或全部恢复形变，从而允许穿刺针90从紧固夹81的第一侧向槽811中退出来。与相关技术的中间件相比，本实施例的穿刺针紧固件80更容易与穿刺针90脱离。

需要说明的是，本发明并不限于上述实施方式，在其他实施方式中，紧固夹的穿刺腔的最小截面积可以等于或大于穿刺针被夹持部位例如针尾的截面积，当操作者将紧固夹安装在穿刺针上后，需要用一只手捏住紧固夹避免紧固夹掉落，然后用另一只手安装紧固套。显然该种方式下安装会复杂一些，但是由于紧固夹与穿刺针之间没有预设的夹紧力，因此当紧固套调节至第二工作位置时，操作者可以很方便的从穿刺针上将紧固夹取下。

具体的，在一种实施方式中，如图6所示，所述紧固夹81的第一端设置为外径逐渐变小的圆台端，第二端上设有第一紧固结构；所述紧固套83的第一端设置为与所述圆台端相适配的缩口端85，第二端设有与所述第一紧固结构形成紧固配合的第二紧固结构；

使用时，紧固套83适于从紧固夹81的所述圆台端沿轴向移动套接于所述紧固夹81的外侧，当需要夹紧穿刺针90时，操作者操作紧固套83沿紧固夹81的轴向移动，当紧固套83移动至第一工作位置时，紧固套83的缩口端85挤压所述紧固夹81的圆台端以使紧固夹81的圆台端收缩变形，紧固夹81内部的穿刺腔同时收缩变形从而夹紧穿刺针90，与此同时，紧固套83上的第二紧固结构与紧固夹81上的第一紧固结构形成紧固配合，这时操作者的手就可以脱离了，完成对穿刺针90的夹紧动作。当需要将穿刺针90从穿刺针紧固件80上取下时，操作者反向移动紧固套83，使紧固套83移动至第二工作位置，此时紧固套83的第二紧固结构与紧固夹81的第一紧固结构解除紧固配合，紧固套83施加到紧固夹81上的压力减小或消除了，紧固夹81及其穿刺腔部分或全部恢复形变，此时，穿刺针90就可以从穿刺针紧固件80上脱离了。

进一步地，在一种优选的实施方式中，所述第一紧固结构为成型于所述紧固夹81的外螺纹，所述第二紧固结构为成型于所述紧固套83的内螺纹。如图6所示，操作者可以旋转紧固套83使紧固套83沿着紧固夹81的轴向旋转向上，当旋转上移至第一工作位置时，紧固套83将紧固夹81锁紧；当需要解除对穿刺针90的夹紧力时，操作者反向旋转紧固套83使紧固套83沿紧固夹81轴向向下移动，紧固夹81部分或全部恢复形变。

为了方便将紧固夹81和紧固套83同时取下，所述紧固套83的外侧壁开设有贯穿所述紧固套83上下两端第二侧向槽832；在所述第一工作位置，所述第二侧向槽832与所述第一侧向槽811错位；在所述第二工作位置，所述第二侧向槽832与所述第一侧向槽811对应连通以形成供所述穿刺针90退针的退针槽。

为了让紧固夹81能够更好的实现形变，所述紧固夹81圆台端设置为外侧壁开设有多个切缝的多瓣结构，在紧固套83的压力作用下，多瓣结构能够同时向内收缩，且多瓣结构能够实现更大的形变量。

为了实现紧固套83对紧固夹81的锁紧，所述紧固套83的硬度大于所述紧固夹81的硬度。在一种实施方式中，所述紧固夹81为塑料材质，所述紧固套83为硬塑料或金属材质。

此外，所述紧固夹81的第二端的端部设有紧固夹81帽；在所述第一工作位置，所述紧固套83的外表面与所述紧固夹81帽的外表面平齐。如图5所示，紧固套83与紧固夹81形成平齐的圆柱面，方便夹爪的夹持。

本实施例还提供一种穿刺手术机器人，包括穿刺手术机器人的电动末端执行器，穿刺手术机器人的电动末端执行器为如上所述的穿刺手术机器人的电动末端执行器，进而上述穿刺手术机器人的电动末端执行器所具有的优点，本实施例中的穿刺手术机器人也应具有，在此不再赘述。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (17)

1.一种电动末端执行器，其特征在于，包括：

线性运动单元，包括线性传动单元和用于驱动所述线性传动单元进行传动的传动单元驱动电机；

上夹持装置，包括第一端可移动连接所述线性传动单元的上连杆和设置在所述上连杆的第二端的上夹爪，所述上连杆在所述线性运动单元驱动下可沿所述线性传动单元往复移动，所述上夹爪用于夹持穿刺针针尾处的穿刺针紧固件；所述上夹持装置包括力传感器，所述力传感器包括固定基座部分和用于在所述上夹爪夹持所述穿刺针进行穿刺时对所述穿刺针的穿刺力进行检测的力测量部件，所述固定基座部分与所述线性传动单元直接连接，所述力测量部件安装于所述固定基座部分且与所述上连杆固定连接；

下夹持装置，包括第一端连接所述线性传动单元的下连杆以及设置在所述下连杆的第二端的下夹爪，所述下夹爪用于夹持所述穿刺针的针身或针尖；

夹爪驱动单元，包括夹爪驱动组件、第一传动软轴和第二传动软轴，所述第一传动软轴和第二传动软轴的第一端分别与所述夹爪驱动组件连接并在所述夹爪驱动组件驱动下传输扭矩，所述第一传动软轴和所述第二传动软轴的第二端分别通过第一旋转传动结构和第二旋转传动结构连接所述上夹爪和下夹爪；所述第一传动软轴和所述第二传动软轴在所述夹爪驱动组件驱动下同时旋转，并通过所述第一旋转传动结构和所述第二旋转传动结构带动所述上夹爪和所述下夹爪同时打开或同时关闭。

2.根据权利要求1所述的电动末端执行器，其特征在于，所述第一传动软轴和所述第二传动软轴均为钢丝软轴。

3.根据权利要求1所述的电动末端执行器，其特征在于，所述夹爪驱动组件包括：

夹爪驱动电机；

齿轮组件，所述齿轮组件包括与所述夹爪驱动电机的输出轴固定连接的主动齿轮，以及分别与所述主动齿轮啮合的第一从动齿轮和第二从动齿轮，所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮的输出轴分别与所述第一传动软轴和所述第二传动软轴的所述第一端固定连接。

4.根据权利要求3所述的电动末端执行器，其特征在于，所述线性传动单元远离所述下夹持装置的一端的端部安装有一固定板，所述固定板用于作为所述传动单元驱动电机的安装基础以及隔离电机震动，所述传动单元驱动电机安装在所述固定板上且所述传动单元驱动电机的输出轴穿过所述固定板与所述线性传动单元传动连接；

所述夹爪驱动组件也安装在所述固定板上。

5.根据权利要求4所述的电动末端执行器，其特征在于，所述夹爪驱动电机和所述主动齿轮的安装位置与所述线性传动单元的位置相对应，所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮分布在所述线性传动单元的左右两侧，相应的，所述第一传动软轴和所述第二传动软轴分别从所述线性传动单元左右两侧的空间绕过连接到所述上夹爪和所述下夹爪。

6.根据权利要求1所述的电动末端执行器，其特征在于，所述上夹爪包括与所述上连杆固定连接的上固定部，以及相互铰接的第一爪臂和第二爪臂，所述第一爪臂具有第一夹持部，所述第二爪臂具有与所述第一夹持部对应的第二夹持部，所述第一夹持部与所述第二夹持部共同形成用于夹持所述穿刺针紧固件的上夹持腔；

所述第一旋转传动结构包括：设置在所述第一传动软轴的所述第二端的上夹爪驱动轴、贯穿所述第一爪臂和第二爪臂的第一螺纹孔和第二螺纹孔；所述上夹爪驱动轴上设有分别与所述第一螺纹孔和第二螺纹孔螺纹配合的第一螺纹段和第二螺纹段，所述第一螺纹孔和第二螺纹孔的螺纹旋向相反以使所述上夹爪驱动轴旋转时，所述第一爪臂和所述第二爪臂能够相对打开或关闭。

7.根据权利要求6所述的电动末端执行器，其特征在于，所述下夹爪包括与所述下连杆固定连接的下固定部，以及相互铰接的第三爪臂和第四爪臂，所述第三爪臂与所述第四爪臂共同形成用于夹持所述穿刺针针身或针尖的下夹持腔；

所述第二旋转传动结构包括：设置在所述第二传动软轴的所述第二端的下夹爪驱动轴、贯穿所述第三爪臂和第四爪臂的第三螺纹孔和第四螺纹孔；所述下夹爪驱动轴上设有分别与所述第三螺纹孔和第四螺纹孔螺纹配合的第三螺纹段和第四螺纹段，所述第三螺纹孔和第四螺纹孔的螺纹旋向相反以使所述下夹爪驱动轴旋转时，所述第三爪臂和所述第四爪臂能够相对打开或关闭。

8.根据权利要求7所述的电动末端执行器，其特征在于，所述上夹爪和所述下夹爪的开口朝向相反；所述上夹爪和所述下夹爪设置为均能够相对打开超过90°的夹角，以使所述上夹爪和所述下夹爪在上下对应空间形成用于所述穿刺针退出所述电动末端执行器的退针通道。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的电动末端执行器，其特征在于，所述穿刺针紧固件包括：

紧固夹，呈筒状，内部设有供穿刺针穿设的穿刺腔，外侧壁开设有贯穿所述紧固夹的上下两端、供穿刺针从侧向脱出的第一侧向槽；所述紧固夹设置为具有适当的弹性以使其在外力施压时能够变形；

紧固套，用于套设在所述紧固夹的外侧，具有向所述紧固夹施压以使其收缩变形进而夹紧所述穿刺针的第一工作位置，以及松开所述紧固夹使其恢复形变，并允许所述穿刺针从所述第一侧向槽退针的第二工作位置。

10.根据权利要求9所述的电动末端执行器，其特征在于，所述紧固夹的第一端设置为外径逐渐变小的圆台端，第二端设有第一紧固结构；所述紧固套的第一端设置为与所述圆台端相适配的缩口端，第二端设有与所述第一紧固结构形成紧固配合的第二紧固结构；

所述紧固套适于从所述紧固夹的所述圆台端沿轴向移动套接于所述紧固夹的外侧，在所述第一工作位置，所述紧固套的缩口端挤压所述紧固夹的圆台端以使所述紧固夹收缩变形，且所述第二紧固结构与所述第一紧固结构形成紧固配合，在所述第二工作位置，所述第二紧固结构与所述第一紧固结构解除紧固配合，且所述缩口端离开所述圆台端以使所述紧固夹恢复形变。

11.根据权利要求10所述的电动末端执行器，其特征在于，所述第一紧固结构为成型于所述紧固夹的外螺纹，所述第二紧固结构为成型于所述紧固套的内螺纹。

12.根据权利要求11所述的电动末端执行器，其特征在于，所述紧固套的外侧壁开设有贯穿所述紧固套上下两端第二侧向槽；在所述第一工作位置，所述第二侧向槽与所述第一侧向槽错位；在所述第二工作位置，所述第二侧向槽与所述第一侧向槽对应连通以形成供所述穿刺针退针的退针槽。

13.根据权利要求10所述的电动末端执行器，其特征在于，所述紧固夹圆台端设置为外侧壁开设有多个切缝的多瓣结构。

14.根据权利要求9所述的电动末端执行器，其特征在于，所述紧固套的硬度大于所述紧固夹的硬度。

15.根据权利要求14所述的电动末端执行器，其特征在于，所述紧固夹为塑料材质，所述紧固套为硬塑料或金属材质。

16.根据权利要求10所述的电动末端执行器，其特征在于，所述紧固夹的第二端的端部设有紧固夹帽；在所述第一工作位置，所述紧固套的外表面与所述紧固夹帽的外表面平齐。

17.一种穿刺手术机器人，其特征在于，包括根据权利要求1-16中任一项所述的电动末端执行器。