CN117942168A - 用于单侧双通道脊柱内镜的手术机器人执行器及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种应用于单侧双通道脊柱内镜的手术机器人执行器及其系统，属于医疗器械领域。手术机器人集成刚性直杆器械和柔性可弯器械，提高手术器械的灵活性与工作范围，实现复杂区域的操作；机器人可以利用主从控制系统结合内镜系统可实现复杂操作区域的手术操作，提高手术效率；通过设置快换装置，可根据手术需求快速更换不同手术器械，完成剥离、探查、磨削、夹持和电凝等多功能手术操作，提高手术机器人手术适用性，辅助医生完成全流程的脊柱内镜手术操作。

Description

用于单侧双通道脊柱内镜的手术机器人执行器及系统

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种用于单侧双通道脊柱内镜的手术机器人执行器及系统。

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，并不必然构成现有技术。

与传统脊柱开放手术相比，脊柱内镜手术不需要破坏关节突关节和椎板，减少牵拉神经根和硬脊膜囊，能够最大地保证脊柱手术节段的稳定性，减少因为脊柱不稳等因素导致的长期疼痛不适等并发症的发生，该手术需要在狭窄骨性腔道中完成，通过穿刺定位和镜下操作实现髓核摘除、神经根减压，具有减少组织损伤和出血量，减轻术后疼痛，缩短恢复时间等优势。

发明人发现，传统脊柱内镜手术均为医生手动操作，操作流程复杂、学习曲线长，对医生操作水平和精力要求较高，且传统的脊柱内镜手术存在器械灵活性差、感知能力弱、手术安全与治疗效果难以保证等临床问题；而现有的椎间孔镜机器人存在以下不足：(1)在脊柱内镜手术中需要使用不同的器械来实现髓核夹持、磨削、剥离、探查、凝血等多功能操作，现有的椎间孔镜机器人更换手术器械较为繁琐，无法快速更换手术器械；(2)当内镜与手术器械从同一通道进入时，内镜下观察手术器械的视野狭窄，不方便观察手术器械进行操作；(3)内镜与执行器同轴线，内镜的自由度少，活动受限，手术操作灵活性受限。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种用于单侧双通道脊柱内镜的手术机器人执行器及系统，提高了手术器械的灵活性与工作空间，通过设置快换单元，可根据手术需求快速更换手术器械，进行多种不同的手术操作，进一步提高了手术机器人的适应性。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种用于单侧双通道脊柱内镜的手术机器人执行器。

一种用于单侧双通道脊柱内镜的手术机器人执行器，包括：基座、快换单元、驱动单元、旋转单元和进给单元；

所述快换单元至少包括末端手术工具、柔性臂和移动滑台，柔性臂与末端手术工具连接，移动滑台布置在基座内，且所述移动滑台与柔性臂内的驱动丝连接以通过驱动丝的往复收放控制柔性臂的动作；

驱动单元与快换单元连接以驱动移动滑台的轴向移动，旋转单元与快换单元连接以驱动快换单元的轴向旋转，进给单元与基座连接以驱动快换单元的前进和后退。

作为本发明第一方面进一步的限定，所述移动滑台，包括：紧线模块、轴承端盖、直线轴承、滑台本体、丝杠螺母和防护扣盖，所述直线轴承安装在滑台本体内且通过轴承端盖固定，所述直线轴承套在光轴上，以使得所述移动滑台能够沿光轴滑动；

所述丝杠螺母安装在滑台本体内并套在丝杠上，丝杠与驱动单元的输出端连接以带动移动滑台沿轴向移动。

作为本发明第一方面更进一步的限定，所述紧线模块，包括：绕线盘、蜗杆支撑轴、蜗杆、蜗轮支撑轴、滚动轴承和蜗轮；

驱动丝缠绕在绕线盘上，绕线盘和蜗轮套在蜗轮支撑轴上，支撑轴的两端分别通过滚动轴承安装在滑台本体内，蜗轮末端与绕线盘前端配合连接，蜗轮和支撑轴之间固定连接，蜗杆与蜗杆支撑轴之间固定连接，蜗杆支撑轴通过两端的滚动轴承安装在滑台本体内；

防护扣盖与滑台本体固定连接以将紧线模块和直线轴承固定在移动滑台内。

作为本发明第一方面进一步的限定，柔性臂内沿圆周均匀的布置有四根驱动丝，每根驱动丝与一个移动滑台连接，各个移动滑台沿快换单元的轴向依次布置。

作为本发明第一方面进一步的限定，所述末端手术工具为髓核钳，所述柔性臂包括球窝末端、球窝单元和球窝基座，髓核钳、球窝末端、球窝单元和球窝基座通过驱动丝串接固定连接，球窝基座的末端与连接杆连接。

作为本发明第一方面更进一步的限定，所述髓核钳，包括：主壳体、上钳口、丝线、第一销轴、连接件和第二销轴；

主壳体与上钳口通过第一销轴连接，以使得上钳口能够绕第一销轴旋转，丝线的末端固定于连接件上，连接件通过第二销轴与上钳口连接，通过丝线的前后运动，推拉上钳口的末端，产生扭矩，以使上钳口绕第一销轴转动做开合运动。

作为本发明第一方面进一步的限定，所述驱动单元，包括：驱动电机和传动齿圈模块，所述传动齿圈模块，包括：第一圆柱齿轮、轴承、轴承挡环、传动齿圈、间隔盘、第二柱齿轮、光轴和丝杠；

驱动电机的输出轴与第一圆柱齿轮尾部相连，第一圆柱齿轮与传动齿圈外啮合，传动齿圈与第二圆柱齿轮内啮合，第二圆柱齿轮尾部与丝杠啮合连接；

传动齿圈与轴承挡环固定连接，传动齿圈通过轴承与基座配合连接，以使得传动齿圈与基座发生相对旋转运动，丝杠和光轴的末端与间隔盘固定连接。

作为本发明第一方面进一步的限定，所述驱动单元，还包括：钻头夹、第一导向套、驱动丝磁块、弹簧套管固定座、第一磁铁、第二磁铁、驱动丝磁块挡板、铁固定座、导轨、推杆基座、磁铁压盖、驱动丝压紧轴、第二导向套和推杆电机；

导轨与推杆电机固定在电动推杆基座上，推杆电机与铁固定座相连，铁固定座通过滑块在导轨上运动，驱动丝磁块挡板与铁固定座通过螺栓固定，驱动丝磁块内嵌第一磁铁，通过与铁固定座的磁吸与驱动丝磁块挡板固定，第二导向套通过螺栓与驱动丝磁块固定，驱动丝压紧轴通过固定环与驱动丝磁块固定，固定环通过轴承与驱动丝磁块连接；

磁铁内嵌在电动推杆基座上，弹簧套管固定座与电动推杆基座通过螺栓固定连接，磁铁压盖内部通过嵌入第二磁铁，通过磁吸作用与弹簧套固定座固定，第一导向套与磁铁压盖通过螺栓固定连接，磁铁压盖内部通过固定环固定连接轴，连接轴通过轴承与磁铁压盖连接，钻头夹与连接轴固定连接。

作为本发明第一方面进一步的限定，所述旋转单元，包括：蜗轮蜗杆减速器、第一锥齿轮、第二锥齿轮、前端轴承转轴、轴承、电机、轴承挡圈和电机支座；

电机通过电机支座与蜗轮蜗杆减速器连接，电机的输出轴与接蜗轮蜗杆减速器的输入轴连接，第一锥齿轮与蜗轮蜗杆减速器的动力输出轴连接；

第二锥齿轮与第一锥齿轮啮合，第二锥齿轮与快换单元的本体固定连接，前端轴承转轴通过轴承与轴承挡圈配合连接，前端轴承转轴与快换单元的本体固定连接，以使得快换单元能够与轴承挡圈相对旋转。

作为本发明第一方面进一步的限定，进给单元，包括：支撑底座、丝杠、导轨、滑块、丝杠螺母连接板、丝杠螺母、轴承支座、轴承、滑块连接板、联轴器、电机支座和电机；

支撑底座的底部设有用于与机械臂连接的机械臂接口，两条导轨平行布置且均与支撑底座固定连接，两条导轨上均滑动连接有滑块，两条导轨上对应的滑块直接通过滑块连接板连接，滑块连接板与基座固定连接；

丝杠的两端分别通过滚动轴承与轴承支座连接，轴承支座与支撑底座固定连接，丝杠螺母连接块通过丝杠螺母与丝杠配合连接；

电机固定在电机支座上，电机支座与支撑底座连接，电机的动力输出轴与联轴器配合连接，联轴器与丝杠末端配合连接，以将电机输出的旋转运动传递给丝杠。

第二方面，本发明提供了一种单侧双通道脊柱内镜手术机器人系统。

一种单侧双通道脊柱内镜手术机器人系统，包括：导航定位系统、手术机器人、内镜系统和主从操作系统；

所述导航定位系统用于脊柱图像重建与配准，术前入路设计与规划，视觉引导所述机械臂定位及手术工作通道建立；

所述手术机器人包括六自由度机械臂与本发明第一方面所述的手术机器人执行器，六自由度机械臂用于在主控台主手的控制下进行手术入路定位和镜下机器人姿态调整；

所述内镜系统包括六自由度机械臂和脊柱内镜，用于在水环境中观察手术部位组织状态；

所述主从操作系统用于控制手术机器人和内镜系统在术区进行相应操作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过设置快换单元，能够实现有源电机与无源器械的分离，便于器械的更换和消毒，提高了系统的成熟度，可根据手术需求快速更换手术器械，进行多种不同的手术操作，进一步提高手术机器人适应性，辅助医生完成全流程的脊柱内镜手术操作。

2、本发明集成了刚性直杆器械和柔性可弯器械，解决了传统手术器械在手术空间受限下操作灵活性不足和刚度无法根据手术需求调整的问题，可实现骨性腔道内灵活运动，提高了手术器械的灵活性与工作空间，实现了狭小和复杂区域的操作，利用主从控制系统结合内镜影像可实现复杂操作区域的手术操作，提高了手术效率，并可集成力传感器，进一步提高手术器械感知能力、增大手术安全性、实现良好的治疗效果。

3、本发明的快换单元整体外观设计为塔形机构，对于快换单元的设置，采用塔形结构，提高了快换效率，采用驱动滑台多级分布方式，减小了径向尺寸，增大了长径比，有效地解决了UBE术式下内镜与器械的工作空间干涉问题。

4、本发明的柔性臂主要为微型连续体操作臂，在驱动丝收放作用下可实现柔性臂的弯曲，实现复杂狭小术区的手术操作，根据手术工具的不同连续体结构采用不同的构型，对于髓核钳手术工具采用球窝连续体构型，对于磨钻手术工具采用椎骨铰链式连续体构型，通过提高驱动丝的拉紧力可实现柔性连续体操作臂的刚性，实现大负载的手术操作。

5、本发明通过合理设置各绕线盘的位置，使各绕线盘的边线与同一圆相切，控制引出的驱动丝不发生偏斜，减小摩擦，能够更精准的控制柔性臂。

本发明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，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明实施例1中手术机器人执行器整体示意图；

图2为本发明实施例1中快换单元结构示意图；

图3为本发明实施例1中柔性臂和末端手术工具模块的结构示意图；

图4为本发明实施例1中移动滑台和紧线模块的结构爆炸图；

图5为本发明实施例1中驱动单元的结构爆炸图；

图6为本发明实施例1中驱动单元驱动-传动链原理示意图；

图7为本发明实施例1中末端手术工具驱动机构的原理示意图；

图8为本发明实施例1中旋转单元的原理示意图；

图9为本发明实施例1中进给机构结构示意图；

图10为本发明实施例2所提供的用于单侧双通道脊柱内镜的手术机器人系统示意图；

图中：1、快换单元；2、驱动单元；3、旋转单元；4、进给单元；

11、柔性臂；12、移动滑台；13、连接杆；14、光轴；15、丝杠；

111、髓核钳；112、球窝末端；113、球窝单元；114、球窝基座；1111、主壳体；1112、上钳口；1113、镍钛合金丝；1114、销轴；1115、连接件；

121、紧线模块；122、轴承端盖；123、直线轴承；124、滑台；125、丝杠螺母；126、防护扣盖；1211、绕线盘；1212、蜗杆支撑轴；1213、滚动轴承；1214、蜗杆；1215、蜗轮支撑轴；1216、滚动轴承；1217、蜗轮；

21、驱动电机模块；22、传动齿圈模块；23、基座；24、上盖；25、末端手术工具驱动模块；

221、第一圆柱齿轮；222、轴承；223、轴承挡环；224、传动齿圈；225、间隔盘；226、第二圆柱齿轮；12、移动滑台；14、光轴；15、丝杠；

2501、钻头夹；2502、第一导向套；2503、驱动丝磁块；2504、弹簧套管固定座；2505、10mm磁铁；2506、驱动丝磁块挡板；2507、铁固定座；2508、导轨；2509、LA10电动推杆基座；2510、磁铁压盖；2511、驱动丝压紧轴；2512、第二导向套；2513、推杆电机；

31、蜗轮蜗杆减速器；32、第一锥齿轮；33、第二锥齿轮；34、前端轴承转轴；35、轴承；36、RE16电机；37、轴承挡圈；38、电机支座；

401、支撑底座；402、丝杠；403、导轨；404、滑块；405、丝杠螺母连接板；406、丝杠螺母；407、轴承支座；408、轴承；409、连接板；410、联轴器；411、电机支座；412、RE16电机。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明的实施方式提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例1：

如图1所示，本发明实施例1提供了一种用于单侧双通道脊柱内镜的手术机器人执行器，包括快换单元1、驱动单元2、旋转单元3、进给单元4；

如图2所示，快换单元1主要包括柔性臂11和移动滑台12，本实施例以髓核钳快换单元为例，如图3所示，柔性臂11包括髓核钳111、球窝末端112、球窝单元113和球窝基座114，髓核钳111、球窝末端112、球窝单元113和球窝基座114由张紧的驱动丝串接固定，球窝基座114末端连接连接杆13，通过连接杆13与快换单元1连接，一组对应的已张紧驱动丝分别前后移动，带动球窝113旋转偏摆，实现柔性臂11的偏摆。

如图4所示，移动滑台12包括紧线模块121、轴承端盖122、直线轴承123、滑台本体124、丝杠螺母125和防护扣盖126，滑台本体124为移动滑台的主体，用于安装固定其他零部件，滑台本体124内安装有直线轴承123，并通过轴承端盖122固定在滑台本体124内，直线轴承123套在光轴14上，使移动滑台12可以沿光轴14滑动，光轴14起移动滑台运动过程中的导向作用，并能增加快换单元的刚性；

丝杠螺母125安装在滑台本体124内，并套在丝杠15上，丝杠15连接传动齿圈模块22，传动齿圈模块22带动丝杠15转动，进一步带动移动滑台12直线运动。

本实施例中，紧线模块121包括绕线盘1211、蜗杆支撑轴1212、滚动轴承1213、蜗杆1214、蜗轮支撑轴1215、滚动轴承1216和蜗轮1217。

驱动丝缠绕在绕线盘1211上，绕线盘1211和蜗轮1217套在蜗轮支撑轴1215上，蜗轮支撑轴1215两端通过滚动轴承1216安装在滑台内，蜗轮1217末端的D型轴与绕线盘1211前端的D型孔配合，限制两个零件间的相对运动，蜗轮1217和蜗轮支撑轴1215之间通过紧定螺钉安装固定，并限制两个零件间的相对运动，与蜗轮1217相配合的蜗杆1214，通过紧定螺钉安装固定在蜗杆支撑轴1212上，并限制两个零件间的相对运动，蜗杆支撑轴1212通过两端的滚动轴承1213安装在滑台内。

由于蜗轮蜗杆传动机构的自锁性质，紧线模块121具有防逆转和防止负载自由下滑的功能，即驱动丝张紧后具有自动锁紧功能，操作者主动旋转蜗杆支撑轴1212，通过蜗轮蜗杆机构将旋转运动传递给绕线盘1211，绕线盘1211旋转，使驱动丝缠绕在绕线盘1211上，进而使驱动丝张紧，基于蜗轮蜗杆机构的自锁性质，紧线模块121自动锁紧；

防护扣盖126通过螺钉安装在滑台本体124上，用于保护紧线模块121中的零件，将紧线模块121固定在移动滑台内，同时增加移动滑台的刚性和美观度。

可以理解的是，本实施例中，快换单元1中共有四个移动滑台12，应该指出，四个移动滑台12结构并不对称布置，本实施例中仅以其中一个为例，四个移动滑台12分别通过紧线模块121连接一根串接连续体的驱动丝，传动齿圈模块22驱动丝杠15转动，带动移动滑台12直线运动，从而实现张驱动丝的前后运动，一对位置相对的驱动丝分别同时向前和向后运动，带动球窝单元113旋转偏摆，从而实现柔性臂11在四个方向的偏摆运动。

本实施例中，柔性臂11中还包括前端的髓核钳111，髓核钳111包括主壳体1111、上钳口1113、镍钛合金丝1115、销轴1112和连接件1114。

主壳体1111和上钳口1113通过销轴1112相连接，上钳口1113可绕销轴1112旋转，镍钛合金丝末端固定于连接件1114上，连接件1114通过销轴与上钳口1113连接，镍钛合金丝1115前后运动，推拉上钳口1113末端，产生扭矩，使上钳口绕销轴1112转动，进而做到髓核钳的开合运动，由于镍钛合金丝1115刚性大，故拉动时不易变形，可对上钳口末端产生较大扭矩，进而产生较大的咬合力，将髓核摘除。

如图5所示，驱动单元2包括驱动电机模块21、传动齿圈模块22、基座23、上盖24、末端手术工具驱动模块25。

本实施例中，优选的，驱动电机模块21包括4个RE16电机，分别属于四级传动模组，基座23用于安装固定驱动机构2和手术执行机构中其他装置的零件，是整个手术执行机构的主要结构零件，上盖24通过螺钉与基座23连接，可保护传动齿圈模块22、旋转单元3和其他零件，减少灰尘等异物落入各齿轮传动机构，同时能增加手术执行装置的刚性。

如图6所示，传动齿圈模块22包括第一圆柱齿轮221、轴承222、轴承挡环223、传动齿圈224、间隔盘225、第二圆柱齿轮226、移动滑台12、光轴14和丝杠15。

驱动电机模块21的输出轴与第一圆柱齿轮221尾部相连，第一圆柱齿轮221与传动齿圈224外啮合，传动齿圈224与第二圆柱齿轮226内啮合，第二圆柱齿轮226尾部与丝杠15相连，因此，所述齿圈齿轮传动机构可以将驱动电机模块21输出的旋转运动传递给丝杠15；

传动齿圈连接固定在轴承挡圈223上，轴承挡圈223通过轴承222与基座2主体配合，进而使传动齿圈224可与基座2主体相对旋转运动；

丝杠15和光轴14末端与间隔盘225连接固定，间隔盘225对移动滑台12的运动起限位作用，同时可以增加传动齿圈模块22和快换单元1的运动稳定性；

所述传动齿圈模块22中，驱动电机模块21输出的旋转运动通过第一圆柱齿轮221传递给与第一圆柱齿轮221外啮合的传动齿圈224，进而传递给与传动齿圈224内啮合的第二圆柱齿轮226，进一步的，第二圆柱齿轮226与丝杠15同步转动，从而驱动移动滑台12沿光轴14前后直线运动；

传动齿圈模块22中的齿轮齿圈传动机构在将驱动电机模块21的旋转运动传递给丝杠15的同时，可改变电机的安装位置，使基座2的结构更加紧凑，进而有效减小手术执行机构的体积。

如图7所示，末端手术工具驱动模块25包括钻头夹2501，第一导向套2502，驱动丝磁块2503，弹簧套管固定座2504，10mm磁铁2505(即第二磁铁)，驱动丝磁块挡板2506，铁固定座2507，导轨2508，LA10电动推杆基座2509，磁铁压盖2510，驱动丝压紧轴2511，第二导向套2512，推杆电机2513。

导轨2508与推杆电机2513固定在LA10电动推杆基座2509上，推杆电机2513与铁固定座2507相连，铁固定座2507通过滑块在导轨2508上运动，驱动丝磁块挡板2506与铁固定座2507通过螺栓连接固定，驱动丝磁块2503内嵌6mm磁铁(即第一磁铁)，通过与铁固定座2507的磁吸与驱动丝磁块挡板2506固定，第二导向套2512通过螺栓与驱动丝磁块2503固定，驱动丝压紧轴2511通过固定环与驱动丝磁块2503固定，驱动丝压紧轴2511通过两个轴承与固定环连接使驱动丝压紧轴2511能转动；

推杆电机2513输出轴进行往复运动从而带动铁固定座2507，驱动丝磁块挡板2506，驱动丝磁块2503，第二导向套2512以及驱动丝压紧轴2511同时沿导轨2508做直线往返运动；

10mm磁铁2505内嵌在LA10电动推杆基座2509上，弹簧套管固定座2504通过螺栓与LA10电动推杆基座2509连接固定，磁铁压盖2510内部通过螺栓嵌入10mm磁铁，通过磁吸作用与弹簧套固定座2504连接固定，第一导向套2502通过螺栓与磁铁压盖2510连接固定，磁铁压盖2510内部通过固定环固定一4mm连接轴，两端嵌入轴承使其能相对磁铁压盖2510转动，钻头夹2501，通过螺栓与4mm连接轴相固定；

推杆电机2513输出轴沿导轨2508做往复运动从而带动驱动丝压紧轴2511做往复运动，实现对丝线的拉放，进而实现对髓核钳的驱动。

如图8所示，旋转单元3包括蜗轮蜗杆减速器31，第一锥齿轮32，第二锥齿轮33，前端轴承转轴34，轴承35，RE16电机36，轴承挡圈37，电机支座38。

电机36通过电机支座38连接固定在蜗轮蜗杆减速器31上，电机36的输出轴连接蜗轮蜗杆减速器31的输入轴，第一锥齿轮32连接在蜗轮蜗杆减速器31的动力输出轴上，所述动力输出轴轴头为D型，与第一锥齿轮的D型孔配合，限制二者的相对旋转运动；

第二锥齿轮33与第一锥齿轮32配合，进一步的，第二锥齿轮33连接固定在前端轴承转轴34上，第二锥齿轮33后端设置D型轴，与前端轴承转轴34的D型孔配合，限制二者的旋转运动，进而将第一锥齿轮32的旋转运动传递给前端轴承转轴；

前端轴承转轴34通过轴承35与轴承挡圈37配合连接，同时前端轴承转轴34直接与快换单元1本体连接固定，使髓核钳快换单元1能够与轴承挡圈37相对旋转；

可以理解的是，旋转单元3中，电机36向蜗轮蜗杆减速器31输出旋转运动，蜗轮蜗杆减速器31将水平的旋转运动转化为纵向的旋转运动并减速到所需转速，传递给第一锥齿轮32，通过一对锥齿轮传动机构传动和转向，将纵向的旋转运动转化为水平的旋转运动并传递给前端轴承转轴34，前端轴承转轴34直接固定连接快换单元1，进而将旋转运动传递给快换单元1，实现柔性臂11的转向。

如图9所示，丝杠导轨进给机构4包括支撑底座401、丝杠402、导轨403、滑块404、丝杠螺母连接板405、丝杠螺母406、轴承支座407、轴承408、滑块连接板409、联轴器410、电机支座411和RE16电机412；

丝杠导轨进给机构中，支撑底座401为机构的整体支架，用于安装和支撑其他零件，且底部通过机械臂接口，与机械臂相连；

导轨403通过螺钉固定连接在支撑底座401上，滑块404通过螺钉连接固定在滑块连接板409上，滑块连接板409通过螺钉连接固定在执行机构基座2上，执行机构总体可沿导轨做直线进给运动，对进给机构起到导向的作用；

丝杠402两端分别通过滚动轴承408固定在轴承支座407上，轴承支座407通过螺钉紧固在支撑底座401上，丝杠螺母连接块405通过丝杠螺母410与丝杠402配合连接，将电机412的旋转运动转换为直线进给运动；

电机412固定在电机支座411上，电机支座411通过螺钉与支撑底座401连接固定，电机412的动力输出轴与联轴器410配合，联轴器410与丝杠402末端配合，将电机407输出的旋转运动传递给丝杠402；

显然，在本实施例中，导轨403和滑块连接板409各有两个，且每个滑块连接板409分别通过两个滑块404与导轨403配合，可进一步提高丝杠导轨进给机构3的稳定性和刚度，电机412带动丝杠402旋转，进而带动丝杠螺母连接板405沿着导轨403直线进给，最终实现带动末端执行机构进给运动。

实施例2：

如图10所示，本实施例提供了一种脊柱内镜手术机器人系统，包括导航定位系统、手术机器人、内镜系统和主从操作系统。

具体的，导航定位系统用于手术机械臂的粗定位和路径引导；

手术机器人包括六自由度机械臂与手术执行器，六自由度机械臂可以在主控台主手控制下的进行手术入路精准定位、镜下机器人姿态调整等动作；

手术执行器即实施例1描述的单侧双通道脊柱内镜手术机器人执行器，用于在主从操控与内镜配合下完成复杂脊柱手术操作；

内镜系统包括六自由度机械臂和脊柱内镜，用于在水环境中观察手术部位组织状态，具有术区视觉感知与增强等功能。

主从操作系统用于控制上述六自由度机械臂和手术执行器在术区进行相应操作；

更具体的，手术机器人和内镜系统可利用导航定位系统将重建的脊柱模型与患者实时位姿进行配准，确定最佳入路点，并控制机器人置入脊柱工作腔内；在主从操作系统的控制下，利用协同控制技术，手术机器人和内镜系统可在术区进行灵活的姿态调整和手术操作。利用快换机构，可以在医生辅助下更换多种刚/柔手术器械完成骨组织的磨削、髓核的夹取、软组织的剥离和探查、创口的消融凝血的多种手术操作。

手术开始前，医生置入穿刺针建立手术工作通道；

手术执行器系统和内镜系统通过工作套管进入人体后，内镜系统的显示屏展示人体内部组织信息和视觉增强图像；

医生结合内镜图像信息，通过主从操作系统操作主手控制内镜系统和手术执行器系统的运动，主从操作系统上一个主手用来控制手术执行器系统的运动，另外一个主手用来控制内镜系统的运动。内镜系统的运动可以调整内镜下的图像信息，手术执行机构末端可以实现对髓核钳、咬骨钳、骨钻、射频电极等不同的手术工具的快换，在主从系统的控制下可以实现脊柱内镜手术中的剥离、探查、夹持、烧灼、切削等手术操作；

完成脊柱内镜手术后，依次从患病部位沿着工作套管的轴向退出手术执行器系统，内镜系统和工作套管；

导航定位系统通过线缆和机械臂连接相互进行数据传输，手术执行器和内镜系统、主从操作系统通过线缆连接进行数据传输；

脊柱内镜手术操作时的手术操作空间非常狭窄，附近区域存在神经根、脊髓等重要组织，为了保证手术安全，手术执行器和内镜只能在规定的范围内运动，避免对患者造成伤害。

以上所述仅为本发明的优选实施例，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，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于单侧双通道脊柱内镜的手术机器人执行器，其特征在于，

包括：基座、快换单元、驱动单元、旋转单元和进给单元；

所述快换单元至少包括末端手术工具、柔性臂和移动滑台，柔性臂与末端手术工具连接，移动滑台布置在基座内，且所述移动滑台与柔性臂内的驱动丝连接以通过驱动丝的往复收放控制柔性臂的动作；

驱动单元与快换单元连接以驱动移动滑台的轴向移动，旋转单元与快换单元连接以驱动快换单元的轴向旋转，进给单元与基座连接以驱动快换单元的前进和后退。

2.如权利要求1所述的用于单侧双通道脊柱内镜的手术机器人执行器，其特征在于，

所述移动滑台，包括：紧线模块、轴承端盖、直线轴承、滑台本体、丝杠螺母和防护扣盖，所述直线轴承安装在滑台本体内且通过轴承端盖固定，所述直线轴承套在光轴上，以使得所述移动滑台能够沿光轴滑动；

所述丝杠螺母安装在滑台本体内并套在丝杠上，丝杠与驱动单元的输出端连接以带动移动滑台沿轴向移动。

3.如权利要求2所述的用于单侧双通道脊柱内镜的手术机器人执行器，其特征在于，

所述紧线模块，包括：绕线盘、蜗杆支撑轴、滚动轴承、蜗杆、蜗轮支撑轴、滚动轴承和蜗轮；

驱动丝缠绕在绕线盘上，各绕线盘的边缘与同一圆相切，绕线盘和蜗轮套在蜗轮支撑轴上，支撑轴的两端分别通过滚动轴承安装在滑台本体内，蜗轮末端与绕线盘前端配合连接，蜗轮和支撑轴之间固定连接，蜗杆与蜗杆支撑轴固定连接，蜗杆支撑轴通过两端的滚动轴承安装在滑台本体内；

防护扣盖与滑台本体固定连接以将紧线模块、直线轴承和丝杠螺母固定在移动滑台内。

4.如权利要求1-4任一项所述的用于单侧双通道脊柱内镜的手术机器人执行器，其特征在于，

快换单元整体呈塔形结构，各个移动滑台呈多级分布，柔性臂内沿圆周均匀的布置有至少四根驱动丝，每根驱动丝与一个移动滑台连接，各个移动滑台沿快换单元的轴向依次布置。

5.如权利要求1-4任一项所述的用于单侧双通道脊柱内镜的手术机器人执行器，其特征在于，

所述末端手术工具为髓核钳，所述柔性臂包括球窝末端、球窝单元和球窝基座，髓核钳、球窝末端、球窝单元和球窝基座通过驱动丝串接固定连接，球窝基座的末端与连接杆连接，所述连接杆与移动滑台连接；

所述髓核钳，包括：主壳体、上钳口、丝线、第一销轴、连接件和第二销轴，主壳体与上钳口通过第一销轴连接，以使得上钳口能够绕第一销轴旋转，丝线的末端固定于连接件上，连接件通过第二销轴与上钳口连接，通过丝线的前后运动，推拉上钳口的末端，产生扭矩，以使上钳口绕第一销轴转动做开合运动。

6.如权利要求1-4任一项所述的用于单侧双通道脊柱内镜的手术机器人执行器，其特征在于，

所述驱动单元，包括：驱动电机和传动齿圈模块，所述传动齿圈模块，包括：第一圆柱齿轮、轴承、轴承挡环、传动齿圈、间隔盘、第二柱齿轮、光轴和丝杠；

驱动电机的输出轴与第一圆柱齿轮尾部相连，第一圆柱齿轮与传动齿圈外啮合，传动齿圈与第二圆柱齿轮内啮合，第二圆柱齿轮尾部与丝杠啮合连接；

传动齿圈与轴承挡圈固定连接，轴承挡圈通过轴承与基座配合连接，以使得传动齿圈与基座发生相对旋转运动，丝杠和光轴的末端与间隔盘固定连接。

7.如权利要求1-4任一项所述的用于单侧双通道脊柱内镜的手术机器人执行器，其特征在于，

所述驱动单元，还包括：钻头夹、第一导向套、驱动丝磁块、弹簧套管固定座、第一磁铁、第二磁铁、驱动丝磁块挡板、铁固定座、导轨、推杆基座、磁铁压盖、驱动丝压紧轴、第二导向套和推杆电机；

导轨与推杆电机固定在电动推杆基座上，推杆电机与铁固定座相连，铁固定座通过滑块在导轨上运动，驱动丝磁块挡板与铁固定座通过螺栓固定，驱动丝磁块内嵌第一磁铁，通过与铁固定座的磁吸与驱动丝磁块挡板固定，第二导向套通过与驱动丝磁块固定，驱动丝压紧轴通过固定环与驱动丝磁块固定，固定环通过轴承与驱动丝磁块连接；

磁铁内嵌在电动推杆基座上，弹簧套管固定座与电动推杆基座固定连接，磁铁压盖内部通过嵌入第二磁铁，通过磁吸作用与弹簧套固定座固定，第一导向套与磁铁压盖固定连接，磁铁压盖内部通过固定环固定连接轴，连接轴通过轴承与磁铁压盖连接，钻头夹与连接轴固定连接。

8.如权利要求1-4任一项所述的用于单侧双通道脊柱内镜的手术机器人执行器，其特征在于，

所述旋转单元，包括：蜗轮蜗杆减速器、第一锥齿轮、第二锥齿轮、前端轴承转轴、轴承、电机、轴承挡圈和电机支座；

电机通过电机支座与蜗轮蜗杆减速器连接，电机的输出轴与接蜗轮蜗杆减速器的输入轴连接，第一锥齿轮与蜗轮蜗杆减速器的动力输出轴连接；

第二锥齿轮与第一锥齿轮啮合，第二锥齿轮与前端轴承转轴连接，前端轴承转轴通过轴承与轴承挡圈配合连接，前端轴承转轴与快换单元的本体固定连接，以使得快换单元能够与轴承挡圈相对旋转。

9.如权利要求1-4任一项所述的用于单侧双通道脊柱内镜的手术机器人执行器，其特征在于，

进给单元，包括：支撑底座、丝杠、导轨、滑块、丝杠螺母连接板、丝杠螺母、轴承支座、轴承、滑块连接板、联轴器、电机支座和电机；

支撑底座的底部设有用于与机械臂连接的机械臂接口，两条导轨平行布置且均与支撑底座固定连接，两条导轨上均滑动连接有滑块，两条导轨上对应的滑块直接通过滑块连接板连接，滑块连接板与基座固定连接；

丝杠的两端分别通过滚动轴承与轴承支座连接，轴承支座与支撑底座固定连接，丝杠螺母连接块通过丝杠螺母与丝杠配合连接；

电机固定在电机支座上，电机支座与支撑底座连接，电机的动力输出轴与联轴器配合连接，联轴器与丝杠末端配合连接，以将电机输出的旋转运动传递给丝杠。

10.一种单侧双通道脊柱内镜手术机器人系统，其特征在于，包括：导航定位系统、手术机器人、内镜系统和主从操作系统；

所述导航定位系统用于脊柱图像重建与配准，术前入路设计与规划，视觉引导所述机械臂定位及手术工作通道建立；

所述手术机器人包括六自由度机械臂与权利要求1-9任一项所述的手术机器人执行器，六自由度机械臂用于在主控台主手的控制下进行手术入路精准定位和镜下机器人姿态调整；

所述内镜系统包括六自由度机械臂和脊柱内镜，用于在水环境中观察手术部位组织状态；

所述主从操作系统用于控制手术机器人和内镜系统在术区进行相应操作。