CN214434477U - 插拔限位组件、执行机构及手术机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种插拔限位组件、执行机构及手术机器人，所述插拔限位组件用于限制手术器械中套杆的轴向位置，并包括：机座，用于滑动连接所述套杆，并具有垂直于所述套杆滑动方向的滑动行程空间；及限位元件，滑动连接于所述滑动行程空间，并具有沿其滑动方向的第一预设位置和第二预设位置，所述限位元件上还开设有用于套接至所述套杆外的限位孔；当所述限位元件滑动至所述第一预设位置时，所述限位孔限制所述套杆相对于所述机座的滑动；当所述限位元件滑动至所述第二预设位置时，所述套杆能够相对于所述机座滑动并退出所述限位孔，该插拔限位组件能够简化手术器械的套杆与机座的拆装，并实现套杆可靠的轴向限位。

Description

插拔限位组件、执行机构及手术机器人

技术领域

本实用新型涉及医疗器械领域，尤其涉及一种插拔限位组件、执行机构及手术机器人。

背景技术

微创手术是指在病人身体上开一个微小创口，手术机器人的部分执行机构穿过该微小创口并进入病灶位置，并使执行机构的远心不动点与创口位置重合，操作者通过对手术机器人的机械臂部分进行控制，带动执行机构以远心不动点为铰点做一定角度范围内的空间摆动，辅助以执行机构自身的动作，完成微创手术。微创手术由于创口小、出血少，近年来正逐步获得医务人员和患者的青睐。

手术机器人上的执行机构一般包括：用于伸入至病灶位置的手术器械，以及用于驱动手术器械进行旋转、开合等动作的驱动组件，两者共同安装于一机座上。为了完成不同的手术操作，手术器械需要适应性的进行更换。而现有的执行机构中，手术器械的拆装不够便捷，难以满足手术器械快速拆装更换的需要。

实用新型内容

有鉴于此，有必要提供一种插拔限位组件、执行机构及手术机器人，该插拔限位组件能够简化手术器械的套杆与机座的拆装，并实现套杆可靠的轴向限位。

本实用新型实施例首先提供一种手术机器人的插拔限位组件，用于限制手术器械中套杆的轴向位置，包括：

机座，用于滑动连接所述套杆，并具有垂直于所述套杆滑动方向的滑动行程空间；及

限位元件，滑动连接于所述滑动行程空间，并具有沿其滑动方向的第一预设位置和第二预设位置，所述限位元件上还开设有用于套接至所述套杆外的限位孔；

当所述限位元件滑动至所述第一预设位置时，所述限位孔限制所述套杆相对于所述机座的滑动；

当所述限位元件滑动至所述第二预设位置时，所述套杆能够相对于所述机座滑动并退出所述限位孔。

手术机器人的该插拔限位组件在工作时，机座与套杆之间需要实现轴向和周向两种配合，机座上设置有垂直于套杆滑动方向的滑动行程空间，使得限位元件能够在该滑动行程空间内具有第一预设位置和第二预设位置，两个预设位置分别对于限位元件对套杆的轴向限位状态和轴向限位解除状态，这种轴向限位方式简单易于实现，配合适当形式的周向限位关系，可以使套杆与机座形成完整的配合关系，满足两者的配合需要。

在一种可行的方案中，所述机座与所述限位元件之间还设置有弹性元件，所述弹性元件的弹性力作用于所述限位元件，以使所述限位元件保持于所述第一预设位置。限位元件处于第一预设位置时，限位元件上的限位孔能够限制套杆相对于机座的滑移，因此，通过弹性元件将限位元件保持于该限位位置，可以使套杆在常态保持于可靠的轴向连接位置，而当用户需要解除对套杆的限位时，需要克服弹性元件的弹性力来解除其对于限位元件的限位。

在一种可行的方案中，所述弹性元件设置于所述限位元件上开设有所述限位孔的一端，并被压缩于所述限位元件的这一端和所述机座之间。如此，利用弹性元件的弹性伸长趋势，可以将限位元件可靠保持于所述第一预设位置。

在一种可行的方案中，所述限位元件上远离所述限位孔设置的一端固定连接有按压部，所述按压部位于所述机座外侧。用户通过该露出机座外侧的按压部可以按压限位元件，以克服弹性元件的弹性力，使限位元件沿滑动行程空间滑动至第二预设位置，从而解除套杆的轴向限位状态。

在一种可行的方案中，所述滑动行程空间具有矩形截面。这样设置可以避免限位元件在该滑动行程空间内发生转动。

在一种可行的方案中，所述限位孔包括沿所述限位元件滑动方向设置大孔径部和小孔径部；当所述限位元件滑动至所述第一预设位置时，所述小孔径部与所述套杆的外周壁限位配合；当所述限位元件滑动至所述第二预设位置时，所述大孔径部对准所述套杆并能够容所述套杆滑出所述限位孔。利用限位孔的孔径变化，配合限位元件在两个预设位置间的滑动，使得限位元件能够可靠限制套杆的轴向位置，或解除这种锁定状态。

本实用新型实施例还提供一种手术机器人的执行机构，包括上述的插拔限位组件，以及装设于所述机座上的驱动组件和手术器械，其中：

所述手术器械包括所述套杆，以及穿设于所述套杆内的器械杆，所述套杆沿自身轴向方向滑动连接于所述机座并与所述机座周向限位配合，所述器械杆的一端穿出所述套杆并传动连接至所述驱动组件；所述插拔限位组件用于限制所述套杆相对于所述机座的滑动。

具有该插拔限位组件的执行机构，能够通过该插拔限位组件对套杆的轴向位置进行可靠的限定，以使手术机器人的执行机构能够按照预设方式动作，完成预设的手术作业。

在一种可行的方案中，所述套杆的外周设置有沿所述套杆径向内凹的限位环槽，所述限位孔能够在所述限位环槽处与所述套杆形成限位配合。这样，限位环槽为限位元件与套杆的轴向配合处，利用该限位环槽的内凹设置，可以使限位元件与套杆更可靠的配合。

在一种可行的方案中，所述机座上可拆卸固定有限位件，所述套杆穿过所述限位件，并通过所述限位件与所述机座形成周向限位配合。插拔限位组件能够限制套杆与机座的轴向相对位置，配合套杆与限位件间的周向限位配合，可以使套杆与机座间形成完整的配合关系，同时，通过将限位件可拆卸固定在机座上，从而使得容易发生磨损的限位件能够自机座上拆卸并更换，从而达到消除磨损、保持驱动组件与手术器械之间的精确传动的目的

本实用新型实施例还提供一种手术机器人，包括上述的执行机构，以及远心操控机构，所述远心操控机构包括动平台、静平台以及多个伸缩单元，每个所述伸缩单元的两端均分别转动连接至所述动平台和所述静平台，多个所述伸缩单元协同伸缩以控制所述动平台相对于所述静平台运动；所述执行机构设置于所述动平台上，并且，所述手术器械具有预设的远心不动点，所述动平台的偏转能够带动所述手术器械绕所述远心不动点摆动；所述动平台上还设置有用于驱动所述执行机构整体转动的电机。动平台、静平台及多个伸缩单元构成一个六自由度动感平台结构，该结构能够灵活且精度较高地驱动动平台运动至预设的位姿，从而灵活且精准地带动动平台上的执行机构完成预设的手术动作；同时，执行机构能够被动平台上安装的电机带动而整体转动，便于在动平台处设置用于检测执行机构受力情况的力检测装置。

基于上述方案可知，本实用新型通过插拔限位组件限制套杆的轴向位置，使得套杆相对于机座具有确定的轴向相对位置，配合套杆与机座的周向限位配合结构时，可以使套杆与机座具有确定的轴向和周向相对位置，以实现执行机构在整个手术机器人中的限位配合。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为手术机器人的立体结构图，图中省去了术前摆位机构的部分结构；

图2为执行机构的分解结构图；

图3为执行机构的另一分解结构图，图中省去了外壳；

图4为执行机构部分结构的立体图；

图5为图3中所示结构的A部放大图，该放大图中显示了套杆与限位件之间的周向配合结构；

图6为图4中所示结构的B部放大图，该放大图中显示了插拔限位组件与套杆之间相对位置关系；

图7为执行机构部分结构的半剖视图；

图8为图7中所示结构的C部放大图，该放大图中显示了插拔限位组件的具体结构，及其与套杆之间相对位置关系；

图9为检测元件中的上板体的立体结构图；

图10为插拔限位组件中限位元件的立体结构图；

图11为驱动组件部分结构的立体结构图，图中显示了主动件、传动件及器械杆之间的配合关系；

图12为一种实施方式的传动件的立体结构图；

图13为传动件与器械杆配合结构的剖视图；

图14为执行机构部分结构的立体图，图中显示了第一光电开关和第二光电开关在机座上的设置位置；

图15为驱动组件中机座的立体结构图；

图16为驱动组件中机座的剖视图，图中显示了滑移连接部中滑移连接孔处结构；

图17为驱动组件中部分结构的结构图，其中的视角选择为正视于第二叉板外侧表面的视角；

图18为驱动组件中部分结构的结构图，其中的视角选择为正视于第一叉板外侧表面的视角；

图19为远心操控机构部分结构的立体图，图中显示了动平台与连接组件之间的安装位置关系；

图20为动平台一个视角下的立体图，图中显示了减重槽及避让空间在动平台一侧的分布；

图21为动平台另一个视角下的立体图，图中显示了内部腔室在动平台另一侧的分布；

图22为手术机器人部分结构的剖视图，图中显示了动平台内部各个零部件的安装位置。

图中标号：100、执行机构；

11、驱动组件；12、手术器械；13、插拔限位组件；14、限位件；15、外壳；

111、主动件；112、传动件；113、驱动源；114、机座；115、第一光电开关；116、第二光电开关；117、标定件；118、固定支架；119、枢接轴；1121、枢接部；1122、运动输入部；1123、张拉驱动部；1124、滑槽；1125、端口；1126、侧部间隙；1131、驱动主体；1141、安装孔；1142、滑动行程空间；1143、第一叉板；1144、第二叉板；1145、滑移连接部；1146、转动连接部；11431、弧形槽；11441、避让开口；11451、滑移孔；121、套杆；122、器械杆； 123、操作端；1211、凸块；1212、卡槽；1213、限位环槽；12111、导入斜面；12131、挡止面；1221、滑动端；131、限位元件；132、弹性元件；133、按压部；134、检测元件；1311、限位孔；1312、触发段；13111、大孔径部；13112、小孔径部；13121、触发端头；1341、检测通道；1342、上板体；1343、让位槽；13431、入口槽段；13432、导向槽段；141、贯通孔； 1411、凸起；151、滑孔；

200、电机；

21、转子；22、定子；23、中空转轴；

300、远心操控机构；

31、伸缩单元；32、动平台；33、静平台；34、连接组件；35、轴承；36、第一传感器；37、第二传感器；38、罩壳；321、避让空间；322、减重槽；323、内部腔室；351、轴承内圈；352、滚子；353、轴承外圈；361、固定座；

400、术前摆位机构；

X、第一轴线；Y、第二轴线。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，也可以是通讯连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介的间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

本实用新型所涉及的手术机器人，是用于辅助医生完成微创手术。所谓微创手术，是指在患者身体上开一个微小创口，并使手术器械的操作端穿过该微小创口到达病灶处，医生通过手术机器人的操作台远程操控手术器械，使手术器械以创口处为定点进行空间摆动，从而完成相应手术。在这一过程中，为了避免患者身体上的微小创口被手术器械划开或受到拉扯，手术机器人需要在手术器械上具有一个远心不动点，在进行微创手术时，手术器械穿过微小创口且位于患者体内的操作端到达病灶时，该远心不动点与微小创口重合，该手术器械的空间摆动运动，以该远心不动点为定点进行，这样，手术器械在摆动时，该远心不动点处的手术器械与微小创口之间无相对位移，因此，微小创口不会在手术过程中被进一步划开或受到拉扯。

为了获得远心不动点，现有的手术机器人中多采用达芬奇结构，达芬奇结构中远心不动点的获得，是通过平行四边形机构得到的。但是，在采用达芬奇结构的手术机器人中，不可避免地存在下述问题：1、由于平行四边形机构的运动特点，达芬奇结构中的器械臂需要更大的运动空间，因此，多个器械臂之间容易发生运动干涉；2、达芬奇结构中，手术器械的动作通过钢带牵拉完成，为了使手术器械运动精确，钢带在牵拉过程中的弹性变形需要严格控制，这就对钢带的材料及处理工艺等提出了极高的要求；3、平行四边形机构属于串联机构，机构内各个部分之间的运动误差是相互叠加的，因此，导致最终机构整体运动误差较大；4、达芬奇结构中通过柔性的钢带牵拉驱动手术器械动作，因此，无法建立力反馈系统，操作台处的医生无法感知操作端与病灶之间的作用力，医生的操控变的困难。

图1为本实用新型一种实施方式的手术机器人的立体结构图，参考图1中所示，本实用新型所涉及的手术机器人包括术前摆位机构400(图中省去了部分结构)、远心操控机构300 及执行机构100等，其中：远心操控机构300采用并联机构，在图1所示的结构中，用作远心操控机构300的并联机构为Stewart平台，其包括靠近执行机构100一侧的动平台32、靠近术前摆位机构400一侧的静平台33、连接于动平台32和静平台33之间的伸缩单元31。

在远心操控机构300中：伸缩单元31的两端通过连接组件34分别转动连接至动平台32 和静平台33。在一些实施方式中，连接组件34可以设置为球铰链、万向节等类似能够满足自由度要求的铰链结构。在操控执行机构100进行手术动作时，多个伸缩单元31协同伸缩相同或不同的距离，从而实现动平台32相对于静平台33运动至不同位姿，进而带动动平台32 上的执行机构100伸入患者体内的一端在锥形空间内摆动，该锥形空间以远心不动点O为顶点，以第一轴线X为轴，顶角为α。

图1中所示的远心不动点O为第一轴线X上的一个点，该远心不动点O在手术进行时需要与患者身体上的创口位置重合。在达芬奇手术机器人中，由于采用平行四边形机构获得远心不动点，因此，在该类手术机器人中，远心不动点的位置是固定的。不同于此，在本实用新型的远心操控机构300中，远心不动点O为一个伪远心不动点，其可以在第一轴线X上具有一定的调整范围，该远心不动点O的调整，可以通过术前摆位机构400中的伸缩装置实现。

采用本实用新型提供的手术机器人中，远心操控机构300采用并联机构，其动平台32一端的转动惯量小，因此，通过该远心操控机构300操控执行机构100动作时，执行机构100 的动态性能好；同时，远心操控机构300内的多个伸缩单元31并联工作，因此，多个伸缩单元31作用于动平台32的位置误差是并联非累加的，因而相比于达芬奇手术机器人，本实用新型中的动平台32可以获得更高的位置精度；多个伸缩单元31为刚性伸缩单元，因此，执行机构100与远心操控机构300之间可以传力，因此，本实用新型中的手术机器人可以设置力反馈结构，以便于医生在操作台一端的操控；多个伸缩单元31共同承担执行机构100传递来的力，因而手术机器人整体的承载能力也相应提高。

图2为执行机构的分解结构图，图3为执行机构的另一分解结构图，相比于图2中结构，图中省去了插拔限位组件13及外壳15等结构；执行机构部分结构的立体图；图5为图3中所示结构的A部放大图，该放大图中显示了套杆与限位件之间的周向配合结构。

参考图2至图5中所示，执行机构100包括驱动组件11、手术器械12及限位件14，其中：驱动组件11包括机座114，以及装设于机座114上的传动部件，限位件14可拆卸地固定连接于机座114上。执行机构100还可以包括外壳15，该外壳15的一端连接至动平台上，手术器械12的一端自该外壳15伸出，驱动组件11等结构均设置于该外壳15内部。

手术器械12包括套杆121、器械杆122及位于器械杆122上远离驱动组件11一端的操作端123。套杆121同轴套设于器械杆122外，操作端123用于完成特定的手术动作，其可以配置为电刀、镊子、夹子或其他类似器械。器械杆122的一端传动连接至传动部件，以在传动部件的带动下相对于套杆121沿第一轴线X滑移，以驱动操作端123完成特定的手术动作，如，当操作端123配置为手术钳时，器械杆122沿第一轴线X的滑移可以驱动手术钳完成开合动作。

套杆121靠近传动部件设置的一端伸入限位件14内，并与限位件14形成周向的限位配合。机座114上开设有安装孔1141，限位件14固定至该安装孔1141内。当机座114随动平台32内的电机带动机座114转动时，由于限位件14与机座114固定，而套杆121与限位件 14之间可以实现周向联动，因此，套杆121能够随机座114的转动而转动。同时，由于器械杆122沿第一轴线X的移动由传动部件带动，而传动部件装设于机座114上，因此，器械杆 122的周向运动也由机座114带动，手术器械12整体能够随机座114转动。

现有手术机器人的执行机构中，手术器械的轴向与周向连接关系，往往是设置于一个连接结构上的，例如，用于带动手术器械轴向移动的结构为转轴，该转轴的轴端外周面上设置有外螺纹，手术器械通过具有内螺纹的螺纹套与该转轴建立轴向联动关系；同时，转轴的轴端端面上设置有定位凸起，手术器械上轴向连接于该转轴的部位上设置有与该定位凸起配合的卡槽，通过定位凸起与卡槽的配合，在转轴与手术器械之间建立周向联动关系。在安装时，首先需要将手术器械上的卡槽与转轴轴端的定位凸起对准，然后沿轴向将两者对接到位，进而通过螺纹套与转轴外周的外螺纹螺接固定两者之间的轴向位置。

这种手术器械的连接结构中，轴向与周向的联动，均需要通过转轴的轴端建立连接关系，而在手术机器人使用中，由于定位凸起与卡槽之间需要相互周向挤压以传递扭转力矩，因此，一段时间后，转轴处会存在较大程度的磨损，需要整体更换转轴所在的整体驱动结构。

相比于此，在图2至图5所示的执行机构100中，限位件14与机座114上的安装孔1141 之间为可拆卸连接，当限位件14发生磨损时，可以仅更换限位件14来消除磨损影响，而无需更换驱动组件11的其余部分。由于应对不同手术时，手术器械12需要进拆卸和更换，频繁拆卸手术器械12也会加速限位件14的磨损速度，因此，在驱动组件11中增设可以方便拆卸更换的限位件14，有利于执行机构100在磨损后的检修。在一些实施方式中，还可以通过材料的选择使得磨损优先发生于限位件14上，这样，当限位件14与套杆121相互挤压传递周向力时，磨损主要发生在限位件14上，更换限位件14即可消除磨损，以起到保护手术器械12的作用。

在一种实施方式中，限位件14过盈嵌装于安装孔1141内。在其他实施方式中，限位件 14与机座114还可以通过其他可拆卸连接形式装配，只要使限位件14能够带动套杆121随机座114周向转动即可。

参考图5中的A部放大图所示，在一种实施方式中，限位件14上开设有容套杆121穿过的贯通孔141，贯通孔141的内孔壁与套杆121的外周壁中一者上设置有径向延伸的凸起1411，另一者上设置有能够容该凸起1411卡入的卡槽1212，在传递周向力时，凸起1411与卡槽1212的槽侧壁之间相互挤压，以使得套杆121能够随限位件14周向转动。

在图示的实施方式中，卡槽1212形成于套杆121的外周壁上，凸起1411设置于限位件 14的安装孔1141内。进一步地，套杆121的外周壁上设置有多个凸块1211，多个凸块1211沿套杆121的外周壁方向间隔布置，并在相邻两个凸块1211之间形成卡槽1212。在其他实施方式中，还可以通过材料去除的形式在套杆121的外周壁上形成该卡槽1212。凸起1411 的数量可以设置为两个，两个凸起1411沿周向间隔180°设置，以在限位件14的周向上均匀地向套杆121传递周向力。凸块1211之间形成的卡槽1212数量可以多于凸起1411的数量，因此，在装配时，用户可以依据需要将凸起1411对应卡入不同的卡槽1212内。

继续参考图5所示，用于形成卡槽1212的凸块1211一端设置有导入斜面12111，该导入斜面12111设置于凸块1211上首先接触凸起1411的一端，以引导凸起1411逐渐卡入相邻凸块1211之间的卡槽1212内。较佳地，在装配状态下，凸起1411的侧壁与卡槽1212的侧壁之间存留有一定的周向间隙，以便于两者的安装，避免两者产生非必要的挤压力。

如前所述，完成不同手术操作时，需要更换不同的手术器械12。手术器械12中的器械杆122与传动部件连接，因此，其沿第一轴线X方向的轴向位置随传动部件而改变，为了限定套杆121的轴向，同时便于手术器械12更换时拆卸套杆121，执行机构100上还包括插拔限位组件13。

参考图4中所示，套杆121的外周上设置有沿套杆121径向内凹的限位环槽1213，插拔限位组件13对应于该限位环槽1213处设置，并在此处限制套杆121沿第一轴线X方向的轴向位置。

图6为图4中所示结构的B部放大图，该放大图中显示了插拔限位组件与套杆之间相对位置关系；图7为执行机构部分结构的半剖视图；图8为图7中所示结构的C部放大图，该放大图中显示了插拔限位组件的具体结构，及其与套杆之间相对位置关系；图9为检测元件中的上板体的立体结构图；图10为插拔限位组件中限位元件的立体结构图；

首先参考图7和图8中所示，机座114上开设有垂直于第一轴线X方向的滑动行程空间 1142，该滑动行程空间1142贯穿机座114的部分表面并连通至套杆121穿过机座114的位置。插拔限位组件13包括限位元件131，该限位元件131滑动连接于该滑动行程空间1142上，限位元件131上开设有容套杆121穿过的限位孔1311，在装配状态下，限位孔1311对应套设于限位环槽1213外。

沿限位元件131的滑动方向，即图8中实心箭头所标示的方向，限位元件131具有第一预设位置和第二预设位置。在该第一预设位置，限位元件131上的限位孔1311在限位环槽1213处限制套杆121相对于机座114的轴向滑动；在该第二预设位置，限位孔1311解除对套杆121的轴向锁定，此时可以沿第一轴线X的方向拉出套杆121。此时，可以对应地通过控制传动部件运动至器械杆122可拆的位置，进而将手术器械12与驱动组件11分离。

参考图8中所示，限位环槽1213具有挡止面12131，挡止面12131平行于限位元件131 一侧面，限位元件131能够贴靠于该挡止面12131上，以可靠限制套杆121与限位元件131 的轴向相对位置。

现有的一些手术机器人结构中，套杆通过螺纹套与转轴外周的外螺纹螺接固定两者之间的轴向位置，而器械杆则通过适当形式的轴向限位结构与转轴所在的传动结构轴向连接。相比于此，本实用新型中的插拔限位组件13在装配时，可以首先将限位元件131滑动连接于机座114上的滑动行程空间1142内，然后将套杆121穿入机座114和限位元件131上的限位孔 1311，并使限位环槽1213卡入限位孔1311，这样，两者能够形成稳定的限位关系，且在拆卸时，只需沿滑动行程空间1142滑移限位元件131即可实现解锁，相比于螺纹连接的形式，本实用新型中套杆121与机座114的拆装都较为简便。

参考图8中所示，进一步地，机座114与限位元件131之间还设置有弹性元件132，该弹性元件132的弹性力作用于限位元件131，以使其保持于第一预设位置。限位元件131被保持于第一预设位置，在无外力促使限位元件131滑移时，限位元件131保持于限制套杆121轴向位移的位置，可以避免套杆121意外脱开。在一种实施方式中，弹性元件132设置于限位元件131上开设有限位孔1311的一端，并被压缩于限位元件131与机座114之间。这样，弹性元件132的弹性力抵压作用于限位元件131上，以使其保持于第一预设位置。

参考图6和图8中所示，限位元件131上远离限位孔1311开设的一端上固定连接有按压部133，该按压部133位于机座114的外侧，外壳15上相应位置处开设有滑孔151，按压部133的一端自该滑孔151伸出至外壳15之外。当外力推压该按压部133时，按压部133向下推动限位元件131，弹性元件132在外力作用下进一步压缩，此时，限位元件131能够从第一预设位置滑动至第二预设位置。

图16为驱动组件中机座的剖视图，参考图16所示，滑动行程空间1142具有矩形截面，限位元件131的截面形状与之适配，从而避免限位元件131相对于滑动行程空间1142转动。在其他实施方式中，滑动行程空间1142的截面形状也可以设置为其他任意非圆面，只要能够避免限位元件131在其中的转动即可。在其他实施方式中，还可以通过在限位元件131与机座114之间设置限制限位元件131转动的周向限位结构，而不必然通过滑动行程空间1142的截面形状限制限位元件131的转动。

在一种实施方式中，限位孔1311可以包括大孔径部和小孔径部，两者沿限位元件131滑动的方向设置，当限位元件131在弹性元件132的弹性力作用下保持于第一预设位置时，限位孔1311的小孔径部与套杆121上的限位环槽1213限位配合；当限位元件131在外力作用下沿滑动行程空间1142滑动至第二预设位置时，大孔径部对准套杆121以容套杆121滑出限位孔1311。在其他实施方式中，限位孔1311还可以设置为一腰型孔，当限位元件131处于第一预设位置时，该腰型孔下端的孔壁卡入限位环槽1213，当限位元件131滑移至第二预设位置时，腰型孔的腰线处对准套杆121，以使腰型孔的孔壁不再沿轴向限制套杆121脱出。

插拔限位组件13在设计时，不仅要考虑对套杆121进行可靠的轴向限位，还必须要考虑套杆121的快速拆卸需要。在手术进行时，操作者更换手术器械12的时间是有限的，因此，现有手术机器人中在手术器械的连接位置，往往倾向于选择一些便利于拆装的快拆座组件。然而，在拆卸手术器械时，用户一般是通过操控手感来判断手术器械是否可拆，例如，解除手术器械轴向锁定的动作为按压动作时，用户需要基于经验施加压力，然后沿轴向拔出手术器械，当按压力不足时，可能会导致手术器械被拆坏。

为了避免上述问题，本实用新型中的插拔限位组件13进一步包括检测元件134，其用于辅助用户判断当前是否可以拔出套杆121。参考图6中所示，检测元件134设置于限位元件 131的滑动路径上，并用于判断限位元件131相对于机座114的停止位置。

参考图10所示，限位元件131靠近检测元件134所在的一端设置有触发段1312，该触发段1312的末端具有触发端头13121。弹性元件132套设于限位元件131的触发段1312外，弹性元件132的两端分别抵触限位元件131和机座114的内侧面。

在图10的基础上结合图6所示，检测元件134具有检测通道1341，当限位元件131上的触发端头13121伸入该检测通道1341时，检测元件134被触发而能够发出相应的电信号。

在一种实施方式中，检测元件134选择为光电行程开关。检测通道1341内一对相向的侧壁上设置有一对对射器件，当触发端头13121伸入检测通道1341内并遮挡于该一对对射器件之间时，检测元件134被触发。

进一步地，当检测元件134被触发时，检测元件134发出的电信号可以控制一提示灯发光，从而提示用户限位元件131处于第二预设位置，可以拆除套杆121。在其他实施方式中，用户提示用户限位元件131停止位置的装置，也可以为蜂鸣器等发声装置，其作用是提示用户当前可以拆除套杆121。

由前所述，在本实用新型中，手术器械12中的套杆121与器械杆122的轴向限位分别通过插拔限位组件13和传动部件实现，因此，检测元件134被触发后发出的电信号，还可以用于控制传动部件的动作，以使器械杆122也被带动至可拆卸位置，从而便于用户拆卸手术器械12。为了避免手术器械12被误拆，在检测元件134被触发而发出电信号前，手术机器人的控制系统可以控制器械杆122保持于轴向连接位置无法被拆卸。

参考图8中所示，机座114上固定连接有一上板体1342，检测元件134连接至该上板体 1342上，以与机座114固定连接。在图8的基础上结合图9中所示的上板体1342的立体结构图，上板体1342上开设有让位槽1343，该让位槽1343包括相互连通的入口槽段13431和导向槽段13432，其中：入口槽段13431的槽口尺寸能够容触发端头13121穿过上板体1342，导向槽段13432的槽口截面尺寸小于触发端头13121的尺寸，当限位元件131横向滑入导向槽段13432时，触发端头13121被限位于上板体1342朝向检测元件134安装的一侧面上，并能够在导向槽段13432的槽壁的导向作用下滑动伸入/退出检测通道1341。

如前所述，在手术前或手术进行时，经常存在着更换手术器械12的需要，因此，为了实现套杆121的方便拆装，本实用新型的执行机构100中设置有插拔限位组件13。要完整拆除手术器械12，还需要同时解除器械杆122的连接关系。不同于套杆121的限位，器械杆122 在手术过程中需要被张拉，以使器械杆122端部的操作端123能够完成预期的手术动作。以操作端配置为手术钳为例，手术钳在手术过程中，至少需要能够实现以第一轴线X为轴的旋转，以及手术钳自身的开合。在达芬奇手术机器人及一些其他现有的手术机器人中，为了驱动操作端开合运动，一般采用钢带及滑轮组成的驱动组件，然而，这种驱动形式对于钢带的材料及安装工艺提出了较高的要求，设备成本极高，同时，这种驱动组件与手术器械之间的连接也较为复杂，难以满足手术器械快速拆装的要求。

为解决上述问题，本实用新型的执行机构100中采用一种改进的驱动组件11。图11为驱动组件部分结构的立体结构图；图12为一种实施方式的传动件的立体结构图；图13为传动件与器械杆配合结构的剖视图；图14为执行机构部分结构的立体图；图15为驱动组件中机座的立体结构图；图16为驱动组件中机座的剖视图。

参考图11至图14中所示，驱动组件11包括主动件111、传动件112及驱动源113，其中：驱动源113固定连接于机座114上，驱动源113的输出端连接主动件111，以带动主动件111旋转，主动件111与传动件112传动配合，以带动传动件112摆动。

参考图12和图13中所示，传动件112可以设置为一个一体式的金属零件，并包括本体，该本体具有枢接部1121、运动输入部1122及张拉驱动部1123。其中：枢接部1121上穿设有枢接轴119，以使传动件112的本体通过该枢接轴119转动连接至图14中所示的机座114上；运动输入部1122与主动件111配合传动，以驱动本体绕枢接部1121的轴线在预设角度范围内摆动；沿本体的摆动方向，张拉驱动部1123与运动输入部1122互呈角度设置；张拉驱动部1123上开设有滑槽1124，该滑槽1124贯穿张拉驱动部1123的末端和侧面，分别形成有端口1125及侧部间隙1126。在一些实施方式中，传动件112的本体上还可以开设有减重槽，以减小传动件112的转动惯量。

继续参考图12和图13，器械杆122的一端伸出套杆121并具有滑动端1221，在一些实施方式中，该滑动端1221可以设置为类似于球头的球形端，这样，滑动端1221能够在滑槽1124内转动以适应传动件112与器械杆122之间的角度变化。器械杆122的滑动端1221能够自张拉驱动部1123上的端口1125滑入/滑出滑槽1124，同时，当滑动端1221滑动连接于滑槽1124内时，器械杆122的其余部分自侧部间隙1126伸出。

器械杆122的另一端连接至操作端123，当器械杆122沿第一轴线X的方向平移时，能够带动操作端123做手术动作。例如，当手术动作为手术钳的开合运动时，器械杆122平移靠近或远离操作端123，能够驱动操作端123的开合机构张开或合拢。相比于现有技术中采用钢带牵拉驱动操作端完成手术动作的方式，器械杆122在被张拉的过程中基本发生弹性伸长或缩短，因此，控制器械杆122的移动形成即可控制操作端123的开合程度，而以钢带作为牵拉件时，钢带在牵拉过程中可能产生的弹性形变使得操作端的动作幅度不可控，要想控制幅度误差，必须采用特殊材质的钢带，且安装精度要相应提高。

参考图11中所示，运动输入部1122设置为沿本体摆动方向分布的多个轮齿，多个轮齿分布形成一扇形齿轮区域，主动件111设置为能够与该扇形齿轮区域啮合传动的齿轮。如此，主动件111转动时，通过主动件111与作为运动输入部1122的轮齿的啮合，驱动本体在预设角度范围内摆动。在一种实施方式中，多个轮齿设置于本体摆动平面的一侧，并与主动件111 配合形成空间齿轮传动，相比于展开式布置，空间齿轮传动的布置形式缩短了主动件111与传动件112配合处沿第一轴线X方向的长度。

参考图13和图14中所示，在一种实施方式中，滑槽1124沿直线延伸。由前所述，套杆 121在插拔限位组件13的轴向限位作用下，保持与机座114相对固定。器械杆122同轴设置于套杆121内部，因此，器械杆122受到套杆121的导向作用。如此，当驱动源113工作时，驱动源113的输出端带动主动件111转动，通过主动件111与传动件112上运动输入部1122 的啮合传动，使得传动件112绕定轴摆动；器械杆122的滑动端1221滑动连接于滑槽1124 内，当张拉驱动部1123摆动时，滑动端1221在滑槽1124内滑动，由于器械杆122伸出滑槽 1124的部分同时收到套杆121的滑动导向，因此，传动件112的摆动运动最终转化为器械杆 122沿自身轴向方向(或作第一轴线X方向)的平移。

继续参考图13中所示，沿传动件112的摆动路径，其具有第一极限位置和第二极限位置。在第一极限位置，滑动端1221靠近端口1125，用户可以沿器械杆122的滑动方向自端口1125 拉出滑动端1221，从而实现器械杆122与驱动组件11的拆卸；在第二极限位置，滑动端1221 沿滑槽1124滑动至远离端口1125的最远端，此时，滑动端1221与滑槽1124这一端的端壁之间间隔设置，如此，避免滑动端1221抵触滑槽1124的端壁，造成传动件112卡死于滑槽 1124内影响传动件112的反向摆动。

采用本实用新型中的驱动组件11时，传动件112的摆动同时可以实现两个目的：器械杆 122沿自身轴线的滑动，从而带动操作端123做手术动作；传动件112摆动至第一极限位置时，器械杆122能够自端口1125拆卸，即还形成器械杆122的快拆结构。本实用新型中的驱动组件11能够以简单的结构，实现手术器械12的操控，及其中器械杆122的拆卸。

进一步地，与插拔限位组件13中引入检测元件134类似，在拆卸器械杆122时，同样需要检测传动件112摆动停止的位置，以辅助用户判断当前器械杆122是否可以被拉出。此外，驱动组件11中还可以配置相关的检测单元，以检测传动件112另一摆动方向的极限位置，以避免传动件112摆动超过第二极限位置，造成滑动端1221在滑槽1124内卡死。

基于上述目的，参考图14中所示，驱动组件11中还包括设置于传动件112摆动路径上的检测单元，其用于检测传动件112摆动的第一极限位置和/或第二极限位置。可以理解的，当需要对两个极限位置均进行检测时，检测单元可以同时实现上述两个目的——提示用户器械杆122当前可以被拉出及，传动件112进一步摆动会超过第二极限位置，存在卡死器械杆 122的风险。下面以包含两个检测功能的实施方式为例进行说明，本领域技术人员应当理解，可以仅设置其中的一个检测功能。

结合图13和图14中所示，检测单元可以包括分别对应传动件112的第一极限位置和第二极限位置的第一光电开关115和第二光电开关116。当第一光电开关115被触发时，器械杆122沿原方向进一步的滑动能够带动滑动端1221自端口1125滑出滑槽1124；而当第二光电开关116被触发时，手术机器人可以通过驱动源113控制传动件112停止以避免其进一步摆动，或者直接控制传动件112反向摆动，从而避免传动件112摆动超程而卡死。

参考图11和图14中所示，传动件112的一侧表面上还固设有标定件117，该标定件117 随传动件112摆动，并用于触发检测单元以使其发出相应的电信号。在一种实施方式中，手术机器人的电控系统中，可以将用于检测限位元件131滑动停止位置的检测元件134，与用于检测传动件112摆动停止位置的检测单元建立关联，例如，仅当第一光电开关115检测到传动件112处于第一极限位置，且检测元件134检测到限位元件131处于第二预设位置时，才会发出电信号提示用户当前可以更换手术器械12。

参考图14至图16中所示，为了减小手术机器人各个部分的体积，以使其灵活度更佳，本实用新型中对驱动组件11内各个零部件的布置做了特殊设计，以通过零部件的合理化布局，减小手术机器人的局部尺寸。

机座114适应于主动件111和传动件112及检测单元的布设需求，可以包括滑移连接部 1145，及固定或一体设置于滑移连接部1145一端的第一叉板1143和第二叉板1144，其中：两块叉板相互平行并间隔设置，每块叉板均平行于传动件112摆动运动所在的平面。在一种实施方式中，传动件112的枢接部1121两端面分别平行于第一叉板1143和第二叉板1144，并分别与两个叉板的内侧表面之间留有一定的间隙，以避免传动件112的摆动运动受到两个叉板的影响。

作为检测单元的第一光电开关115和第二光电开关116均安装于第一叉板1143上，标定件117装设于传动件112上朝向第一叉板1143的一侧，第一叉板1143上开设有弧形槽11431，在装配状态下，标定件117在弧形槽11431伸出，以触发第一叉板1143外侧表面上安装的第一光电开关115或第二光电开关116。

图17和图18为驱动组件中部分结构的结构图。参考图16和图17中所示，驱动源113包括驱动主体1131，该驱动主体1131设置为沿第一轴线X方向延伸的长条形结构，其长度方向的一端为输出端，用于连接主动件111。驱动主体1131通过一固定支架118固定连接至第二叉板1144上。进一步地，为了使主动件111与传动件112能够啮合，第二叉板1144上开设有避让开口11441，主动件111的部分结构自该避让开口11441伸入第一叉板1143和第二叉板1144之间，并在该两块叉板之间与传动件112的运动输入部1122啮合。

结合图7与图16所示，滑移连接部1145上开设有沿第一轴线X方向的滑移孔11451，该滑移孔11451一端贯通至滑移连接部1145上临近两块叉板所在的一端，滑移孔11451的另一端连通至安装孔1141。滑动行程空间1142也设置于该滑移连接部1145上。安装孔1141 内嵌装限位件14，套杆121穿过限位件14并伸入滑移孔11451内，经过滑动行程空间1142 后，被插拔限位组件13限制于预设的轴向位置；器械杆122上穿出套杆121的部分沿滑移孔11451穿出至两个叉板之间，并与传动件112的滑槽1124滑动连接。

参考图17和图18中所示，主动件111连接于驱动源113的输出端上，在驱动源113的驱动下绕第二轴线Y转动，由前所述，器械杆122沿第一轴线X方向伸缩滑移，第一轴线X 平行于第二轴线Y。进一步地，第二轴线Y与传动件112摆动运动所在的平面呈线面平行关系。如此，驱动源113大致平行于手术器械12布置，减少了相关位置的空间占用。

参考了图17中所示，进一步地，驱动源113的输出端背向器械杆122接入滑槽1124的位置，这样，驱动源113的驱动主体1131在第一轴线X方向上基本上重合于机座114，避免驱动源113的驱动主体1131延长轴向空间占用。此外，驱动源113的两侧不超过传动件112两个摆动两个极限位置之间的区域，如此，驱动源113与传动件112大致呈图17中所示的上下关系布置，而未左右错开，局部的空间占用进一步减小。

相比于达芬奇手术机器人，本实用新型中的手术机器人不仅在远心操控机构300处占用的空间有所减小，在执行机构100处，通过各组件的结构调整以及改变结构的布局，使得执行机构100占用的空间也较小，如此使得手术机器人的体积小巧，运动灵活。

为了进一步减小远心操控机构300处的空间占用，本实用新型还提供一种改进的动平台 32。图19为远心操控机构部分结构的立体图，图中显示了动平台与连接组件之间的安装位置关系；图20为动平台一个视角下的立体图，图中显示了减重槽及避让空间在动平台一侧的分布；图21为动平台另一个视角下的立体图，图中显示了内部腔室在动平台另一侧的分布；图 22为手术机器人部分结构的剖视图，图中显示了动平台内部各个零部件的安装位置。

参考图19至图21中所示，动平台32的一侧表面内凹形成有避让空间321，伸缩单元31 与动平台32之间的连接组件34至少部分位于该避让空间321内。相比于将连接组件34直接设置于动平台32一侧表面的形式，避让空间321的设置使得动远心操控机构300沿第一轴线 X方向的空间占用减小。

在一些实施方式中，动平台32上在设置有避让空间321的一侧还设置有减重槽322，减重槽322的设置位置错开避让空间321。较佳地，减重槽322有多个，且多个减重槽322将动平台32的重量配平，使得动平台32的质心重合于多个连接组件34所在圆形的圆心。减重槽322的设置使得动平台32整体的重量减轻，加上避让空间321的设置，相比于普通的实心平台结构，本实用新型中的动平台32整体重量小，在摆动时其运动惯量也小，有利于动平台 32的灵活运动。尤其当动平台32的质心重合于多个连接组件34所在圆形的圆心时，动平台 32的运动精度更高。

进一步地，参考图21和图22中所示，动平台32包括本体，该本体背向避让空间321所在的一侧面上形成有内部腔室323，该内部腔室323用于嵌装电机200，该电机200用于带动执行机构100整体转动。将电机200内置于动平台32的内部腔室323中，可以进一步减小手术机器人的体积，有利于手术机器人的小型化。

具体地，参考图22中所示，电机200包括转子21、定子22及中空转轴23。其中：转子21上固定连接有轴承内圈351，动平台32上固定有轴承外圈353，轴承内外圈之间设置有滚子352，三者共同构成轴承35。滚子352可以选择为十字交叉滚子，以使轴承35能够在内外圈之间传递空间力。在其他实施方式中，轴承35也可以采用其他可以承受空间力的轴承，或者利用多种轴承组合以承受空间力。

执行机构100的机座114相对于转子21固定连接。具体地，机座114靠近动平台32的一端设置有转动连接部1146，机座114通过该转动连接部1146直接或间接地与电机200中的转子21固定，以使之能够被电机200驱动而转动。

由前所述可知，由于执行机构100中的驱动不再采用钢带这类的柔性驱动，而采用前述的驱动组件11对器械杆122进行牵拉，因此，器械杆122一端的操作端123的力可以被传递至动平台32处。因此，在一种实施方式中，转动连接部1146与转子21之间还设置有第一传感器36，该第一传感器36可以选择为力矩传感器，并用于感测执行机构100所受环境力矩。如此执行机构100所受力矩能够通过机座114的转动连接部1146反馈至第一传感器36处。进一步地，第一传感器36的连接导线可以经过中空转轴23内部的空腔穿出。

继续参考图22中所示，为了向转子21上安装第一传感器36，动平台32上还设有固定座361。此外，动平台32上还设置有第二传感器37，该第二传感器37用于检测执行机构100随电机200转过的角度。在图示的实施方式中，该第二传感器37的部分通过中空转轴23与转子21相对固定，第二传感器37另外的部分与动平台32固定，从而通过检测转子21相对于定子22转过的角度检测执行机构100转过的角度。第二传感器37设置于动平台32上连接有连接组件34的一侧面上。

参考图19中所示，动平台32背向连接组件34所在的一侧面上还连接有罩壳38，该罩壳38将动平台32内安装的结构罩设于内部。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种手术机器人的插拔限位组件，用于限制手术器械中套杆的轴向位置，其特征在于，包括：

机座，用于滑动连接所述套杆，并具有垂直于所述套杆滑动方向的滑动行程空间；及

限位元件，滑动连接于所述滑动行程空间，并具有沿其滑动方向的第一预设位置和第二预设位置，所述限位元件上还开设有用于套接至所述套杆外的限位孔；

当所述限位元件滑动至所述第一预设位置时，所述限位孔限制所述套杆相对于所述机座的滑动；

当所述限位元件滑动至所述第二预设位置时，所述套杆能够相对于所述机座滑动并退出所述限位孔。

2.根据权利要求1所述的插拔限位组件，其特征在于，所述机座与所述限位元件之间还设置有弹性元件，所述弹性元件的弹性力作用于所述限位元件，以使所述限位元件保持于所述第一预设位置。

3.根据权利要求2所述的插拔限位组件，其特征在于，所述弹性元件设置于所述限位元件上开设有所述限位孔的一端，并被压缩于所述限位元件的这一端和所述机座之间。

4.根据权利要求1所述的插拔限位组件，其特征在于，所述限位元件上远离所述限位孔设置的一端固定连接有按压部，所述按压部位于所述机座外侧。

5.根据权利要求1所述的插拔限位组件，其特征在于，所述滑动行程空间具有矩形截面。

6.根据权利要求1所述的插拔限位组件，其特征在于，所述限位孔包括沿所述限位元件滑动方向设置大孔径部和小孔径部；

当所述限位元件滑动至所述第一预设位置时，所述小孔径部与所述套杆的外周壁限位配合；

当所述限位元件滑动至所述第二预设位置时，所述大孔径部对准所述套杆并能够容所述套杆滑出所述限位孔。

7.一种手术机器人的执行机构，其特征在于，包括权利要求1-6中任意一项所述的插拔限位组件，以及装设于所述机座上的驱动组件和手术器械，其中：

所述手术器械包括所述套杆，以及穿设于所述套杆内的器械杆，所述套杆沿自身轴向方向滑动连接于所述机座并与所述机座周向限位配合，所述器械杆的一端穿出所述套杆并传动连接至所述驱动组件；

所述插拔限位组件用于限制所述套杆相对于所述机座的滑动。

8.根据权利要求7所述的执行机构，其特征在于，所述套杆的外周设置有沿所述套杆径向内凹的限位环槽，所述限位孔能够在所述限位环槽处与所述套杆形成限位配合。

9.根据权利要求7所述的执行机构，其特征在于，所述机座上可拆卸固定有限位件，所述套杆穿过所述限位件，并通过所述限位件与所述机座形成周向限位配合。

10.一种手术机器人，其特征在于，包括权利要求7-9中任意一项所述的执行机构，以及远心操控机构，所述远心操控机构包括动平台、静平台以及多个伸缩单元，每个所述伸缩单元的两端均分别转动连接至所述动平台和所述静平台，多个所述伸缩单元协同伸缩以控制所述动平台相对于所述静平台运动；

所述执行机构设置于所述动平台上，并且，所述手术器械具有预设的远心不动点，所述动平台的偏转能够带动所述手术器械绕所述远心不动点摆动；

所述动平台上还设置有用于驱动所述执行机构整体转动的电机。

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