CN218106041U - 控弯机构、自动控弯装置以及手术机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种控弯机构、自动控弯装置以及手术机器人，涉及医疗机器人的技术领域，以解决现有技术中的手术导管设计难以实现无菌隔离的技术问题。本申请的控弯机构包括壳体、导管与至少一个传动部件。其中，一个传动部件具有传动轮与两个传动部；传动轮可旋转地设于壳体，传动部与传动轮连接；导管通过牵引线分别与传动部连接；传动轮旋转时，两个传动部反向移动，并拉动导管的一端弯曲。故本申请具有结构简单、通用性高、操作过程无菌无污染的优点。

Description

控弯机构、自动控弯装置以及手术机器人

技术领域

本申请涉及医疗机器人的技术领域，具体而言，涉及一种控弯机构、自动控弯装置以及手术机器人。

背景技术

医疗机器人是指用于医疗或辅助医疗的机器人，其中，手术机器人是医疗机器人范畴中占比最大也是最重要的领域。手术机器人能够根据医疗图像控制手术导管弯曲或伸直，以快速、准确地通过复杂的通路，进行精确定位并导出相应的手术装置执行持续性动作，进而完成手术治疗。现有技术中，在设计手术导管相关的多向控弯结构的基础上，如何实现无菌隔离操作是研发人员首要考虑的问题。

实用新型内容

本申请的目的在于提供一种控弯机构、自动控弯装置以及手术机器人，其能够解决手术过程中通过手术机器人控制导管弯曲且实现无菌操作的问题。

本申请的实施例是这样实现的：

本申请第一方面提供了一种控弯机构，包括壳体、导管与至少一个传动部件。一个传动部件具有传动轮与两个传动部；传动轮可旋转地设于壳体，传动部与传动轮连接；导管通过牵引线分别与传动部连接；传动轮旋转时，两个传动部反向移动，并拉动导管的一端弯曲。

于一实施例中，传动部件设有两个，且分别设于壳体的相对两面上。

于一实施例中，导管的一端固定在壳体上，导管的中间端周向均布有四个牵引线。

于一实施例中，传动轮为齿轮，传动部件还包括两个齿条，齿条相互平行且分别设于齿轮的两侧。

于一实施例中，壳体上设有两个相互平行的滑槽；传动部件还包括滑轨与滑块；一个滑轨设于一个滑槽内；滑块设于滑轨上，且与齿条连接；一个传动部设于一个滑槽内的一个滑块上。

于一实施例中，传动轮为齿轮，传动部件还包括传送带，传送带设于齿轮的外侧且与齿轮啮合，两个传动部分别设于传送带的两端。

于一实施例中，传动轮为链轮，传动部件还包括链条，链条设于链轮的外侧且与链轮连接，两个传动部分别设于链条的两端。

于一实施例中，控弯机构还包括手轮，手轮与传动轮同轴连接，且手轮上设有十字槽。

本申请第二方面提供了一种自动控弯装置，包括本申请第一方面任一项实施例的控弯机构以及驱动电机，驱动电机与传动轮连接。

本申请第三方面提供了一种手术机器人，包括本申请第二方面任一项实施例的自动控弯装置以及手术装置，手术装置可移动地设于导管内。

本申请与现有技术相比的有益效果是：本申请在齿轮传动的原理上，基于实现导管弯曲的牵引线结构、位置与导管弯曲方向进行了控弯机构的结构设计，从而实现手术机器人通过导管对手术的操作，且能够通过简单的传动结构，实现控弯机构上导管等部分和手术机器人其他部件之间的无菌屏障。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请一实施例示出的手术机器人的结构示意图；

图2为本申请一实施例示出的自动控弯装置的结构示意图；

图3为本申请一实施例示出的控弯机构的结构示意图；

图4为本申请一实施例示出的导管的结构示意图；

图5(a)为本申请一实施例示出的控弯机构的局部结构示意图；

图5(b)为图5(a)示出的控弯机构的正视图；

图6(a)为本申请一实施例示出的控弯机构中齿轮齿条配合的结构原理示意图；

图6(b)为本申请一实施例示出的控弯机构的局部结构示意图；

图6(c)为本申请一实施例示出的控弯机构的局部结构示意图；

图7(a)为本申请一实施例示出的控弯机构中链轮链条配合的结构原理示意图；

图7(b)为本申请一实施例示出的控弯机构的局部结构示意图；

图7(c)为本申请一实施例示出的控弯机构的局部结构示意图；

图8(a)为本申请一实施例示出的控弯机构中齿轮传送带配合的结构原理示意图；

图8(b)为本申请一实施例示出的控弯机构的局部结构示意图；

图8(c)为本申请一实施例示出的控弯机构的局部结构示意图。

图标：1-手术机器人；2-自动控弯装置；200-驱动电机；20-控弯机构；21-导管；210-牵引线；211-管体；212-弯曲端；221-U型外壳；222-壳体；223-滑槽；23-手轮；230-十字槽；231-第一手轮；232-第二手轮；24-传动部件；241-传动轮；242-传动部；2421-第一传动部；2422-第二传动部；2423-第三传动部；2424-第四传动部；25-齿轮；250-齿轮轴；2501-第一齿轮轴；2502-第二齿轮轴；251-第一齿轮；252-第二齿轮；26-齿条；261-滑轨；262-滑块；27-链轮；270-链轮轴；2701-第一链轮轴；2702-第二链轮轴；271-第一链轮；272-第二链轮；28-链条；281-第一链条；282-第二链条；29-传送带；291-第一传送带；292-第二传送带；3-手术装置。

具体实施方式

术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，并不表示排列序号，也不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“左”、“右”、“上”、“下”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，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，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申请的限制。

在本申请的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。

下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参照图1，图1为本申请一实施例示出的手术机器人1的结构示意图；请参照图2，图2为本申请一实施例示出的自动控弯装置2的结构示意图；请参照图3，图3为本申请一实施例示出的控弯机构20的结构示意图。

请结合图1至图3所示，本申请提供了一种手术机器人1，包括自动控弯装置2以及手术装置3。自动控弯装置2包括控弯机构20以及驱动电机200。控弯机构20包括导管21。

其中，手术装置3可移动地设于导管21内。于一操作过程中，操作人员通过驱动电机200自动控制导管21朝预设方向弯曲，操作人员也可以通过控弯机构20上的其他手动部件手动控制导管21朝预设方向弯曲，以进一步将手术装置3通过导管21的内腔输送至人体内复杂通路的指定位置，进而完成手术操作。

本申请的控弯机构20比较适合旋转电机的驱动，在控弯机构20的外面加上U型外壳221，可以用来实现控弯机构20其他部件和导管21的无菌隔离，旋转电机用来提供扭矩，U型外壳221能够更简单便捷地实现无菌隔离。

请参照图4，图4为本申请一实施例示出的导管21的结构示意图。本申请以多向调弯导管21中的四向调弯为例，但于本申请的其他实施例中，多项调弯导管21不仅限于四向调弯。如图4所示，导管21的四向调弯功能是通过四根牵引线210实现。通过分别拉动不同的牵引线210，即可实现某个牵引线210对应的方向的调弯。

导管21的管体211常用高分子材料Pebax或PA等，但并不仅限于高分子材料，也可以为其他材料：如金属材料等可以传递拉力的材料。牵引线210的远端通过焊接、粘接等连接方式与导管21的末端进行固定；导管21的末端采用可弯曲材料作为弯曲端212(可通过硬度较低的材料、弹簧、海波管等实现)，操作人员在近端对牵引线210施加拉力，牵引线210传递拉力到导管21远端的弯曲端212，进而实现导管21的调弯。

于一操作过程中，操作人员可以通过同时对四根牵引线210中的一根或多根牵引线210施加拉力(拉力可以是相同的也可以是不同的)，得到导管21的弯曲端212在空间任何方向任何角度的调弯，从而实现手术机器人1手术过程中的灵活定位。

请参照图5(a)，图5(a)为本申请一实施例示出的控弯机构20的局部结构示意图；请参照图5(b)，图5(b)为图5(a)示出的控弯机构20的正视图。如图5(a)、图5(b)所示，控弯机构20包括壳体222、导管21与至少一个传动部件24。导管21的一端固定在壳体222上，一个传动部件24具有一个传动轮241与两个传动部242；传动轮241可旋转地设于壳体222，传动部242与传动轮241连接；导管21通过牵引线210分别与传动部242连接；传动轮241旋转时，两个传动部242反向移动，并拉动导管21的弯曲端212弯曲。

于一实施例中，传动部件24设有两个，且分别设于壳体222的相对两面上。控弯机构20还包括手轮23，一个手轮23与一个传动轮241同轴连接，手轮23上设有十字槽230，以便于和驱动电机200连接。

请参照图6(a)，图6(a)为本申请一实施例示出的控弯机构20中齿轮25、齿条26配合的结构原理示意图；请参照图6(b)，为本申请一实施例示出的控弯机构20的局部结构示意图。请结合图6(a)、图6(b)所示，传动轮241可以为齿轮25，传动部件24还包括两个齿条26，齿条26相互平行且分别设于齿轮25的两侧。齿轮25在转动过程中，齿条26在同一齿轮25两侧(对称方向上)呈现相反的运动方向。结合四向调弯导管21，通过转动单个齿轮25，即可实现同一齿轮25两侧两根牵引线210的运动。另外，通过齿轮25模数或齿数改变，可实现传动部件24不同的传动比。

传动部件24还包括滑轨261与滑块262；壳体222上设有两个相互平行的滑槽223；一个滑轨261设于一个滑槽223内；滑块262设于滑轨261上且设有四个，两个滑块262与一个齿条26连接；传动部242分别设于每个滑槽223内的一个滑块262上。

导管21的牵引线210分别固定在滑块262上，且一个牵引线210连接有一个滑槽223内的一个滑块262，传动部242设于滑块262上且与牵引线210连接(可以为：焊接、粘接、机械连接等连接方式)，滑轨261和滑块262可以为带有自润滑的PTFE、POM等高分子材料，也可以为表面粗糙度很小的金属材料。

请结合图1至图6(b)，控弯机构20上相对两面上分别设有两个齿轮25，两个齿轮25通过齿轮轴250分别固定在壳体222的相对两面上(相互之间没有轴向和周向移动，固定方式可以为平键结合、粘接、螺钉、卡簧等方式)，且两个齿轮轴250分别与两个手轮23连接并固定(相互之间没有轴向移动，固定方式可以为焊接、粘接等连接方式)。

因为实际结构中滑块262设于齿条26与滑槽223之间且与齿条26连接，为了更清楚的展示滑块262和齿条26的结构设计，图6(b)隐藏了齿轮25一侧的一个齿条26，同一滑轨261中的两个滑块262均和同一齿条26固定(可以为：焊接、粘接、机械连接等连接方式)，即每个滑轨261上设有两个滑块262、一个齿条26，且齿条26和齿轮25啮合。在导管21非弯曲状态下，壳体222上同一表面的两个滑轨261及其连接的滑块262与齿条26呈对称分布。

于一操作过程中，旋转手轮23通过齿轮轴250带动齿轮25转动，齿轮25的转动会带动两侧齿条26的反向移动，齿轮25两侧齿条26的移动会带动齿轮25两侧的滑块262在滑槽223内反向移动，进而带动齿轮25两侧与传动部242连接的两个牵引线210一个向靠近导管21的弯曲端212的方向运动，一个向远离导管21的弯曲端212方向运动，实现导管21控弯。

请参见图6(c)，图6(c)为本申请一实施例示出的控弯机构20的局部结构示意图。请结合图1至图6(c)所示，于本申请的另一实施例中，两个齿条26仍平行相对设置且分别设于两个滑轨261上方。在壳体222的同一侧表面上还可以设置两个齿轮25，每个齿轮25分别带动一个齿条26，设于壳体222同一侧表面的两个齿条26由各自连接的齿轮25带动移动时，彼此之间相互独立互不干涉，以实现两个齿条26的自由移动。

在壳体222的同一侧表面的中央，分别设有第一齿轮251与第二齿轮252，第一齿轮251的一侧设有第一齿条26，且第一齿轮251与第一手轮231通过齿轮轴250连接；第二齿轮252的一侧设有第二齿条26，且第二齿轮252与第二手轮232通过齿轮轴250连接(请参见图7(b))。第一齿轮251与第二齿轮252的轴心连线所在的直线相较于第一齿条26或第二齿条26倾斜，即第一齿轮251相较于第二齿轮252，与第二齿条26的距离较远；第二齿轮252相较于第一齿轮251与第一齿条26的距离较远，以防止第一齿条26由第一齿轮251带动着移动时，碰撞到第二齿轮252发生干涉；反之亦然。

在壳体222的另一侧表面上，同样可以设有两个齿轮25且分别带动两个齿条26，这样在壳体222的相对两侧表面上共设有四个齿轮25，每个齿轮25分别连接有一个齿条26与一个手轮23。进一步的，每个手轮23还可以连接有一个驱动电机200。于一操作过程中，操作人员可以旋转指定的手轮23，或控制指定驱动电机200带动连接的手轮23旋转，进而使对应的齿轮25旋转，旋转的齿轮25带动连接的齿条26移动，并通过与齿条26连接的传动部242拉动导管21上对应牵引线210，以通过单独控制牵引线210的运动对导管21的特定方向独立控弯。

请参照图7(a)，图7(a)为本申请一实施例示出的控弯机构20中链轮27链条28配合的结构原理示意图；请参照图7(b)，图7(b)为本申请一实施例示出的控弯机构20的局部结构示意图；请参照图7(c)，为本申请一实施例示出的控弯机构20的局部结构示意图。请结合图7(a)至图7(c)，传动轮241为链轮27时，控弯机构20采用链轮27和链条28相互啮合的方式，实现链轮27转动时，链轮27两侧的传动部242拉动牵引线210反向运动。

请结合图1至图5(b)、图7(a)至图7(c)，链条28设于链轮27的外侧且与链轮27啮合，两个传动部242分别设于一个链条28的两端且各连接一条牵引线210。链轮27与链条28设有两组、可以并排设置于壳体222上、或分别设于壳体222的相对两面时，两个链轮27的转动可以实现四根牵引线210的运动。第一链轮271通过第一链轮轴2701固定，第二链轮272通过第二链轮轴2702固定(链轮27与链轮轴270相互之间没有轴向和周向移动，固定方式可以为平键结合、粘接、螺钉、卡簧等方式)。

第一链轮轴2701和第一手轮231固定连接，第二链轮轴2702与第二手轮232固定连接(固定方式为粘接等)。于一操作过程中，转动第一手轮231，通过第一链轮轴2701带动第一链轮271转动，第一链轮271带动第一链条281运动，实现第一链条281两端的第一传动部2421与第二传动部2422反向移动，进而带动两个传动部242分别连接的牵引线210反向运动，以实现导管21两个方向的调弯；转动第二手轮232，通过第二链轮轴2702带动第二链轮272转动，第二链轮272带动第二链条282运动，实现第二链条282两端的第三传动部2423与第四传动部2424反向移动，进而带动两个传动部242分别连接的另外两条牵引线210反向运动，以实现导管21另两个方向的调弯。

请参照图8(a)，图8(a)为本申请一实施例示出的控弯机构20中齿轮25、传送带29配合的结构原理示意图；请参照图8(b)，图8(b)为本申请一实施例示出的控弯机构20的局部结构示意图；请参照图8(c)，图8(c)为本申请一实施例示出的控弯机构20的局部结构示意图。请结合图8(a)至图8(c)，传动轮241为齿轮25时，控弯机构20采用齿轮25和传送带29相互啮合的方式，实现齿轮25转动时，齿轮25两侧的传动部242拉动牵引线210反向运动。

请结合图1至图5(b)、图8(a)至图8(c)，传送带29设于齿轮25的外侧且与齿轮25啮合，两个传动部242分别设于传送带29的两端且各连接一条牵引线210。齿轮25与传送带29设有两组、且在并排设置于壳体222上、或分别设于壳体222的相对两面时，两个齿轮25的转动可以实现四根牵引线210的运动。第一齿轮251通过第一齿轮轴2501固定，第二齿轮252通过第二齿轮轴2502固定(齿轮25与齿轮轴250相互之间没有轴向和周向移动，固定方式可以为平键结合、粘接、螺钉、卡簧等方式)。

第一齿轮轴2501和第一手轮231固定连接，第二齿轮轴2502与第二手轮232固定连接(固定方式为粘接等)。于一操作过程中，转动第一手轮231，通过第一齿轮轴2501带动第一齿轮251转动，第一齿轮251带动第一传送带291运动，实现第一传送带291两端的第一传动部2421与第二传动部2422反向移动，进而带动两个传动部242分别连接的牵引线210反向运动，以实现导管21两个方向的调弯；转动第二手轮232，通过第二齿轮轴2502带动第二齿轮252转动，第二齿轮252带动第二传送带292运动，实现第二传送带292两端的第三传动部2423与第四传动部2424反向移动，进而带动两个传动部242分别连接的另外两条牵引线210反向运动，以实现导管21另两个方向的调弯。

本申请在齿轮25传动的原理上，基于实现导管21弯曲的牵引线210结构、位置与导管21弯曲方向进行了控弯机构20的结构设计，从而实现手术机器人1通过导管21对手术的操作；且本申请能够通过简单的传动部件24独立或协同动作实现控弯机构20上导管21的定向弯曲，且实现导管21伸入人体复杂通路的部分和手术机器人1其他部件之间的无菌屏障，保障手术的安全与可靠。

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

Claims (10)

1.一种控弯机构，其特征在于，包括：

壳体；

至少一个传动部件，一个所述传动部件具有传动轮与两个传动部；所述传动轮可旋转地设于所述壳体，所述传动部与所述传动轮连接；

导管，所述导管通过牵引线分别与所述传动部连接；所述传动轮旋转时，两个所述传动部反向移动，并拉动所述导管的一端弯曲。

2.根据权利要求1所述的控弯机构，其特征在于，所述传动部件设有两个，且分别设于所述壳体的相对两面上。

3.根据权利要求2所述的控弯机构，其特征在于，所述导管的一端固定在所述壳体上，所述导管的中间周向均布有四个所述牵引线。

4.根据权利要求1所述的控弯机构，其特征在于，所述传动轮为齿轮，所述传动部件还包括：

两个齿条，所述齿条相互平行且分别设于所述齿轮的两侧。

5.根据权利要求4所述的控弯机构，其特征在于，所述壳体上设有两个相互平行的滑槽；所述传动部件还包括：

滑轨，一个所述滑轨设于一个所述滑槽内；

滑块，所述滑块设于所述滑轨上，且与所述齿条连接；一个所述传动部设于一个所述滑槽内的一个滑块上。

6.根据权利要求1所述的控弯机构，其特征在于，所述传动轮为齿轮，所述传动部件还包括：

传送带，所述传送带设于所述齿轮的外侧且与所述齿轮啮合，两个所述传动部分别设于所述传送带的两端。

7.根据权利要求1所述的控弯机构，其特征在于，所述传动轮为链轮，所述传动部件还包括：

链条，所述链条设于所述链轮的外侧且与所述链轮连接，两个所述传动部分别设于所述链条的两端。

8.根据权利要求1所述的控弯机构，其特征在于，所述控弯机构还包括：

手轮，所述手轮与所述传动轮同轴连接，且所述手轮上设有十字槽。

9.一种自动控弯装置，其特征在于，包括如权利要求1-8任意一项所述的控弯机构；以及

驱动电机，所述驱动电机与所述传动轮连接。

10.一种手术机器人，其特征在于，包括如权利要求9所述的自动控弯装置；以及

手术装置，所述手术装置可移动地设于所述导管内。

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