CN219814307U - 一种内窥镜手术机器人的柔性臂 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种内窥镜手术机器人的柔性臂，包括：骨节段，具有多节相互铰接的骨节；执行器，连接在所述骨节段的远端；延长段，连接在所述骨节段的近端，所述延长段为内部中空的套管；至少两根第一拉线，所述第一拉线的一端连接至骨节段，所述第一拉线由骨节段向后延伸由延长段的内部穿过；至少两个拉线分隔件，所述拉线分隔件为圆柱体结构，至少在所述延长段的两端各固定设置一个拉线分隔件，连接于拉线分隔件处的各个第一拉线之间不相互接触，所述拉线分隔件上具有多个供第一拉线滑动通过的第一通道。本实用新型由于在延长段内部提供了至少两个拉线分隔件，能够防止多根拉线相互缠绕，提高了对骨节段拉动的响应效果。

Description

一种内窥镜手术机器人的柔性臂

技术领域

本实用新型提供一种内窥镜手术机器人的柔性臂，属于手术机器人领域。

背景技术

在经自然腔道的手术机器人的应用中，一种方案是使用线驱动的连续体结构作为机器人的运动臂。线驱动通常需要使用多根金属线对运动臂的多节骨节结构进行拉动。并且，经自然腔道手术机器人的长度较长，例如经胃镜的自然腔道机器人，由于胃镜本身的工作长度已经超出1米。因此由内镜的器械通道进入并在内镜前端伸出的运动臂，其整体长度必然超过1米。对运动臂进行驱动的拉线长度也同样会超过1米。因此，在组装过程中拉线在运动臂的外套管内经过较长的距离后，相互之间在外套管中容易发生缠绕，加之外套管的直径有限，拉线缠绕后相互之间的摩擦力会增大。这会影响拉线被拉动后的顺滑度。即使在每根拉线外套有拉线套管，由于外套管、拉线和拉线套管均为柔性结构，各个拉线套管之间也同样会相互缠绕，在经过1米以上的距离后，各个拉线套管之间的缠绕还会影响各个拉线的实际长度，使得各个拉线的长度，以及拉线与拉线套管之间的摩擦力变得不可预测，因此在后端拉动拉线后，经过较长的距离传递到运动臂前端的驱动力变得不连续且难以预测。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种内窥镜手术机器人的柔性臂，以减少各个拉线之间的缠绕问题。

本实用新型采用了如下方案：

本实用新型提供一种内窥镜手术机器人的柔性臂，包括：骨节段，具有多节相互铰接的骨节；执行器，连接在所述骨节段的远端；延长段，连接在所述骨节段的近端，所述延长段为内部中空的套管；至少两根第一拉线，所述第一拉线的一端连接至骨节段，所述第一拉线由骨节段向后延伸由延长段的内部穿过；至少两个拉线分隔件，所述拉线分隔件为圆柱体结构，至少在所述延长段的两端各固定设置一个拉线分隔件，连接于拉线分隔件处的各个第一拉线之间不相互接触，所述拉线分隔件上具有多个供第一拉线滑动通过的第一通道。

进一步，本实用新型的内窥镜手术机器人的柔性臂，还具有这样的特征：其中骨节具有多节第一骨节，至少一个第二骨节和至少一个第三骨节，各个骨节上均具有供拉线通过的通孔，各个骨节的中心具有第一中心通道。

进一步，本实用新型的内窥镜手术机器人的柔性臂，还具有这样的特征：还具有第一拉线套管，所述第一拉线套管外套于每根第一拉线外，并与所述拉线滑动连接，每根第一拉线套管均与所述拉线分隔件固定连接，并且第一拉线套管穿过第一通道。

进一步，本实用新型的内窥镜手术机器人的柔性臂，还具有这样的特征：第二拉线，由第一中心通道中穿过，并且所述第二拉线的远端连接于执行器上，所述拉线分隔件的中心具有第二中心通道，所述第二中心通道供第二拉线从中穿过。

进一步，本实用新型的内窥镜手术机器人的柔性臂，还具有这样的特征：第二拉线套管，与所述拉线分隔件的第二中心通道固定连接，所述第二拉线穿过所述第二拉线套管。

进一步，本实用新型的内窥镜手术机器人的柔性臂，还具有这样的特征：设所述延长段的内径为d,拉线分隔件的圆柱高度大于等于d，小于等于2d。

进一步，本实用新型的内窥镜手术机器人的柔性臂，还具有这样的特征：所述拉线分隔件上具有导向槽，所述延长段内腔具有导向条，所述导向槽和所述导向条相配合。

进一步，本实用新型的内窥镜手术机器人的柔性臂，还具有这样的特征：设置于延长段的两端的拉线分隔件，一端具有环形凸台，所述环形凸台的高度与所述延长段的外壁厚度相匹配。

进一步，本实用新型的内窥镜手术机器人的柔性臂，还具有这样的特征：当所述执行器为夹钳时，所述第二拉线与夹钳的开合杆连接；当所述执行器为黏膜切开刀时，所述第二拉线与所述黏膜切开刀的刀头固定连接并且电连接。

进一步，本实用新型的内窥镜手术机器人的柔性臂，还具有这样的特征：其中，第二骨节和第三骨节处具有供拉线固定的孔位，至少一根第一拉线的头端固定于第二骨节的孔位中，至少一根第一拉线固定于第三骨节的孔位中。

本实用新型的有益之处在于，由于在延长段内部提供了至少两个拉线分隔件，因此能够防止在经过较长的距离后，多根拉线相互缠绕，使得单根拉绳的力传递受到的外界影响降低，提高了对骨节段拉动的响应效果。

附图说明

图1是本实用新型整体结构外形图；

图2为本实用新型延长段的内部结构示意图；

图3为拉线分隔件的结构示意图；

图4为拉线分隔件处的横截面图；

图5是另一实施方式中延长段的内部结构示意图；

图6是另一实施方式中拉线分隔件的结构示意图；

图7是另一实施方式中拉线分隔件处的横截面图；

图8是单节骨节的结构示意图。

图9是骨节段20弯曲至更多S形的示意图。

图10是第二骨节和第三骨节位置的局部放大图。

标号说明：10，执行器；20，骨节段；21，第一骨节；22，通孔；23，第一中心通道；25，第二骨节；26，第三骨节；30，延长段；31，拉线分隔件；32，第一拉线套管；33，第一通道；34，第二中心通道；35，导向条；36，第一拉线；361，第一偏转拉线；362，第二偏转拉线；363，第三偏转拉线；37，导向槽；38，第二拉线。

具体实施方式

<实施例一>

本实用新型提供一种内窥镜手术机器人的柔性臂，如图1至图4所示，包括：骨节段20、执行器10、延长段30、第一拉线36以及拉线分隔件31。

如图1和图2所示，骨节段20具有多节相互铰接的骨节；多节骨节通过拉线串联在一起，而成柔性臂的结构。通过拉线控制柔性臂的摆动方向，由于胃镜等消化道内镜的长度较长，因此拉线一直从骨节处向后延伸，贯穿延长段30之后与后端的拉线装置连接。

骨节段20至少具备向上下左右四个正方向摆动的能力，并且在两根拉线相互配合的情况下，可以摆向四个正方向之间的任意夹角方向。至少需要3根拉线才能够实现这样的摆动自由度。

在一些实施方式中，为了进一步增加骨节段20的弯曲能力，还需要额外的拉线，这些额外的拉线前端固定于骨节段20的中间一节预定的骨节中，从而在此处施加额外的牵拉力，以带动骨节段20的形态发生额外的变化。一个具体的骨节段的弯曲形式如图9所示，在第二骨节和第三骨节上设置能够固定拉线前端的金属头的沉头孔。如图10中的局部放大图所示，为了区分头端连接位置各不相同的各条第一拉线36，将第一拉线分成三类，分别为第一偏转拉线361、第二偏转拉线362和第三偏转拉线363，第二骨节25上具有用于卡接第二偏转拉线362的头端364的沉头孔，图10中的沉头孔被头端364遮挡因此不再单独编号。第三骨节26上具有用于卡接第三偏转拉线363头端的沉头孔241。当拉动第二偏转拉线362时，第二骨节25在图10所示方位下的右侧受力，从而带动骨节段20向图10中的右侧摆动、或者说顺时针摆动。当拉动第三偏转拉线363时，第三骨节26在图10所示方位下的左侧受力，从而带动骨节段20向图10中的左侧摆动、或者说逆时针摆动。当同时拉动第二偏转拉线362和第三偏转拉线363时，骨节段20自第三骨节26以下的部分逆时针摆动，而自第三骨节26以上的部分顺时针摆动，从而达到如图9所示的S形状态。第二骨节和第三骨节的数量最少可以设置为一个，但当预定的S形弯曲的幅度或者角度更大时，第二骨节和第三骨节的数量可以超过一个。第二骨节25上段的多节骨节称为第一骨节，第二骨节25直至第三骨节26之间的骨节称之为第二骨节。图9中第三骨节的长度虽然与其余骨节不尽相同，但为了便于描述，仍然将第三骨节26及其下方的骨节均称之为第三骨节。在本实用新型中，第一骨节、第二骨节和第三骨节的称谓仅为了便于对骨节段进行分断描述，并不代表其在结构或者材料上存在着显著的差异。

由于第二拉线的作用截止于第二骨节25上，因此第二骨节25前方的多个第一骨节21仍然可以在多根第一偏转拉线361的带动下做上下左右四个方向的摆动，由此可以实现骨节段20在避开前方的障碍或者在不遮挡内镜视野的情况下进行动作。

在一些实施方式中，第三骨节26上连接的第三偏转拉线363的数量可以为两根，从而为其提供更大的拉力。第一偏转拉线361的数量可以设置为三根或者三根以上，从而达到能够进行四向摆动，或者说能够带动执行器前端运动，使其轨迹覆盖半球面形的工作区域。当然，如果骨节段20的前段只需要单一平面内的摆动，则只需要两根第一偏转拉线361。如果第二骨节25和第三骨节26需要在更多的方向上形成S形结构，则额外的至少一根第二偏转拉线362和至少一根第三偏转拉线363是应当额外配置的。由此第一拉线的数量可能达到多至八根甚至更多。

执行器10，连接在骨节段20的远端。执行器10可以采用多种类型的工具端，图1中所示的执行器10为夹钳，在其它的实施方式中，执行器10还可以是黏膜切开刀、电剪刀、持针钳等其它类型的器械。

延长段30，连接在骨节段的近端，延长段30为内部中空的套管。

如图4所示，至少两根第一拉线36被包绕于延长段30中。在本实施方式中，第一拉线包含第一偏转拉线361、第二偏转拉线362和第三偏转拉线363合计共有六根，一根第二拉线位于中心位置。在其它的实施方式中，第一拉线的数量可能发生变化。例如少至两根或者多至八根等。

第一拉线的一端连接至骨节段，第一拉线由骨节段向后延伸由延长段的内部穿过。

如图2、图3和图4，至少两个拉线分隔件，拉线分隔件为圆柱体结构，至少在延长段的两端各固定设置一个拉线分隔件，连接于拉线分隔件处的各个第一拉线之间不相互接触，拉线分隔件上具有多个供第一拉线滑动通过的第一通道33。

骨节具有第一骨节，第二骨节和第三骨节，各个骨节上均具有供拉线通过的通孔，各个骨节的中心具有第一中心通道，并且各个第一中心通道共轴。如图8所示为第一骨节21的结构示意图，第一骨节21具有第一中心通道23，多个通孔22呈圆周阵列布置。第一骨节，第二骨节和第三骨节根据对摆动方向的不同要求，各个骨节之间的排列方式，打孔位置和转轴位置的设置可能会有所不同。图9和图10中所示出的一例在第二骨节25的上段的各骨节为交错设置，从而可以完成四向摆动以及各种两向摆动的组合。在第二骨节25的上段的各骨节为单向设置，从而仅能在一个平面内进行两向的摆动。

第一拉线套管32外套于每根拉线外，并与拉线滑动连接，每根第一拉线套管均与拉线分隔件固定连接，并且第一拉线套管与第一通道33连通。第一拉线套管与拉线分隔件的固定连接方式可以粘接，例如将第一拉线套管粘接在拉线分隔件的第一通道33之中。

第二拉线38由第二中心通道34中穿过，并且第二拉线38的远端连接于执行器10上，拉线分隔件的中心具有第二中心通道，第二中心通道供第二拉线38从中穿过，第一中心通道和第二中心通道共轴。当执行器为夹钳时，第二拉线38与夹钳的开合杆连接。虽然其名称为第二拉线，但其本身可以是具有一定的刚度的硬质金属线，从而具备前推的能力，例如当执行器为夹钳时，可以通过前推第二拉线使夹钳开口张开。使用此种硬质拉线的夹钳开合结构可以参考公开号为：CN202221793087.9专利申请中的夹钳开合结构。

当然，此处仅以执行器为夹钳形式的一个具体举例。当执行器为黏膜切开刀时，第二拉线也可以作为导电的导线使用。当执行器为黏膜切开刀时，第二拉线与黏膜切开刀的刀头固定连接并且电连接。在具备通电要求的执行器中，对导电线进行适当的电气绝缘设置是本领域技术人员已知晓的，例如在第二拉线外部套设具有绝缘能力的套管或者绝缘涂层等，此处不做赘述。

在一些实施方式中，还可以设置第二拉线套管，与拉线分隔件固定连接，并且第二拉线套管与第二中心通道连通并固定连接。第二拉线套管与第一拉线套管的长度相匹配。第二拉线38穿设于第二拉线套管中，从而进一步将第二拉线与外周的第一拉线隔离开，减少在拉线运动过程中的相互影响。

在一些较佳的实施方式中，拉线分隔件31的圆柱高度大于等于延长段的内径，从而防止组装时在移动的过程中拉线分隔件在延长段的腔内发生偏转。然而拉线分隔件31的圆柱高度或者说轴线长度过长时会影响延长段的弯曲性能。因此当假设延长段的内径为d时,拉线分隔件的圆柱高度大于等于d，小于等于2d。或者说拉线分隔件的长度在此区间内为宜。

如图7所示，在一些实施方式中，设置于延长段的两端的拉线分隔件，一端具有环形凸台39，环形凸台39的高度与延长段的外壁厚度相匹配。以帮助将拉线分隔件31和延长段的端面组装在一起。

实施例一中使用至少两个拉线分隔件，两个拉线分隔件位于延长段的两端，当然，使用更多数量的拉线分隔件对于防止多根第一拉线相互缠绕的效果更好，但数量过多的拉线分隔件会影响延长段的弯曲性能，因此在存在多个拉线分隔件的实施方式中，相邻两个拉线分隔件之间的距离在20-30cm为宜。在装配的过程中，只需要适当的转动拉线分隔件的角度，使得在延长段30的长轴方向上，各个第一拉线套管32得到区隔，而不会杂乱的缠绕在一起。除了位于延长段两端的拉线分隔件需要与之固定连接之外，位于延长段中间的其它拉线分隔件可以不必固定。但在需要将中间的其它拉线分隔件与延长段相互固定时，可以在延长段的相应位置预留注胶孔，从注胶孔处注胶，将拉线分隔件与延长段相互粘接在一起。

<实施例二>

如图5、图6和图7所示，本实施方式中的内窥镜手术机器人的柔性臂，与实施方式一的区别在于拉线分隔件的结构，如图6和图7所示。延长段30上具有导向条35，拉线分隔件上具有导向槽37，导向条35沿延长段30的管壁内部的长轴方向延伸。在组装时导向槽37与导向条35滑动连接，组装完毕后，各个拉线分隔件通过焊接或者粘接的方式与延长段30固定连接。本实施方式中，由于使用导向条与导向槽的结构，使得各个相邻的拉线分隔件之间的各第一拉线套管32在整条延长段的长度方向上保持线性状态，相互之间不会发生缠绕。

Claims (10)

1.一种内窥镜手术机器人的柔性臂，其特征在于，包括：

骨节段，具有多节相互铰接的骨节；

执行器，连接在所述骨节段的远端；

延长段，连接在所述骨节段的近端，所述延长段为内部中空的套管；

至少两根第一拉线，所述第一拉线的一端连接至骨节段，所述第一拉线由骨节段向后延伸由延长段的内部穿过；

至少两个拉线分隔件，所述拉线分隔件为圆柱体结构，至少在所述延长段的两端各固定设置一个拉线分隔件，连接于拉线分隔件处的各个第一拉线之间不相互接触，所述拉线分隔件上具有多个供第一拉线滑动通过的第一通道。

2.如权利要求1所述的内窥镜手术机器人的柔性臂，其特征在于：

其中骨节具有多节第一骨节，至少一个第二骨节和至少一个第三骨节，各个骨节上均具有供拉线通过的通孔，各个骨节的中心具有第一中心通道。

3.如权利要求1所述的内窥镜手术机器人的柔性臂，其特征在于：

还具有第一拉线套管，所述第一拉线套管外套于每根第一拉线外，并与所述拉线滑动连接，每根第一拉线套管均与所述拉线分隔件固定连接，并且第一拉线套管穿过第一通道。

4.如权利要求2所述的内窥镜手术机器人的柔性臂，其特征在于：

第二拉线，由第一中心通道中穿过，并且所述第二拉线的远端连接于执行器上，所述拉线分隔件的中心具有第二中心通道，所述第二中心通道供第二拉线从中穿过。

5.如权利要求4所述的内窥镜手术机器人的柔性臂，其特征在于：

第二拉线套管，与所述拉线分隔件的第二中心通道固定连接，所述第二拉线穿过所述第二拉线套管。

6.如权利要求1所述的内窥镜手术机器人的柔性臂，其特征在于：

设所述延长段的内径为d,拉线分隔件的圆柱高度大于等于d，小于等于2d。

7.如权利要求1所述的内窥镜手术机器人的柔性臂，其特征在于：

所述拉线分隔件上具有导向槽，所述延长段内腔具有导向条，所述导向槽和所述导向条相配合。

8.如权利要求1所述的内窥镜手术机器人的柔性臂，其特征在于：

设置于延长段的两端的拉线分隔件，一端具有环形凸台，所述环形凸台的高度与所述延长段的外壁厚度相匹配。

9.如权利要求4或5所述的内窥镜手术机器人的柔性臂，其特征在于：

当所述执行器为夹钳时，所述第二拉线与夹钳的开合杆连接；当所述执行器为黏膜切开刀时，所述第二拉线与所述黏膜切开刀的刀头固定连接并且电连接。

10.如权利要求2所述的内窥镜手术机器人的柔性臂，其特征在于：

其中，第二骨节和第三骨节处具有供拉线固定的孔位，至少一根第一拉线的头端固定于第二骨节的孔位中，至少一根第一拉线固定于第三骨节的孔位中。