一种用于单孔微创机器人的灵巧腕部机构

摘要

本发明公开了一种用于单孔微创机器人的灵巧腕部机构，它包括一自由度自转关节和二自由度腕部关节，二自由度腕部关节包括胡克铰链结构、上主杆连接头以及下主杆连接头，锁紧弹簧包覆在胡克铰链结构、上主杆连接头以及下主杆连接头外，在末端腕部座的中间开有轴承定位孔，一自由度自转关节包括末端支撑架，末端支撑架包括圆柱支撑杆，圆柱支撑杆通过轴承安装在轴承定位孔中。采用本装置提升了腕部的灵活性，利于实现缝合、打结等高难度动作。

权利要求

1.一种用于单孔微创机器人的灵巧腕部机构，其特征在于：它包括一自由度自转关节和二自由度腕部关节，所述的二自由度腕部关节包括胡克铰链结构、上主杆连接头以及下主杆连接头，所述的上主杆连接头以及下主杆连接头均包括主体，在所述的主体的一端的外壁上设置有螺旋，在设置有螺旋的一端的主体的顶面上设置有连接凸块，在所述的主体的中间开有通槽，所述的胡克铰链结构包括球型块，所述的球型块是一个开有两个弧形凹槽的球型结构，所述的两个弧形凹槽分别位于球型结构的上下两侧，所述的两个弧形凹槽的开槽方向彼此垂直，上导向块的弧形凸块以及下导向块的弧形凸块分别滑动连接在所述的球型块的两个弧形凹槽内，以使球型块与两个导向块形成一个胡克铰链结构，在两个导向块的弧形凸块上分别垂直连接有本体，所述的上导向块的本体通过紧配合固定在上主杆连接头的通槽内，所述的下导向块的本体通过紧配合固定在下主杆连接头的通槽内，锁紧弹簧包覆在胡克铰链结构、上主杆连接头以及下主杆连接头外，所述的锁紧弹簧上下部分分别扣压进上主杆连接头的螺旋内以及下主杆连接头的螺旋内，所述的上主杆连接头的连接凸块与末端腕部座的下部通过型面联接，所述的下主杆连接头的连接凸块与主杆头的上部通过型面联接，在所述的末端腕部座的侧壁上轴对称的开有两个导向轮安装孔，在所述的末端腕部座的中间开有轴承定位孔，所述的一自由度自转关节包括末端支撑架，所述的末端支撑架包括圆柱支撑杆，所述的圆柱支撑杆通过轴承安装在轴承定位孔中，在所述的圆柱支撑杆的前部设置有开槽块，所述的开槽块用于连接手术工具，在所述的圆柱支撑杆的两侧通过穿过所述的两个导向轮安装孔的销轴轴对称的安装有两个自转导向轮，2根自转驱动丝线分别从末端腕部座上的丝通道内进入，从两个相反方向绕在对应的自转导向轮上，一根自转驱动丝线固定在末端支撑架的圆柱支撑杆的上侧部分，另一根自转驱动丝线固定在末端支撑架的圆柱支撑杆的下侧部分，4根传动丝十字交叉布置，所述的4根传动丝一端分别穿过主杆头上的丝通道进入末端腕部座中的丝通道，并固定在末端腕部座上，所述的4根传动丝的另一端用于与动力驱动装置连接。

说明书

一种用于单孔微创机器人的灵巧腕部机构

技术领域

[0001] 本发明涉及一种微创手术器械腕部机构，特别涉及一种用单孔微创手术机器人用的器械腕部机构。

背景技术

[0002] 单孔手术是指在人体外表皮上做一个15mm-40mm的小切口，并在此切口上置入多个穿刺器或多孔道穿刺器，再置入手术器械进行相关手术操作的新型微创手术。与传统的多孔微创手术相比，单孔微创手术切口少，术后美容效果好，对病人的医源性伤害进一步的降低。近年来，随着机器人科学技术的发展以及医学需求的提高，机器人辅助单孔手术逐步应用到临床之中。这是集图像系统、控制系统、机构系统等三大系统于一体的现代化医疗设备，并已成功的应用在泌尿外科，普通外科等多个医疗领域之中。

[0003] 由于机器人辅助单孔手术中，单孔用器械是唯一与病人直接接触的用具，也是医生进行操作，实现手术的重要工具。因此，器械的灵活性和易操作性直接影响到了手术的质量。目前，目前单孔手术中没有相关的专用器械。

发明内容

[0004] 本发明目的在于克服已有技术的不足，提供一种灵活性高、结构简单的用于单孔微创机器人的灵巧腕部机构。

[0005] 本发明通过以下技术手段实现上述目的：

[0006] 本发明的一种用于单孔微创机器人的灵巧腕部机构，它包括一自由度自转关节和二自由度腕部关节，所述的二自由度腕部关节包括胡克铰链结构、上主杆连接头以及下主杆连接头，所述的上主杆连接头以及下主杆连接头均包括主体，在所述的主体的一端的外壁上设置有螺旋，在设置有螺旋的一端的主体的顶面上设置有连接凸块，在所述的主体的中间开有通槽，所述的胡克铰链结构包括球型块，所述的球型块是一个开有两个弧形凹槽的球型结构，所述的两个弧形凹槽分别位于球型结构的上下两侧，所述的两个弧形凹槽的开槽方向彼此垂直，上导向块的弧形凸块以及下导向块的弧形凸块分别滑动连接在所述的球型块的两个弧形凹槽内，以使球型块与两个导向块形成一个胡克铰链结构，在两个导向块的弧形凸块上分别垂直连接有本体，所述的上导向块的本体通过紧配合固定在上主杆连接头的通槽内，所述的下导向块的本体通过紧配合固定在下主杆连接头的通槽内，锁紧弹簧包覆在胡克铰链结构、上主杆连接头以及下主杆连接头外，所述的锁紧弹簧上下部分分别扣压进上主杆连接头的螺旋内以及下主杆连接头的螺旋内，所述的上主杆连接头的连接凸块与末端腕部座的下部通过型面联接，所述的下主杆连接头的连接凸块与主杆头的上部通过型面联接，在所述的末端腕部座的侧壁上轴对称的开有两个导向轮安装孔，在所述的末端腕部座的中间开有轴承定位孔，所述的一自由度自转关节包括末端支撑架，所述的末端支撑架包括圆柱支撑杆，所述的圆柱支撑杆通过轴承安装在轴承定位孔中，在所述的圆柱支撑杆的前部设置有开槽块，所述的开槽块用于连接手术工具，在所述的圆柱支撑杆的两侧通过穿过所述的两个导向轮安装孔的销轴轴对称的安装有两个自转导向轮；2根自转驱动丝线分别从末端腕部座上的丝通道内进入，从两个相反方向绕在对应的自转导向轮上，并分别固定在末端支撑架的圆柱支撑杆的上侧部分和下侧部分，4根传动丝十字交叉布置，所述的4根传动丝一端分别穿过主杆头上的丝通道进入末端腕部座中的丝通道并固定在末端腕部座上，所述的4根传动丝的另一端用于与动力驱动装置连接。

[0007] 本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

[0008] 本发明的一种用于单孔微创机器人的灵巧腕部机构是一种用于单孔微创机器人的新结构，可以填补在单孔微创手术机器人领域的空白。

[0009] 本发明的一种用于单孔微创机器人的灵巧腕部机构在采用了新型连接结构的同时，提升了腕部的灵活性，利于实现缝合、打结等高难度动作。

[0010] 本发明的一种用于单孔微创机器人的灵巧腕部机构采用了胡克铰链和锁紧弹簧的形式，减小结构尺寸，简化了传动过程。

附图说明

[0011] 图1为本发明的一种用于单孔微创机器人的灵巧腕部机构整体结构示意图；

[0012] 图2为本发明的一种用于单孔微创机器人的灵巧腕部机构二自由度偏转关节爆炸示意图；

[0013] 图3为本发明的一种用于单孔微创机器人的灵巧腕部机构二自由度偏转关节锁紧弹簧连接示意图；

[0014] 图4为本发明的一种用于单孔微创机器人的灵巧腕部机构二自由度偏转关节底部连接方式示意图；

[0015] 图5为本发明的一种用于单孔微创机器人的灵巧腕部机构二自由度偏转关节丝传动示意图；

[0016] 图6为本发明的一种用于单孔微创机器人的灵巧腕部机构灵巧腕部一自由度自转关节爆炸示意图；

[0017] 图7为本发明的一种用于单孔微创机器人的灵巧腕部机构灵巧腕部一自由度自转关节丝传动示意图；

[0018] 图8-1为本发明的一种用于单孔微创机器人的灵巧腕部机构二自由度偏转关节的运动状态示意图；

[0019] 图8-2为本发明的一种用于单孔微创机器人的灵巧腕部机构二自由度偏转关节的又一种运动状态示意图；

[0020] 图8-3为本发明的一种用于单孔微创机器人的灵巧腕部机构灵巧腕部一自由度自转关节运动状态示意图；

[0021] 图9为本发明的一种用于单孔微创机器人的灵巧腕部机构灵巧腕部一自由度自转关节应用于单孔微创机器人工具腕部示意图；

[0022] 图10为本发明的一种用于单孔微创机器人的灵巧腕部机构用于单孔微创机器人的内窥镜颈部图及工具腕部示意图。

具体实施方式

[0023] 下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。

[0024] 如附图所示的本发明的一种用于单孔微创机器人的灵巧腕部机构，它包括一自由度自转关节1-1和二自由度腕部关节1-2，所述的二自由度腕部关节1-2包括胡克铰链结构、上主杆连接头2-2以及下主杆连接头，所述的上主杆连接头2-2以及下主杆连接头均包括主体，在所述的主体的一端的外壁上设置有螺旋，在设置有螺旋的一端的主体的顶面上设置有连接凸块，在所述的主体的中间开有通槽，所述的胡克铰链结构包括球型块2-5，所述的球型块2-5是一个开有两个弧形凹槽的球型结构，所述的两个弧形凹槽分别位于球型结构的上下两侧，所述的两个弧形凹槽的开槽方向彼此垂直。上导向块的弧形凸块以及下导向块的弧形凸块分别滑动连接在所述的球型块的两个弧形凹槽内，以使球型块2-5与两个导向块形成一个胡克铰链结构，使得整体具有了沿开槽方向的两个偏转自由度。在两个导向块的弧形凸块上分别垂直连接有本体，所述的上导向块的本体通过紧配合固定在上主杆连接头2-2的通槽内，所述的下导向块的本体通过紧配合固定在下主杆连接头的通槽内，锁紧弹簧2-4包覆在胡克铰链结构、上主杆连接头2-2以及下主杆连接头外，所述的锁紧弹簧2-4上下部分分别扣压进上主杆连接头2-2的螺旋内以及下主杆连接头的螺旋内，使其在轴向上无法上下窜动，紧紧包覆二自由度偏转关节起到固定支撑的作用。所述的上主杆连接头2-2的连接凸块与末端腕部座2-1的下部通过型面联接，所述的下主杆连接头的连接凸块与主杆头2-6的上部通过型面联接，在所述的末端腕部座2-1的侧壁上轴对称的开有两个导向轮安装孔，在所述的末端腕部座2-1的中间开有轴承定位孔，所述的一自由度自转关节1-1包括末端支撑架6-1，所述的末端支撑架6-1包括圆柱支撑杆，所述的圆柱支撑杆通过轴承
6-2安装在轴承定位孔中，所述的圆柱支撑杆从而可绕自身轴向旋转从而带动前端夹钳，在所述的圆柱支撑杆的前部设置有开槽块，所述的开槽块用于连接手术工具，在所述的圆柱支撑杆的两侧通过穿过所述的两个导向轮安装孔的销轴轴对称的安装有两个自转导向轮，所述的两个自转导向轮对称布置在圆柱支撑杆两侧。

[0025] 2根自转驱动丝线分别从末端腕部座2-1上的丝通道内进入，从两个相反方向绕在对应的自转导向轮6-3上，并分别固定在末端支撑架的圆柱支撑杆的上侧部分和下侧部分。通过控制两根自转驱动丝线的长度，便可以实现末端支撑架绕自身轴线的顺逆时针转动，如图8-3所示的运动自由度R3。

[0026] 4根传动丝5-1十字交叉布置，所述的4根传动丝一端分别穿过主杆头2-6上的丝通道4-1进入末端腕部座2-1中的丝通道，并固定在末端腕部座2-1上。4根传动丝5-1的另一端用于与动力驱动装置连接。4根丝分为2组，分别控制两个方向的偏转，当驱动的一组丝的长度变化时，末端腕部座2-1被牵引，带动上下两个主杆连接头2-2运动，并使得上下两个导向块2-3挤压球型块2-5，带动球型块转动，实现偏转运动，如图8-1，8-2所示的运动自由度R1和R2。

[0027] 本装置中一自由度自转关节用于连接前端钳头部分，二自由度的腕部关节则既可用于连接内窥镜使用，也可以与一自由度自转关节配合使用连接前端钳头部分。图9中一自由度自转关节与夹钳连接，实现夹钳的自转运动。

[0028] 图1中二自由度偏转关节单独使用在内窥镜10-1上，增加了内窥镜的自由度，提升了视野宽度；一自由度自转关节与二自由度偏转关节配合形成灵巧腕部结构用于工具端，使夹钳具有了三个运动自由度，提升了工具的灵活性。

[0029] 以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的只是本发明的实施方式之一，实际的结构也并不局限于此。如果本领域的技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其它形式的传动、驱动装置以及连接方式不经创造性的设计与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。