CN104188709A - 一种用于外科手术机器人的多角度从手镊子 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于外科手术机器人的多角度从手镊子,包括动力机构、驱动机构和镊子组件,还包括电机支座、连杆机构和镊子支座,动力机构包括第一驱动电机和第二驱动电机,驱动机构包括第一钢丝拉盘、第二钢丝拉盘、第一钢丝和第二钢丝,镊子组件包括第一钳叶、第二钳叶、弹簧和固定轴,第一驱动电机和第二驱动电机均分别设置在电机支座上,电机支座连接连杆机构的一端,连杆机构的另一端连接镊子支座,镊子支座上通过固定轴分别连接第一钢丝拉盘和第二钢丝拉盘,第一钢丝拉盘和第二钢丝拉盘的内侧之间通过固定轴依次套设有第一钳叶、弹簧和第二钳叶。与现有技术相比,本发明具有结构简单、安全可靠、具有独立动力、动作灵活等优点。
Description
技术领域
本发明涉及医疗机械设备领域,尤其是涉及一种用于外科手术机器人的多角度从手镊子。
背景技术
手术机器人是通过微小切口进行的手术,与普通的开放式手术相比,具有创伤小、失血少、痛楚轻、感染风险低、术后恢复快等优点,因而得以在外科手术的诸多领域快速发展。机器人辅助的外科手术***能够有效地利用手术医生经验,同时发挥机器人定位精确、运行稳定等特点。能够帮助医生完成复杂的外科手术动作,减少手术中因医生疲劳或手部抖动导致的误操作和损伤,提高了手术安全性,缩短了治愈时间和降低了医疗成本。目前美国Computer Motion公司的ZEUS和IntuitiveSurgical公司的Da Vinci外科手术机器人***通过FDA认证并广泛应用于临床。
外科手术机器人在手术过程当中,手术器械是机器人与病人体内病灶及组织直接接触。因此手术器械性能在外科手术机器人***中占据重要地位。而在外科手术中采用镊子进行拉线与打结是常用的操作方式,且各家公司都有自己手术器械,这就意味着在医疗机器人方面没有通用的手术机械。相关文献记载机器人多用于微创手术,这需要手术机械的直径在8mm到10mm左右;要具备开展手术的自由度,操作灵活;能够根据手术需要快速更换,且符合医学对于生物相容性的要求。目前用在外科手术机器人上的镊子大多结构负责,操作不方便,同时其复杂的结构给更换与维修带来了不便,并且其成本费用较高。市场上多数的手术镊子开闭的方式都采用钢丝的拉动,对于镊子材料的选择也多数没有考虑到生物相容性的要求。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种用于外科手术机器人的多角度从手镊子,结构简单,安全可靠,具有独立动力,且动作灵活。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种用于外科手术机器人的多角度从手镊子,包括动力机构、驱动机构和镊子组件,还包括电机支座、连杆机构和镊子支座,所述的动力机构包括第一驱动电机和第二驱动电机,所述的驱动机构包括第一钢丝拉盘、第二钢丝拉盘、第一钢丝和第二钢丝,所述的镊子组件包括第一钳叶、第二钳叶、弹簧和固定轴,所述的第一驱动电机和第二驱动电机均分别设置在电机支座上,所述电机支座连接连杆机构的一端,所述连杆机构的另一端连接镊子支座,所述的镊子支座上通过固定轴分别连接第一钢丝拉盘和第二钢丝拉盘,所述第一钢丝拉盘和第二钢丝拉盘的内侧之间通过固定轴依次套设第一钳叶、弹簧和第二钳叶,所述的第一钳叶和第二钳叶的铰合面由弹簧撑开而分离,所述的第一钢丝一端绕过第一钢丝拉盘后与第一钳叶固定,另一端与第一驱动电机连接,所述的第二钢丝一端绕过第二钢丝拉盘后与第二钳叶固定,另一端与第二驱动电机连接;
电机支座和镊子支座起支撑作用,连杆机构相对其中心轴360°旋转,第一钳叶和第二钳叶因弹簧作用在初始状态处于常开状态,镊子组件合闭抓取时,第一钳叶通过第一钢丝由第一驱动电机驱动,第二钳叶通过第二钢丝由第二驱动电机驱动,第一钳叶和第二钳叶在垂直平面内180°范围内定位,并闭合,同时弹簧压缩,镊子组件松开时,第一驱动电机和第二驱动电机反向旋转,第一钳叶和第二钳叶因弹簧作用自动分离。
所述的第一钳叶和第二钳叶均分别设有钢丝卡槽和固定钢丝螺孔,第一钢丝或第二钢丝沿着钢丝卡槽用螺钉固定在固定钢丝螺孔上。
所述的第一钢丝沿逆时针方向拉动第一钳叶,所述的第二钢丝沿顺时针或逆时针方向拉动第二钳叶。
所述的镊子支座上设有一个牵引孔和并排平行的两个支座耳板,所述的牵引孔与连杆机构内腔连通,第一钢丝和第二钢丝均穿过牵引孔,所述的两个支座耳板上分别设有固定轴安装孔,所述的固定轴安装孔上设有固定轴,一个支座耳板内侧通过固定轴连接第一钢丝拉盘,另一个支座耳板内侧通过固定轴连接第二钢丝拉盘。
所述的第一钢丝和第二钢丝为直径0.4mm的多股钢丝绳。
所述的固定轴直径为4mm。
所述的第一钳叶和第二钳叶的材料为Ti-6Al-4v ELI合金。
所述的第一钳叶和第二钳叶长度为3-4cm。
所述的第一钳叶和第二钳叶铰合面上分别设有20-30个齿。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
1)独立动力:本外科手术机器人从手镊子的动力分别由两个小功率电机提供,这样避免了机器人本体电机的负荷及减轻了机器人本体的重量;
2)结构简单:由于本医疗镊子采用电机拉线,弹簧释放势能分离,所以在结构上比其他的医疗镊子结构更紧凑,方便批量生产;
3)安全可靠:为了保证医学上对于生物相容性的要求及满足镊子的强度要求,本镊子的钳叶采用Ti-6Al-4v ELI合金材料,此钛合金无毒、质轻、强度高且具有优良的生物相容性,是非常理想的医用金属材料;
4)动作灵活,工作范围更大:镊子后部杆件可以360°旋转,且镊子其中一片钳叶由两股高韧钢丝拉动,可以在指定的位置固定,另一片则通过钢丝拉动进行闭合,可实现180°定位,因此镊子相对于其他手术镊子多拥有两个自由度,可以使医生的操作范围更大,动作更灵活;
5)操作简单,检修方便:本镊子由于独立动力且置于从手上,因此结构简单,可靠性强,在操作性和检修方面都具有一定的优势;
6)镊子组件结构合理:通过4mm的固定轴将镊子支座、钢丝拉盘、钳叶、弹簧牢牢地固定,钳叶的长度与其铰合面的齿数的选择考虑到外科手术的情况,进行合理设计,保证镊子组件通过钳叶合并动作,完成拉线、打结等动作;
7)驱动钢丝结实:采用直径0.4mm的多股高韧性钢丝,质量轻,同时耐久性强。
附图说明
图1为本发明结构示意图;
图2为本发明中镊子组件安装示意图;
图3为本发明中镊子支座结构示意图;
图4为本发明中第一钳叶运动示意图;
图5为本发明中第二钳叶运动示意图。
图中:1、第一钳叶,2、第二钳叶,3、第一钢丝拉盘,4、第二钢丝拉盘,5、固定轴,6、镊子支座,7、连杆机构,8、电机支座,9、第一驱动电机,10、第二驱动电机,11、弹簧,12、第一钢丝,13、第二钢丝,14、固定钢丝螺孔,15、钢丝卡槽,6-1、支座耳板,6-2、固定轴安装孔,6-3、牵引孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施,给出了详细的实施方式和具体的操作过程,但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示,一种用于外科手术机器人的多角度从手镊子,包括动力机构、驱动机构和镊子组件,还包括电机支座8、连杆机构7和镊子支座6。从手镊子并不连接于机器人本体,而是独立动力的多自由度工作镊子,这样设计可以方便手术器械的更换,同时为了结构的简化,设有通用的尺寸标准及更换要求。
动力机构包括第一驱动电机9和第二驱动电机10,为两个小功率电机,驱动机构包括第一钢丝拉盘3、第二钢丝拉盘4、第一钢丝12和第二钢丝13,镊子组件包括第一钳叶1、第二钳叶2、弹簧11和固定轴5,第一驱动电机9和第二驱动电机10均分别设置在电机支座8上,电机支座8连接连杆机构7的一端,连杆机构7的另一端连接镊子支座6,如图2所示,镊子支座6上通过固定轴5分别连接第一钢丝拉盘3和第二钢丝拉盘4,第一钢丝拉盘3和第二钢丝拉盘4的内侧之间通过固定轴5依次套设第一钳叶1、弹簧11和第二钳叶2,第一钳叶1和第二钳叶2的铰合面由弹簧11撑开而分离,第一钢丝12一端绕过第一钢丝拉盘3后与第一钼叶1固定,另一端与第一驱动电机9连接,第二钢丝13一端绕过第二钢丝拉盘4后与第二钳叶2固定,另一端与第二驱动电机10连接。
如图4、5所示,第一钳叶1和第二钳叶2均分别设有钢丝卡槽15和固定钢丝螺孔14,第一钢丝12或第二钢丝13沿着钢丝卡槽15用螺钉固定在固定钢丝螺孔14上。
第一钢丝12沿逆时针方向拉动第一钳叶1,如图4中拉动方向箭头所示,第二钢丝13沿顺时针或逆时针方向拉动第二钳叶2,如图5中拉动方向箭头所示。
如图3所示,镊子支座6上设有一个牵引孔6-3和并排平行的两个支座耳板6-1,牵引孔6-3与连杆机构7内腔连通,第一钢丝12和第二钢丝13均穿过牵引孔6-3,两个支座耳板6-1上分别设有固定轴安装孔6-2,固定轴安装孔6-2上设有固定轴5,一个支座耳板6-1内侧通过固定轴5连接第一钢丝拉盘3,另一个支座耳板6-1内侧通过固定轴5连接第二钢丝拉盘4。
其中,第一钢丝12和第二钢丝13为直径0.4mm的多股高韧性钢丝绳。
固定轴5直径为4mm。
第一钳叶1和第二钳叶2的材料为Ti-6Al-4v ELI合金。考虑到医学对于器械材料生物相容性的要求以及工作状态对于材料强度和刚度的要求,此钛合金无毒、质轻、强度高且具有优良的生物相容性,是非常理想的医用金属材料。
第一钳叶1和第二钳叶2长度为3-4cm。第一钳叶1和第二钳叶2铰合面上分别设有20-30个齿。本实施例中钳叶的总长为3.7cm,每片钳叶共有26个齿,这大大增加了镊子的工作范围及拉线的可靠度。整个工作镊子总长为4.5cm,最大处直径为2cm,符合外科手术对于工作机械的要求。
镊子组件与机器人其他关节相互配合,进行拉线和打结,在初始工作状态时,第一钳叶1和第二钳叶2因弹簧11的弹性势能作用处于常开状态,镊子组件合闭铰合面时,第二钳叶2通过第二钢丝13由第二驱动电机10沿两个拉动方向驱动,并在指定的位置上固定,第一钳叶1通过第一钢丝12由第一驱动电机9沿一个拉动方向驱动,使两个钳叶铰合面闭合,同时嵌于内部卡槽的弹簧11处于压缩状态,积攒弹性势能;镊子组件松开动作时,第一驱动电机9和第二驱动电机10反向旋转,将钢丝放松,此时处于压缩状态的弹簧11释放自己的弹力势能,第一钳叶1和第二钳叶2因弹簧11作用自动分离。
电机支座8和镊子支座6起支撑作用,连杆机构7可相对其中心轴360°旋转,且第一钳叶1和第二钳叶2在垂直平面内180°范围内定位,因此镊子相对于其他手术镊子多拥有两个自由度,可以使医生的操作范围更大,动作更灵活。
Claims (9)
1.一种用于外科手术机器人的多角度从手镊子,包括动力机构、驱动机构和镊子组件,其特征在于,还包括电机支座(8)、连杆机构(7)和镊子支座(6),所述的动力机构包括第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10),所述的驱动机构包括第一钢丝拉盘(3)、第二钢丝拉盘(4)、第一钢丝(12)和第二钢丝(13),所述的镊子组件包括第一钳叶(1)、第二钳叶(2)、弹簧(11)和固定轴(5),所述的第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)均分别设置在电机支座(8)上,所述的电机支座(8)连接连杆机构(7)的一端,所述的连杆机构(7)的另一端连接镊子支座(6),所述的镊子支座(6)上通过固定轴(5)分别连接第一钢丝拉盘(3)和第二钢丝拉盘(4),所述的第一钢丝拉盘(3)和第二钢丝拉盘(4)的内侧之间通过固定轴(5)依次套设第一钳叶(1)、弹簧(11)和第二钳叶(2),所述的第一钳叶(1)和第二钳叶(2)的铰合面由弹簧(11)撑开而分离,所述的第一钢丝(12)一端绕过第一钢丝拉盘(3)后与第一钳叶(1)固定,另一端与第一驱动电机(9)连接,所述的第二钢丝(13)一端绕过第二钢丝拉盘(4)后与第二钳叶(2)固定,另一端与第二驱动电机(10)连接;
电机支座(8)和镊子支座(6)起支撑作用,连杆机构(7)相对其中心轴360°旋转,第一钳叶(1)和第二钳叶(2)因弹簧(11)作用在初始状态处于常开状态,镊子组件合闭抓取时,第一钳叶(1)通过第一钢丝(12)由第一驱动电机(9)驱动,第二钳叶(2)通过第二钢丝(13)由第二驱动电机(10)驱动,第一钳叶(1)和第二钳叶(2)在垂直平面内180°范围内定位,并闭合,同时弹簧(11)压缩,镊子组件松开时,第一驱动电机(9)和第二驱动电机(10)反向旋转,第一钳叶(1)和第二钳叶(2)因弹簧(11)作用自动分离。
2.根据权利要求1所述的一种用于外科手术机器人的多角度从手镊子,其特征在于,所述的第一钳叶(1)和第二钳叶(2)均分别设有钢丝卡槽(15)和固定钢丝螺孔(14),第一钢丝(12)或第二钢丝(13)沿着钢丝卡槽(15)用螺钉固定在固定钢丝螺孔(14)上。
3.根据权利要求1所述的一种用于外科手术机器人的多角度从手镊子,其特征在于,所述的第一钢丝(12)沿逆时针方向拉动第一钳叶(1),所述的第二钢丝(13)沿顺时针或逆时针方向拉动第二钳叶(2)。
4.根据权利要求1所述的一种用于外科手术机器人的多角度从手镊子,其特征在于,所述的镊子支座(6)上设有一个牵引孔(6-3)和并排平行的两个支座耳板(6-1),所述的牵引孔(6-3)与连杆机构(7)内腔连通,第一钢丝(12)和第二钢丝(13)均穿过牵引孔(6-3),所述的两个支座耳板(6-1)上分别设有固定轴安装孔(6-2),所述的固定轴安装孔(6-2)上设有固定轴(5),一个支座耳板(6-1)内侧通过固定轴(5)连接第一钢丝拉盘(3),另一个支座耳板(6-1)内侧通过固定轴(5)连接第二钢丝拉盘(4)。
5.根据权利要求1所述的一种用于外科手术机器人的多角度从手镊子,其特征在于,所述的第一钢丝(12)和第二钢丝(13)为直径0.4mm的多股钢丝绳。
6.根据权利要求1所述的一种用于外科手术机器人的多角度从手镊子,其特征在于,所述的固定轴(5)直径为4mm。
7.根据权利要求1所述的一种用于外科手术机器人的多角度从手镊子,其特征在于,所述的第一钳叶(1)和第二钳叶(2)的材料为Ti-6Al-4v ELI合金。
8.根据权利要求1所述的一种用于外科手术机器人的多角度从手镊子,其特征在于,所述的第一钳叶(1)和第二钳叶(2)长度为3-4cm。
9.根据权利要求1所述的一种用于外科手术机器人的多角度从手镊子,其特征在于,所述的第一钳叶(1)和第二钳叶(2)铰合面上分别设有20-30个齿。
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