CN112315584A - 一种手术机器人末端俯仰装置和手术机器人末端 - Google Patents

Abstract

本发明涉及微创手术器械领域，具体是一种手术机器人末端俯仰装置和手术机器人末端，本实例的手术机器人末端俯仰装置包括基座、承载座和驱动模组，基座上形成有摆臂，摆臂上形成有齿，承载座上形成有铰接臂，铰接臂与所述摆臂铰接，驱动模组包括贯穿承载座的第一驱动杆，第一驱动杆的端部形成有第一主动齿轮，第一主动齿轮直接或间接驱动所述齿以使所述基座俯仰偏转。解决了现有技术中的微创手术器械控制精度差、寿命短的技术问题。

Description

一种手术机器人末端俯仰装置和手术机器人末端

技术领域

本发明涉及微创手术器械领域，具体是一种手术机器人末端俯仰装置和手术机器人末端。

背景技术

微创手术因其具有创伤小、出血少，恢复快等特点，在临床手术中已经得到越来越广泛的应用。因此开发一种简单、实用，动作精度高、操作难度低的手术器械对于微创手术而言就具有重要意义。

现有的微创手术器械中的手术机器人末端为实现相应的俯仰与自转动作，都是采用的钢丝绳牵引方式，其带来的弊端也很明显，钢丝绳属于软连接在钢丝轮转动地过程中不可避免地会出现打滑，且钢丝绳本身易变形，这都使得利用钢丝轮转动角度来控制末端的执行部的转动角度或移动位移会出现偏差，无法实现精准控制，另一方面，钢丝绳由于本身的性质在长期的牵引拉伸过程中也易损耗、稳定性能差。此外，现有技术中的微创手术器械不具备末端单独旋转功能或末端不能无限旋转，这将增加了手术操作难度或者增加辅助机构的设计难度。

发明内容

为了解决现有技术中的微创手术器械控制精度差、寿命短的技术问题，本发明提供了一种手术机器人末端俯仰装置和手术机器人末端，解决了上述技术问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明的一方面提供了一种手术机器人末端俯仰装置，包括:基座，所述基座上形成有摆臂，所述摆臂上形成有齿；承载座，所述承载座上形成有铰接臂，所述铰接臂与所述摆臂铰接；驱动模组，所述驱动模组包括贯穿所述承载座的第一驱动杆，所述第一驱动杆的端部形成有第一主动齿轮，所述第一主动齿轮直接或间接驱动所述齿以使所述基座俯仰偏转。

进一步地，所述承载座可转动地安装有第一传动齿轮，所述第一传动齿轮分别与所述第一主动齿轮、所述摆臂的齿啮合，所述第一主动齿轮通过第一传动齿轮驱动所述基座俯仰偏转。

本发明的另一方面提供了一种手术机器人末端，采用上述的手术机器人末端俯仰装置，还包括自转装置，所述自转装置包括：端座，所述端座上配置有执行组件，所述端座可转动地装配到所述基座远离所述承载座的一侧，第二传动齿轮，所述第二传动齿轮可转动地安装在所述基座靠近所述承载座的一侧，所述第二传动齿轮与所述端座刚性连接；驱动单元，所述驱动单元包括第二驱动杆以及配置在所述第二驱动杆端部的第二主动齿轮，所述第二主动齿轮驱动所述第二传动齿轮以带动所述端座上的执行组件转动。

进一步地，所述第二传动齿轮朝向所述基座延伸出套体，所述基座形成有贯穿口，所述套体的外周面与贯穿口的内周面间隙配合

进一步地，所述第二传动杆可转动地安装在承载座上，所述铰接臂上可转动地安装有从动齿轮，所述从动齿轮分别与所述第二主动齿轮、第二传动齿轮啮合。

进一步地，所述第二从动齿轮被设置在所述摆臂与所述铰接臂的铰接处的销轴上

进一步地，所述端座朝向所述套体延伸出环形突起，所述环形突起套设于所述套体的内周且与所述套体过盈配合。

进一步地，所述基座和所述端座之间设有限位套，所述限位套朝向所述端座的一侧形成有限位槽，所述端座形成有环形凸缘，所述环形凸缘可转动地装配在所述限位槽内。

进一步地，所述第一驱动杆和第二驱动杆由致动装置驱动，所述致动装置包括安装座，所述安装座上配置两根动力轴，两根动力轴分别通过传动齿轮组驱动所述第一驱动杆和第二驱动杆转动。

进一步地，两根动力轴分别为第一动力轴和第二动力轴，所述第一传动杆远离基座的一端安装从齿轮Ⅰ，所述第一动力轴上设有驱动所述从齿轮Ⅰ的主齿轮Ⅰ，所述第二传动杆至少一部分突出于所述第一传动杆形成突出部，所述突出部上安装从齿轮Ⅱ，所述第二动力轴上设有驱动所述从齿轮Ⅱ的主齿轮Ⅱ；或者，所述突出部直接与所述第二动力轴刚性连接。

基于上述结构，本发明所能实现的技术效果为：

1、本发明的手术机器人末端俯仰装置，基座上形成有摆臂，摆臂上形成有齿，摆臂与承载座上形成的铰接臂铰接，第一驱动杆上的第一主动齿轮直接或间接驱动摆臂上的齿以使基座偏转，实现末端的俯仰动作，替代了钢丝绳牵引的方式来实现末端的俯仰动作，避免钢丝轮和钢丝绳配合来控制末端执行过程中偏转角度或移动位移会出现偏差的问题，解决了现有技术中的手术机器人末端无法实现精准控制，另外，齿轮组的配合更稳定，避免了钢丝绳在长期的牵引拉伸过程中的磨损以及稳定性差的技术问题，由此可见，本发明的手术机器人末端俯仰装置控制精度更高且稳定性更好。

2、本发明的手术机器人末端，将执行组件设置在端座上，端座可转动地安装在基座上，基座靠近所述承载座的一侧可转动地安装第二传动齿轮，第二传动齿轮与端座刚性连接，第二传动齿轮由第二驱动杆端部的第二主动齿轮驱动，第二传动齿轮转动后带动端座在基座上自转，实现末端自转功能，且第二传动齿轮在第二驱动杆的驱动下可不受限于钢丝绳的长度而实现无限旋转，由此解决了末端不能无限旋转的技术问题，进一步地，本发明手术机器人末端为实现俯仰与开合两个动作所设置的两套传动组件都是互相独立的，从而使得末端可独立地进行俯仰动作和自转动作且互不干涉。

附图说明

图1是本发明的手术机器人末端俯仰装置的整体结构示意图；

图2是本发明的手术机器人末端俯仰装置的齿轮啮合部分示意图；

图3是本发明的手术机器人末端的整体结构示意图；

图4是本发明的手术机器人末端的齿轮啮合部分示意图；

图5是本发明的手术机器人末端的剖面图；

图6是本发明手术机器人末端的致动装置的一种实施方式的示意图；

图7是本发明手术机器人末端的致动装置的另一种实施方式的示意图。

其中：1-端座，11-第二传动齿轮，111-套体，12-环形突起，13-环形凸缘；2-基座，21-摆臂，211-齿，22-贯穿口，23-限位套，231-限位槽；3-承载座，31-铰接臂，311-从动齿轮，32-第一传动齿轮；4-第一驱动杆，41-第一主动齿轮，42-从齿轮Ⅰ；5-第二驱动杆，51-第二主动齿轮，52-突出部，53-从齿轮Ⅱ；6-致动装置，61-安装座，611-第一动力轴，6111-主齿轮Ⅰ，612-第二动力轴，6121-主齿轮Ⅱ。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

现有的微创手术器械中的手术机器人末端为实现相应的俯仰与自转动作，都是采用的钢丝绳牵引方式，其带来的弊端也很明显，钢丝绳属于软连接在钢丝轮转动地过程中不可避免地会出现打滑，且钢丝绳本身易变形，这都使得利用钢丝轮转动角度来控制末端的执行部的转动角度或移动位移会出现偏差，无法实现精准控制，另一方面，钢丝绳由于本身的性质在长期的牵引拉伸过程中也易损耗、稳定性能差。此外，现有技术中的微创手术器械由于是采用钢丝绳结构，钢丝绳的一端与钢丝轮连接，另一端需要固定连接在绕线轮上，钢丝轮的转动角度受到钢丝绳长度的限制，即末端的旋转角度受限于钢丝绳长度而不能无限旋转，这将增加了手术操作难度或者增加辅助机构的设计难度。为了解决上述问题，本实施例提供一种手术机器人末端机构，该手术机器人末端机构包括末端俯仰装置和末端自转装置，可以实现刚性的传动以保证控制的精度，同时末端自转装置可实现无限自转。

如图1-2所示，本实施例提供了一种手术机器人末端俯仰装置，包括基座2和承载座3，基座2与承载座3铰接，基座2可以相对于承载座3做俯仰动作，具体地，基座2的外缘朝向承载座3的一侧延伸出摆臂21，摆臂21为两个且对称布置，进一步地，承载座3的形状与基座2一致，承载座3的外缘朝向基座2的一侧延伸出铰接臂31，铰接臂31为两个且对称布置，铰接臂31与摆臂21铰接，从而形成基座2与承载座3的偏转关节。进一步地，基座2其中一个摆臂21上形成有齿211，齿211形成在摆臂21远离基座2的一端且在该端形成为圆弧形齿条，圆弧形齿条由驱动模组驱动，具体地，圆弧形齿条由贯穿承载座3的第一驱动杆4驱动端部形成的第一主动齿轮41驱动，第一驱动杆4利用齿轮组直接或间接驱动圆弧形齿条以带动基座2进行俯仰。

本实施例的手术机器人末端俯仰装置，基座2上形成有摆臂21，摆臂21上形成有齿211，摆臂21与承载座3上形成的铰接臂31铰接，第一驱动杆4上的第一主动齿轮41直接或间接驱动摆臂21上的齿211以使基座2偏转，实现末端的俯仰动作，替代了钢丝绳牵引的方式来实现末端的俯仰动作，避免钢丝轮和钢丝绳配合来控制末端执行过程中偏转角度或移动位移会出现偏差的问题，解决了现有技术中的手术机器人末端无法实现精准控制，另外，齿轮组的配合更稳定，避免了钢丝绳在长期的牵引拉伸过程中的磨损以及稳定性差的技术问题，由此可见，本发明的手术机器人末端俯仰装置控制精度更高且稳定性更好。

优选地，承载座3可转动地安装有第一传动齿轮32，第一传动齿轮32分别与第一主动齿轮41、摆臂21的齿211啮合，第一主动齿轮41通过第一传动齿轮32驱动所述基座2俯仰偏转。在本实施例中，第一主动齿轮41为锥形齿轮，第一传动齿轮32靠近摆臂21的一部分齿为直齿，第一传动齿轮32靠近第一主动齿轮41的一部分齿为斜齿。本实施中利用齿轮组间接驱动摆臂21的齿211可在整个手术机器人末端俯仰装置多设置出一段安装空间以便于安装其他组件。

如图3-7所示，本实施例还提供了一种手术机器人末端，采用上述的手术机器人末端俯仰装置，还包括自转装置，自转装置包括配置有执行组件的端座1，端座1可转动地装配到基座2远离承载座3的一侧，端座1刚性地连接有第二传动齿轮11，第二传动齿轮11可转动地安装在基座2靠近承载座3的一侧，第二传动齿轮11由驱动单元驱动，具体地，驱动单元包括第二驱动杆5以及配置在第二驱动杆5端部的第二主动齿轮51，第二主动齿轮51驱动第二传动齿轮11以带动端座1上的执行组件转动。

本实施例中的手术机器人末端，将执行组件设置在端座1上，端座1可转动地安装在基座2上，基座2靠近承载座3的一侧可转动地安装第二传动齿轮11，第二传动齿轮11与端座1刚性连接，第二传动齿轮11由第二驱动杆5端部的第二主动齿轮51驱动，第二传动齿轮11转动后带动端座1在基座2上自转，实现末端自转功能，且第二传动齿轮11在第二驱动杆5的驱动下可不受限于钢丝绳的长度而实现无限旋转，由此解决了末端不能无限旋转的技术问题。

根据本发明的一个实施例，端座1被配置为圆形座体，与端座1刚性连接的第二传动齿轮11朝向基座2延伸出套体111，端座1朝向套体111延伸出环形突起12，环形突起12套设于所述套体111的内周且与套体111过盈配合以使套体111与端座1不产生相对运动，即与套体111一体的传动齿轮转动时可带动端座1一起转动。同时套体111被设置在基座2形成的贯穿口22内，套体111的外周面与贯穿口22的内周面间隙配合以使传动齿轮可在贯穿口22内转动。

根据本发明的一个实施例，基座2和端座1之间设有限位套23，限位套23朝向端座1的一侧形成有限位槽231，端座1形成有环形凸缘13，环形凸缘13装配在限位槽231内并可转动，即限位槽231与环形凸缘13互相限位。

根据本发明的一个实施例，第二驱动杆5可转动地安装在承载座3上，具体地，第二驱动杆5被套设在第一驱动杆4内且同轴设置，第二驱动杆5至少部分突出于第一驱动杆4，突出部52分的端部设置有第二主动齿轮51，第二主动齿轮51设置在承载座3靠近基座2的平台上。

根据本发明的一个实施例，铰接臂31上可转动地安装有从动齿轮311，从动齿轮311分别与第二主动齿轮51、第二传动齿轮11啮合以在铰接臂31之间留出容纳空间以安装其他组件。在本实施中第二主动齿轮51、从动齿轮311和第二传动齿轮11均为锥形齿轮。

优先地，从动齿轮311被设置在摆臂21与铰接臂31铰接处的销轴上以免末端在进行俯仰运动时从动齿轮311远离或靠近第二主动齿轮51、第二传动齿轮11产生干涉。

根据本发明的一个具体实施例，第一驱动杆4和第二驱动杆5由致动装置6驱动，具体地，致动装置6包括安装座61，安装座61包括两块平行设置的第一安装板和第二安装板，第一安装板和第二安装板上分别设置轴承座，两根动力轴通过轴承座连接在第一安装板和第二安装板之间，且两根动力轴的一端突出于第二安装板形成与驱动模块的连接端，两根动力轴分别通过传动齿轮组驱动第一驱动杆4和第二驱动杆5转动。

进一步地，两根动力轴分别为第一动力轴611和第二动力轴612，第一驱动杆4远离基座2的一端安装从齿轮Ⅰ42，第一动力轴611上设有驱动从齿轮Ⅰ42的主齿轮Ⅰ6111，优选地，主齿轮Ⅰ6111通过变速齿轮驱动从齿轮Ⅰ42，第二驱动杆5至少一部分突出于第一驱动杆4形成突出部52，突出部52上安装从齿轮Ⅱ53，第二动力轴612上设有驱动所述从齿轮Ⅱ53的主齿轮Ⅱ6121，优选地，主齿轮Ⅱ6121通过变速齿轮驱动从齿轮Ⅱ53，

当然，如图7所示，本实施例的第二驱动杆5也可以直接由第二动力轴612驱动，即第二驱动杆5直接与第二动力轴612刚性连接。

基于上述结构，本实施例的手术机器人末端在俯仰动作时，第一驱动杆4转动，第一主动齿轮41转动，间接或直接带动摆臂21偏转，实现基座2的偏转，并最终实现手术机器人末端的俯仰动作，本实施例的手术机器人末端在自转动作时，第二驱动杆5转动，第二主动齿轮51转动，间接或直接带动端座1自转，并最终实现手术机器人末端的自转动作，其中，第二驱动杆5设置在第一驱动杆4内的且突出于第一驱动杆4以使两个驱动杆的运动互不干涉，从而可独立地实现俯仰或自转动作且互不干涉。需要注意的是：手术机器人末端实际使用时往往都是单自由度动作，即一个自由度工作时，其他自由度则保持不动。在本实施例中，自转动作是由第二驱动杆5转动而实现的独立动作，无需其他自由度的配合，而俯仰动作则需要自转动作的驱动电机配合1:1转动来解除自转从动齿轮311的干涉来实现。由此，通过两个自由度的驱动电机之间的解耦关系来达到使操作者感官上的每个自由度独立动作而互不影响。

应当理解，以上所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。由本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种手术机器人末端俯仰装置，其特征在于，包括:

基座(2)，所述基座(2)上形成有摆臂(21)，所述摆臂(21)上形成有齿(211)；

承载座(3)，所述承载座(3)上形成有铰接臂(31)，所述铰接臂(31)与所述摆臂(21)铰接；

驱动模组，所述驱动模组包括贯穿所述承载座(3)的第一驱动杆(4)，所述第一驱动杆(4)的端部形成有第一主动齿轮(41)，所述第一主动齿轮(41)直接或间接驱动所述齿(211)以使所述基座(2)俯仰偏转。

2.根据权利要求1所述的手术机器人末端俯仰装置，其特征在于，所述承载座(3)可转动地安装有第一传动齿轮(32)，所述第一传动齿轮(32)分别与所述第一主动齿轮(41)、所述摆臂(21)的齿啮合，所述第一主动齿轮(41)通过第一传动齿轮(32)驱动所述基座(2)俯仰偏转。

3.一种手术机器人末端，采用如权利要求1或2所述的手术机器人末端俯仰装置，其特征在于，还包括自转装置，所述自转装置包括：

端座(1)，所述端座(1)上配置有执行组件，所述端座(1)可转动地装配到所述基座(2)远离所述承载座(3)的一侧，

第二传动齿轮(11)，所述第二传动齿轮(11)可转动地安装在所述基座(2)靠近所述承载座(3)的一侧，所述第二传动齿轮(11)与所述端座(1)刚性连接；

驱动单元，所述驱动单元包括第二驱动杆(5)以及配置在所述第二驱动杆(5)端部的第二主动齿轮(51)，所述第二主动齿轮(51)驱动所述第二传动齿轮(11)以带动所述端座(1)上的执行组件转动。

4.根据权利要求3所述的手术机器人末端自转装置，其特征在于，所述第二传动齿轮(11)朝向所述基座(2)延伸出套体(111)，所述基座(2)形成有贯穿口(22)，所述套体(111)的外周面与贯穿口(22)的内周面间隙配合。

5.根据权利要求3所述的手术机器人末端，其特征在于，所述第二传动杆可转动地安装在承载座(3)上，所述铰接臂(31)上可转动地安装有从动齿轮(311)，所述从动齿轮(311)分别与所述第二主动齿轮(51)、第二传动齿轮(11)啮合。

6.根据权利要求5所述的手术机器人末端，其特征在于，所述第二从动齿轮(311)被设置在所述摆臂(21)与所述铰接臂(31)的铰接处的销轴上。

7.根据权利要求3所述的手术机器人末端，其特征在于，所述端座(1)朝向所述套体(111)延伸出环形突起(12)，所述环形突起(12)套设于所述套体(111)的内周且与所述套体(111)过盈配合。

8.根据权利要求3所述的手机机器人末端，其特征在于，所述基座(2)和所述端座(1)之间设有限位套(23)，所述限位套(23)朝向所述端座(1)的一侧形成有限位槽(231)，所述端座(1)形成有环形凸缘(13)，所述环形凸缘(13)可转动地装配在所述限位槽(231)内。

9.根据权利要求3所述的手机机器人末端，其特征在于，所述第一驱动杆(4)和第二驱动杆(5)由致动装置(6)驱动，所述致动装置(6)包括安装座(61)，所述安装座(61)上配置两根动力轴，两根动力轴分别通过传动齿轮组驱动所述第一驱动杆(4)和第二驱动杆(5)转动。

10.根据权利要求9所述的手机机器人末端，其特征在于，两根动力轴分别为第一动力轴(611)和第二动力轴(612)，所述第一传动杆远离基座(2)的一端安装从齿轮Ⅰ(42)，所述第一动力轴(611)上设有驱动所述从齿轮Ⅰ(42)的主齿轮Ⅰ(6111)，所述第二传动杆至少一部分突出于所述第一传动杆形成突出部(52)，所述突出部(52)上安装从齿轮Ⅱ(53)，所述第二动力轴(612)上设有驱动所述从齿轮Ⅱ(53)的主齿轮Ⅱ(6121)；

或者，所述突出部(52)直接与所述第二动力轴(612)刚性连接。

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