一種用于單孔腹腔微創(chuàng)手術(shù)多自由度柔性機器人的末端器械的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于單孔腹腔微創(chuàng)手術(shù)的多自由度柔性機器人用末端器械，屬于手術(shù)機器人技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前應(yīng)用到主流的微創(chuàng)外科手術(shù)機器人上的手術(shù)器械都需要專門的接口模塊，并且器械部分的整體尺寸較大，軸轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與末端腕部關(guān)節(jié)和夾持鉗關(guān)節(jié)距離較遠，無法直接應(yīng)用到單孔腹腔微創(chuàng)外科手術(shù)機器人中。而目前大多數(shù)的單孔腹腔微創(chuàng)外科手術(shù)機器人針對末端手術(shù)器械的設(shè)計還不成熟，由于末端器械中的軸轉(zhuǎn)自由度需要放置在器械末端，為了減小機器人的整體尺寸和降低機器人的控制復(fù)雜程度，末端器械的自由度嚴重缺失，器械過于簡單，無法實現(xiàn)完全擬人的自由度，而對于自由度豐富的末端器械的整體尺寸又較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是提供一種用于單孔腹腔微創(chuàng)手術(shù)機器人的末端器械，以解決現(xiàn)有的單孔腹腔手術(shù)機器人用末端器械的整體集成度不高，器械部分過于簡單，無法完全實現(xiàn)擬人的自由度，并且整體尺寸較大的問題。
[0004]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采取的技術(shù)方案是:所述機器人包括軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿、軸轉(zhuǎn)固定桿、腕部穿線桶、腕部軸、第一夾持鉗導向輪、第一夾持鉗關(guān)節(jié)、第二夾持鉗導向輪、第二夾持鉗關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)，
[0005]柔性臂的一端與軸轉(zhuǎn)固定桿的一端固接，軸轉(zhuǎn)固定桿的另一端與軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿轉(zhuǎn)動連接，軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿的另一端與腕部穿線桶固接，腕部軸穿過腕部穿線桶的一對連接耳，腕關(guān)節(jié)的一端裝在腕部軸上，腕關(guān)節(jié)的另一端內(nèi)裝有第一夾持鉗關(guān)節(jié)和第二夾持鉗關(guān)節(jié)；
[0006]第四關(guān)節(jié)驅(qū)動絲一穿過柔性臂后繞過腕部軸轉(zhuǎn)導向輪后繞著軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿上的螺紋槽與軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿固接；
[0007]第四關(guān)節(jié)驅(qū)動絲二穿過柔性臂后繞過腕部軸轉(zhuǎn)導向輪后繞著軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿上的螺紋槽與軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿固接；
[0008]第五關(guān)節(jié)驅(qū)動絲一穿過柔性臂并穿過軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿的中心空腔后繞過第一腕部分線輪組與腕關(guān)節(jié)的安裝耳固連；
[0009]第五關(guān)節(jié)驅(qū)動絲二穿過柔性臂后并穿過軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿的中心空腔繞過第二腕部分線輪組與腕關(guān)節(jié)的另一端安裝耳固接；
[0010]第六關(guān)節(jié)驅(qū)動絲一穿過柔性臂后并穿過軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿的中心空腔后繞過第三腕部分線輪組，再繞過一個第一夾持鉗導向輪后，再與第一夾持鉗關(guān)節(jié)的安裝耳固接，
[0011]第六關(guān)節(jié)驅(qū)動絲二穿過柔性臂后并穿過軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿的中心空腔繞過導向輪后繞過剩余的另一個第一夾持鉗導向輪后，與第一夾持鉗關(guān)節(jié)的另一端安裝耳固接；
[0012]第七關(guān)節(jié)驅(qū)動絲一穿過柔性臂并穿過軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿的中心空腔繞過導向輪后繞過一個第二夾持鉗導向輪后，與第二夾持鉗關(guān)節(jié)的安裝耳固接，
[0013]第七關(guān)節(jié)驅(qū)動絲二穿過柔性臂后并穿過軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿的中心空腔繞過導向輪后繞過剩余的另一個第二夾持鉗導向輪后，與第二夾持鉗關(guān)節(jié)的另一端安裝耳固接。
[0014]本發(fā)明具有以下有益效果:本發(fā)明設(shè)具有4個自由度進行末端手術(shù)操作。器械部分具有4個完全擬人的自由度，最大外徑10mm，并且通過單孔進入人體體內(nèi)，減少了患者的創(chuàng)口數(shù)目，降低病人的痛苦，增強了手術(shù)機器人的可操作性和精度。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)立體圖圖，圖2是軸轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)剖視圖，圖3是腕部穿線桶的結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是圖3的俯視圖。
【具體實施方式】
[0016]【具體實施方式】一:結(jié)合圖1-圖4說明本實施方式，本實施方式的機器人包括軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿3、軸轉(zhuǎn)固定桿4、腕部穿線桶5、腕部軸6、第一夾持鉗導向輪7、第一夾持鉗關(guān)節(jié)8、第二夾持鉗導向輪9、第二夾持鉗關(guān)節(jié)10和腕關(guān)節(jié)13，
[0017]柔性臂的一端與軸轉(zhuǎn)固定桿4的一端固接，軸轉(zhuǎn)固定桿4的另一端與軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿3轉(zhuǎn)動連接，軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿3的另一端與腕部穿線桶5固接，腕部軸6穿過腕部穿線桶5的一對連接耳，腕關(guān)節(jié)13的一端裝在腕部軸6上，腕關(guān)節(jié)13的另一端內(nèi)裝有第一夾持鉗關(guān)節(jié)8和第二夾持鉗關(guān)節(jié)10 ;
[0018]第四關(guān)節(jié)驅(qū)動絲一穿過柔性臂后繞過腕部軸轉(zhuǎn)導向輪2-2后繞著軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿上的螺紋槽3-2與軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿3固接；
[0019]第四關(guān)節(jié)驅(qū)動絲二穿過柔性臂后繞過腕部軸轉(zhuǎn)導向輪2-1后繞著軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿上的螺紋槽3-1與軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿3固接；
[0020]第五關(guān)節(jié)驅(qū)動絲一穿過柔性臂并穿過軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿3的中心空腔后繞過第一腕部分線輪組與腕關(guān)節(jié)13的安裝耳固連；
[0021]第五關(guān)節(jié)驅(qū)動絲二穿過柔性臂后并穿過軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿3的中心空腔繞過第二腕部分線輪組與腕關(guān)節(jié)13的另一端安裝耳固接；
[0022]第六關(guān)節(jié)驅(qū)動絲一穿過柔性臂后并穿過軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿3的中心空腔后繞過第三腕部分線輪組，再繞過一個第一夾持鉗導向輪7-1后，再與第一夾持鉗關(guān)節(jié)9的安裝耳固接，
[0023]第六關(guān)節(jié)驅(qū)動絲二穿過柔性臂后并穿過軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿3的中心空腔繞過導向輪后繞過剩余的另一個第一夾持鉗導向輪7-1后，與第一夾持鉗關(guān)節(jié)9的另一端安裝耳固接；
[0024]第七關(guān)節(jié)驅(qū)動絲一穿過柔性臂并穿過軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿3的中心空腔繞過導向輪后繞過一個第二夾持鉗導向輪9-1后，與第二夾持鉗關(guān)節(jié)10的安裝耳固接，
[0025]第七關(guān)節(jié)驅(qū)動絲二穿過柔性臂后并穿過軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿3的中心空腔繞過導向輪后繞過剩余的另一個第二夾持鉗導向輪9-1后，與第二夾持鉗關(guān)節(jié)10的另一端安裝耳固接。
[0026]【具體實施方式】二:結(jié)合圖1和圖3說明本實施方式，本實施方式的腕部穿線桶5由底座5-1和兩個連接耳5-2制成一體，底座5-1上設(shè)有第一導向輪固定柱5-3、第二導向輪固定柱5-4、第三導向輪固定柱5-5和第四導向輪固定柱5-6，第一導向輪固定柱5-3的內(nèi)壁上設(shè)有兩個導向輪一，第二導向輪固定柱5-4的內(nèi)壁上設(shè)有一個導向輪二，第二導向固定柱5-4的側(cè)壁設(shè)有二個導向輪五，第三導向輪固定柱5-5的內(nèi)壁上設(shè)有兩個導向輪三，第四導向輪固定柱5-6的內(nèi)壁上設(shè)有一個導向輪四，第四導向輪固定柱5-6的側(cè)壁上設(shè)有二個導向輪六，第一導向輪固定柱5-3的高度是5mm，第二導向輪固定柱5-4的高度是10mm，第三導向輪固定柱5-5的高度是5mm，第四導向輪固定柱5-6的高度是10mm。上述結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是通過該系列導向輪組使得由腕部穿線桶中心穿過的6根驅(qū)動絲能夠分別與器械腕部關(guān)節(jié)和兩個夾持鉗和的每個關(guān)節(jié)中心的繞線輪相切，保證絲在關(guān)節(jié)運動過程中的順暢通行，通過該部分結(jié)構(gòu)，能夠在滿足末端自由度的前提下，實現(xiàn)末端器械的小型化，并減少前端軸轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)對末端驅(qū)動絲布置的影響。其它實施方式與【具體實施方式】一相同。
[0027]【具體實施方式】三:本實施方式的軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿3，軸轉(zhuǎn)固定桿4，末端穿線桶5，第一夾持鉗關(guān)節(jié)9、第二夾持鉗關(guān)節(jié)10均采用lCrl8Ni9材料。上述結(jié)構(gòu)的優(yōu)點上述所有零件都需要和人體組織接觸，采用此類材料滿足人體對材料的要求。其它實施方式與【具體實施方式】一相同。
[0028]工作原理:第四電機通過第四關(guān)節(jié)驅(qū)動絲實現(xiàn)對腕部軸轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸向旋轉(zhuǎn)運動，第五電機通過第五關(guān)節(jié)驅(qū)動絲實現(xiàn)對腕部關(guān)節(jié)的俯仰運動，第六電機通過第六關(guān)節(jié)驅(qū)動絲實現(xiàn)對第一夾持鉗關(guān)節(jié)的張合運動，第七電機通過第七關(guān)節(jié)驅(qū)動絲實現(xiàn)對第二夾持鉗關(guān)節(jié)的張合運動。
【主權(quán)項】
1.一種用于單孔腹腔微創(chuàng)手術(shù)多自由度柔性機器人的末端器械，其特征在于所述機器人包括軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿(3)、軸轉(zhuǎn)固定桿(4)、腕部穿線桶(5)、腕部軸(6)、第一夾持鉗導向輪(7)、第一夾持鉗關(guān)節(jié)(8)、第二夾持鉗導向輪(9)、第二夾持鉗關(guān)節(jié)(10)和腕關(guān)節(jié)(13)， 柔性臂的一端與軸轉(zhuǎn)固定桿(4)的一端固接，軸轉(zhuǎn)固定桿(4)的另一端與軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿(3)轉(zhuǎn)動連接，軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿(3)的另一端與腕部穿線桶(5)固接，腕部軸(6)穿過腕部穿線桶(5)的一對連接耳，腕關(guān)節(jié)(13)的一端裝在腕部軸(6)上，腕關(guān)節(jié)(13)的另一端內(nèi)裝有第一夾持鉗關(guān)節(jié)(8)和第二夾持鉗關(guān)節(jié)(10); 第四關(guān)節(jié)驅(qū)動絲一穿過柔性臂后繞過腕部軸轉(zhuǎn)導向輪(2-2)后繞著軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿上的螺紋槽(3-2)與軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿(3)固接； 第四關(guān)節(jié)驅(qū)動絲二穿過柔性臂后繞過腕部軸轉(zhuǎn)導向輪(2-1)后繞著軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿上的螺紋槽(3-1)與軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿(3)固接； 第五關(guān)節(jié)驅(qū)動絲一穿過柔性臂并穿過軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿(3)的中心空腔后繞過第一腕部分線輪組與腕關(guān)節(jié)(13)的安裝耳固連； 第五關(guān)節(jié)驅(qū)動絲二穿過柔性臂后并穿過軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿(3)的中心空腔繞過第二腕部分線輪組與腕關(guān)節(jié)(13)的另一端安裝耳固接； 第六關(guān)節(jié)驅(qū)動絲一穿過柔性臂后并穿過軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿(3)的中心空腔后繞過第三腕部分線輪組，再繞過一個第一夾持鉗導向輪(7-1)后，再與第一夾持鉗關(guān)節(jié)(9)的安裝耳固接， 第六關(guān)節(jié)驅(qū)動絲二穿過柔性臂后并穿過軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿(3)的中心空腔繞過導向輪后繞過剩余的另一個第一夾持鉗導向輪(7-1)后，與第一夾持鉗關(guān)節(jié)(9)的另一端安裝耳固接; 第七關(guān)節(jié)驅(qū)動絲一穿過柔性臂并穿過軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿(3)的中心空腔繞過導向輪后繞過一個第二夾持鉗導向輪(9-1)后，與第二夾持鉗關(guān)節(jié)(10)的安裝耳固接， 第七關(guān)節(jié)驅(qū)動絲二穿過柔性臂后并穿過軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿(3)的中心空腔繞過導向輪后繞過剩余的另一個第二夾持鉗導向輪(9-1)后，與第二夾持鉗關(guān)節(jié)(10)的另一端安裝耳固接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于單孔腹腔微創(chuàng)手術(shù)多自由度柔性機器人的末端器械，其特征在于腕部穿線桶(5)由底座(5-1)和兩個連接耳(5-2)制成一體，底座(5-1)上設(shè)有第一導向輪固定柱(5-3)、第二導向輪固定柱(5-4)、第三導向輪固定柱(5-5)和第四導向輪固定柱(5-6)，第一導向輪固定柱(5-3)的內(nèi)壁上設(shè)有兩個導向輪一，第二導向輪固定柱(5-4)的內(nèi)壁上設(shè)有一個導向輪二，第二導向固定柱(5-4)的側(cè)壁設(shè)有二個導向輪五，第三導向輪固定柱(5-5)的內(nèi)壁上設(shè)有兩個導向輪三，第四導向輪固定柱(5-6)的內(nèi)壁上設(shè)有一個導向輪四，第四導向輪固定柱(5-6)的側(cè)壁上設(shè)有二個導向輪六，第一導向輪固定柱(5-3)的高度是5mm，第二導向輪固定柱(5_4)的高度是10mm，第三導向輪固定柱(5_5)的高度是5mm，第四導向輪固定柱(5-6)的高度是1mm0
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述一種用于單孔腹腔微創(chuàng)手術(shù)多自由度柔性機器人的末端器械，其特征在于軸轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動桿(3)，軸轉(zhuǎn)固定桿(4)，末端穿線桶(5)，第一夾持鉗關(guān)節(jié)(9)、第二夾持鉗關(guān)節(jié)(10)均采用lCrl8Ni9材料。
【專利摘要】一種用于單孔腹腔微創(chuàng)手術(shù)多自由度柔性機器人的末端器械，它涉及一種微創(chuàng)手術(shù)的機器人。它解決了解決現(xiàn)有的單孔腹腔手術(shù)機器人用末端器械的整體集成度不高，器械部分過于簡單，無法完全實現(xiàn)擬人的自由度，并且整體尺寸較大的問題。第四電機通過第四關(guān)節(jié)驅(qū)動絲實現(xiàn)對腕部軸轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的軸向旋轉(zhuǎn)運動，第五電機通過第五關(guān)節(jié)驅(qū)動絲實現(xiàn)對腕部關(guān)節(jié)的俯仰運動，第六電機通過第六關(guān)節(jié)驅(qū)動絲實現(xiàn)對第一夾持鉗關(guān)節(jié)的張合運動，第七電機通過第七關(guān)節(jié)驅(qū)動絲實現(xiàn)對第二夾持鉗關(guān)節(jié)的張合運動。本發(fā)明用于單孔腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)。
【IPC分類】A61B17-00, A61B19-00
【公開號】CN104758012
【申請?zhí)枴緾N201510160843
【發(fā)明人】杜志江, 楊文龍, 董為
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月7日