本发明专利技术公开了一种具有可快速更换末端执行器功能的微创外科手术器械，手术器械主要由主体连杆部分，手腕部分，快换座部分和末端执行器部分四部分组成。该手术器械具有俯仰自由度、偏转自由和末端执行器开合自由度。主体连杆一端与动力装置相连，一端通过关节轴与手腕连接。手腕通过快换座与手术器械末端执行器相连。同时通过齿轮齿条实现手术器械末端执行器的开合自由度并且通过限位锁紧机构实现末端执行器的更换。本发明专利技术能够有效降低手术器械成本、增加手术器械整体利用率。同时能够提高末端执行器的更换效率、保证传动平稳和精确。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种具有可快速更换末端执行器功能的微创外科手术器械，手术器械主要由主体连杆部分，手腕部分，快换座部分和末端执行器部分四部分组成。该手术器械具有俯仰自由度、偏转自由和末端执行器开合自由度。主体连杆一端与动力装置相连，一端通过关节轴与手腕连接。手腕通过快换座与手术器械末端执行器相连。同时通过齿轮齿条实现手术器械末端执行器的开合自由度并且通过限位锁紧机构实现末端执行器的更换。本专利技术能够有效降低手术器械成本、增加手术器械整体利用率。同时能够提高末端执行器的更换效率、保证传动平稳和精确。【专利说明】具有可快速更换末端执行器功能的微创外科手术器械
本专利技术涉及一种微创外科手术器械，特别涉及一种用于微创外科手术机器人的具有可快速更换末端执行器功能的微创外科手术器械。
技术介绍
微创手术与传统的开口手术相比，能减少病人痛苦、减小伤口感染风险、缩短术后恢复时间、减小疤痕和节省开支等优点。然而微创手术使外科医牛操作更困难和因长时间操作而身心疲惫，增加了手术中失误的风险。一方面内窥镜的引入迫使医牛通过观察图像而不是看自己的手来工作，由此切断了手与眼的协调，另一方面用于插入手术器械的病人体上的切口处起支点作用，使插入的手术器械末端的运动方向与外面手术器械手柄的运动方向相反，体表切口的约使手术器械运动自由度数由六个减为四个，同时细长的手术器械将抖动放大。这些使得医牛很难进行复杂的手术操作，只能进行较简单的手术操作，从而阻碍的微创手术技术的进一步发展。 为了克服开口手术和传统微创手术存在的缺点，机器人辅助的微创外科由此诞生。在微创手术过程当中，末端执行器是机器人系统中唯一与人体病变组织相接触的部分。因此，末端执行器的性能是微创手术机器人系统综合性能的关键所在。执行器的设计应满足结构精巧、操作灵活、形式多样、适应医疗环境等要求，特别是要易于更换。末端执行器的快速更换性能可以缩短手术时间、节约手术成本和提高手术效率。 目前现有的手术器械在更换执行器时需要将手术器械整体进行更换，从而增加手术器械成本和降低了手术器械整体利用率。因此，开发用于微创外科手术机器人的具有可快速更换末端执行器功能的手术器械对推进相关领域技术的进步具有重要经济效益和实际应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以实现不同的末端执行器如剪子、镊子、刀子、钳子等与手术器械的快速更换的微创外科手术器械。本专利技术的微创外科手术器械能够有效降低手术器械成本、增加手术器械整体利用率。同时能够提高末端执行器的更换效率、保证传动平稳和精确。 为了达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现: 手术器械主要由主体连杆、手腕、末端执行器快换接口和末端执行器四部分组成。该手术器械具有俯仰自由度、偏转自由和末端执行器开合自由度。主体连杆一端与动力装置相连，一端通过关节轴与手腕连接。手腕通过末端执行器快换接口与末端执行器相连。丝经过手腕上第一副导向轮和第二副导向轮交叉缠绕后与驱动轮相连，实现手术器械偏转自由度。丝经过与手腕上驱动轮相连，实现手术器械俯仰自由度。丝经过手腕上的第三副导向轮和第四副导向轮实现交叉缠绕后与驱动轮相连，驱动轮上的丝与齿轮旁的驱动轮相连，齿轮带动齿条实现手术器械末端执行器的开合自由度。手术器械末端执行器的快速更换通过限位锁紧机构来实现。 采用本专利技术具有如下优点: 1.本专利技术可以充分满足微创外科手术操作过程中使用不同的手术器械要求，同时与传统的手术器械相比，只需更换末端执行器部分，降低了手术器械成本，提高了手术器械除末端执行器外的利用率； 2.本专利技术应用领域广泛，可以满足任何种类的微创外科手术的要求； 3.本专利技术采用丝传动方式，可简化传动系统结构，减小传动系统体积和重量。在预紧的情况下可消除各自由度运动回差，进而提高关节控制精度。 【专利附图】【附图说明】 图1是手术器械总体结构示意图； 图2是手术器械俯仰和偏转自由度示意图； 图3是手术器械开合方式示意图； 图4是手术器械开合传动方式示意图； 图5是手术器械快速更换示意图； 图6是手术器械限位锁紧机构结构示意图； 图7是手术器械齿条安装示意图； 图8是手术器械齿轮与齿条啮合安装示意图； 图9是手术器械俯仰自由度关节连接及导向轮安装示意图； 图10是手术器械偏转自由度关节连接示意图； 图11是丝固定方式示意图； 图12是手术器械丝传动系统示意图。 【具体实施方式】 下面结合附图和具体实例对本专利技术进行详细描述。 图1所示为手术器械总体结构示意图，手术器械主要由主体连杆1，手腕2，末端执行器快换接口 3和末端执行器4四部分组成。 图2所示为手术器械俯仰和偏转自由度示意图，手腕2绕轴Rl进行俯仰运动，末端执行器快换接口 3绕轴R2进行偏转运动。 图3所示为手术器械开合方式示意图，以图为例，图中的末端执行器4为剪刀，剪刀由剪切刀刃4-1Α、4-1Β和剪柄4-2A、4-2B组成，相互对称构成一四边形结构。其中剪切刀刃4-1A与剪柄4-2B用销轴4-3连接，剪切刀刃4-1B与剪柄4-2A及刀刃4-1A与4-1B的连接方式与刀刃4-1A与剪柄4-2B的连接方式相同。剪柄4-2A、4-2B的孔与快换头4_5的孔相配合，用销轴4-4连接。 图4所示为手术器械开合传动方式示意图，齿条3-2位置在最高处时剪切刀刃为闭合状态。从图示方向上看去，当齿轮3-3绕固定轴顺时针转动时，带动齿条3-2竖直向下移动，支撑体3-1与齿条3-2联动，推动快换头4-5使剪切刀刃4-1Α、4-1Β打开；当齿轮3_3绕固定轴逆时针转动时，带动齿条3-2向上移动，支撑体3-1与齿条3-2联动，拉动快换头4-5使剪切刀刃4-1Α、4-1Β闭合。 图5所示为手术器械快速更换示意图，图6所示为手术器械限位锁紧机构结构示意图。末端执行器4为一整体进行更换，在快换头4-5圆弧面上有成60度弧度的L型槽，安装时从末端执行器快换接口 3底部推入，按压住弹性挡片4-6后将快换头4-5推入到末端执行器快换接口 3内的支撑体3-1的孔内，然后逆时针旋转60度，支撑体3-1上安装的销钉3-4会卡住快换头4-5，从而支撑体3-1可以带动快换头4-5进行上下移动。在旋转快换头4-5的同时，双头螺栓4-7卡在末端执行器快换接口 3内壁的槽内，以实现剪切刀刃4-1Α、4-1Β与剪柄4-2A、4-2B形成的四边形结构一端固定一端自由。当按图6中所示箭头方向驱动支撑体3-1时，剪切刀刃4-1Α、4-1Β将进行开合动作。从而实现末端执行器4的开合自由度。最后将手松开使弹性挡片4-6恢复原状，其上面的小孔会卡住末端执行器快换接口 3底部的凸起使快换头4-5与支撑体3-1不会发牛相对转动以保证两者不会脱离，保证手术器械的工作稳定。当末端执行器需要更换时，按住弹性挡片4-6后顺时针旋转60度，即使末端执行器与末端执行器快换接口 3分离，然后即可以轻易拔出。 图7所示为手术器械齿条安装示意图，将齿条3-2末端的轴插入支撑体3-1上端面的孔内，为了易于定位在孔与轴的圆柱面基础上加工出一平面，用销钉3-4将两部分进行连接固定。此时支撑体3-1与齿条3-2为一整体，安本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有可快速更换末端执行器功能的微创外科手术器械，其特征在于：手术器械主要由主体连杆、手腕、末端执行器快换接口和末端执行器四部分组成；该手术器械具有俯仰自由度、偏转自由和末端执行器开合自由度，主体连杆一端与动力装置相连，一端通过关节轴与手腕连接，手腕通过末端执行器快换接口与末端执行器相连，丝经过手腕上第一副导向轮和第二副导向轮交叉缠绕后与驱动轮相连，实现手术器械偏转自由度，丝经过与手腕上驱动轮相连，实现手术器械俯仰自由度。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张博文，桑宏强，许丽萍，陈发，杨铖浩，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12
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