一种直线驱动机构驱动的柔性手术工具系统技术方案

本发明专利技术涉及一种直线驱动机构驱动的柔性手术工具系统，其包括主要由远端结构体、近端结构体、驱动传动机构和中部连接体组成的柔性手术工具；远端结构体近端与中部连接体关联，驱动传动机构通过中部连接体与近端结构体关联；远端结构体主要由至少一个远端构节组成，远端构节包括远端固定盘和结构骨；近端结构体包括与远端构节数量相等的近端构节，近端构节包括近端固定盘、结构骨和驱动骨；驱动传动机构包括传入部分、驱动部分和换向部分，来自外部的旋转动力经过传入部分作用于驱动部分，换向部分用于实现驱动部分的协同运动，驱动部分将旋转动力转化为直线动力协同推拉驱动骨，以实现近端构节向任意方向弯转，进而驱动远端构节向相反方向弯转。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种医疗器械，具体涉及一种直线驱动机构驱动的柔性手术工具系统。
技术介绍
多孔腹腔镜微创手术因其创口小、术后恢复快，已经在外科手术中占据了重要的地位。现有Intuitive Surgical公司(美国直觉外科公司)的da Vinci(达芬奇)手术机器人辅助医生完成多孔腹腔镜微创手术，取得了商业上的巨大成功。微创术式在多孔腹腔镜手术之后又发展出单孔腹腔镜手术和经自然腔道的无创手术，它们对病人创伤更小、术后产出更高。但在单孔腹腔镜手术和经自然腔道的无创手术中，包括视觉照明模块和手术操作臂在内的所有手术器械均通过单一通道达到术部，这对手术器械的制备要求极为苛刻。现有手术器械的远端结构主要为多杆件的串联铰接，采用钢丝绳拉力驱动，使手术器械在铰接关节处实现弯转。由于钢丝绳须通过滑轮保持持续的张紧状态，这一驱动方式难以实现手术器械的进一步小型化，亦难以进一步提升器械的运动性能。虽然Intuitive Surgical公司近期推出了da Vinci Single-Site(SS型达芬奇)手术机器人，其将原有的刚性手术器械改造为半刚性手术器械，并增加了预弯曲套管，一定程度上提升了手术器械的运动性能，但仍无法从根本上解决传统手术器械所面临的问题。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的一个目的是提供一种直线驱动机构驱动的柔性手术工具系统，该柔性手术工具系统可经单一手术切口，较好地应用于单孔腔镜手术机器人系统，亦可应用于多孔腔镜手术机器人系统。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种直线驱动机构驱动的柔性手术工具系统，其特征在于，该系统包括主要由远端结构体、近端结构体、驱动传动机构和中部连接体组成的柔性手术工具；其中，所述远端结构体近端与所述中部连接体关联，所述驱动传动机构通过所述中部连接体与所述近端结构体关联；所述远端结构体主要由至少一个远端构节组成，每一所述远端构节包括远端固定盘和结构骨；所述近端结构体包括与所述远端构节数量相等的近端构节，每一所述近端构节包括近端固定盘、结构骨和驱动骨；所述驱动传动机构主要由传入部分、驱动部分和换向部分组成，来自外部的旋转动力经过所述传入部分作用于所述驱动部分，所述换向部分用于实现所述驱动部分的协同运动，所述驱动部分将旋转动力转化为直线动力协同推拉所述驱动骨，以实现所述近端构节向任意方向弯转，进而驱动所述远端构节向相反方向弯转。在一个优选的实施例中，所述中部连接体包括近端结构体固定端盘、结构骨引导通道和驱动骨引导通道，所述结构骨引导通道一端固定连接于所述驱动传动机构上，另一端固定连接于所述近端结构体固定端盘上；所述驱动骨引导通道两端分别固定连接于所述驱动传动机构和近端结构体端盘上；所述远端构节上的结构骨与所述近端构节上的结构骨一一对应紧固连接或为同一根结构骨，结构骨一端与所述近端固定盘紧固连接，另一端穿过所述结构骨引导通道后与所述远端固定盘紧固连接；所述驱动骨一端固定连接于所述驱动部分，另一端经所述驱动骨引导通道后固定连接于所述近端固定盘上。在一个优选的实施例中，所述驱动传动机构还包括主体部分，所述驱动部分包括若干个直线驱动机构，每一所述直线驱动机构包括转动安装于所述主体部分上的第一螺杆，以及与所述第一螺杆通过螺纹配合的第一滑块；所述第一螺杆一端与所述传入部分紧固连接，另一端伸入所述换向部分；每一所述直线驱动机构中的第一滑块作为输出端与所述驱动骨一一对应紧固连接。在一个优选的实施例中，所述传入部分包括转动安装于所述主体部分上的柔性手术工具驱动轴，紧固连接于所述柔性手术工具驱动轴一端的第一联轴器公头，以及紧固连接于所述柔性手术工具驱动轴另一端的联轴器；所述换向部分包括安装于所述主体部分上的若干组换向齿轮组，每组所述换向齿轮组包括分别紧固连接于两所述第一螺杆上的两个相互啮合的齿轮；来自外部的旋转动力经过相互紧固连接的所述第一联轴器公头、柔性手术工具驱动轴和联轴器，传递到位于所述驱动部分内的第一螺杆上，并通过所述换向齿轮组驱动同组两所述第一螺杆以相反的方向转动，所述第一螺杆驱动其上的所述第一滑块沿相反方向滑动，从而将旋转动力转化为直线动力协同推拉所述驱动骨，以实现所述近端构节向任意方向弯转，进而驱动所述远端构节向相反方向弯转。在一个优选的实施例中，所述主体部分包括紧固连接成一体的驱动传动机构远端盖板、驱动传动机构远端固定板、驱动传动机构中部固定板和驱动传动机构近端固定板；所述柔性手术工具驱动轴转动安装于所述驱动传动机构近端固定板与所述驱动传动机构中部固定板之间；所述第一螺杆转动安装于所述驱动传动机构远端固定板与所述驱动传动机构中部固定板之间；所述换向齿轮组安装于所述驱动传动机构远端盖板与所述驱动传动机构远端固定板之间。在一个更优选的实施例中，所述驱动传动机构还包括手术执行器驱动机构，所述手术执行器驱动机构包括：转动安装于所述主体部分上的第二螺杆，通过螺纹与所述第二螺杆配合的第二滑块，以及一端紧固连接于所述第二滑块上，另一端穿过所述远端结构体后与所述手术执行器紧固连接的手术执行器控线；所述第二螺杆末端与所述联轴器紧固连接，来自外部的旋转动力通过相互紧固连接的所述联轴器公头、柔性手术工具驱动轴和联轴器传递到所述第二螺杆上，所述第二螺杆驱动其上的所述第二滑块线性滑动，进而推拉所述手术执行器控线，最终实现所述手术执行器的动作控制。在一个更优选的实施例中，所述手术执行器驱动机构还包括：通过若干根支撑柱固定于所述驱动传动机构中部固定板上的手术执行器驱动机构固定端板，以及一端固定在所述手术执行器驱动机构固定端板上，另一端伸入首节所述远端构节中并固定在其中的远端间隔盘上的控线引导通道；所述第二螺杆转动安装于所述手术执行器驱动机构固定端板与所述驱动传动机构中部固定板之间；所述手术执行器控线一端紧固连接于所述第二滑块，另一端经过所述手术执行器驱动机构固定端板、控线引导通道、远端结构体后与所述手术执行器紧固连接。在一个更优选的实施例中，所述直线驱动机构还包括固定连接于所述驱动传动机构远端固定板与所述驱动传动机构中部固定板之间的光轴，所述第一滑块与所述光轴滑动连接；相似的，所述第二滑块与一根所述支撑柱滑动连接。在一个优选的实施例中，该系统还包括与所述驱动传动机构关联的驱动单元，所述驱动单元包括：驱动电机，与所述驱动电机输出轴连接的输入齿轮，与所述输入齿轮相互啮合的惰轮和输出齿轮，与所述输出齿轮固定连接的第二联轴器公头，以及分别与所述第一联轴器公头和第二联轴器公头连接的联轴器母头；所述驱动电机将旋转运动通过所述输入齿轮、惰轮、输出齿轮传递至所述第二联轴器公头，经过所述联轴器母头与所述第一联轴器公头，最终驱动柔性手术工具驱动轴旋转。在一个更优选的实施例中，所述驱动单元一端还留有连接板，柔性手术工具系统通过所述连接板安装固定在多自由度机械臂末端盘上；所述多自由度机械臂包含四个以上的关节，所述关节能够实现所述柔性手术工具系统以入腹点为不动点的整体侧向偏转和整体进给自由度，以及能够实现所述柔性手术工具系统绕自身轴线的整体旋转自由度。在一个优选的实施例中，该系统还包括与所述驱动传动机构远端盖板一同构成所述柔性手术工具的外壳结构的柔性手术工具外壳，以及设置于所述柔性手术工具和驱动单元之间的无菌屏障，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直线驱动机构驱动的柔性手术工具系统，其特征在于，该系统包括主要由远端结构体、近端结构体、驱动传动机构和中部连接体组成的柔性手术工具；其中，所述远端结构体近端与所述中部连接体关联，所述驱动传动机构通过所述中部连接体与所述近端结构体关联；所述远端结构体主要由至少一个远端构节组成，每一所述远端构节包括远端固定盘和结构骨；所述近端结构体包括与所述远端构节数量相等的近端构节，每一所述近端构节包括近端固定盘、结构骨和驱动骨；所述驱动传动机构主要由传入部分、驱动部分和换向部分组成，来自外部的旋转动力经过所述传入部分作用于所述驱动部分，所述换向部分用于实现所述驱动部分的协同运动，所述驱动部分将旋转动力转化为直线动力协同推拉所述驱动骨，以实现所述近端构节向任意方向弯转，进而驱动所述远端构节向相反方向弯转。

【技术特征摘要】
1.一种直线驱动机构驱动的柔性手术工具系统，其特征在于，该系统包括主要由远端结构体、近端结构体、驱动传动机构和中部连接体组成的柔性手术工具；其中，所述远端结构体近端与所述中部连接体关联，所述驱动传动机构通过所述中部连接体与所述近端结构体关联；所述远端结构体主要由至少一个远端构节组成，每一所述远端构节包括远端固定盘和结构骨；所述近端结构体包括与所述远端构节数量相等的近端构节，每一所述近端构节包括近端固定盘、结构骨和驱动骨；所述驱动传动机构主要由传入部分、驱动部分和换向部分组成，来自外部的旋转动力经过所述传入部分作用于所述驱动部分，所述换向部分用于实现所述驱动部分的协同运动，所述驱动部分将旋转动力转化为直线动力协同推拉所述驱动骨，以实现所述近端构节向任意方向弯转，进而驱动所述远端构节向相反方向弯转。2.如权利要求1所述的一种直线驱动机构驱动的柔性手术工具系统，其特征在于，所述中部连接体包括近端结构体固定端盘、结构骨引导通道和驱动骨引导通道，所述结构骨引导通道一端固定连接于所述驱动传动机构上，另一端固定连接于所述近端结构体固定端盘上；所述驱动骨引导通道两端分别固定连接于所述驱动传动机构和近端结构体端盘上；所述远端构节上的结构骨与所述近端构节上的结构骨一一对应紧固连接或为同一根结构骨，结构骨一端与所述近端固定盘紧固连接，另一端穿过所述结构骨引导通道后与所述远端固定盘紧固连接；所述驱动骨一端固定连接于所述驱动部分，另一端经所述驱动骨引导通道后固定连接于所述近端固定盘上。3.如权利要求1所述的一种直线驱动机构驱动的柔性手术工具系统，其特征在于，所述驱动传动机构还包括主体部分，所述驱动部分包括若干个直线驱动机构，每一所述直线驱动机构包括转动安装于所述主体部分上的第一螺杆，以及与所述第一螺杆通过螺纹配合的第一滑块；所述第一螺杆一端与所述传入部分紧固连接，另一端伸入所述换向部分；每一所述直线驱动机构中的第一滑块作为输出端与所述驱动骨一一对应紧固连接。4.如权利要求3所述的一种直线驱动机构驱动的柔性手术工具系统，其特征在于，所述传入部分包括转动安装于所述主体部分上的柔性手术工具驱动轴，紧固连接于所述柔性手术工具驱动轴一端的第一联轴器公头，以及紧固连接于所述柔性手术工具驱动轴另一端的联轴器；所述换向部分包括安装于所述主体部分上的若干组换向齿轮组，每组所述换向齿轮组包括分别紧固连接于两所述第一螺杆上的两个相互啮合的齿轮；来自外部的旋转动力经过相互紧固连接的所述第一联轴器公头、柔性手术工具驱动轴和联轴器，传递到位于所述驱动部分内的第一螺杆上，并通过所述换向齿轮组驱动同组两所述第一螺杆以相反的方向转动，所述第一螺杆驱动其上的所述第一滑块沿相反方向滑动，从而将旋转动力转化为直线动力协同推拉所述驱动骨，以实现所述近端构节向任意方向弯转，进而驱动所述远端构节向相反方向弯转。5.如权利要求4所述的一种直线驱动机构驱动的柔性手术工具系统，其特征在于，所述主体部分包括紧固连接成一体的驱动传动机构远端盖板、驱动传动机构远端固定板、驱动传动机构中部固定板和驱动传动机构近端固定板；所述柔性手术工具驱动轴转动安装于所述驱动传动机构近端固定板与所述驱动传动机构中部固定板之间；所述第一螺杆转动安装于所述驱动传动机构远端固定板与所述驱动传动机构中部固定板之间；所述换向齿轮组安装于所述驱动传动机构远端盖板与所述驱动传动机构远端固定板之间。6.如权利要求5所述的一种直线驱动机构驱动的柔性手术工具系统，其特征在于，所述驱动传动机构还包括手术执行器驱动机构，所述手术执行器驱动机构包括：转动安装于所述主体部分上的第二螺杆，通过螺纹与所述第二螺杆配合的第二滑块，以及一端紧固连接于所述第二滑块上，另一端穿过所述远端结构体后与所述手术执行器紧固连接的手术执行器控线；所述第二螺杆末端与所述联轴器紧固连接，来自外部的旋转动力通过相互紧固连接的所述联轴器公头、柔性手术工具驱动轴和联轴器传递到所述第二螺杆上，所述第二螺杆驱动其上的所述第二滑块线性滑动，进而推拉所述手术执行器控线，最终实现所述手术执行器的动作控制。7.如权利要求6所述的一种直线驱动机构驱动的柔性手术工具系统，其特征在于，所述手术执行器驱动机构还包括：通过若干根支撑柱固定于所述驱动传动机构中部固定板上的手术执行器驱动机构固定端板，以及一端固定在所述手术执行器驱动机构固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐凯，董天来，戴正晨，赵江然，张慧超，张树桉，
申请(专利权)人：北京术锐技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11