一种具有移动和自转定位关节的单孔手术器械制造技术

本发明专利技术公开了一种具有移动和自转定位关节的单孔手术器械，手术器械执行机构由第一至第八关节执行机构、钢丝绳张紧机构、固定销轴、导向机构和手术器械执行机构壳体等组成。手术器械执行机构的第二至第八关节执行机构通过钢丝传动。手术器械执行机构上面的接口离合盘采用单列布置，使手术器械执行机构在接口底座上面的固定点之间的力臂更长，更有利于手术器械执行机构的固定。将解耦机构安装在关节驱动机构上，可以简化手术器械执行机构的结构设计，有利于手术器械执行机构的量产。本发明专利技术的用于单孔手术机器人的具有移动和自转定位关节的手术器械方便拆装、定位准确、刚度较大、布局合理、小型化、轻量化的优点。

A single hole surgical instrument with mobile and rotational alignment joints

The invention discloses a single hole surgical instrument with a moving and rotation positioning joint, which is composed of a first to eighth joint actuator, a wire rope tensioning mechanism, a fixed pin shaft, a guiding mechanism and an operating apparatus actuator shell. Second to eighth joint actuators of surgical instrument actuators are driven by wire. The interface off of the operating apparatus of the operating apparatus adopts a single row arrangement, so that the arm of the operating apparatus actuator is longer between the fixed points on the interface base and is more conducive to the fixation of the operating apparatus. The installation of the decoupling mechanism on the joint driving mechanism can simplify the structural design of the operative device of the surgical instrument, and is conducive to the mass production of the operative device of the surgical instrument. The invention has the advantages of convenient disassembly and disassembly, accurate positioning, large stiffness, reasonable layout, miniaturization and light weight.

【技术实现步骤摘要】
一种具有移动和自转定位关节的单孔手术器械
本专利技术涉及一种微创外科手术领域内的医疗设备，尤其涉及一种适合于胸腔和腹腔的微创手术操作的微创外科单孔手术机器人的手术器械。
技术介绍
以腹腔镜为代表的微创外科被誉为20世纪医学科学对人类文明的重要贡献之一，微创手术操作是指医生借助细长的手术器械通过人体表面的微小切口探入到体内进行手术操作的。它与传统的开口手术相比具有手术切口小、出血量少、术后疤痕小、恢复时间快等优点，达到与传统开口手术相同的疗效。手工操作的微创手术器械是被动操作形式，一般末端只具有一个运动自由度。手术过程中医生通过手指施加驱动实现末端器械动作，并依靠医生手臂与腕部的运动灵活性顺利完成包括缝合、打结在内的各种复杂操作。但是，对于辅助微创手术机器人系统而言，由于手术器械的操作是通过机器人来完成的，而机器人系统本身不具备人操作的灵活性。因此，对微创手术机器人专用手术器械的设计提出了更高的要求。为适应微创手术的要求，手术器械的设计应满足体积小、操作灵活、形式多样、便于与机器人手臂安装、有足够的刚度和强度、适于医疗环境要求(如多次消毒)等。特别是手术器械应具有较多的自由度以满足灵活性要求，才能适应缝合打结等复杂手术操作。在微创手术机器人手术过程当中，手术工具是唯一与人体病变组织相接触的部分，也是直接执行手术操作的机器人部分，因此，手术工具的性能是微创手术机器人系统综合性能的关键所在。为适应现代化微创手术的要求，手术工具的设计应满足结构精巧、操作灵活、形式多样、易于更换、适合医疗环境等要求，特别是手术工具应有较多的自由度以满足灵活性要求，且要易于更换才能实现复杂的手术操作。因此，与手术工具相配套的手术器械的性能也是微创手术机器人系统综合性能的重要组成部分，其性能指标不仅影响着手术工具的使用，还直接决定了本体系统的设计指标与布局方式。总之，手术工具与快换装置的性能是体现手术机器人系统整体性能水平的关键因素。在国际上，微创手术机器人系统研究领域已有多套样机达到了商业临床应用水平，包括daVinci、Zeus、LAPROTEK系统等。通过研究手术机器人系统的发展发现手术工具系统主要由工具部分和快换装置组成。工具部分的发展趋势是由杆传动、低自由度向丝传动、多自由度发展，其结构虽越来越简化，功能却变得越来越强大；快换装置则是逐渐向紧凑型、集成型发展，性能也变的越来越高效、稳定。现存的两套商业化微创手术机器人都是采用丝传动的四自由度手术工具系统，但这些手术工具系统仍存在结构布局分散，外形尺寸较大等缺点，所以手术工具系统仍有很大的发展潜力。在我国，微创外科单孔手术机器人的研发还处于起步阶段，尤其对手术工具系统的研究与国外技术相比还有较大的差距，因此，开发丝传动、多自由度手术工具及相配套的性能更为稳定高效的快换装置对填补国内空白，推进相关领域技术进步具有重要意义。研究开发与现有系统拥有不同的丝传动形式和快换方式的多自由度手术工具系统对于提升我国在该科研领域的学术、技术地位具有深远意义。
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，提供一种方便拆装、定位准确、刚度较大、布局合理的小型化、轻量化的用于单孔手术机器人的具有移动和自转定位关节的手术器械，它能够辅助医生实施微创手术操作。本专利技术提供了一种方便拆装、定位准确、刚度较大、布局合理的小型化、轻量化的用于单孔手术机器人的具有移动和自转定位关节的手术器械，具体方案如下：一种具有移动和自转定位关节的单孔手术器械，包括第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八关节执行机构；所述的八个关节执行机构包含8个自由度，8个自由度从末端传动盒一端开始，依次为：沿臂段一轴线z轴方向移动自由度，绕第二关节轴线x轴向摆转自由度，绕第三关节轴线z轴向自转自由度，绕第四关节轴线x轴向摆转自由度，绕第五关节轴线z轴向自转自由度，绕第六关节轴线x轴向摆转自由度，绕第七关节轴线y轴向摆转自由度I，绕第七关节轴线y轴向摆转自由度II。第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七关节执行机构每相邻两个关节自由度轴线方向空间垂直，第七和第八关节执行机构两个关节自由度轴线重合。所述的手术器械执行机构安装并固定在关节驱动机构的底座上，所述的关节驱动机构的底座与一个滚珠丝杠机构的螺母固连，所述的滚珠丝杠机构与固定座固连。所述的第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八执行机构的末端传动盒内的结构相同，各自均包括一个传动线轮轴、线轮、接口离合盘；所述的接口离合盘一端连接关节驱动机构，另一端与传动线轮轴相连，在所述的传动线轮轴上安装有线轮；通过接口离合盘的旋转带动传动线轮轴和线轮的旋转。所述的第一关节执行机构是所述的手术器械执行机构通过与所述的关节驱动机构壳体固连的滚珠丝杠机构相对于与所述的滚珠丝杠机构固连的固定座沿手术器械执行机构的臂段一轴线方向轴向移动。所述的第二关节执行机构包括第二关节传动线轮轴、线轮、接口离合盘、臂段一连接套管、臂段二连接套管、臂段一连接件、臂段二连接件一、臂段二连接件二、臂段一连接件与臂段二连接件一连接处的第二关节；所述的第二关节接口离合盘一端连接第二关节驱动机构，另一端与第二关节传动线轮轴相连，在所述的第二关节传动线轮轴上安装有线轮；通过第二关节接口离合盘的旋转带动第二关节传动线轮轴和线轮的旋转；所述的臂段一连接套管一端与所述的末端传动盒固连，所述的臂段一连接套管有两个刚性弯折关节，每个刚性弯折关节安装有一组导向轮一和四组张紧轮一，用于钢丝绳导向与张紧；所述的臂段一连接件与臂段二连接件一连接处的第二关节处的所述的臂段一连接套管另一端与所述的臂段一连接件固连，所述的臂段一连接件上面安装有控制第二关节、第三关节、第四关节、第五关节、第六关节、第七关节、第八关节相对运动的一个导向轮轴和两个张紧轮轴，其中所述的导向轮轴上面安装一组导向轮二和臂段二连接件一，所述的两个张紧轮轴上面分别安装一组张紧轮二，所述的臂段二连接套管一端与所述的臂段二连接件一固连，所述的臂段二连接件一上面安装有控制第三关节、第四关节、第五关节、第六关节、第七关节、第八关节相对运动的两个张紧轮轴，其中所述的两个张紧轮轴上面分别安装一组张紧轮三，所述的臂段二连接件一上面有绳槽，用于控制臂段二与臂段一的相对摆转；第二关节处臂段一连接件上面的导向轮二轴线与第二关节相对摆转轴线重合，第二关节处臂段一连接件上面的导向轮二轴线和两个张紧轮二轴线与臂段二连接件一上面的两个张紧轮三轴线均平行，第二关节处控制同一个关节摆转的相邻臂段一连接件和臂段二连接件一上安装的导向轮二和张紧轮二、三中心面位于同一平面内，所述的导向轮一、二均可相对于所述导向轮轴自由转动，所述的张紧轮一、二、三均可相对于所述张紧轮轴自由转动；所述的臂段二连接套管另一端与所述的臂段二连接件二固连。所述的第三、第四、第五、第六、第七、第八关节执行机构与第二关节执行机构结构基本相同，其中所述的第三关节执行机构的导向轮轴线与第三关节的自转轴线重合，所述的臂段三连接件一上面的绳槽的同一侧安装有两个张紧轮五，所述的两个张紧轮五轴线与臂段五连接件一上的绳槽轴线垂直，且所述的两个张紧轮五和臂段三连接件一上的绳槽切线重合，用于控制臂段三与臂段二的相对自转；所述的第三关节处臂段三连接套管内安本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有移动和自转定位关节的单孔手术器械，其特征在于，包括第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八关节执行机构；所述的八个关节执行机构包含8个自由度，8个自由度从末端传动盒一端开始，依次为：沿臂段一轴线z轴方向移动自由度，绕第二关节轴线x轴向摆转自由度，绕第三关节轴线z轴向自转自由度，绕第四关节轴线x轴向摆转自由度，绕第五关节轴线z轴向自转自由度，绕第六关节轴线x轴向摆转自由度，绕第七关节轴线y轴向摆转自由度I，绕第七关节轴线y轴向摆转自由度II；第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七关节执行机构每相邻两个关节自由度轴线方向空间垂直，第七和第八关节执行机构两个关节自由度轴线重合；所述执行机构安装并固定在关节驱动机构的底座上，所述的第二、第三、第四、第五、第六关节执行机构在所述的末端传动盒内单列依次布置；第七和第八关节执行机构在所述的末端传动盒内与第六关节执行机构并联布置；所述的关节驱动机构的底座与一个滚珠丝杠机构的螺母固连，所述的滚珠丝杠机构与固定座固连；所述的第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八的末端传动盒内的结构相同，各自均包括一个传动线轮轴、线轮、接口离合盘；所述的接口离合盘一端连接关节驱动机构，另一端与传动线轮轴相连，在所述的传动线轮轴上安装有线轮；通过接口离合盘的旋转带动传动线轮轴和线轮的旋转。...

【技术特征摘要】
1.一种具有移动和自转定位关节的单孔手术器械，其特征在于，包括第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八关节执行机构；所述的八个关节执行机构包含8个自由度，8个自由度从末端传动盒一端开始，依次为：沿臂段一轴线z轴方向移动自由度，绕第二关节轴线x轴向摆转自由度，绕第三关节轴线z轴向自转自由度，绕第四关节轴线x轴向摆转自由度，绕第五关节轴线z轴向自转自由度，绕第六关节轴线x轴向摆转自由度，绕第七关节轴线y轴向摆转自由度I，绕第七关节轴线y轴向摆转自由度II；第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七关节执行机构每相邻两个关节自由度轴线方向空间垂直，第七和第八关节执行机构两个关节自由度轴线重合；所述执行机构安装并固定在关节驱动机构的底座上，所述的第二、第三、第四、第五、第六关节执行机构在所述的末端传动盒内单列依次布置；第七和第八关节执行机构在所述的末端传动盒内与第六关节执行机构并联布置；所述的关节驱动机构的底座与一个滚珠丝杠机构的螺母固连，所述的滚珠丝杠机构与固定座固连；所述的第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八的末端传动盒内的结构相同，各自均包括一个传动线轮轴、线轮、接口离合盘；所述的接口离合盘一端连接关节驱动机构，另一端与传动线轮轴相连，在所述的传动线轮轴上安装有线轮；通过接口离合盘的旋转带动传动线轮轴和线轮的旋转。2.如权利要求1所述的具有移动和自转定位关节的单孔手术器械，其特征在于，所述的第一关节执行机构是所述的手术器械执行机构通过与所述的关节驱动机构壳体固连的滚珠丝杠机构相对于与所述的滚珠丝杠机构固连的固定座沿手术器械执行机构的臂段一轴线方向轴向移动。3.如权利要求1所述的具有移动和自转定位关节的单孔手术器械，其特征在于，所述的第二关节执行机构包括第二关节传动线轮轴、线轮、接口离合盘、臂段一连接套管、臂段二连接套管、臂段一连接件、臂段二连接件一、臂段二连接件二、臂段一连接件与臂段二连接件一连接处的第二关节；所述的第二关节接口离合盘一端连接第二关节驱动机构，另一端与第二关节传动线轮轴相连，在所述的第二关节传动线轮轴上安装有线轮；通过第二关节接口离合盘的旋转带动第二关节传动线轮轴和线轮的旋转；所述的臂段一连接套管一端与所述的末端传动盒固连，所述的臂段一连接套管有两个刚性弯折关节，每个刚性弯折关节安装有一组导向轮一和四组张紧轮一，用于钢丝绳导向与张紧；所述的臂段一连接件与臂段二连接件一连接处的第二关节处的所述的臂段一连接套管另一端与所述的臂段一连接件固连，所述的臂段一连接件上面安装有控制第二关节、第三关节、第四关节、第五关节、第六关节、第七关节、第八关节相对运动的一个导向轮轴和两个张紧轮轴，其中所述的导向轮轴上面安装一组导向轮二和臂段二连接件一，所述的两个张紧轮轴上面分别安装一组张紧轮二，所述的臂段二连接套管一端与所述的臂段二连接件一固连，所述的臂段二连接件一上面安装有控制第三关节、第四关节、第五关节、第六关节、第七关节、第八关节相对运动的两个张紧轮轴，其中所述的两个张紧轮轴上面分别安装一组张紧轮三，所述的臂段二连接件一上面有绳槽，用于控制臂段二与臂段一的相对摆转；第二关节处臂段一连接件上面的导向轮二轴线与第二关节相对摆转轴线重合，第二关节处臂段一连接件上面的导向轮二轴线和两个张紧轮二轴线与臂段二连接件一上面的两个张紧轮三轴线均平行，第二关节处控制同一个关节摆转的相邻臂段一连接件和臂段二连接件一上安装的导向轮二和张紧轮二、三中心面位于同一平面内，所述的导向轮一、二均可相对于所述导向轮轴自由转动，所述的张紧轮一、二、三均可相对于所述张紧轮轴自由转动；所述的臂段二连接套管另一端与所述的臂段二连接件二固连。4.如权利要求3所述的具有移动和自转定位关节的单孔手术器械，其特征在于，所述的第三、第四、第五、第六、第七、第八关节执行机构与第二关节执行机构结构基本相同，其中所述的第三关节执行机构的导向轮轴线与第三关节的自转轴线重合，所述的臂段三连接件一上面的绳槽的同一侧安装有两个张紧轮五，所述的两个张紧轮五轴线与臂段五连接件一上的绳槽轴线垂直，且所述的两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡三元，冯红光，程晓林，田兆辉，姜秀新，樊炳辉，
申请(专利权)人：山东大学齐鲁医院，
类型：发明
国别省市：山东,37