一种用于单孔手术机器人的控制解耦的快换机构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种用于单孔手术机器人的控制解耦的快换机构，由第一关节驱动机构、第二关节驱动机构、第三关节驱动机构、第四关节驱动机构、第五关节驱动机构、第六关节驱动机构、第七关节驱动机构、第八关节驱动机构和底座壳体、底座外罩、连接件和锁紧机构等组成。手术器械驱动机构采用控制解耦，完全解决了手术器械执行机构各关节摆转时产生的相互运动耦合问题；通过控制原理进行解耦，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。本实用新型专利技术的用于单孔手术机器人的控制解耦的快换机构具有方便拆装、易于调整、定位准确、刚度较大、布局合理、小型化、轻量化的优点。

A Fast Conversion Mechanism for Control Decoupling of Single-hole Surgical Robot

The utility model discloses a control decoupling fast-changing mechanism for a single-hole surgical robot, which consists of a first joint driving mechanism, a second joint driving mechanism, a third joint driving mechanism, a fourth joint driving mechanism, a fifth joint driving mechanism, a sixth joint driving mechanism, a seventh joint driving mechanism, an eighth joint driving mechanism and a base shell, a base cover and a connecting piece. It is composed of locking mechanism, etc. The control decoupling is adopted in the driving mechanism of surgical instruments, which completely solves the problem of mutual motion coupling when the joints of the actuator swing. By decoupling with the control principle, the structure design of the actuator of surgical instruments can be simplified and the production of the actuator of surgical instruments can be facilitated. The control decoupling quick-changing mechanism of the utility model for a single-hole surgical robot has the advantages of convenient disassembly, easy adjustment, accurate positioning, large rigidity, reasonable layout, miniaturization and lightweight.

【技术实现步骤摘要】
一种用于单孔手术机器人的控制解耦的快换机构
本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快换机构。
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
本技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种方便拆装、易于调整、定位准确、刚度较大、布局合理的小型化、轻量化的用于微创外科单孔手术机器人的控制解耦的快换机构，它能够夹持手术工具辅助医生实施微创单孔手术操作。本技术提供了一种方便拆装、易于调整、定位准确、刚度较大、布局合理的小型化、轻量化的用于微创外科单孔手术机器人的控制解耦的快换机构，具体方案如下：一种用于微创外科单孔手术机器人的控制解耦的快换机构，包括一个固定座，在所述的固定座上安装有第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节驱动机构；所述的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节驱动机构安装在同一个底座上，所述的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节驱动机构各自通过一个接口离合盘与所述的手术执行器械相连；所述的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节驱动机构通过钢丝绳分别对应驱动手术器械执行机构M的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节执行机构的旋转；所述的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节驱动机构的结构相同，各自包括一个电机，该电机驱动传动轴旋转，所述的传动轴和与其相对应的接口离合盘相连；进一步的，所述的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节驱动机构的传动轴两端通过轴承轴向固定，轴承固定在底座上。进一步的，所述的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节驱动机构的所述的传动轴截面呈“D”字形，传动轴通过“D”字形截面周向固定。进一步的，所述的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节驱动机构在所述的底座上单列依次串联布置；第七关节驱动机构和第八关节驱动机构与第六关节驱动机构在所述的底座上并联布置。进一步的，所述的接口底座包括底座壳体和底座外罩，所述的底座壳体上设有两道定位凸台，底座壳体两侧面分别设有两个长螺栓孔，所述的长螺栓孔与底座外罩相连。进一步的，所述的底座外罩有两个，分别安装并固定于底座壳体的两侧；底座外罩上面设计导向滑槽，导向滑槽顶端呈“喇叭口”形状，以方便手术器械执行机构的安装，底座外罩上面导向滑槽末端及中部槽底呈“圆弧”形，导向滑槽末端及中部的“圆弧”形滑槽槽底开口方向与导向滑槽轴线方向垂直，并且该“圆弧”形的导向滑槽末端及中部槽底与手术器械执行机构的固定销轴形成“过盈”配合，以防止手术器械执行机构的固定销轴从底座外罩上面的导向滑槽末端及中部槽底中“滑出”，导致手术器械执行机构与快换机构“分离”；进一步的，手术器械执行机构可以沿底座外罩上面的导向滑槽安装到快换机构上；底座外罩上设计有两个长螺栓孔，底座外罩上面的两个长螺栓孔与底座壳体上面的长螺栓孔长孔轴线垂直，方便底座外罩安装并固定于底座壳体上时调整底座外罩与底座壳体的安装相对位置。进一步的，所述的用于微创外科单孔手术机器人的快换机构接口底座，还包括一个用于将手术器械执行机构固定到接口底座上的锁紧机构；所述的锁紧机构包括两组，每组包括一个锁紧挂钩，两个锁紧挂钩的一端旋转安装在同一个底座外罩上，锁紧挂钩另一端设有凹槽，手术器械执行机构外壳上对应位置设有凸台，锁紧挂钩上面的凹槽与手术器械执行机构外壳上对应位置的凸台配合用于固定手术器械执行机构。有益效果：本技术的用于微创外科单孔手术机器人的控制解耦的快换机构，与现有技术相比具有以下有益效果：1.本技术的用于微创外科单孔手术机器人的控制解耦的快换机构方便拆装、易于调整，定位准确、刚度较大、布局合理、小型化、轻量化。2.手术器械快换机构采用控制解耦，完全解决了手术器械执行机构各关节摆转时产生的相互运动耦合问题。3.通过调整底座外罩与底座壳体之间相对安装位置，可以调整底座外罩上面的导向滑槽与底座壳体上面的接口离合盘之间相对安装位置，从而使手术器械执行机构M安装到快换机构N上时，手术器械执行机构M上面的接口离合盘能够与底座壳体上面的接口离合盘恰好能够配合到位进行传动，不会因为干涉而导致手术器械执行机构M上面的接口离合盘与底座壳体上面的接口离合盘无法配合。4.刀座外罩上面的导向滑槽顶部做成喇叭口，使手术器械执行机构M安装进入快换机构N时更方便快本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于单孔手术机器人的控制解耦的快换机构，其特征在于，包括一个固定座，在所述的固定座上安装有第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节驱动机构；所述的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节驱动机构安装在同一个底座上，所述的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节驱动机构各自通过一个接口离合盘与所述的手术执行器械相连；所述的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节驱动机构通过钢丝绳分别对应驱动手术器械执行机构M的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节执行机构的旋转。

【技术特征摘要】
1.用于单孔手术机器人的控制解耦的快换机构，其特征在于，包括一个固定座，在所述的固定座上安装有第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节驱动机构；所述的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节驱动机构安装在同一个底座上，所述的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节驱动机构各自通过一个接口离合盘与所述的手术执行器械相连；所述的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节驱动机构通过钢丝绳分别对应驱动手术器械执行机构M的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节执行机构的旋转。2.如权利要求1所述的用于单孔手术机器人的控制解耦的快换机构，其特征在于，所述的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节驱动机构的结构相同，各自包括一个电机，该电机驱动传动轴旋转，所述的传动轴和与其相对应的接口离合盘相连。3.如权利要求2所述的用于单孔手术机器人的控制解耦的快换机构，其特征在于，所述的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节驱动机构的传动轴两端通过轴承轴向固定，轴承固定在底座上。4.如权利要求2所述的用于单孔手术机器人的控制解耦的快换机构，其特征在于，所述的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节驱动机构的所述的传动轴截面呈“D”字形，传动轴通过“D”字形截面周向固定。5.如权利要求1所述的用于单孔手术机器人的控制解耦的快换机构，其特征在于，所述的第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节驱动机构在所述的底座上单列依次...

【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：新型
国别省市：山东,37