自由度调节机构、手术器械及手术机器人制造技术

本发明专利技术提出一种自由度调节机构、手术器械及手术机器人，自由度调节机构包含手柄、驱动单元组以及差速机构；驱动单元组包含N个驱动单元，其中N为3或4，每个驱动单元可转动地或可线性移动地设置于手柄；差速机构设置于手柄，差速机构包含行星齿轮系及对应的旋转机构，行星齿轮系的任意两个齿轮被配置为各自独立转动并分别与一个驱动单元耦合，差速机构能在锁定状态与释放状态之间转换；其中，差速机构于锁定状态下，行星齿轮系的从动轮，与对应的旋转机构沿旋转方向被相互固定，以使自由度调节机构的自由度为N

【技术实现步骤摘要】
自由度调节机构、手术器械及手术机器人


[0001]本专利技术涉及医疗器械
，尤其涉及一种自由度调节机构、手术器械及手术机器人。

技术介绍

[0002]微创手术通常是在患者体表形成一至多个小切口，并通过切口的套管针将各种器械和手术工具的末端执行器插入患者体内，用于诊断或治疗。由于缩减了术后恢复时间和疤痕尺寸，微创手术通常比开放手术更受欢迎。
[0003]机器人辅助微创手术器械可以通过赋予传统微创手术工具更多的自由度，模拟人手腕的运动，给医生提供更灵活的操作体验。一般铰接于手术工具远端的末端执行器使用轮绳机构驱动，移动驱动缆绳能够将末端执行器旋转到指定位置。但是轮绳机构在不同工况下容易出现缆绳容易松弛和组装繁琐的问题，为了使末端执行器及整个驱动机构具有一致且可预测的性能，必须通过优化设计和工艺来克服传动和制造的缺陷。

技术实现思路

[0004]本专利技术的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种能够保证任意工况下缆绳均处于张紧状态的自由度调节机构。
[0005]本专利技术的另一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种具有上述自由度调节机构的手术器械。
[0006]本专利技术的又一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种具有上述手术器械的手术机器人。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]根据本专利技术的一个方面，提供一种自由度调节机构，其中：所述自由度调节机构包含手柄、驱动单元组以及差速机构；所述驱动单元组包含N个驱动单元，其中N为3或4，每个所述驱动单元可转动地或可线性移动地设置于所述手柄；所述差速机构设置于所述手柄，所述差速机构包含行星齿轮系及对应的旋转机构，所述行星齿轮系的任意两个齿轮被配置为各自独立转动并分别与一个所述驱动单元耦合，所述差速机构能在锁定状态与释放状态之间转换；其中，所述差速机构于锁定状态下，所述行星齿轮系的从动轮，与对应的旋转机构沿旋转方向被相互固定，以使所述自由度调节机构的自由度为N
‑
1个，所述差速机构于释放状态下，所述行星齿轮系的从动轮，与对应的旋转机构之间可独立旋转，以使所述自由度调节机构的自由度为N个。
[0009]根据本专利技术的其中一个实施方式，其中：N为3；所述旋转机构为可旋转轮轴，所述可旋转轮轴与所述行星齿轮系共轴且可转动地设置于所述手柄；所述行星齿轮系的齿轮与其耦合的所述驱动单元之间为双向驱动，所述可旋转轮轴与一个所述驱动单元耦合，所述可旋转轮轴与其耦合的所述驱动单元之间为双向驱动；所述行星齿轮系的从动轮与所述可旋转轮轴之间具有锁定机构，所述锁定机构用于限制所述行星齿轮系的从动轮与所述可旋
转轮轴之间的相对旋转。
[0010]根据本专利技术的其中一个实施方式，其中：所述行星齿轮系的从动轮与所述可旋转轮轴之间设置有定位结构，所述定位结构被配置为通过卡合配合，以实现所述行星齿轮系与所述可旋转轮轴在旋转方向上的相对固定。
[0011]根据本专利技术的其中一个实施方式，其中：所述定位结构为分别设置于所述行星齿轮系的从动轮与所述可旋转轮轴的爪盘状结构，两个所述爪盘状结构的卡爪卡合配合；或者，所述定位结构为分别设置于所述行星齿轮系的从动轮与所述可旋转轮轴的其中之一的键和设置于其中另一的键槽，所述键与所述键槽卡合配合。
[0012]根据本专利技术的其中一个实施方式，其中：所述行星齿轮系的从动轮与所述可旋转轮轴之间设置有共轴布置的定位孔，所述定位孔被配置为供轴向移动的销轴锁定，以实现所述行星齿轮系与所述可旋转轮轴在旋转方向上的相对固定。
[0013]根据本专利技术的其中一个实施方式，其中：N为4；所述旋转机构为另一组行星齿轮系，两组所述行星齿轮系共轴且可转动地设置于所述手柄；每组所述行星齿轮系的齿轮与其耦合的所述驱动单元之间为双向驱动；所述两组行星齿轮系的从动轮之间具有锁定机构，所述锁定机构用于限制所述两组行星齿轮系的从动轮之间的相对旋转。
[0014]根据本专利技术的其中一个实施方式，其中：所述两组行星齿轮系的从动轮之间设置有定位结构，所述定位结构被配置为通过卡合配合，实现所述两组行星齿轮系在旋转方向上的相对固定。
[0015]根据本专利技术的其中一个实施方式，其中：所述定位结构为分别设置于所述两组行星齿轮系的从动轮的爪盘状结构，两个所述爪盘状结构的卡爪卡合配合；或者，所述定位结构为分别设置于所述两组行星齿轮系的从动轮的其中之一的键和设置于其中另一的键槽，所述键与所述键槽卡合配合。
[0016]根据本专利技术的其中一个实施方式，其中：所述两组行星齿轮系的从动轮之间设置有共轴布置的定位孔，所述定位孔被配置为供轴向移动的销轴锁定，以实现所述两组行星齿轮系在旋转方向上的相对固定。
[0017]根据本专利技术的其中一个实施方式，其中：所述差速机构与所述驱动单元组之间连接有传动机构，所述传动机构包含柔性轮绳传动机构或者刚性传动机构。
[0018]根据本专利技术的其中一个实施方式，其中，所述手柄可拆装地设置有防护罩，所述防护罩与所述手柄共同形成腔体，用以容纳所述驱动单元和所述差速机构。
[0019]根据本专利技术的另一个方面，提供一种手术器械，其中：所述手术器械包含末端工具、缆绳以及本专利技术提出的并在上述实施方式中所述的自由度调节机构；所述驱动单元通过所述缆绳连接于所述末端工具，以驱动所述末端工具动作；其中，所述手术器械被配置为通过所述自由度调节机构调节所述末端工具的自由度。
[0020]根据本专利技术的又一个方面，提供一种手术机器人，所述手术机器人包含本专利技术提出的并在上述实施方式中所述的手术器械。
[0021]由上述技术方案可知，本专利技术提出的自由度调节机构、手术器械及手术机器人的优点和积极效果在于：
[0022]本专利技术提出的自由度调节机构包含驱动单元及传送机构，利用差速机构的行星齿轮系的能独立转动的任意两个齿轮分别与一个驱动单元耦合，使得差速机构于锁定状态
下，行星齿轮系的从动轮与对应的旋转机构沿旋转方向被相互固定，自由度在驱动单元数量基础上减少一个，并使差速机构于释放状态下，行星齿轮系的从动轮与对应的旋转机构之间可独立旋转，自由度于驱动单元数量相同。通过上述设计，本专利技术可以保证轮绳机构在不同工况下均处于张紧状态。
附图说明
[0023]通过结合附图考虑以下对本专利技术的优选实施方式的详细说明，本专利技术的各种目标、特征和优点将变得更加显而易见。附图仅为本专利技术的示范性图解，并非一定是按比例绘制。在附图中，同样的附图标记始终表示相同或类似的部件。其中：
[0024]图1是根据一示例性实施方式示出的一种自由度调节机构与一腕转机构组合的立体结构示意图；
[0025]图2是图1示出的腕转机构的支架及末端工具的立体结构示意图；
[0026]图3是图1示出的自由度调节机构的立体结构示意图；
[0027]图4是图3示出的差速机构的立体结构示意图；
[0028]图5是图4的剖视图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自由度调节机构，其特征在于：所述自由度调节机构包含手柄、驱动单元组以及差速机构；所述驱动单元组包含N个驱动单元，其中N为3或4，每个所述驱动单元可转动地或可线性移动地设置于所述手柄；所述差速机构设置于所述手柄，所述差速机构包含行星齿轮系及对应的旋转机构，所述行星齿轮系的任意两个齿轮被配置为各自独立转动并分别与一个所述驱动单元耦合，所述差速机构能在锁定状态与释放状态之间转换；其中，所述差速机构于锁定状态下，所述行星齿轮系的从动轮，与对应的旋转机构沿旋转方向被相互固定，以使所述自由度调节机构的自由度为N
‑
1个，所述差速机构于释放状态下，所述行星齿轮系的从动轮，与对应的旋转机构之间可独立旋转，以使所述自由度调节机构的自由度为N个。2.根据权利要求1所述的自由度调节机构，其特征在于：N为3；所述旋转机构为可旋转轮轴，所述可旋转轮轴与所述行星齿轮系共轴且可转动地设置于所述手柄；所述行星齿轮系的齿轮与其耦合的所述驱动单元之间为双向驱动，所述可旋转轮轴与一个所述驱动单元耦合，所述可旋转轮轴与其耦合的所述驱动单元之间为双向驱动；所述行星齿轮系的从动轮与所述可旋转轮轴之间具有锁定机构，所述锁定机构用于限制所述行星齿轮系的从动轮与所述可旋转轮轴之间的相对旋转。3.根据权利要求2所述的自由度调节机构，其特征在于：所述行星齿轮系的从动轮与所述可旋转轮轴之间设置有定位结构，所述定位结构被配置为通过卡合配合，以实现所述行星齿轮系与所述可旋转轮轴在旋转方向上的相对固定。4.根据权利要求3所述的腕转机构，其特征在于：所述定位结构为分别设置于所述行星齿轮系的从动轮与所述可旋转轮轴的爪盘状结构，两个所述爪盘状结构的卡爪卡合配合；或者所述定位结构为分别设置于所述行星齿轮系的从动轮与所述可旋转轮轴的其中之一的键和设置于其中另一的键槽，所述键与所述键槽卡合配合。5.根据权利要求2所述的自由度调节机构，其特征在于：所述行星齿轮系的从动轮与所述可旋转轮轴之间设置有共轴布置的定位孔，所述定...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙晓文，金鑫，请求不公布姓名，
申请(专利权)人：瑞龙诺赋上海医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：