一种点动控械机械手的制作方法

1.本实用新型属于医疗器械技术领域，具体涉及一种点动控械机械手。


背景技术：

2.随着科学技术及机器人相关技术的应用和发展，医用手术机器人在临床中的作用越来越受到人们的重视，特别是在微创领域应用尤其广泛。创伤手术机器人系统可以通过介入治疗的方式减轻医生在手术过程中的体力劳动，同时达到精准手术目的，使患者创伤小、失血少、术后感染少、术后恢复快。其中，美国davinci公司生产的davinci手术机器人系统和中国天津大学自主研发的妙手机器人系统最为典型。
3.但是现在的手术机器人多采用六自由度的机器人，其机械臂存在个体大，结构复杂，操作不便，占用空间多等缺陷。如何减少占用空间，减少机械臂体积并更加易于维护，让医生操作更加便捷成为需要解决的迫切问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种点动控械机械手，便于医生对手术器械的角度和位置进行精准、快速的控制。
5.为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案为：
6.一种点动控械机械手，用于带动手术器械进行四个自由度调节，所述点动控械机械手包括前后偏转单元、左右偏转单元、上下移动单元和旋转单元；
7.所述左右偏转单元安装在所述前后偏转单元上，所述上下移动单元和旋转单元安装在所述左右偏转单元上，所述上下移动单元通过第一轴承与所述手术器械连接，所述旋转单元通过第一齿轮与所述手术器械活动连接，所述手术器械同时贯穿所述第一轴承和第一齿轮以具有左右、前后、上下和旋转四个自由度的调节，其中前后、左右偏转单元均为绕着一个点运动的点运动机构。
8.以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
9.作为优选，所述前后偏转单元包括第一电机和第一转动机构，所述第一转动机构包括由第一电机驱动的第一转动部件，所述左右偏转单元安装在所述第一转动部件上。
10.作为优选，所述左右偏转单元包括第二电机和第二转动机构，所述第二转动机构包括由第二电机驱动的第二转动部件，所述第二转动部件上安装有框架，所述上下移动单元和旋转单元安装在所述框架上。
11.作为优选，所述上下移动单元包括安装在所述框架上的第三电机，所述第三电机的输出轴通过联轴器连接有丝杠，所述丝杠上设有丝杠压块，所述第一轴承安装在所述丝杠压块上。
12.作为优选，所述框架上还安装有至少两根导杆，所述导杆与所述丝杠并排设置且
贯穿所述丝杠压块。
13.作为优选，所述旋转单元包括固定在所述框架上的第四电机，所述第四电机的输出轴上连接有第二齿轮，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合；
14.所述手术器械的外表面设有凹槽，所述第一齿轮的内壁连接有伸入所述凹槽的凸块，所述凹槽沿所述上下移动单元的移动方向延伸，且所述凹槽的延伸长度大于或等于所述上下移动单元的最大移动行程。
15.作为优选，所述点动控械机械手采用语音及方向控制器对其四个自由度运动进行控制。
16.本实用新型提供的点动控械机械手，通过提供四个自由度的控制，有效的解放了医生的双手，保证了手术器械的稳定性和精准性，通过对手术器械方向和位置的便利控制，便于医生快速找到病灶位置及缩短医生手术时间，提高了手术效率；且四个自由度的固定装置显著减少了器械自身体积，降低空间占用率。
附图说明
17.图1为本实用新型的点动控械机械手去除外壳后的结构示意图；
18.图2为本实用新型的点动控械机械手加上外壳后整体的结构示意图；
19.图3为图1中a部位的局部方大图；
20.图4为图1中b部位的局部方大图。
21.图示中：1、手术器械；2、丝杠压块；3、压片；4、第一轴承；5、锁定套； 6、丝杠；7、导杆；8、第二电机；9、第二轴承；10、第一齿轮；11、第三电机；12、第一电机；13、第二固定块；14、第四电机；15、第一固定块；16、框架；17、套管针；18、主外壳；19、第二电机外壳；20、框架门；21、第一电机外壳；22、第二齿轮；23、环形套。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
23.需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件；当组件被称为与另一个组件“固定”时，它可以直接与另一个组件固定或者也可以存在居中的组件。
24.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本实用新型。
25.其中一个实施例中，提供一种点动控械机械手，用于固定并从四个自由度调节手术器械的状态，以辅助医生稳定、精准、快速的进行手术。
26.如图1～4所示，本实施例中的点动控械机械手包括前后偏转单元、左右偏转单元、上下移动单元和旋转单元，用于为手术器械提供前后、左右、上下以及旋转的四个自由度，相对于目前六个自由度调节的固定装置而言，本实施例的固定装置不仅能够满足医用角度
和位置的调节，而且装置体积小，所占空间大大减少，以便于预留更多的活动空间，提高手术室的空间利用率。
27.其中，左右偏转单元安装在前后偏转单元上，上下移动单元和旋转单元安装在所述左右偏转单元上，上下移动单元通过第一轴承4与手术器械连接，旋转单元通过第一齿轮10与手术器械活动连接，手术器械同时贯穿第一轴承4和第一齿轮10以具有左右、前后、上下和旋转四个自由度的调节，其中前后、左右偏转单元均为绕着一个点运动的点运动机构。
28.左右偏转单元安装在前后偏转单元上以获得前后偏转角度，在此基础上通过左右偏转单元为上下移动单元和旋转单元提供左右偏转角度，然后再基于上述基础通过上下移动单元为手术器械提供上下移动路径。对于旋转单元而言，其可以是与手术器械同步进行上下移动，并在需要旋转时为手术器械提供旋转力；但本实施例优选设置旋转单元与手术器械之间为活动连接，即旋转单元与手术器械之间不设置紧密的配合连接，旋转单元不随手术器械同步进行上下移动，采用限位等方式实现上下移动自由、旋转限位，相比于跟随手术器械同步上下移动而言，本实施例的优选方式在调节上更加精细，且整个装置的稳定性更高。
29.需要说明的是，本实施例中的上下、前后、左右为相对位置，即前后和左右为位于平行或相同平面内的两个相互垂直的方向，上下为与前后和左右所在平面垂直的方向。仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或部件必须具有特定的方位、以特定的构造和操作。
30.在一个实施例中，前后偏转单元包括第一电机12和第一转动机构。第一转动机构包括由第一电机12驱动的第一转动部件，左右偏转单元安装在第一转动部件上。其中的第一转动机构可以是蜗轮蜗杆实现，也可以是通过齿轮实现。若为蜗轮蜗杆结构，即第一转动部件为蜗杆，由电机驱动蜗轮转动，并通过蜗轮带动蜗杆旋转，实现安装在蜗杆上的左右偏转单元具有以蜗杆为中心的偏转角度。
31.根据实际手术需要，本实施例优选设置偏转角度为相对于中心的
±
15
°
，以适应不同病灶位置的需要。并且偏转后的位置通过蜗轮蜗杆之间的摩擦力、或齿轮之间的啮合力进行保持。
32.与前后偏转单元相同的，左右偏转单元包括第二电机8和第二转动机构，第二转动机构包括由第二电机8驱动的第二转动部件，第二转动部件上安装有框架16，上下移动单元和旋转单元安装在框架16上。左右偏转单元的实现方式可参考前后偏转单元的实现，这里就不再进行赘述。
33.为了便于安装，前后偏转单元固定在第一固定块15上，且为了增加对第一电机12的保护，第一电机12的外部安装有第一电机外壳21。同理，左右偏转单元固定在第二固定块13上，且第二电机8的外部安装有第二电机外壳19。
34.其中上下移动单元包括安装在框架16上的第三电机11，第三电机11位于框架16内部，其输出框向上延伸出框架16，并在延伸出的部位通过联轴器连接有丝杠6，丝杠6上设有丝杠压块2，第一轴承4安装在丝杠压块2上。
35.并且为了提高手术器械1和丝杠6运动的稳定性，框架16上还安装有至少两根导杆7，导杆7与丝杠6并排设置(优选设置在丝杠6的两侧)且贯穿丝杠压块2。当第三电机11带动丝杠6运动时，手术器械1随着丝杠压块2上下运动，以适应不同病灶高度位置的需要。
36.本实施例的旋转单元包括固定在框架16上的第四电机14，第四电机14的输出轴上连接有第二齿轮22，第一齿轮10与第二齿轮22啮合。第四电机14工作后通过第二齿轮22带动第一齿轮10转动，第一齿轮10转动带动手术器械1 旋转，以便于调节手术器械的任意朝向。
37.本实施例中第一齿轮10和手术器械1之间采用的实现上下移动自由、旋转限位的限位方式可以是手术器械1的外表面设有凹槽，第一齿轮10的内壁连接有伸入凹槽的凸块，凹槽沿上下移动单元的移动方向延伸，且凹槽的延伸长度大于或等于上下移动单元的最大移动行程。
38.当上下移动单元带动手术器械1进行上下移动时，伸入凹槽的凸块不构成在上下移动方向的限位，当第一齿轮10转动时伸入凹槽的凸块构成周向限位，从而带动手术器械1与第一齿轮10同步旋转。
39.在上述限位方式的基础上进行的简单变化均属于本实施例的保护范围，例如在第一齿轮10内部连接环形套23，将伸入凹槽的凸块设置在环形套23的内壁；又如对凸块的数量和位置，以及对应的凹槽的数量和位置进行变换；再如为适配表面无凹槽的手术器械，将凹槽设置在可套设在手术器械表面的套壳上。
40.为了提高对装置的保护，框架16设置为三面环绕、一面开口的结构，第三电机11、第四电机14以及第一齿轮10均位于框架16内部，且为了增加框架 16对手术器械的位置限制，在框架顶部安装第二轴承9，使手术器械先贯穿第二轴承9后再贯穿第一齿轮10，也能避免手术器械的形态不佳对第一齿轮10的工作影响。最后在框架16的开口处安装框架门20，即保护框架16内部部件，又便于对内部部件的检修。同时在框架16上方安装主外壳18，用于保护丝杠6 等部件。
41.本实施例的固定装置在使用时，可以直接将手术器械从上至下贯穿固定装置中的第一轴承4、第二轴承9、第一齿轮10以固定工作；也可以是在手术器械上安装第一轴承4、第二轴承9、第一齿轮10，并在第一轴承4底部安装锁定套5后通过框架16和丝杠压块2的开口嵌入固定装置中进行工作，该方案中需要丝杠压块2预留与第一轴承4配合安装的安装位，且安装位的开口朝向与框架16开口朝向相同，并且为了避免手术器械脱落，在安装位的开口处设置可旋转的压片3，当手术器械安装后通过压片3锁紧。
42.本实用新型中的电机可基于按键、语音或上位机进行控制，优选采用语音及方向控制器对点动控械机械手四个自由度运动进行控制，实现手术器械的简便控制，以提高手术器械调整的智能化，便于医生快速找到病灶位置以及缩短医生手术时间。其中基于各类方式对电机的控制属于控制领域较为成熟的技术，本实施例中不再展开描述。
43.以针对微创手术为例，本实施例的点动控械机械手在手术时，将手术器械放入到人体微创孔中，并将点动控械机械手固定在外部操作台或外关节上，临床医生根据需要通过语音/方向控制器控制各个电机工作，从而带动手术器械四个方向的运动，并配合手术时配备的显示屏实时显示手术器械、人体脏器的3d 影像，便于快速找到病灶位置并进行手术。
44.本实用新型的点动控械机械手有效的解放了医生的双手，保证了手术器械的稳定性和精准性，通过对手术器械方向和位置的智能化控制，便于医生快速找到病灶位置及缩短医生手术时间，提高了手术效率。
45.本实用新型中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量、次序。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
46.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成为一体；可以是机械连接，也可以是电连接或者可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以使两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
47.以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
48.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。