一种手术机器人末端的制作方法

1.本实用新型涉及微创手术器械领域，具体涉及一种手术机器人末端。


背景技术：

2.微创手术因其具有创伤小、出血少，恢复快等特点，在临床手术中已经得到越来越广泛的应用。因此开发一种简单、实用，动作精度高、操作难度低的手术器械对于微创手术而言就具有重要意义。
3.现有的微创手术器械中的手术机器人末端为实现相应的开合与俯仰动作，都是采用的钢丝绳牵引方式，钢丝绳的驱动方式可以极大地缩小体积，但其带来的弊端也很明显，钢丝绳属于软连接在钢丝轮转动地过程中不可避免地会出现打滑，且钢丝绳本身易变形。除此之外，当驱动手术机器人末端做俯仰动作时，则控制开合动作的钢丝绳必然会被弯折拉伸，如此反复，会导致开合动作的钢丝绳被长期牵引拉伸，最终会影响控制精度。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中的手术机器人末端采用钢丝绳的驱动方式，开合动作的钢丝绳会随着俯仰动作被长期牵引拉伸，而导致寿命短，精度差的技术问题，本实用新型提供了一种手术机器人末端，解决了上述技术问题。本实用新型的技术方案如下：
5.一种手术机器人末端，包括：执行单元，所述执行单元包括铰接配合的两个执行手指；俯仰座，所述俯仰座被铰接装配，所述俯仰座带动所述执行单元做俯仰动作；传动单元，所述传动单元包括俯仰传动单元和开合传动单元，所述俯仰传动单元带动所述俯仰座做俯仰运动；所述开合传动单元包括丝杆螺母组件和开合轴，所述开合轴通过柔性臂与丝杆连接，所述丝杆穿过所述俯仰座与螺母配合，所述开合轴带动丝杆转动，所述螺母沿所述丝杆直线运动以带动两个执行手指做开合动作，所述柔性臂经过俯仰运动轴线。
6.本实用新型的手术机器人末端，可做俯仰动作和开合动作，开合传动单元包括丝杆螺母组件和开合轴，开合轴通过柔性臂与丝杆连接，柔性臂经过俯仰运动轴线，由于柔性臂的可适应于各种弯折形态，且可传递转动，当俯仰座做俯仰动作时，柔性臂可相应作出俯仰动作，还可将开合轴的转动运动传递至丝杆，当丝杆转动时，螺母沿丝杆做升降运动，可带动执行单元做开合动作。即避免了现有技术中采用钢丝绳带动执行单元做开合动作时，钢丝绳会因俯仰动作被长期牵引拉伸而导致的寿命短、精度差的技术问题。
7.根据本实用新型的一个实施例，所述柔性臂为万向柔性臂。
8.根据本实用新型的一个实施例，一个所述执行手指为固定装配的定执行手指，另一个所述执行手指为铰接于所述定执行手指的动执行手指，所述动执行手指延伸有驱动部，所述驱动部和所述螺母上配合形成有导向槽和凸起，所述凸起伸入到所述导向槽内，当所述螺母沿所述丝杆升降时可带动所述动执行手指偏转。
9.根据本实用新型的一个实施例，所述俯仰座远离所述执行单元的一端延伸有两个所述凸耳，所述俯仰座通过两个所述凸耳被铰接装配在装载座上。
10.根据本实用新型的一个实施例，所述俯仰传动单元包括两根传动索，两根所述传动索穿过所述装载座与两个凸耳连接，两根所述传动索在俯仰驱动单元的带动下一收一放以带动所述俯仰座及执行单元做俯仰运动。
11.根据本实用新型的一个实施例，所述凸耳为圆形凸耳，所述凸耳的外周形成有索槽，两根所述传动索从两个方向进入所述索槽并与所述凸耳连接。
12.根据本实用新型的一个实施例，还包括旋转座，所述执行单元通过所述旋转座与所述俯仰座连接，所述执行单元装配在所述旋转座上，所述旋转座转动装配在所述俯仰座上，所述旋转座上形成有限位所述螺母转动的限位凸起。
13.根据本实用新型的一个实施例，所述传动单元包括自转传动单元，所述自转传动单元的带动下，所述旋转座带动其上的执行单元做自转运动。
14.根据本实用新型的一个实施例，所述自转传动单元包括自转轴和传动轮组件，所述传动轮组件包括自转驱动轮、自转过渡轮和自转从动轮，所述自转驱动轮固定在所述自转轴上的，所述自转过渡轮被转动装配在所述凸耳的内侧，所述自转从动轮与所述旋转座固定连接，所述自转过渡轮将所述自转驱动轮的转动传递至所述自转从动轮。
15.根据本实用新型的一个实施例，所述俯仰传动单元、自转传动单元和所述开合传动单元由外到内依次排布。
16.基于上述技术方案，本实用新型所能实现的技术效果为：
17.1.本实用新型的手术机器人末端，可做俯仰动作和开合动作，开合传动单元包括丝杆螺母组件和开合轴，开合轴通过柔性臂与丝杆连接，柔性臂经过俯仰运动轴线，由于柔性臂的可适应于各种弯折形态，且可传递转动，当俯仰座做俯仰动作时，柔性臂可相应作出俯仰动作，还可将开合轴的转动运动传递至丝杆，当丝杆转动时，螺母沿丝杆做升降运动，可带动执行单元做开合动作。即避免了现有技术中采用钢丝绳带动执行单元做开合动作时，钢丝绳会因俯仰动作被长期牵引拉伸而导致的寿命短、精度差的技术问题；
18.2.本实用新型的手术机器人末端，通过丝杆螺母组件带动动执行手指相对于定执行手指偏转以实现开合，避免钢丝轮和钢丝绳配合来控制末端执行过程中转动角度或移动位移会出现偏差的问题，丝杆螺母的传动方式控制精度高，稳定性好；
19.3.本实用新型的手术机器人末端，俯仰传动单元包括传动索，两根传动索穿过装载座与俯仰座的两个凸耳连接，两根传动索一收一放以带动俯仰座做俯仰运动，相较于一根传动索作用于俯仰座，本实用新型的传动索的连接方式使俯仰座的运动更加稳定。进一步设置凸耳呈圆形，外周分布锁槽，可控制传动索的位置，防止传动索脱离凸耳而无法起到传动作用；
20.4.本实用新型的手术机器人末端，进一步设置旋转座，俯仰座可带动旋转座及执行单元做俯仰动作，旋转座可带动执行单元做自转动作，执行单元可在开合传动单元的带动下做开合动作，即执行单元可实现三个自由度的运动。自转传动单元采用传动轮组件的方式进行传动，配合更加稳定，控制精度高；
21.5.本实用新型的手术机器人末端，设置俯仰传动单元、自转传动单元和开合传动单元由外到内依次排布，在保证执行单元可实现三个自由度的运动的情况下，还可有效缩小传动单元的体积，进而使手术机器人可用于微创手术。
附图说明
22.图1为本实用新型的手术机器人末端的结构示意图；
23.图2为另一角度下的手术机器人末端的结构示意图；
24.图3为手术机器人末端的剖面图；
25.图4为开合传动单元和执行单元配合的结构示意图；
26.图中：1
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执行单元；11
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定执行手指；12
‑
动执行手指；121
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导向槽；2
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俯仰座；21
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凸耳；211
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索槽；3
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旋转座；31
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限位凸起；4
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俯仰传动单元；41
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传动索；5
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开合传动单元；51
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丝杆螺母组件；511
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丝杆；512
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螺母；5121
‑
凸起；52
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开合轴；53
‑
柔性臂；6
‑
自转传动单元；61
‑
自转轴；62
‑
传动轮组件；621
‑
自转驱动轮；622
‑
自转过渡轮；623
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自转从动轮；7
‑
装载座；71
‑
支撑凸耳；72
‑
导向轮；8
‑
中空轴。
具体实施方式
27.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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用新型及其应用或使用的任何限制。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
28.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
29.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本实用新型的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
30.在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
31.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器
件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
32.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
33.如图1
‑
4所示，本实施例提供了一种手术机器人末端，包括执行单元1和传动单元，传动单元包括俯仰传动单元4、开合传动单元5和自转传动单元6，在驱动单元的驱动作用下，俯仰传动单元4带动执行单元1做俯仰动作；开合传动单元5带动执行单元1做开合动作；自转传动单元6带动执行单元1做自转动作。
34.执行单元1用于执行手术操作，执行单元1包括铰接配合的两个执行手指，具体地，其中一个执行手指为固定装配的定执行手指11，另一个执行手指为铰接于定执行手指11的动执行手指12，动执行手指12在开合传动单元5的带动下相对于定执行手指11偏转以实现开合动作。执行单元1可选但不限于手术钳。
35.执行单元1装配在旋转座3上，具体地，定执行手指11可固定在旋转座3上，或者，定执行手指11与旋转座3一体成型，动执行手指12与定执行手指11铰接。自转传动单元6通过带动旋转座3转动即可带动执行单元1做自转动作。
36.旋转座3可转动地装配在俯仰座2上，俯仰座2位于旋转座3的远离执行单元1的一侧，旋转座3通过轴承转动装配在俯仰座2上。俯仰传动单元4通过带动俯仰座2俯仰即可带动旋转座3和执行单元1做俯仰动作。
37.作为本实施例的优选技术方案，旋转座3和俯仰座2均为中空圆环状，以方便开合传动单元5穿过俯仰座2和旋转座3作用于动执行手指12，带动执行单元1做开合动作。
38.俯仰座2被铰接装配于装载座7上，具体地，俯仰座2的远离旋转座3的一侧延伸有两个凸耳21，两个凸耳21沿俯仰座2的周向均匀分布。装载座7的朝向俯仰座2的一端延伸有两个支撑凸耳71，两个凸耳21与两个支撑凸耳71对应铰接。俯仰座2可沿俯仰运动轴线做俯仰动作。优选地，凸耳21为圆形凸耳，凸耳21的外周面形成有索槽211。
39.俯仰传动单元4、自转传动单元6和所述开合传动单元5由外到内依次排布，各自起到传动作用。俯仰传动单元4带动俯仰座2及其上的旋转座3、执行单元1沿俯仰运动轴线做俯仰动作。本实施例中，俯仰传动单元4包括传动索41，传动索41为两根，两根传动索41穿过装载座7上的避让孔分别进入两个凸耳21上的锁槽211，两根传动索41与两个凸耳21固定连接。
40.作为本实施例的优选技术方案，两根传动索41从两个方向进入两个凸耳21上的锁槽211，两根传动索41在驱动单元的带动下一收一放，以带动俯仰座2做俯仰动作。传动索41可选但不限于钢丝绳。
41.作为本实施例的优选技术方案，装载座7的外壁上对称形成有两个缺口，缺口内安装有导向轮72，传动索41经过导向轮72后进入到凸耳21的索槽211内。通过设置导向轮72，以对传动索41的运动起到导向作用。
42.自转传动单元6通过带动旋转座3及其上的执行单元1沿自转轴线做自转运动。自
转传动单元6包括自转轴61和传动轮组件62，自转轴61位于两个传动索41之间，传动轮组件62包括自转驱动轮621、自转过渡轮622和自转从动轮623，自转驱动轮621固定设置在自转轴61的靠近旋转座3的一端，自转过渡轮622转动装配在凸耳21的内侧，自转从动轮623固定装配在旋转座3上，自转过渡轮622可将自转驱动轮622的自转动作传递给自转从动轮623。本实施例中，自转驱动轮621、自转过渡轮622和自转从动轮623均为齿轮，自转过渡轮622与自转驱动轮621、自转从动轮623均啮合。除此之外，自转驱动轮621、自转过渡轮622和自转从动轮623还可为摩擦轮等其它可用机构，只要能起到将自转驱动轮621的自转动作传递给自转从动轮623即可。优选地，自转过渡轮622的轴线与俯仰运动轴线共线。
43.作为本实施例的优选技术方案，自转轴61为中空轴，以方便容纳开合传动单元5。
44.开合传动单元5通过带动动执行手指12相对于定执行手指11偏转，实现执行单元1做开合动作。开合传动单元5包括丝杆螺母组件51和开合轴52，丝杆螺母组件51穿过俯仰座2和旋转座3以驱动执行单元1做开合动作，丝杆螺母组件51包括丝杆511和螺母512，丝杆511被转动装配在旋转座3的内部，开合轴52位于自转轴61的内部，开合轴52可相对于自转轴61转动，丝杆511的靠近开合轴一端通过柔性臂53与开合轴52连接，丝杆511的另一端与螺母512配合。当开合轴52在驱动单元的带动下转动时，开合轴52的转动可经柔性臂53传递至丝杆511，丝杆511转动带动其上的螺母512沿丝杆511做直线运动，螺母512直线运动带动动执行手指12相对定执行手指11偏转，实现开合。
45.作为本实施例的优选技术方案，柔性臂53为万向柔性臂，柔性臂53包括两个连接件和一个连接块，两个连接件的一端形成为可套设在丝杆511和开合轴52上的套筒，两个连接件的另一端延伸出铰接在连接块上的一对连接臂，连接块侧壁上形成有供连接臂铰接的销轴，连接块的形状可以为任意形状，只要能够有效将两个连接件铰接在两端即可。本实施例中的连接块呈方块状。优选地，柔性臂53经过俯仰运动轴线，进一步优选地，柔性臂53的连接块经过俯仰运动轴线。
46.作为本实施例的优选技术方案，螺母512和动执行手指12之间通过导向槽和凸起进行配合。具体地，动执行手指12上间隔、对称延伸有两个驱动部，驱动部上形成有导向槽121，螺母512位于两个驱动部之间，螺母512的两侧对应形成有凸起5121，凸起5121伸入到导向槽121内，当螺母512沿丝杆511升降时，凸起5121沿导向槽121滑动并带动动执行手指12偏转。优选地，导向槽121为一端开口的长槽，可控制导向槽121的长度，以防止凸起5121完全脱出导向槽121。除了上述的设置外，可将导向槽121设置在螺母512上，凸起5121设置在动执行手指12上，只要能起到螺母512直线运动带动动执行手指12偏转实现开合动作即可。
47.作为本实施例的优选技术方案，为了防止螺母512随丝杆511转动，本实施例中，设置螺母512的外周面具有防转平面，旋转座3上对应延伸有限位凸起31，限位凸起31的内表面可与螺母512的防转平面相接，以防止螺母512随着丝杆511转动。优选地，螺母512为方形螺母。
48.作为本实施例的优选技术方案，装载座7的远离俯仰座2的一端连接有中空轴8，中空轴8套设于俯仰传动单元4的传动索41的外周。
49.驱动单元用于驱动传动单元以带动执行单元1实现多种动作。对应于传动单元，驱动单元包括俯仰驱动单元、开合驱动单元和自转驱动单元，俯仰驱动单元驱动两个传动索
41一收一放以带动俯仰座2及其上的旋转座3、执行单元1做俯仰动作；开合驱动单元驱动开合轴52转动，开合轴52通过带动丝杆511转动，螺母512随丝杆511做直线运动以带动执行单元1做开合动作；自转驱动单元驱动自转轴61转动，自转轴61通过传动轮组件62带动旋转座3旋转，进而带动执行单元1做自转动作。
50.基于上述结构，本实施例的手术机器人末端的工作原理为：
51.当需要执行单元1执行俯仰动作时，俯仰驱动单元驱动两个传动索41一收一放，两个传动索41拉动俯仰座2及其上的旋转座3、执行单元1做俯仰动作；
52.当需要执行单元1执行自转动作时，自转驱动单元驱动自转轴61转动，自转轴61通过传动轮组件62带动旋转座3转动，旋转座3带动其上的执行单元1做自转动作。在此过程中，开合驱动单元需驱动开合轴52同步转动，如此丝杆511和螺母512同步转动，螺母512不会相对于丝杆511发生直线运动，则执行单元1的自转动作不会影响到执行单元1的开合动作；
53.当需要执行单元1执行开合动作时，开合驱动单元驱动开合轴52转动，开合轴52通过柔性臂53带动丝杆511自转，丝杆512带动其上的螺母512做直线运动，螺母512带动动执行手指12偏转实现执行单元1做开合动作。
54.上面结合附图对本实用新型的实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型的宗旨的前提下做出各种变化。