一種用于微創(chuàng)手術(shù)的六自由度絲傳動(dòng)手術(shù)器械的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種絲傳動(dòng)醫(yī)療機(jī)器人設(shè)備，特別涉及一種用于微創(chuàng)手術(shù)的手術(shù)器械。
【背景技術(shù)】
[0002]幾年來，人們開始更多地關(guān)注自身疾病的診斷、治療、預(yù)防以及衛(wèi)生健康，在這種情況下，先進(jìn)醫(yī)療儀器設(shè)備和手術(shù)機(jī)器人得到了迅速的發(fā)展與推廣，尤其是微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人。在早期微創(chuàng)外科手術(shù)中，醫(yī)生通過患者表皮微小切口，將細(xì)長(zhǎng)的內(nèi)窺鏡和手術(shù)器械深入至病灶進(jìn)行操作。相比于傳統(tǒng)外科手術(shù)，它具有創(chuàng)傷小、出血量少、術(shù)后恢復(fù)時(shí)間短等諸多優(yōu)點(diǎn)。但操作空間小、手術(shù)難度大，對(duì)醫(yī)生的水平要求高等問題限制了微創(chuàng)外科手術(shù)在精密手術(shù)中的運(yùn)用。隨著機(jī)器人技術(shù)和信息化技術(shù)的發(fā)展，微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人應(yīng)運(yùn)而生，它穩(wěn)定性強(qiáng)、靈敏度高、便于醫(yī)生操作，將醫(yī)療技術(shù)提高到了一個(gè)新的層面。微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人最關(guān)鍵的一部分微創(chuàng)手術(shù)器械的設(shè)計(jì)也變得尤為重要。
[0003]現(xiàn)在大多數(shù)的微創(chuàng)手術(shù)器械是三或四個(gè)自由度，它們配合微創(chuàng)手術(shù)機(jī)械臂完成微創(chuàng)手術(shù)。這樣的整套設(shè)備體積過于龐大，安裝、調(diào)試比較復(fù)雜，甚至需要專門手術(shù)房間和各種配套設(shè)施。而且多個(gè)龐大的機(jī)械臂在手術(shù)過程中可能會(huì)發(fā)生干涉。同時(shí)術(shù)前準(zhǔn)備及術(shù)中更換器械等操作耗時(shí)較長(zhǎng)。
[0004]鋼絲繩傳動(dòng)技術(shù)普遍應(yīng)用于微創(chuàng)手術(shù)器械的傳動(dòng)中，其優(yōu)越性主要體現(xiàn)一下三方面:一，適于長(zhǎng)距離傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，能夠?qū)?dòng)力源布局在遠(yuǎn)離關(guān)節(jié)位置處，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；二，在長(zhǎng)距離傳動(dòng)過程中易于改變方向，傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、小巧緊湊，非常適用于有限空間內(nèi)多自由度布局；三，合適預(yù)緊力下無回差，可以吸收震動(dòng)，使末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)更平穩(wěn)。
[0005]目前已經(jīng)開始研宄多自由度的微創(chuàng)手術(shù)器械以使手術(shù)器械更加靈活，可以提供幾乎與人手相媲美的旋轉(zhuǎn)、彎曲等動(dòng)作。在進(jìn)行血管、神經(jīng)的分離、止血、打結(jié)、縫合外科操作動(dòng)作時(shí)，能夠提供了精細(xì)操作，同時(shí)也拓展了醫(yī)生的操作能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明提供了一種在外科醫(yī)生操作控制下，結(jié)合平移機(jī)構(gòu)能夠完成打結(jié)、縫合復(fù)雜操作的六自由度微創(chuàng)外科手術(shù)器械。本發(fā)明基本模擬人的手臂的關(guān)節(jié)，有肩關(guān)節(jié)、肘關(guān)節(jié)、腕關(guān)節(jié)和指關(guān)節(jié)，不僅自轉(zhuǎn)自由度設(shè)計(jì)在手術(shù)器械前端腕關(guān)節(jié)與指關(guān)節(jié)之間，同時(shí)在手指部位設(shè)計(jì)了快換有效減少了微創(chuàng)手術(shù)中的更換手術(shù)器械的時(shí)間。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的是如下的技術(shù)方案:
[0008]此新型的微創(chuàng)手術(shù)器械包括四部分:手術(shù)器械的動(dòng)力接口部分，手術(shù)器械的主體連桿部分，手術(shù)器械的末端執(zhí)行器部分和手術(shù)器械的末端快換部分。
[0009]微創(chuàng)手術(shù)器械的連桿部分包括肩關(guān)節(jié)偏轉(zhuǎn)自由度、肘關(guān)節(jié)俯仰自由度、腕關(guān)節(jié)俯仰自由度和手腕自傳自由度。末端執(zhí)行器部分包括手指的開合自由度和手指的俯仰自由度。連桿部分連接動(dòng)力裝置與末端執(zhí)行器。兩個(gè)手指的絲槽將絲固定，絲經(jīng)過中心通道件再經(jīng)過導(dǎo)向輪與絲固定裝置相連，絲固定裝置再與電機(jī)輸出軸相連，電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)兩個(gè)手指的同步偏轉(zhuǎn)或開合運(yùn)動(dòng)。手腕的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過控制纏繞于自轉(zhuǎn)部件上的絲來實(shí)現(xiàn)。腕關(guān)節(jié)的俯仰運(yùn)動(dòng)由控制分布于腕關(guān)節(jié)兩側(cè)的兩組輪來實(shí)現(xiàn)。肘關(guān)節(jié)的俯仰運(yùn)動(dòng)和肩關(guān)節(jié)的偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)都是控制關(guān)節(jié)中間的雙軌道輪來實(shí)現(xiàn)。
[0011]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0012]1.本發(fā)明手術(shù)器械的傳動(dòng)系統(tǒng)中所述鋼絲繩具有柔性，通過導(dǎo)向輪的傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)距離的傳動(dòng)，使得動(dòng)力轉(zhuǎn)置后置。
[0013]2.本發(fā)明為六個(gè)自由度，運(yùn)動(dòng)更加靈活，可以完成復(fù)雜的手術(shù)動(dòng)作。
[0014]3.本發(fā)明只需安裝在一個(gè)直線移動(dòng)機(jī)構(gòu)上，這樣機(jī)器人的本體結(jié)構(gòu)明顯占用空間小，做到了小型化。
[0015]4.本發(fā)明的快換結(jié)果可以有效的節(jié)約在手術(shù)過程中更換手術(shù)器械的時(shí)間，同時(shí)有效的減少了手術(shù)器械的成本。
[0016]5.本發(fā)明的自轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)在手術(shù)器械的前端腕關(guān)節(jié)與指關(guān)節(jié)的中間，相比于設(shè)計(jì)在后端的手術(shù)器械，前者有效的解決了多自由度器械在腹腔內(nèi)自轉(zhuǎn)需要關(guān)節(jié)復(fù)位的問題。
【附圖說明】
[0017]圖1為六自由度微創(chuàng)外科手術(shù)器械總體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為手術(shù)器械核心創(chuàng)新設(shè)計(jì)示意圖；
[0019]圖3為手術(shù)器械指關(guān)節(jié)和末端快換結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖4為手術(shù)器械指關(guān)節(jié)和末端快換結(jié)構(gòu)的爆炸視圖；
[0021]圖5為手術(shù)器械腕關(guān)節(jié)和自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖6為手術(shù)器械腕關(guān)節(jié)與自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的絲傳動(dòng)示意圖；
[0023]圖7為手術(shù)器械肘關(guān)節(jié)的爆炸視圖；
[0024]圖8為手術(shù)器械肘關(guān)節(jié)的正面裝配視圖；
[0025]圖9為手術(shù)器械肩關(guān)節(jié)爆炸示意圖；
[0026]圖10為手術(shù)器械肩關(guān)節(jié)的正面裝配視圖；
[0027]圖11為六自由度微創(chuàng)外科手術(shù)器械絲傳動(dòng)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0029]如圖1所示為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，本新型微創(chuàng)手術(shù)器械共包括四部分:手術(shù)器械的末端快換部分1、末端執(zhí)行器部分2、主體連桿部分3、動(dòng)力接口部分4。手術(shù)器械的動(dòng)力接口 4詳見公開的發(fā)明專利ZL200910305201.1。
[0030]如圖2所示為手術(shù)器械核心創(chuàng)新設(shè)計(jì)示意圖:末端快換部分1、末端執(zhí)行器部分2和主體連桿部分3。主體連桿部分包括肩關(guān)節(jié)3-1、肘關(guān)節(jié)3-2、腕關(guān)節(jié)3-3和自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3-4，末端執(zhí)行器部分為指關(guān)節(jié)2-1。肩關(guān)節(jié)3-1提供Rl自由度，肘關(guān)節(jié)3-2提供R2自由度，腕關(guān)節(jié)3-3提供R3自由度，自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)3-4提供R4自由度，指關(guān)節(jié)2_1提供R5自由度和R6自由度。且肩關(guān)節(jié)3-1提供的Rl自由度的軸線垂直于其他關(guān)節(jié)軸線。快換結(jié)構(gòu)1-1設(shè)計(jì)在指關(guān)節(jié)部位，該設(shè)計(jì)可以使快換更加簡(jiǎn)單、方便且節(jié)省成本。
[0031]如圖3所示為本發(fā)明的指關(guān)節(jié)部分和末端快換結(jié)構(gòu)示意圖，圖4為指關(guān)節(jié)和末端快換結(jié)構(gòu)的爆炸視圖。其中，對(duì)于指關(guān)節(jié)部分由插件部分1-1-1的插件1110.1和1110.2分別與自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的自轉(zhuǎn)連接件340通過指關(guān)節(jié)軸212相連，同時(shí)，輪211.1-211.2的凸起2110.1-2110.2與插件1110.1-1110.2的凹槽相配合起到定位的作用。輪211.1與插件1110.1通過連接軸213.1相連，同樣的，輪211.2與插件1110.2通過連接軸213.2相連。如此，通過絲控制輪211.1和211.2的轉(zhuǎn)動(dòng)就可以控制指關(guān)節(jié)的偏轉(zhuǎn)自由度和開合自由度?？鞊Q結(jié)構(gòu)包括插件部分1-1-1和手指部分1-1-2。其中，插件部分1-1-1包括插件1110.1-1110.2 和接觸體 1111.1-1111.2。手指部分 1_1_2 包括手指 1120.1-1120.2、連接螺釘1122和螺母1126。接觸體1111.1-1111.2裝在插件1110.1-1110.2上，手指1-1-2與插件部分1-1-1的連接僅需將彈簧閂1123.1-1123.2分別插入1112.1-1112.2中，再使凸起1112.1-1112.2分別與自留槽1124.1-1124.2配合以固定。連接螺釘1122和螺母1126裝配在手指1120.1-1120.2的滑動(dòng)槽1125.1-1125.2上，起到連接、穩(wěn)固作用。
[0032]如圖5所示為腕關(guān)節(jié)和自轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)示意圖，腕關(guān)節(jié)包括手腕330、手腕320、輪 332.1-332.2、輪 336.1-336.2 和軸