CN101773401B - 外科手术机器人多自由度手指 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种外科手术机器人多自由度手指。由指尖夹持机构、关节驱动机构、旋转关节构成；指尖夹持机构由两个指尖、两根传动绳、连接轴、长套管组成，指尖上带有轮槽；关节驱动机构包括支撑架，支撑架的前端与指尖夹持机构连接，支撑架的后端带有阶梯轴，支撑架上安装两个驱动电机，每个驱动电机的轴上都安装有驱动轮，指尖夹持机构的传动绳套在驱动轮上来驱动指尖上的轮槽；所述旋转关节包括电机套、安装在电机套中的旋转电机，关节驱动机构中的支撑架的阶梯轴通过其上设置的轴承置于电机套中并与旋转电机的轴连接来传递扭矩。本发明具有俯仰、自转、夹持自由度，灵活性好，手术开口较小，较大的减轻病人痛苦。

Description

外科手术机器人多自由度手指

(一)技术领域

本发明涉及的是一种外科手术用的医疗设备，具体地说是一种外科手术机器人手指。

(二)背景技术

外科手术机器人在手术的准确性、可靠性和精确性上大大超过了外科医生，能克服外科医生因为手的颤抖，疲劳等不利因素，较好的完成手术。手指部分是外科手术机器人重要的部件之一，能很好的完成手术空间里的各中手术动作。目前很多外科手术机器人的手指存在夹持力小，末端自由度少等缺点。因而对手术的操作带来很大的影响。专利200810064718.1介绍的微创外科手术用手动操作手虽然具有操作方便，灵活等特点，但是其采用手动操作的方式，因而操作的自动化程度不高，故需对自动化程度较高的外科手术机器人多自由手指的研究是十分必要的。

(三)发明内容

本发明目的在于提供一种具有俯仰、自转、夹持等多自由度，易于操作，手术开口较小，自动化程度较高的外科手术机器人多自由度手指。

本发明的目的是这样是实现的：主要是由指尖夹持机构、关节驱动机构、旋转关节构成；其特征是：指尖夹持机构由两个指尖、两根传动绳、连接轴、长套管组成，两个指尖通过连接轴连接到长套管，指尖上带有轮槽两根传动绳分别套在两个指尖上的轮槽上；所述关节驱动机构包括支撑架，支撑架的前端与指尖夹持机构连接，支撑架的后端带有阶梯轴，支撑架上安装两个驱动电机，每个驱动电机的轴上都安装有驱动轮，指尖夹持机构的传动绳套在驱动轮上来驱动指尖上的轮槽；所述旋转关节包括电机套、安装在电机套中的旋转电机，关节驱动机构中的支撑架的阶梯轴通过其上设置的轴承置于电机套中并与旋转电机的轴连接来传递扭矩。

本发明还可以包括这样一些结构特征：

1、长套管上设置有定位块，支撑架的前端带有安装套，安装套上开有导向槽，定位块通过两个调节螺母定位在导向槽中。

2、电机套内设置有弹性圈，电机套后端有T型快速接口。

3、所述驱动电机固结在电机板上，电机板再固定在支撑架上。

4、所述驱动电机固结在电机板上，电机板再固定在支撑架上。

本发明的支撑架上设置有两个螺母，采用这两个螺母调节指尖夹持机构中定位块在导向槽里的位置，进而预紧传动绳；且通过调节这两个螺母，很容易实现手指的拆卸。

本发明有以下有益效果：

1、本发明具有弯曲自由度，能够俯仰一定的角度。

2、本发明的末端手术执行机构能实现手术开口控制在6mm以内，从而极大的减轻病人痛苦。

3、本发明可以通过螺母2-8、螺母2-9，调节指尖夹持机构1中定位块1-7在导向槽2-10里的位置，进而可以预紧传动绳1-3和传动绳1-6。且通过调节这两个螺母，很容易实现手指的拆卸。

(四)附图说明

图1是本发明的整体机构图。

图2是本发明的指尖夹持机构的结构示意图图。

图3，4是本实用关节驱动机构的结构示意图。

图5是本发明的旋转关节的结构示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，本发明主要是由指尖夹持机构1、关节驱动机构2、旋转关节构成3；

结合图2，指尖夹持机构1由指尖1-1、指尖1-2、传动绳1-3、连接轴1-4、长套管1-5、传动绳1-6组成。且在长套管1-5设置有定位块1-7。指尖1-1、指尖1-2通过连接轴1-4连接到长套管1-5上。指尖1-2、指尖1-1分别由后面提到的驱动轮2-7、驱动轮2-2通过绳来实现传动传动。

结合图3，电机2-5固结在电机板2-6上，电机板2-6固定在支撑架2-1中部侧板上。电机2-5的轴上设置有驱动轮2-7，驱动轮2-7通过传动绳1-3来驱动指尖1-2上的轮槽，进而实现电机2-5对指尖1-2远距离驱动。电机2-3，电机板2-4，驱动轮2-2也做同样的布置。

结合图2，图4，定位块1-7固结在长套管1-5的管壁外侧，可在导向槽2-10的中移动，且定位块1-7两侧面与导向槽2-10侧面的配合为间隙量较小的间隙配合。通过调节螺母2-8、螺母2-9的位置来确定定位块1-7在导向槽2-10的轴向位置。

结合图5，支撑架2-1的阶梯轴上设置有轴承3-2，支撑架2-1的阶梯轴的轴肩和螺母3-4轴向定位轴承3-2的内圈，电机套3-1，孔用挡圈3-3轴向定位轴承3-2的外圈。电机3-6通过电机板3-5固结在电机套3-1上，电机3-6的电机轴与支撑架2-1上的阶梯轴的轴孔采用键来传递扭矩。电机套3-1上设置有弹性圈3-7、T型快速接口3-8。

现在说明本发明外科手术机器人多自由度手指的动作实施过程：

结合图2、图4，本发明的预紧是通过调节螺母2-8、螺母2-9的位置来确定定位块1-7在导向槽2-10的轴向位置，进而实现调节传动绳1-3，传动绳1-6的张紧程度，从而实现绳的预紧。

结合图2，图3，电机2-3电机轴上扭矩传递到驱动轮2-2上，驱动轮2-2通过传动绳1-6对指尖1-1进行传动，从而实现电机2-3对指尖1-1的驱动。电机2-5，驱动轮2-7，传动绳1-3、指尖1-2也是上述的传动形式。电机2-3、电机2-5分别控制着指尖1-1、指尖1-2做同向运动时，手指实现俯仰动作；做反向运动时，手指实现夹持动作。

结合图5，手指的自转通过旋转电机3-6带动支撑架2-1旋转来实现的。电机套3-1上设置的弹性圈3-7、T型快速接口3-8用于实现手指部分与外科手术机器人后续关节的快速连接。后续关节的接口，沿着T型快速接口3-8压缩弹性圈3-7，当压缩到T型快速接口3-8的轴向最大极限时，旋转整个手指部分，停止轴向压缩。弹性圈3-7利用自身弹性把后续关节接口卡死在T型快速接口3-8。

Claims (1)

1.一种外科手术机器人多自由度手指，主要是由指尖夹持机构(1)、关节驱动机构(2)、旋转关节(3)构成；

指尖夹持机构(1)由第一指尖(1-1)、第二指尖(1-2)、第一传动绳(1-3)、连接轴(1-4)、长套管(1-5)、第二传动绳(1-6)组成，且在长套管(1-5)设置有定位块(1-7)，第一指尖(1-1)、第二指尖(1-2)通过连接轴(1-4)连接到长套管(1-5)上；

所述关节驱动机构(2)包括支撑架(2-1)，两个电机(2-5、2-3)分别固结在两个电机板(2-6、2-4)上，电机板固定在支撑架(2-1)中部侧板上，两个电机(2-5、2-3)的轴上分别设置有驱动轮(2-7、2-2)，第一、第二传动绳分别套在驱动轮上，第一、第二指尖上分别带有轮槽，第一、第二传动绳分别套在第一、第二指尖上的轮槽上，两个驱动轮分别通过第一、第二传动绳来驱动第一、第二指尖上的轮槽，进而实现电机对指尖远距离驱动；

定位块(1-7)固结在长套管(1-5)的管壁外侧、且在导向槽(2-10)中移动，定位块(1-7)两侧面与导向槽(2-10)侧面的配合为间隙量较小的间隙配合，通过调节第一螺母(2-8)、第二螺母(2-9)的位置来确定定位块(1-7)在导向槽(2-10)的轴向位置；

所述旋转关节(3)包括电机套(3-1)、安装在电机套(3-1)中的第三电机(3-6)；所述关节驱动机构(2)的支撑架(2-1)的前端与指尖夹持机构连接，支撑架的后端带有阶梯轴，支撑架(2-1)的阶梯轴上设置有轴承(3-2)，支撑架(2-1)的阶梯轴通过其上设置的所述轴承(3-2)置于电机套(3-1)中并与第三电机(3-6)的轴连接来传递扭矩，支撑架(2-1)的阶梯轴的轴肩和第三螺母(3-4)轴向定位轴承(3-2)的内圈，电机套(3-1)用挡圈(3-3)轴向定位轴承(3-2)的外圈，第三电机(3-6)通过第三电机板(3-5)固结在电机套(3-1)上，第三电机(3-6)的电机轴与支撑架(2-1)上的阶梯轴的轴孔采用键来传递扭矩，电机套(3-1)上设置有弹性圈(3-7)、T型快速接口(3-8)。

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