一種用于外科手術(shù)機(jī)器人的多角度從手鑷子的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于外科手術(shù)機(jī)器人的多角度從手鑷子，包括動力機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)和鑷子組件，還包括電機(jī)支座、連桿機(jī)構(gòu)和鑷子支座，動力機(jī)構(gòu)包括第一驅(qū)動電機(jī)和第二驅(qū)動電機(jī)，驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括第一鋼絲拉盤、第二鋼絲拉盤、第一鋼絲和第二鋼絲，鑷子組件包括第一鉗葉、第二鉗葉、彈簧和固定軸，第一驅(qū)動電機(jī)和第二驅(qū)動電機(jī)均分別設(shè)置在電機(jī)支座上，電機(jī)支座連接連桿機(jī)構(gòu)的一端，連桿機(jī)構(gòu)的另一端連接鑷子支座，鑷子支座上通過固定軸分別連接第一鋼絲拉盤和第二鋼絲拉盤，第一鋼絲拉盤和第二鋼絲拉盤的內(nèi)側(cè)之間通過固定軸依次套設(shè)有第一鉗葉、彈簧和第二鉗葉。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、具有獨(dú)立動力、動作靈活等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種用于外科手術(shù)機(jī)器人的多角度從手鑷子

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)療機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于外科手術(shù)機(jī)器人的多角度從 手鑷子。

【背景技術(shù)】
[0002] 手術(shù)機(jī)器人是通過微小切口進(jìn)行的手術(shù)，與普通的開放式手術(shù)相比，具有創(chuàng)傷小、 失血少、痛楚輕、感染風(fēng)險低、術(shù)后恢復(fù)快等優(yōu)點(diǎn)，因而得以在外科手術(shù)的諸多領(lǐng)域快速發(fā) 展。機(jī)器人輔助的外科手術(shù)系統(tǒng)能夠有效地利用手術(shù)醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)，同時發(fā)揮機(jī)器人定位精確、 運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)。能夠幫助醫(yī)生完成復(fù)雜的外科手術(shù)動作，減少手術(shù)中因醫(yī)生疲勞或手部 抖動導(dǎo)致的誤操作和損傷，提高了手術(shù)安全性，縮短了治愈時間和降低了醫(yī)療成本。目前美 國Computer Motion公司的ZEUS和Intuitive Surgical公司的Da Vinci外科手術(shù)機(jī)器 人系統(tǒng)通過FDA認(rèn)證并廣泛應(yīng)用于臨床。
[0003] 外科手術(shù)機(jī)器人在手術(shù)過程當(dāng)中，手術(shù)器械是機(jī)器人與病人體內(nèi)病灶及組織直接 接觸。因此手術(shù)器械性能在外科手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)中占據(jù)重要地位。而在外科手術(shù)中采用鑷 子進(jìn)行拉線與打結(jié)是常用的操作方式，且各家公司都有自己手術(shù)器械，這就意味著在醫(yī)療 機(jī)器人方面沒有通用的手術(shù)機(jī)械。相關(guān)文獻(xiàn)記載機(jī)器人多用于微創(chuàng)手術(shù)，這需要手術(shù)機(jī)械 的直徑在8mm到10mm左右；要具備開展手術(shù)的自由度，操作靈活；能夠根據(jù)手術(shù)需要快速 更換，且符合醫(yī)學(xué)對于生物相容性的要求。目前用在外科手術(shù)機(jī)器人上的鑷子大多結(jié)構(gòu)負(fù) 責(zé)，操作不方便，同時其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)給更換與維修帶來了不便，并且其成本費(fèi)用較高。市場 上多數(shù)的手術(shù)鑷子開閉的方式都采用鋼絲的拉動，對于鑷子材料的選擇也多數(shù)沒有考慮到 生物相容性的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種用于外科手術(shù) 機(jī)器人的多角度從手鑷子，結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠，具有獨(dú)立動力，且動作靈活。
[0005] 本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：
[0006] 一種用于外科手術(shù)機(jī)器人的多角度從手鑷子，包括動力機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)和鑷子組 件，還包括電機(jī)支座、連桿機(jī)構(gòu)和鑷子支座，所述的動力機(jī)構(gòu)包括第一驅(qū)動電機(jī)和第二驅(qū)動 電機(jī)，所述的驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括第一鋼絲拉盤、第二鋼絲拉盤、第一鋼絲和第二鋼絲，所述的鑷 子組件包括第一鉗葉、第二鉗葉、彈簧和固定軸，所述的第一驅(qū)動電機(jī)和第二驅(qū)動電機(jī)均分 別設(shè)置在電機(jī)支座上，所述電機(jī)支座連接連桿機(jī)構(gòu)的一端，所述連桿機(jī)構(gòu)的另一端連接鑷 子支座，所述的鑷子支座上通過固定軸分別連接第一鋼絲拉盤和第二鋼絲拉盤，所述第一 鋼絲拉盤和第二鋼絲拉盤的內(nèi)側(cè)之間通過固定軸依次套設(shè)第一鉗葉、彈簧和第二鉗葉，所 述的第一鉗葉和第二鉗葉的鉸合面由彈簧撐開而分離，所述的第一鋼絲一端繞過第一鋼絲 拉盤后與第一鉗葉固定，另一端與第一驅(qū)動電機(jī)連接，所述的第二鋼絲一端繞過第二鋼絲 拉盤后與第二鉗葉固定，另一端與第二驅(qū)動電機(jī)連接；
[0007] 電機(jī)支座和鑷子支座起支撐作用，連桿機(jī)構(gòu)相對其中心軸360°旋轉(zhuǎn)，第一鉗葉和 第二鉗葉因彈簧作用在初始狀態(tài)處于常開狀態(tài)，鑷子組件合閉抓取時，第一鉗葉通過第一 鋼絲由第一驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動，第二鉗葉通過第二鋼絲由第二驅(qū)動電機(jī)驅(qū)動，第一鉗葉和第二 鉗葉在垂直平面內(nèi)1 8〇°范圍內(nèi)定位，并閉合，同時彈簧壓縮，鑷子組件松開時，第一驅(qū)動電 機(jī)和第二驅(qū)動電機(jī)反向旋轉(zhuǎn)，第一鉗葉和第二鉗葉因彈簧作用自動分離。
[0008] 所述的第一鉗葉和第二鉗葉均分別設(shè)有鋼絲卡槽和固定鋼絲螺孔，第一鋼絲或第 二鋼絲沿著鋼絲卡槽用螺釘固定在固定鋼絲螺孔上。
[0009] 所述的第一鋼絲沿逆時針方向拉動第一鉗葉，所述的第二鋼絲沿順時針或逆時針 方向拉動第二鉗葉。
[0010] 所述的鑷子支座上設(shè)有一個牽引孔和并排平行的兩個支座耳板，所述的牽引孔與 連桿機(jī)構(gòu)內(nèi)腔連通，第一鋼絲和第二鋼絲均穿過牽引孔，所述的兩個支座耳板上分別設(shè)有 固定軸安裝孔，所述的固定軸安裝孔上設(shè)有固定軸，一個支座耳板內(nèi)側(cè)通過固定軸連接第 一鋼絲拉盤，另一個支座耳板內(nèi)側(cè)通過固定軸連接第二鋼絲拉盤。
[0011] 所述的第一鋼絲和第二鋼絲為直徑0. 4mm的多股鋼絲繩。
[0012] 所述的固定軸直徑為4mm。
[0013] 所述的第一鉗葉和第二鉗葉的材料為Ti-6Al-4v ELI合金。
[0014] 所述的第一鉗葉和第二鉗葉長度為3-4cm。
[0015] 所述的第一鉗葉和第二鉗葉鉸合面上分別設(shè)有20-30個齒。
[0016] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0017] 1)獨(dú)立動力：本外科手術(shù)機(jī)器人從手鑷子的動力分別由兩個小功率電機(jī)提供，這 樣避免了機(jī)器人本體電機(jī)的負(fù)荷及減輕了機(jī)器人本體的重量；
[0018] 2)結(jié)構(gòu)簡單：由于本醫(yī)療鑷子采用電機(jī)拉線，彈簧釋放勢能分離，所以在結(jié)構(gòu)上 比其他的醫(yī)療鑷子結(jié)構(gòu)更緊湊，方便批量生產(chǎn)；
[0019] 3)安全可靠：為了保證醫(yī)學(xué)上對于生物相容性的要求及滿足鑷子的強(qiáng)度要求，本 鑷子的鉗葉采用Ti-6Al-4v ELI合金材料，此鈦合金無毒、質(zhì)輕、強(qiáng)度高且具有優(yōu)良的生物 相容性，是非常理想的醫(yī)用金屬材料；
[0020] 4)動作靈活，工作范圍更大：鑷子后部桿件可以360°旋轉(zhuǎn)，且鑷子其中一片鉗 葉由兩股高韌鋼絲拉動，可以在指定的位置固定，另一片則通過鋼絲拉動進(jìn)行閉合，可實(shí) 現(xiàn)180°定位，因此鑷子相對于其他手術(shù)鑷子多擁有兩個自由度，可以使醫(yī)生的操作范圍更 大，動作更靈活；
[0021] 5)操作簡單，檢修方便：本鑷子由于獨(dú)立動力且置于從手上，因此結(jié)構(gòu)簡單，可靠 性強(qiáng)，在操作性和檢修方面都具有一定的優(yōu)勢；
[0022] 6)鑷子組件結(jié)構(gòu)合理：通過4mm的固定軸將鑷子支座、鋼絲拉盤、鉗葉、彈簧牢牢 地固定，鉗葉的長度與其鉸合面的齒數(shù)的選擇考慮到外科手術(shù)的情況，進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，保證 鑷子組件通過鉗葉合并動作，完成拉線、打結(jié)等動作；
[0023] 7)驅(qū)動鋼絲結(jié)實(shí)：采用直徑0. 4mm的多股高靭性鋼絲，質(zhì)量輕，同時耐久性強(qiáng)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明中鑷子組件安裝示意圖；
[0026] 圖3為本發(fā)明中鑷子支座結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖4為本發(fā)明中第一鉗葉運(yùn)動示意圖；
[0028] 圖5為本發(fā)明中第二鉗葉運(yùn)動示意圖。
[0029]圖中：1、第一鉗葉，2、第二鉗葉，3、第一鋼絲拉盤，4、第二鋼絲拉盤，5、固定軸，6、 鑷子支座，7、連桿機(jī)構(gòu),8、電機(jī)支座，9、第一驅(qū)動電機(jī)，10、第二驅(qū)動電機(jī)，11、彈簧，12、第一 鋼絲，13、第二鋼絲，14、固定鋼絲螺孔，I 5、鋼絲卡槽，6-1、支座耳板，6-2、固定軸安裝孔， 6-3、牽引孔。

【具體實(shí)施方式】
[0030] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案 為前提進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于 下述的實(shí)施例。
[0031] 如圖1所示，一種用于外科手術(shù)機(jī)器人的多角度從手鑷子，包括動力機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī) 構(gòu)和鑷子組件，還包括電機(jī)支座 8、連桿機(jī)構(gòu)7和鑷子支座6。從手懾子并不連接于機(jī)器人 本體，而是獨(dú)立動力的多自由度工作鑷子，這樣設(shè)計(jì)可以方便手術(shù)器械的更換，同時為了結(jié) 構(gòu)的簡化，設(shè)有通用的尺寸標(biāo)準(zhǔn)及更換要求。
[0032] 動力機(jī)構(gòu)包括第一驅(qū)動電機(jī)9和第二驅(qū)動電機(jī)10,為兩個小功率電機(jī)，驅(qū)動機(jī)構(gòu) 包括第一鋼絲拉盤3、第二鋼絲拉盤4、第一鋼絲12和第二鋼絲13,鑷子組件包括第一鉗葉 1、 第二鉗葉2、彈簧11和固定軸5,第一驅(qū)動電機(jī)9和第二驅(qū)動電機(jī)10均分別設(shè)置在電機(jī) 支座8上，電機(jī)支座8連接連桿機(jī)構(gòu)7的一端，連桿機(jī)構(gòu)7的另一端連接鑷子支座6,如圖2 所示，鑷子支座6上通過固定軸5分別連接第一鋼絲拉盤3和第二鋼絲拉盤4,第一鋼絲拉 盤 3和第二鋼絲拉盤4的內(nèi)側(cè)之間通過固定軸5依次套設(shè)第一鉗葉1、彈簧11和第二鉗葉 2, 第一鉗葉1和第二鉗葉2的鉸合面由彈簧11撐開而分離，第一鋼絲12 -端繞過第一鋼 絲拉盤3后與第一鉬葉1固定，另一端與第一驅(qū)動電機(jī)9連接，第二鋼絲13 -端繞過第二 鋼絲拉盤4后與第二鉗葉2固定，另一端與第二驅(qū)動電機(jī)10連接。
[0033] 如圖4、5所示，第一鉗葉1和第二鉗葉2均分別設(shè)有鋼絲卡槽 15和固定鋼絲螺孔 14,第一鋼絲12或第二鋼絲I3沿著鋼絲卡槽15用螺釘固定在固定鋼絲螺孔14上。
[0034]第一鋼絲12沿逆時針方向拉動第一鉗葉1，如圖4中拉動方向箭頭所示，第二鋼絲 13沿順時針或逆時針方向拉動第二鉗葉2,如圖5中拉動方向箭頭所示。
[0035]如圖3所示，鑷子支座6上設(shè)有一個牽引孔6-3和并排平行的兩個支座耳板6-1， 牽引孔6_3與連桿機(jī)構(gòu)7內(nèi)腔連通，第一鋼絲12和第二鋼絲13均穿過牽引孔6-3,兩個支 座耳板 6_1上分別設(shè)有固定軸安裝孔6-2,固定軸安裝孔6-2上設(shè)有固定軸5, 一個支座耳 板6_1內(nèi)側(cè)通過固定軸5連接第一鋼絲拉盤3,另一個支座耳板6-1內(nèi)側(cè)通過固定軸5連接 第二鋼絲拉盤4。
[0036]其中，第一鋼絲I2和第二鋼絲13為直徑〇· 4mm的多股高韌性鋼絲繩。
[0037] 固定軸5直徑為4mm。
[0038]第一鉗葉1和第二鉗葉2的材料為Ti-6A1-4V ELI合金?？紤]到醫(yī)學(xué)對于器械材 料生物相容性的要求以及工作狀態(tài)對于材料強(qiáng)度和剛度的要求，此鈦合金無毒、質(zhì)輕、強(qiáng)度 高且具有優(yōu)良的生物相容性，是非常理想的醫(yī)用金屬材料。
[0039] 第一鉗葉1和第二甜葉2長度為3_4cm。第一謝葉1和第二相葉2鉸合面上分別 設(shè)有20-30個齒。本實(shí)施例中鉗葉的總長為3· 7cm，每片鉗葉共有26個齒，這大大增加了鑷 子的工作范圍及拉線的可靠度。整個工作鑷子總長為4. 5cm，最大處直徑為2cm，符合外科 手術(shù)對于工作機(jī)械的要求。
[0040]鑷子組件與機(jī)器人其他關(guān)節(jié)相互配合，進(jìn)行拉線和打結(jié)，在初始工作狀態(tài)時，第一 鉗葉1和第二鉗葉2因彈簧11的彈性勢能作用處于常開狀態(tài)，鑷子組件合閉鉸合面時，第 二鉗葉2通過第二鋼絲13由第二驅(qū)動電機(jī)10沿兩個拉動方向驅(qū)動，并在指定的位置上固 定，第一鉗葉1通過第一鋼絲I 2由第一驅(qū)動電機(jī)9沿一個拉動方向驅(qū)動，使兩個鉗葉鉸合 面閉合，同時嵌于內(nèi)部卡槽的彈簧11處于壓縮狀態(tài)，積攢彈性勢能；鑷子組件松開動作時， 第一驅(qū)動電機(jī)9和第二驅(qū)動電機(jī)1〇反向旋轉(zhuǎn)，將鋼絲放松，此時處于壓縮狀態(tài)的彈簧i i釋 放自己的彈力勢能，第一鉗葉1和第二鉗葉2因彈簧11作用自動分離。
[0041] 電機(jī)支座8和鑷子支座6起支撐作用，連桿機(jī)構(gòu)7可相對其中心軸36〇°旋轉(zhuǎn)，且 第一鉗葉1和第二鉗葉2在垂直平面內(nèi)18〇。范圍內(nèi)定位，因此鑷子相對于其他手術(shù)鑷子多 擁有兩個自由度，可以使醫(yī)生的操作范圍更大，動作更靈活。
【權(quán)利要求】
1. 一種用于外科手術(shù)機(jī)器人的多角度從手鑷子，包括動力機(jī)構(gòu)、驅(qū)動機(jī)構(gòu)和鑷子組件， 其特征在于，還包括電機(jī)支座（8)、連桿機(jī)構(gòu)（7)和鑷子支座（6)，所述的動力機(jī)構(gòu)包括第一 驅(qū)動電機(jī)（ 9)和第二驅(qū)動電機(jī)（10)，所述的驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括第一鋼絲拉盤（3)、第二鋼絲拉盤 (4)、第一鋼絲（12)和第二鋼絲（13)，所述的鑷子組件包括第一鉗葉（D、第二鉗葉（2)、彈 簧（11)和固定軸（5)，所述的第一驅(qū)動電機(jī)（9)和第二驅(qū)動電機(jī)（10)均分別設(shè)置在電機(jī)支 座（ 8)上，所述的電機(jī)支座（S)連接連桿機(jī)構(gòu)（7)的一端，所述的連桿機(jī)構(gòu)（7)的另一端連 接鑷子支座（6)，所述的鑷子支座（6)上通過固定軸（5)分別連接第一鋼絲拉盤（3)和第 二鋼絲拉盤（4)，所述的第一鋼絲拉盤（3)和第二鋼絲拉盤（4)的內(nèi)側(cè)之間通過固定軸（5) 依次套設(shè)第一鉗葉（1)、彈簧（11)和第二鉗葉（2)，所述的第一鉗葉（1)和第二鉗葉（2)的 鉸合面由彈簧（11)撐開而分離，所述的第一鋼絲（12) -端繞過第一鋼絲拉盤（3)后與第 一鉗葉（1)固定，另一端與第一驅(qū)動電機(jī)（9)連接，所述的第二鋼絲（13) -端繞過第二鋼 絲拉盤（4)后與第二鉗葉（2)固定，另一端與第二驅(qū)動電機(jī)（1〇)連接； 電機(jī)支座（8)和鑷子支座（6)起支撐作用，連桿機(jī)構(gòu)（7)相對其中心軸360。旋轉(zhuǎn)，第 一鉗葉（1)和第二鉗葉（2)因彈簧（11)作用在初始狀態(tài)處于常開狀態(tài)，鑷子組件合閉抓取 時，第一鉗葉（1)通過第一鋼絲（12)由第一驅(qū)動電機(jī)（9)驅(qū)動，第二鉗葉（2)通過第二鋼 絲（13)由第二驅(qū)動電機(jī)（1〇)驅(qū)動，第一鉗葉⑴和第二鉗葉⑵在垂直平面內(nèi) 180。范圍 內(nèi)定位，并閉合，同時彈簧（11)壓縮，鑷子組件松開時，第一驅(qū)動電機(jī)（9)和第二驅(qū)動電機(jī) (10)反向旋轉(zhuǎn)，第一鉗葉（1)和第二鉗葉（2)因彈簧（11)作用自動分離。
2·根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于外科手術(shù)機(jī)器人的多角度從手鑷子，其特征在于， 所述的第一鉗葉（1)和第二鉗葉（2)均分別設(shè)有鋼絲卡槽（15)和固定鋼絲螺孔（14)，第一 鋼絲（12)或第二鋼絲（I 3)沿著鋼絲卡槽（15)用螺釘固定在固定鋼絲螺孔（14)上。
3·根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于外科手術(shù)機(jī)器人的多角度從手鑷子，其特征在于， 所述的第一鋼絲（12)沿逆時針方向拉動第一鉗葉（D，所述的第二鋼絲（13)沿順時針或逆 時針方向拉動第二鉗葉（2)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于外科手術(shù)機(jī)器人的多角度從手鑷子，其特征在于， 所述的鑷子支座（6)上設(shè)有一個牽引孔（6-3)和并排平行的兩個支座耳板（6-1)，所述的牽 引孔（6-3)與連桿機(jī)構(gòu)⑵內(nèi)腔連通，第一鋼絲（ 12)和第二鋼絲（13)均穿過牽引孔（6-3)， 所述的兩個支座耳板（6-1)上分別設(shè)有固定軸安裝孔（6-2)，所述的固定軸安裝孔（6-2)上 設(shè)有固定軸（5)，一個支座耳板（6-D內(nèi)側(cè)通過固定軸（ 5)連接第一鋼絲拉盤（3)，另一個 支座耳板（6-1)內(nèi)側(cè)通過固定軸（5)連接第二鋼絲拉盤（ 4)。
5·根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于外科手術(shù)機(jī)器人的多角度從手鑷子，其特征在于， 所述的第一鋼絲（12)和第二鋼絲（13)為直徑〇.4mm的多股鋼絲繩。
6·根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于外科手術(shù)機(jī)器人的多角度從手鑷子，其特征在于， 所述的固定軸⑸直徑為4mra。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于外科手術(shù)機(jī)器人的多角度從手鑷子，其特征在于， 所述的第一鉗葉（1)和第二鉗葉（2)的材料為Ti-6A1-4v ELI合金。
8·根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于外科手術(shù)機(jī)器人的多角度從手鑷子，其特征在于， 所述的第一鉗葉（1)和第二鉗葉（2)長度為3-4cm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于外科手術(shù)機(jī)器人的多角度從手鑷子，其特征在于， 所述的第一鉗葉（1)和第二鉗葉（2)鉸合面上分別設(shè)有20-30個齒。
【文檔編號】A61B17/28GK104188709SQ201410478258
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】王朝斌, 鄧琛, 丁大民, 費(fèi)冬冬, 黃祖良 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)