本發(fā)明屬于微創(chuàng)手術(shù)輔助設(shè)備的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種新型微創(chuàng)手術(shù)機器人夾持裝置。

背景技術(shù)：

微創(chuàng)手術(shù)，顧名思義就是微小創(chuàng)傷的手術(shù)。由于這種手術(shù)治療方式具有出血少、創(chuàng)傷小、并發(fā)癥少、安全可靠和術(shù)后恢復(fù)快等優(yōu)點，極大的降低了傳統(tǒng)手術(shù)對人體的傷害，減少了疾病給患者給來的不便和痛苦，已使得其成為有關(guān)疾病的首選治療方案。

出于手術(shù)質(zhì)量以及病人安全考慮，微創(chuàng)手術(shù)器械就要滿足很高的要求。但是，目前的微創(chuàng)手術(shù)器械體積較大、操作復(fù)雜，而且成本較高。就知名度較高的達芬奇醫(yī)療手術(shù)機器人系統(tǒng)而言，操作起來十分麻煩，手術(shù)時間較長，直接影響了手術(shù)效率，而且整個手術(shù)輔助系統(tǒng)價格以百萬計，十分昂貴，使得其在醫(yī)院的普及程度大大降低。其次，價格便宜一些的器械往往手術(shù)的可靠性很難得到保障，對病人的生命安全構(gòu)成了嚴重威脅。因此，目前的微創(chuàng)醫(yī)療手術(shù)器械還有很多問題急需得到改進。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，開發(fā)一種低成本的微創(chuàng)外科手術(shù)器械，它能靈巧和直觀的實現(xiàn)手臂、腕狀控制，并且通過手柄能夠?qū)ζ餍档哪┒藞?zhí)行器實現(xiàn)靈活控制，有效的幫助醫(yī)生實現(xiàn)手術(shù)過程中抓取、夾持、縫合功能。以此為手術(shù)醫(yī)生提供一種結(jié)構(gòu)精巧、操作簡單、實用性強、工作效率高、可靠性高的六自由度微創(chuàng)手術(shù)機器人系統(tǒng)。

為達到上述目的，本發(fā)明所提供的微創(chuàng)手術(shù)機器人系統(tǒng)采用下述技術(shù)方案：

一種由線驅(qū)動的六自由度微創(chuàng)手術(shù)機器人夾持裝置，包括：

運動控制組件，其包括手環(huán)、中環(huán)、外環(huán)殼體、手柄、鉸鏈鏈接、驅(qū)動滑輪、換向滑輪、線纜、骨架、工具桿、十字萬向節(jié)。所述手環(huán)用于將整個裝置和手臂固結(jié)在一起，所述中環(huán)與所述手環(huán)連接在一起，所述外環(huán)殼體又與所述中環(huán)連接在一起，環(huán)環(huán)相扣。所述手柄握于醫(yī)生手中，跟隨醫(yī)生手的動作一起運動，實現(xiàn)醫(yī)生手動作的模擬，并往裝置的下一個構(gòu)件傳遞，以此為控制組件提供動力。所述鉸鏈鏈接用于將手柄和該裝置手臂固定組件的外環(huán)殼體連接起來。所述驅(qū)動滑輪有兩個，分別安裝在外環(huán)殼體的底部和右側(cè)，并與前面所述鉸鏈連接在一起，所述換向滑輪安裝在外環(huán)殼體上部，所述線纜有四根，它們一端纏繞并固結(jié)在驅(qū)動滑輪上，沿外環(huán)殼體表面繞過換向滑輪，將驅(qū)動力往后傳。所述骨架與外環(huán)殼體連接在一起，中間設(shè)有線纜通道，所述工具桿與骨架末端連接在一起，且內(nèi)部中空。所述十字萬向節(jié)設(shè)有四個線纜通孔，并在最后一節(jié)還設(shè)有四個用于固結(jié)線纜末端的凸起圓柱體。

再進一步的，還包括驅(qū)動組件，其包括驅(qū)動桿、手柄、線纜、換向滾珠、橡膠軟管。所述驅(qū)動桿安裝在所述手柄內(nèi)部，為機器人末端執(zhí)行器提供動力。所述線纜與驅(qū)動桿相連接，使得驅(qū)動桿提供的動力能夠傳輸?shù)侥┒藞?zhí)行器。所述換向滾珠安裝與所述手柄內(nèi)部，能夠改變所述線纜方向。所述橡膠軟管內(nèi)部中空，可彎曲擺動但不可壓縮。

更進一步的，還包括末端執(zhí)行器組件，其包括固定抓手、活動抓手、扭轉(zhuǎn)彈簧、滑輪、線纜。所述固定抓手與十字萬向節(jié)最后一節(jié)通過螺紋連接。所述活動抓手與所述固定抓手相配合，以抓取物體。所述扭轉(zhuǎn)彈簧位于所述固定抓手與所述活動抓手之間，使二者保持一定的張開角度。所述滑輪與所述活動抓手配合在一起。所述線纜與活動抓手固結(jié)在一起，使其與所述滑輪一起運動。

特別的，所述外環(huán)殼體內(nèi)部設(shè)有環(huán)形溝槽，可以繞中環(huán)360°旋轉(zhuǎn)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有以下實質(zhì)性特點和優(yōu)點：

(1)本發(fā)明所提供的由線驅(qū)動的六自由度微創(chuàng)手術(shù)機器人夾持裝置的末端執(zhí)行器能實時靈活的實現(xiàn)手臂和腕狀控制，圍繞外科醫(yī)生的手腕幾何地投影出一個由手柄、鉸鏈鏈接和滑輪傳動三者組成的“虛擬旋轉(zhuǎn)中心”，依靠“虛擬中心”機制，將醫(yī)生的手腕動作傳遞到末端執(zhí)行器。

(2)本發(fā)明所提供的由線驅(qū)動的六自由度微創(chuàng)手術(shù)機器人夾持裝置末端執(zhí)行器能夠?qū)崿F(xiàn)空間6個自由度的運動。其中四個自由度是機器人系統(tǒng)將外科醫(yī)生前臂x軸方向、y軸方向、z軸方向以及繞x軸旋轉(zhuǎn)方向直接傳遞到末端執(zhí)行器。特別的，旋轉(zhuǎn)手柄，可以通過外環(huán)殼體帶動骨架、工具桿及末端執(zhí)行器實現(xiàn)繞x軸360°旋轉(zhuǎn)，有效的彌補了角度受到限制這個缺點。

除了這四個自由度外，外科醫(yī)生的手腕左右和上下傾斜的兩個自由度由“虛擬中心”系統(tǒng)捕獲并且經(jīng)由鉸鏈鏈接，滑輪和纜線傳輸?shù)侥┒藞?zhí)行器。以上下傾斜為例，手腕上下傾斜，手柄也會同步運動，將通過鉸鏈帶動外環(huán)殼體右側(cè)的驅(qū)動滑輪轉(zhuǎn)動，此時，外環(huán)殼體底部的滑輪不轉(zhuǎn)動，以此帶動控制末端執(zhí)行器上下傾斜的兩根線纜繞驅(qū)動滑輪轉(zhuǎn)動并產(chǎn)生位移變化，最終實現(xiàn)末端執(zhí)行器上下傾斜。同理，左右傾斜通過底部驅(qū)動滑輪帶動線纜轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)。

(3)本發(fā)明所提供的由線驅(qū)動的六自由度微創(chuàng)手術(shù)機器人夾持裝置末端執(zhí)行器原始狀態(tài)就存在一定的角度，可以根據(jù)手柄提供驅(qū)動力的大小改變其角度大小，驅(qū)動力越大，二者角度越小，直至兩個抓手平面完全接觸重合，客觀上是提高了機器人系統(tǒng)的功能可靠性，同時也使病人的安全得到了保障。

(4)本發(fā)明所提供的由線驅(qū)動的六自由度微創(chuàng)手術(shù)機器人夾持裝置所有零部件都可以通過3d打印的方法來制造，有效的降低了成本，并且整體的結(jié)構(gòu)功能是通過純粹的傳統(tǒng)機械傳動來實現(xiàn)的，并能將醫(yī)生手臂的動作直接反映到末端執(zhí)行器上，說明本發(fā)明成本低、結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡單、實用性強。

(5)本發(fā)明所提供的由線驅(qū)動的六自由度微創(chuàng)手術(shù)機器人控制裝置，可以平穩(wěn)、快速、準確地將醫(yī)生手臂動作傳遞到末端執(zhí)行器，有效節(jié)省了手術(shù)所需的時間，提高手術(shù)的效率，增加了接受治療的病人人數(shù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中由線驅(qū)動的六自由度微創(chuàng)手術(shù)機器人夾持裝置的示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例中由線驅(qū)動的六自由度微創(chuàng)手術(shù)機器人夾持裝置的控制組件示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例中由線驅(qū)動的六自由度微創(chuàng)手術(shù)機器人夾持裝置的末端執(zhí)行器組件示意圖；

圖4為本發(fā)明實施例中由線驅(qū)動的六自由度微創(chuàng)手術(shù)機器人夾持裝置的驅(qū)動組件示意圖；

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

參見圖1，本發(fā)明實例提供了一種由線驅(qū)動的六自由度微創(chuàng)手術(shù)機器人夾持裝置，包括驅(qū)動組件(1)、控制組件(2)、末端執(zhí)行器組件(3)。

參見圖2，提供了本發(fā)明實例一種由線驅(qū)動的六自由度微創(chuàng)手術(shù)機器人夾持裝置的控制組件(2)，包括：

手柄(4)、鉸鏈(5)、驅(qū)動滑輪(6)、手環(huán)(7)、中環(huán)(8)、外環(huán)殼體(9)、骨架(10)、直桿(11)、十字萬向節(jié)(12)。所述手柄(4)握在醫(yī)生手中，通過鉸鏈(5)與驅(qū)動滑輪(6)連接在一起，所述驅(qū)動滑輪(6)上面固結(jié)有線纜，又連接在外環(huán)殼體(9)上。手環(huán)(7)用于將整個裝置和手臂固結(jié)在一起，所述中環(huán)(8)與所述手環(huán)(5)連接在一起，所述外環(huán)殼體(9)又與所述中環(huán)(8)連接在一起，并且由于外環(huán)殼體內(nèi)存在環(huán)形溝槽，可以使外環(huán)殼體(9)實現(xiàn)繞手環(huán)(7)360°旋轉(zhuǎn)。所述骨架(10)與所述外環(huán)殼體(9)連接在一起，內(nèi)部設(shè)有線纜通道，所述直桿(11)與所述骨架(10)相連，內(nèi)部中空。所述十字萬向節(jié)(12)與所述直桿(11)相連，帶動夾持組件(3)做相應(yīng)運動。

參見圖3，提供了本發(fā)明實例一種由線驅(qū)動的六自由度微創(chuàng)手術(shù)機器人夾持裝置的末端執(zhí)行器組件(2)，包括：固定抓手(13)、線纜(14)、滑輪(15)、活動抓手(16)、扭轉(zhuǎn)彈簧(17)，所述固定抓手(13)與所述十字萬向節(jié)(12)連接，所述滑輪(15)與所述活動抓手(16)相配合，并與所述固定抓手(13)相連接，所述線纜(14)與所述活動抓手(16)固結(jié)，以帶動所述活動抓手(16)做夾持動作。所述扭轉(zhuǎn)彈簧(17)與所述固定抓手(13)以及所述活動抓手(16)相配合，是其二者在原始狀態(tài)下始終保持一定角度。

參見圖4，提供了本發(fā)明實例一種由線驅(qū)動的六自由度微創(chuàng)手術(shù)機器人夾持裝置的驅(qū)動組件(1)，包括：手柄(4)、驅(qū)動桿(18)、線纜(19)、換向滾輪(20、21)、橡膠軟管(22)、檔桿(23)、槽(24)。所述驅(qū)動桿(18)安裝在所述手柄(4)的內(nèi)部，為末端執(zhí)行器提供夾持力，所述線纜(19)與所述驅(qū)動桿(18)固結(jié)，將驅(qū)動力傳遞給末端執(zhí)行器，所述換向滾輪(20、21)改變線纜的傳遞方向，所述橡膠軟管(22)連接在所述手柄(4)與所述控制組件(2)之間，內(nèi)部中空，方便線纜通過。所述檔桿(23)是為了確定所述驅(qū)動桿(18)的原始位置，所述槽(24)則是方便驅(qū)動桿(18)運動。

本發(fā)明實施例結(jié)構(gòu)簡單、體積小，操作靈活，能使手臂的動作直觀準確的反映在末端執(zhí)行器上，有效提高手術(shù)的效率和成功率，減輕醫(yī)護人員的工作強度，減少手術(shù)所需的時間，減輕了病人痛楚，增加了接受治療的病人人數(shù)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換或改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。