一種用于微創手術的六自由度絲傳動手術器械的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種絲傳動醫療機器人設備，特別涉及一種用于微創手術的手術器械。
【背景技術】
[0002]幾年來，人們開始更多地關注自身疾病的診斷、治療、預防以及衛生健康，在這種情況下，先進醫療儀器設備和手術機器人得到了迅速的發展與推廣，尤其是微創外科手術機器人。在早期微創外科手術中，醫生通過患者表皮微小切口，將細長的內窺鏡和手術器械深入至病灶進行操作。相比于傳統外科手術，它具有創傷小、出血量少、術后恢復時間短等諸多優點。但操作空間小、手術難度大，對醫生的水平要求高等問題限制了微創外科手術在精密手術中的運用。隨著機器人技術和信息化技術的發展，微創外科手術機器人應運而生，它穩定性強、靈敏度高、便于醫生操作，將醫療技術提高到了一個新的層面。微創外科手術機器人最關鍵的一部分微創手術器械的設計也變得尤為重要。
[0003]現在大多數的微創手術器械是三或四個自由度，它們配合微創手術機械臂完成微創手術。這樣的整套設備體積過于龐大，安裝、調試比較復雜，甚至需要專門手術房間和各種配套設施。而且多個龐大的機械臂在手術過程中可能會發生干涉。同時術前準備及術中更換器械等操作耗時較長。
[0004]鋼絲繩傳動技術普遍應用于微創手術器械的傳動中，其優越性主要體現一下三方面:一，適于長距離傳遞運動和動力，能夠將動力源布局在遠離關節位置處，簡化結構設計；二，在長距離傳動過程中易于改變方向，傳動結構簡單、小巧緊湊，非常適用于有限空間內多自由度布局；三，合適預緊力下無回差，可以吸收震動，使末端執行器運動更平穩。
[0005]目前已經開始研宄多自由度的微創手術器械以使手術器械更加靈活，可以提供幾乎與人手相媲美的旋轉、彎曲等動作。在進行血管、神經的分離、止血、打結、縫合外科操作動作時，能夠提供了精細操作，同時也拓展了醫生的操作能力。
【發明內容】
[0006]本發明提供了一種在外科醫生操作控制下，結合平移機構能夠完成打結、縫合復雜操作的六自由度微創外科手術器械。本發明基本模擬人的手臂的關節，有肩關節、肘關節、腕關節和指關節，不僅自轉自由度設計在手術器械前端腕關節與指關節之間，同時在手指部位設計了快換有效減少了微創手術中的更換手術器械的時間。
[0007]為了達到上述目的，本發明所采用的是如下的技術方案:
[0008]此新型的微創手術器械包括四部分:手術器械的動力接口部分，手術器械的主體連桿部分，手術器械的末端執行器部分和手術器械的末端快換部分。
[0009]微創手術器械的連桿部分包括肩關節偏轉自由度、肘關節俯仰自由度、腕關節俯仰自由度和手腕自傳自由度。末端執行器部分包括手指的開合自由度和手指的俯仰自由度。連桿部分連接動力裝置與末端執行器。兩個手指的絲槽將絲固定，絲經過中心通道件再經過導向輪與絲固定裝置相連，絲固定裝置再與電機輸出軸相連，電機驅動實現兩個手指的同步偏轉或開合運動。手腕的自轉運動通過控制纏繞于自轉部件上的絲來實現。腕關節的俯仰運動由控制分布于腕關節兩側的兩組輪來實現。肘關節的俯仰運動和肩關節的偏轉運動都是控制關節中間的雙軌道輪來實現。
[0011]本發明具有如下優點:
[0012]1.本發明手術器械的傳動系統中所述鋼絲繩具有柔性，通過導向輪的傳動實現了長距離的傳動，使得動力轉置后置。
[0013]2.本發明為六個自由度，運動更加靈活，可以完成復雜的手術動作。
[0014]3.本發明只需安裝在一個直線移動機構上，這樣機器人的本體結構明顯占用空間小，做到了小型化。
[0015]4.本發明的快換結果可以有效的節約在手術過程中更換手術器械的時間，同時有效的減少了手術器械的成本。
[0016]5.本發明的自轉設計在手術器械的前端腕關節與指關節的中間，相比于設計在后端的手術器械，前者有效的解決了多自由度器械在腹腔內自轉需要關節復位的問題。
【附圖說明】
[0017]圖1為六自由度微創外科手術器械總體結構示意圖；
[0018]圖2為手術器械核心創新設計示意圖；
[0019]圖3為手術器械指關節和末端快換結構示意圖；
[0020]圖4為手術器械指關節和末端快換結構的爆炸視圖；
[0021]圖5為手術器械腕關節和自轉關節的結構示意圖；
[0022]圖6為手術器械腕關節與自轉關節的絲傳動示意圖；
[0023]圖7為手術器械肘關節的爆炸視圖；
[0024]圖8為手術器械肘關節的正面裝配視圖；
[0025]圖9為手術器械肩關節爆炸示意圖；
[0026]圖10為手術器械肩關節的正面裝配視圖；
[0027]圖11為六自由度微創外科手術器械絲傳動示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合具體實施例對本發明進行詳細描述。
[0029]如圖1所示為本發明的整體結構示意圖，本新型微創手術器械共包括四部分:手術器械的末端快換部分1、末端執行器部分2、主體連桿部分3、動力接口部分4。手術器械的動力接口 4詳見公開的發明專利ZL200910305201.1。
[0030]如圖2所示為手術器械核心創新設計示意圖:末端快換部分1、末端執行器部分2和主體連桿部分3。主體連桿部分包括肩關節3-1、肘關節3-2、腕關節3-3和自轉關節3-4，末端執行器部分為指關節2-1。肩關節3-1提供Rl自由度，肘關節3-2提供R2自由度，腕關節3-3提供R3自由度，自轉關節3-4提供R4自由度，指關節2_1提供R5自由度和R6自由度。且肩關節3-1提供的Rl自由度的軸線垂直于其他關節軸線。快換結構1-1設計在指關節部位，該設計可以使快換更加簡單、方便且節省成本。
[0031]如圖3所示為本發明的指關節部分和末端快換結構示意圖，圖4為指關節和末端快換結構的爆炸視圖。其中，對于指關節部分由插件部分1-1-1的插件1110.1和1110.2分別與自轉關節的自轉連接件340通過指關節軸212相連，同時，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的轉動就可以控制指關節的偏轉自由度和開合自由度。快換結構包括插件部分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的滑動槽1125.1-1125.2上，起到連接、穩固作用。
[0032]如圖5所示為腕關節和自轉關節的結構示意圖，腕關節包括手腕330、手腕320、輪 332.1-332.2、輪 336.1-336.2 和軸