手術機器人用蛇形關節、手術器械及內窺鏡制造技術

本發明專利技術提供了一種手術機器人用蛇形關節，包括至少一個關節接頭對以及柔性結構，每個關節接頭對的第一關節接頭包括第一球面，第一球面上設置有第一嚙合機構，每個關節接頭對的第二關節接頭包括第二球面，第二球面上設置有第二嚙合機構，第一嚙合機構和第二嚙合機構相嚙合，所述柔性結構控制所述關節接頭對的擺動方向和擺動角度，實現所述蛇形關節的擺動。采用球面作為關節接頭對擺動時的支撐結構，提高了蛇形關節的承載能力；通過嚙合機構的嚙合運動實現關節接頭對的擺動，提高嚙合機構的嚙合精度，可以實現蛇形關節的高彎曲精度。在本發明專利技術提供的手術器械和內窺鏡中，包括所述蛇形關節，從而能夠使得器械末端或者成像系統到達期望的位置和姿態。

Snake joint, surgical instrument and endoscope for surgical robot

The present invention provides a surgical robot with serpentine joints, including at least one joint of joint and flexible structure, each of the first joint joint joint joint includes first surface, the first spherical surface is provided with a first meshing mechanism, each joint joint joint joint of second consists of second spherical, second spherical is arranged on the second meshing mechanism first, the meshing mechanism and second meshing mechanism is engaged with the flexible structure control of the joint connection on the swing direction and swing angle, realize the snake joint swing. The spherical knuckle joint of the supporting structure as the swing, improves the bearing capacity of serpentine joints; through the meshing engagement mechanism to achieve the joint movement of the swing joint, improve the meshing precision of meshing mechanism, high precision bending joint can realize the snake. The surgical instrument and endoscope provided herein include the serpentine joint, enabling the device end or imaging system to reach desired positions and postures.

【技術實現步驟摘要】
手術機器人用蛇形關節、手術器械及內窺鏡
本專利技術涉及醫療器械
，特別涉及一種手術機器人用蛇形關節、手術器械及內窺鏡。
技術介紹
隨著機器人的快速發展，各種具有特色的機器人不斷地涌現，而其中，對于仿生機器人的研究則顯得越發突出。仿生機器人兼顧生物學的優勢和機器人的優勢，使其研究和應用越來越廣泛，其中，蛇形機器人的研究也越來越多。從早期日本研發的第一臺水下蛇形機器人，到中國國防科大研制的中國第一臺蛇形機器人，該領域在不斷的發展和壯大。蛇形機器人產生和發展的根本原因在于其可以完成正常機器人所不能完成的動作。其運動與自然界中的蛇類似，可以實現平面扭轉和空間扭轉，在運動過程中躲避障礙物，用來完成人或其他機器無法完成的任務。鑒于這一特征，用于醫療手術的蛇形機器人也慢慢地出現了。特別是在微創傷手術過程中，為了實現創口小，達到更佳的治療效果，減少手術過程中對于其他組織的損害，多采用具有蛇形關節的手術器械以及具有蛇形關節的內窺鏡，以實現手術過程中對于其他器官的避讓。這一優勢使得蛇形關節的手術機器人可以很好的應用在醫療領域。然而，目前用于醫療器械的蛇形關節存在著以下缺陷：(1)可轉動角度小。國外出現過一種仿恐龍的手術器械，其原理類似于蛇形關節，通過控制其多個關節的旋轉實現其彎曲功能。但是該器械受限于關節的結構和傳動鋼絲的分布，無法實現關節大幅度的彎曲，同時也不能證明其空間扭轉的特性。(2)承載能力差、運動精度低。專利US6817974B2提出了一種弧面型的蛇形關節，該關節通過不同的排布方式可實現空間的扭轉運動，但是在彎曲扭轉過程中，僅依靠兩個弧形端面中間的連接部分來支撐關節的前端，承載能力較差，雖然提及了齒型配合，但是其利用齒型作為連接部分的支撐，當運動到極限位置時，承載能力依然很差；而且當其運動到某一位置時，依靠鋼絲的張緊來實現關節的靜止，精度低。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種手術機器人用蛇形關節，以提高手術機器人用蛇形關節的承載能力，以提高手術機器人用蛇形關節的運動精度；本專利技術的目的還在于提供一種具有蛇形關節的手術器械以及一種具有蛇形關節的內窺鏡。基于上述目的，本專利技術提供一種手術機器人用蛇形關節，所述手術機器人用蛇形關節具有至少一個自由度，且包括：至少一個關節接頭對和柔性結構；其中，每個關節接頭對包括位于下端的第一關節接頭和位于上端的第二關節接頭，所述第一關節接頭包括第一球面，所述第一球面上設置有第一嚙合機構，所述第二關節接頭包括第二球面，所述第二球面上設置有第二嚙合機構，所述第一關節接頭和所述第二關節接頭通過所述第一嚙合機構和所述第二嚙合機構相嚙合，所述柔性結構控制所述關節接頭對的擺動。可選的，在所述的手術機器人用蛇形關節中，所述第一關節接頭設有周向布置的第一軸向通孔，所述柔性結構延伸通過所述第一軸向通孔，所述第一軸向通孔的數量至少為2個；所述第二關節接頭設有周向布置的第二軸向通孔，所述柔性結構延伸通過所述第二軸向通孔，所述第二軸向通孔的數量至少為2個，至少2個所述第一軸向通孔的位置與所述第二軸向通孔的位置相對應。可選的，在所述的手術機器人用蛇形關節中，所述第一軸向通孔的數量與所述第二軸向通孔的數量相同，并且所述第一軸向通孔的位置與所述第二軸向孔的位置一一對應。可選的，在所述的手術機器人用蛇形關節中，所述第一關節接頭的中心設置有第三軸向通孔；所述第二關節接頭的中心設置有第四軸向通孔；所述第三軸向通孔與所述第四軸向通孔對應。可選的，在所述的手術機器人用蛇形關節中，所述第一球面直徑和所述第二球面直徑相等。可選的，在所述的手術機器人用蛇形關節中，所述第一嚙合機構包括多個相互平行且間隔排列的第一嚙齒，相鄰兩個第一嚙齒之間設置有第一齒槽；所述第二嚙合機構包括多個相互平行且間隔排列的第二嚙齒，相鄰兩個第二嚙齒之間設置有第二齒槽；其中，所述第一嚙齒與所述第二齒槽對應，所述第二嚙齒與所述第一齒槽對應。可選的，在所述的手術機器人用蛇形關節中，所述第一嚙齒的數量比所述第二嚙齒的數量多。可選的，在所述的手術機器人用蛇形關節中，所述第一關節接頭還包括第一端面，所述第一端面與所述第一球面相對；所述第二關節接頭還包括第二端面，所述第二端面與所述第二球面相對。可選的，在所述的手術機器人用蛇形關節中，所述第一端面與第二端面直徑相等。可選的，在所述的手術機器人用蛇形關節中，所述第一端面上設置有徑向貫通的第一凹槽；所述第二端面上設置有徑向貫通的第二凹槽。可選的，在所述的手術機器人用蛇形關節中，當所述手術機器人用蛇形關節具有n個自由度時，所述柔性結構至少為2n個，其中n為大于等于1的自然數。可選的，在所述的手術機器人用蛇形關節中，所述關節接頭對的數量為1個～10個，所述關節接頭對依次鄰接。可選的，在所述的手術機器人用蛇形關節中，相鄰的兩個關節接頭對中，相鄰并且分屬于兩個不同關節接頭對的所述第一關節接頭和所述第二關節接頭固定連接或可拆卸連接。可選的，在所述的手術機器人用蛇形關節中，相鄰并且分屬于兩個關節接頭對的所述第一關節接頭的所述第一嚙齒的延伸方向和所述第二關節接頭的所述第二嚙齒的延伸方向平行或異面。可選的，在所述的手術機器人用蛇形關節中，相鄰并且分屬于兩個不同關節接頭對的所述第一關節接頭的所述第一嚙齒的延伸方向和所述第二關節接頭的所述第二嚙齒的延伸方向之間的夾角為45°或者90°。可選的，在所述的手術機器人用蛇形關節中，至少兩個所述柔性結構的遠端與所述手術機器人用蛇形關節中位于最遠端的一個關節接頭對中的第二關節接頭固定。可選的，在所述的手術機器人用蛇形關節中，所有所述柔性結構的遠端與所述手術機器人用蛇形關節中位于最遠端的一個關節接頭對中的第二關節接頭固定。本專利技術還提供一種手術器械，所述手術器械包括器械末端、如上所述的手術機器人用蛇形關節、管狀物、柔性件以及控制器；其中，所述器械末端、所述手術機器人用蛇形關節、所述管狀物和所述控制器依次連接；所述柔性件一端連接所述控制器，另一端經過所述管狀物分別與所述器械末端連接；所述手術機器人用蛇形關節的柔性結構的近端經過所述管狀物與控制器連接；所述控制器通過所述柔性件控制所述器械末端運動，通過所述手術機器人用蛇形關節的柔性結構控制所述蛇形關節擺動。本專利技術還提供一種內窺鏡，所述內窺鏡包括成像系統、如上所述的手術機器人用蛇形關節、管狀物以及控制器；其中，所述成像系統、所述手術機器人用蛇形關節、所述管狀物和所述控制器依次連接；所述手術機器人用蛇形關節的柔性結構的近端經過所述管狀物與所述控制器連接；所述控制器通過所述手術機器人用蛇形關節的柔性結構控制所述蛇形關節擺動，進而調整所述成像系統的位姿。在本專利技術提供的手術機器人用蛇形關節中，具有至少一個自由度，且包括至少一個關節接頭對以及柔性結構，每個所述關節接頭對包括第一關節接頭和第二關節接頭，所述第一關節接頭包括第一球面，所述第一球面上設置有第一嚙合機構，所述第二關節接頭包括第二球面，所述第二球面上設置有第二嚙合機構，所述第一關節接頭和所述第二關節接頭通過所述第一嚙合機構和所述第二嚙合機構相嚙合，所述柔性結構控制所述關節接頭對的擺動方向和擺動角度，以實現所述蛇形關節的擺動。在本專利技術中，采用球面作為關節接頭對擺動時的支撐結構，球面具有更高的支撐能力，從而提本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種手術機器人用蛇形關節，其特征在于，所述手術機器人用蛇形關節具有至少一個自由度，且包括：至少一個關節接頭對和柔性結構；其中，每個關節接頭對包括位于下端的第一關節接頭和位于上端的第二關節接頭，所述第一關節接頭包括第一球面，所述第一球面上設置有第一嚙合機構，所述第二關節接頭包括第二球面，所述第二球面上設置有第二嚙合機構，所述第一關節接頭和所述第二關節接頭通過所述第一嚙合機構和所述第二嚙合機構相嚙合，所述柔性結構控制所述關節接頭對的擺動。

【技術特征摘要】
1.一種手術機器人用蛇形關節，其特征在于，所述手術機器人用蛇形關節具有至少一個自由度，且包括：至少一個關節接頭對和柔性結構；其中，每個關節接頭對包括位于下端的第一關節接頭和位于上端的第二關節接頭，所述第一關節接頭包括第一球面，所述第一球面上設置有第一嚙合機構，所述第二關節接頭包括第二球面，所述第二球面上設置有第二嚙合機構，所述第一關節接頭和所述第二關節接頭通過所述第一嚙合機構和所述第二嚙合機構相嚙合，所述柔性結構控制所述關節接頭對的擺動。2.如權利要求1所述的手術機器人用蛇形關節，其特征在于，所述第一關節接頭設有周向布置的第一軸向通孔，所述柔性結構延伸通過所述第一軸向通孔，所述第一軸向通孔的數量至少為2個；所述第二關節接頭設有周向布置的第二軸向通孔，所述柔性結構延伸通過所述第二軸向通孔，所述第二軸向通孔的數量至少為2個，至少2個所述第一軸向通孔的位置與所述第二軸向通孔的位置相對應。3.如權利要求2所述的手術機器人用蛇形關節，其特征在于，所述第一軸向通孔的數量與所述第二軸向通孔的數量相同，并且所述第一軸向通孔的位置與所述第二軸向孔的位置一一對應。4.如權利要求1所述的手術機器人用蛇形關節，其特征在于，所述第一關節接頭的中心設置有第三軸向通孔；所述第二關節接頭的中心設置有第四軸向通孔；所述第三軸向通孔與所述第四軸向通孔對應。5.如權利要求1所述的手術機器人用蛇形關節，其特征在于，所述第一球面直徑和所述第二球面直徑相等。6.如權利要求1所述的手術機器人用蛇形關節，其特征在于，所述第一嚙合機構包括多個相互平行且間隔排列的第一嚙齒，相鄰兩個第一嚙齒之間設置有第一齒槽；所述第二嚙合機構包括多個相互平行且間隔排列的第二嚙齒，相鄰兩個第二嚙齒之間設置有第二齒槽；其中，所述第一嚙齒與所述第二齒槽對應，所述第二嚙齒與所述第一齒槽對應。7.如權利要求6所述的手術機器人用蛇形關節，其特征在于，所述第一嚙齒的數量比所述第二嚙齒的數量多。8.如權利要求1所述的手術機器人用蛇形關節，其特征在于，所述第一關節接頭還包括第一端面，所述第一端面與所述第一球面相對；所述第二關節接頭還包括第二端面，所述第二端面與所述第二球面相對。9.如權利要求8所述的手術機器人用蛇形關節，其特征在于，所述第一端面與第二端面直徑相等。10.如權利要求9所述的手術機器人用蛇形關節，其特征在于，所述第一端面上設置有徑向貫通的第一凹槽；所述第...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李濤，何超，王常春，何裕源，袁帥，
申請(專利權)人：微創上海醫療機器人有限公司，
類型：發明
國別省市：上海,31