1.本发明涉及医疗器械技术领域，具体为一种基于杆传动的手持式手术机器人。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.相较于传统微创手术或开放手术，微创手术机器人能够大大减小手术创口、缩短术后恢复时间、减少术后并发症；于此同时还能够提高手术的精准性和稳定性、降低医生的疲惫感、消除人手在进行精准操作时无法避免的震颤。
4.目前已有的手持式电控手术器械在功能实现、人机交互、外形及内部结构合理性设计、力反馈等方面仍存在很多问题：使用者在进行手术操作时手腕较难保持顺直状态，掌部组织承受压力，存在静态施力的现象；人手控制按键设计不合理，手部肌肉容易发生疲劳，影响手术操作的安全性，且较难实现单手操作；驱动末端执行器实现自转、夹持和偏摆运动的机构较难实现自锁性,不能使手术器械在手术过程中保持合理的位姿进行手术操作；同时灵活度较低，一般只有2-3个自由度,对于复杂微创手术操作来说具有一定的难度，器械间容易发生碰撞，各种器械之间产生干涉，并且在操作中还会容易因为手术器械的移动对病人二次伤害，给患者带来不必要的痛苦。
5.同时，现有的手术机器人价格昂贵，其中达芬奇手术机器人国内售价在2000万元左右，同时机器人的“机械臂”只能使用十次，而每次手术需要3-4条机械臂，每条机械臂的更换成本接近两万元，单次手术费用高，目前较难普及。


技术实现要素：

6.为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供一种基于杆传动的手持式手术机器人，在控制手柄上集成三种功能，可以完成器械末端执行器的转动、偏摆和夹持机构的自由开合，进而支持微创手术的操作，使末端夹持机构在受限的手术空间内完成多种精确的手术操作，还利用快换结构，可以方便快速的实现末端执行器的快换操作。
7.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.本发明的第一个方面提供一种基于杆传动的手持式手术机器人，包括手持部，手持部内部设有至少两组驱动机构，手持部通过刚性管连接夹持器，刚性管上设有快换机构，手持部设有扳机和按钮；
9.夹持器位于刚性管远离手持部的一端，夹持器通过夹持连杆组件与夹持杆连接，其中一组驱动机构带动第二夹持杆沿自身轴线实现往复直线运动，经第一夹持杆、快换机构和夹持杆带动夹持连杆组件实现夹持器的夹持运动；
10.夹持器具有偏摆转轴，另一组驱动机构带动第二偏摆杆沿自身轴线实现往复直线运动，经第一偏摆杆、快换机构和偏摆杆带动夹持器沿偏摆转轴实现偏摆运动；
11.刚性管与手持部连接处设置有拨轮，拨轮套接刚性管的外部，拨轮内部设有转动
机构，拨轮通过转动机构带动夹持器沿自身轴线旋转。
12.夹持器包括连接在末端连接架上的至少两组持针器夹片，夹持转轴连接在末端连接架上，末端连接架设有夹持连杆组件，夹持连杆组件连接夹持杆；夹持杆沿自身轴线方向往复直线运动，通过夹持连杆组件带动两组持针器夹片沿夹持转轴的轴线张开或闭合实现夹持器动作。
13.快换机构包括位于刚性管上的管道后端和管道前端，管道前端靠近手持部，管道后端靠近夹持器，管道后端与管道前端形成可拆卸连接的管道连接端。
14.管道连接端包括第二连接凸端、第二连接凹端，第一连接凸端和第一连接凹端，第一连接凹端与第二连接凸端并列布置且与管道后端连接；第一连接凸端和第二连接凹端并列布置，且分别与第一连接凹端和第二连接凸端的位置对应连接于管道前端内。
15.第一连接凸端和第二连接凸端均设有通过弹簧连接的弹簧片，两个弹簧片分别朝向第一连接凹端和第二连接凹端；第一连接凸端和第二连接凸端的弹簧片一侧均设有卡钮，第一连接凹端和第二连接凹端设有卡钮槽。
16.卡钮伸出至卡钮槽内实现第二连接凸端和第二连接凹端的连接，和第一连接凸端和第一连接凹端的连接；弹簧松弛状态下，弹簧片阻挡卡钮伸出，实现第二连接凸端和第二连接凹端的分离，和第一连接凸端和第一连接凹端的分离；夹持杆与第二连接凸端连接，偏摆杆与第一连接凹端连接。
17.驱动机构包括连接架，连接架上设有齿条，齿条两端与手持部壳体连接；驱动轴两端通过小轴承与壳体相连，驱动轴上设有两个齿轮，其中一个齿轮与齿条啮合，另一个与蜗杆啮合，蜗杆与齿条并列布置；驱动电机通过联轴器与蜗杆一端连接，蜗杆另一端通过大轴承与壳体连接。
18.实现夹持运动的驱动机构的连接架通过紧固件与第二夹持杆连接，第二夹持杆通过轴套与第一夹持杆连接，实现偏摆运动的驱动机构的连接架与第二偏摆杆连接。
19.转动机构包括同轴布置且套接连接的第一自转连接管和第二自转连接管，第二自转连接管和偏转连接管同轴布置，拨轮与第一自转连接管连接，偏转连接管位于第二自转连接管一端，第一自转连接管绕第二自转连接管的轴线旋转，拨轮通过第一自转连接管带动刚性管旋转。
20.按键包括并列布置的上按键和下按键，两个按键与实现偏摆运动的驱动机构的电机的编码器连接。
21.扳机通过啮合的大锥齿轮和小锥齿轮与电机连接，通过啮合的两锥形齿轮将扳机的转动信号传递给电机，电机的编码器将信号传递给驱动机电机的编码器。
22.与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
23.1、控制手柄上集成了三种功能，可以完成器械末端执行器的转动、偏摆和夹持机构的自由开合，进而支持微创手术的操作，使末端夹持机构在受限的手术空间内完成多种精确的手术操作。
24.2、刚性管上设置了快换结构，可以方便快速的实现末端执行器的快换操作。
附图说明
25.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示
意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
26.图1是本发明一个或多个实施例提供的手术机器人整体结构示意图；
27.图2是本发明一个或多个实施例提供的手术机器人末端夹持器结构示意图；
28.图3是本发明一个或多个实施例提供的夹持器内部结构示意图；
29.图4是本发明一个或多个实施例提供的手术机器人快换机构结构示意图；
30.图5-6是本发明一个或多个实施例提供的快换机构立体视角结构示意图；
31.图7-8是本发明一个或多个实施例提供的快换机构侧视视角结构示意图；
32.图9是本发明一个或多个实施例提供的快换机构内部结构示意图；
33.图10-11是本发明一个或多个实施例提供的快换机构分离状态示意图；
34.图12(a)-12(b)是本发明一个或多个实施例提供的拨轮结构示意图；
35.图13-14是本发明一个或多个实施例提供的转动机构结构示意图；
36.图15是本发明一个或多个实施例提供的手术机器人内部结构示意图；
37.图16是本发明一个或多个实施例提供的手术机器人驱动机构结构示意图；
38.图17是本发明一个或多个实施例提供的手术机器人扳机结构示意图；
39.图1中：1、夹持器，2、刚性管，3、快换机构，4、拨轮机构，5、驱动机构，6、扳机，7、按钮；
40.图2-3中：1-1、持针器夹片，1-2、夹持连杆组件，1-3、末端连接架，1-4、偏摆转轴，1-5、夹持杆，1-6、偏摆杆，1-7、夹持转轴；
41.图4中：3-1、管道后端，3-2、管道连接端，3-3、管道前端；
42.图5-11中：3-2-1、第二连接凸端，3-2-2、第二连接凹端，3-2-3、第一连接凸端，3-2-4、弹簧片，3-2-5、卡钮，3-2-6、第一连接凹端，3-2-7、弹簧；
43.图12中：4-1、拨轮，4.2、转动机构；
44.图13-14中：1-5-1、第一夹持杆，1-6-1、第一偏摆杆，1-6-2、第二偏摆杆，4-2-1、第一自转连接管，4-2-2、第二自转连接管，4-2-3、偏转连接管；
45.图15中：5-1、轴套，5-2、驱动装置，5-3、扳机机构，7-1、下按键，7-2、上按键；
46.图16中：5-2-1、第二夹持杆，5-2-2、连接架，5-2-3、齿条，5-2-4、驱动电机，5-2-5、联轴器，5-2-6、蜗杆，5-2-7、小轴承，5-2-8、齿轮，5-2-9、驱动轴，5-2-10、大轴承，5-2-11、紧固件；
47.图17中：5-3-1、大锥齿轮，5-3-2、小锥齿轮，5-3-3、电机。
具体实施方式
48.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
49.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
50.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
51.以下实施例给出一种基于杆传动的手持式手术机器人，在控制手柄上集成三种功能，可以完成器械末端执行器的转动、偏摆和夹持机构的自由开合，进而支持微创手术的操作，使末端夹持机构在受限的手术空间内完成多种精确的手术操作，还利用快换结构，可以方便快速的实现末端执行器的快换操作。
52.实施例一：
53.如图1-17所示，本实施例的目的是提供一种基于杆传动的手持式手术机器人，包括手持部，手持部内部设有驱动机构5，手持部通过刚性管2连接夹持器1，刚性管2上设有快换机构3；手持部还设有扳机6和按钮7；
54.如图2-3所示，夹持器1位于刚性管2远离手持部的一端(即手持部末端)，包括通过夹持转轴1-7活动连接的至少两组持针器夹片1-1，夹持转轴1-7连接在末端连接架1-3上，末端连接架1-3设有夹持连杆组件1-2，夹持连杆组件1-2连接夹持杆1-5；夹持杆1-5沿自身轴线方向往复直线运动，通过夹持连杆组件1-2带动两组持针器夹片1-1沿夹持转轴1-7的轴线张开或闭合实现夹持器1动作；
55.本实施例中，末端连接架1-3通过夹持连杆组件1-2和夹持转轴1-7与夹持杆1-5的o形端连接，其中，夹持杆1-5的o形端为软杆，夹持连杆组件1-2的转动轴位于末端连接架1-3中部的滑动槽内。
56.末端连接架1-3远离持针器夹片1-1的一端设有t型槽，偏摆杆1-6的t型端位于该t型槽内，t型槽一侧设有偏摆转轴1-4；通过偏摆杆1-6沿自身轴线方向的往复直线运动，带动持针器夹片1-1沿偏摆转轴1-4实现偏摆运动；
57.本实施例中，如图2所示，采取t型槽的结构，在确保偏摆杆1-6与末端连接架1-3连接可靠的前提下，为偏摆杆1-6的往复直线运动和t型端的转动提供运动空间。
58.夹持杆1-5与偏摆杆1-6均位于刚性管2内部。
59.如图4所示，快换机构3包括位于刚性管2上的管道后端3-1和管道前端3-3，管道前端3-3靠近手持部，管道后端3-1靠近夹持器1，管道后端3-1与管道前端3-3形成可拆卸连接的管道连接端3-2；
60.如图5-9所示，管道连接端3-2包括第二连接凸端3-2-1、第二连接凹端3-2-2，第一连接凸端3-2-3和第一连接凹端3-2-6；
61.第一连接凹端3-2-6与第二连接凸端3-2-1并列布置且与管道后端3-1连接。
62.第一连接凸端3-2-3和第二连接凹端3-2-2并列布置，且分别与第一连接凹端3-2-6和第二连接凸端3-2-1的位置对应连接于管道前端3-3内。
63.位于刚性管2内部的夹持杆1-5与第二连接凸端3-2-1连接，位于刚性管2内部的偏摆杆1-6与第一连接凹端3-2-6连接。
64.驱动机构5具有两组，其中一组驱动机构5通过第一夹持杆1-5-1和第二夹持杆5-2-1与第二连接凹端3-2-2连接，另一组驱动机构5通过第二偏摆杆1-6-2和第一偏摆杆1-6-1与第一连接凸端3-2-3连接。
65.第一连接凸端3-2-3和第二连接凸端3-2-1均设有通过弹簧3-2-7连接的弹簧片3-2-4，两个弹簧片3-2-4分别朝向第一连接凹端3-2-6和第二连接凹端3-2-2。
66.第一连接凸端3-2-3和第二连接凸端3-2-1的弹簧片3-2-4一侧均设有卡钮3-2-5，第一连接凹端3-2-6和第二连接凹端3-2-2设有卡钮槽；
67.卡钮3-2-5伸出至卡钮槽内实现第二连接凸端3-2-1和第二连接凹端3-2-2的连接，以及第一连接凸端3-2-3和第一连接凹端3-2-6的连接；
68.弹簧3-2-7松弛状态下，弹簧片3-2-4阻挡卡钮3-2-5伸出，实现第二连接凸端3-2-1和第二连接凹端3-2-2的分离，以及第一连接凸端3-2-3和第一连接凹端3-2-6的分离。
69.如图10-11所示，并列布置的第一连接凹端3-2-6与第二连接凸端3-2-1与管道后端3-1连接，并列布置的第一连接凸端3-2-3和第二连接凹端3-2-2连接于管道前端3-3内；
70.管道后端3-1与管道前端3-3在分离状态下对接时，第一连接凹端3-2-6沿轴线方向朝向第一连接凸端3-2-3运动，相应的第二连接凸端3-2-1朝向第二连接凹端3-2-2运动，相向运动使第一连接凸端3-2-3和第二连接凸端3-2-1的弹簧片3-2-4被压缩，不再阻挡卡钮3-2-5的伸出；
71.当卡钮3-2-5伸出至第一连接凹端3-2-6和第二连接凹端3-2-2的卡钮槽内时，实现第二连接凸端3-2-1和第二连接凹端3-2-2的连接，以及第一连接凸端3-2-3和第一连接凹端3-2-6的连接，进而实现了快换机构3管道后端3-1与管道前端3-3的对接，使得夹持器1与手持部的驱动机构5对接。
72.管道后端3-1与管道前端3-3在对接状态下分离时，管道后端3-1与管道前端3-3发生相对旋转，使得卡钮3-2-5沿卡钮槽滑动至分离状态时，第二连接凸端3-2-1和第二连接凹端3-2-2的连接状态解锁，相应的第一连接凸端3-2-3和第一连接凹端3-2-6的连接状态解锁，解锁后管道后端3-1与管道前端3-3沿直线运动相互分离，分离过程中，弹簧3-2-7推动弹簧片3-2-4重新堵住卡钮槽的出口，使得卡钮3-2-5无法滑出，进而不再产生锁定功能。
73.上述过程使得快换机构3通过简单的直线运动和相对旋转运动实现夹持器1与手持部的拆卸和安装，有利于手术中快速更换。
74.如图12所示，在刚性管2与手持部接触处设置有拨轮4-1，并且拨轮4-1套在刚性管2的外部与其固定，拨轮4-1的刚性管2内部设置有转动机构4-2。
75.如图13-14所示，转动机构4-2包括同轴布置且套接连接的第一自转连接管4-2-1和第二自转连接管4-2-2，第二自转连接管4-2-2和偏转连接管4-2-3同轴布置，拨轮4-1与第一自转连接管4-2-1连接，偏转连接管4-2-3位于第二自转连接管4-2-2一端，第一自转连接管4-2-1绕第二自转连接管4-2-2的轴线旋转；拨轮4-1通过第一自转连接管4-2-1带动刚性管2旋转，从而实现持针器夹片1-1的旋转，但偏转连接管4-2-3不会跟随旋转从而保证偏转杆1-6的位置不会发生变化。
76.刚性管2安装有两个轴套5-1，轴套5-1与手持部的外壳相固定，刚性管2可相对于手持部的外壳转动。
77.第一夹持杆1-5-1穿过转动机构4-2，第一偏摆杆1-6-1的一端与第二自转连接管4-2-1固定，第二偏摆杆1-6-2的一端与偏转连接管4-2-3相固定。
78.手持部的壳体由水平布置的两部分形成，其内部包括并列设置的左右两套驱动机构5和一套扳机6及按键7。两套驱动机构5分别固定于左右壳体上，扳机6的电机5-3-3与其中一组壳体固定。两套驱动机构5的结构相同，一套用于驱动第二夹持杆5-2-1实现夹持器1的张开与闭合，另一套用于驱动第二偏摆杆1-6-2实现夹持器1的偏摆运动。
79.如图15-17所示，驱动机构5包括连接架5-2-2，连接架5-2-2上设有齿条5-2-3，齿条5-2-3两端与手持部壳体连接；驱动轴5-2-9两端通过小轴承5-2-7与壳体相连，其上装有
上下两个齿轮5-2-8，其中一个齿轮5-2-8与齿条5-2-3啮合，另一个与蜗杆5-2-6啮合，蜗杆5-2-6与齿条5-2-3并列布置；驱动电机5-2-4通过联轴器5-2-5与蜗杆5-2-6一端连接，蜗杆5-2-6另一端通过大轴承5-2-10与壳体连接。
80.其中一组的驱动机构5的连接架5-2-2通过紧固件5-2-11与第二夹持杆5-2-1连接，第二夹持杆5-2-1通过轴套5-1与第一夹持杆1-5-1连接。
81.另一组驱动机构5的连接架5-2-2与第二偏摆杆1-6-2连接。
82.扳机6通过啮合的大锥齿轮5-3-1和小锥齿轮5-3-2与电机5-3-3连接，扣动扳机6，啮合的锥形齿轮把扳机6的转动信号传递给电机5-3-3，电机5-3-3的编码器将信号传递给驱动机电机5-2-4的编码器。
83.驱动电机5-2-4接收到信号后，通过联轴器5-2-5带动蜗杆5-2-6旋转，蜗杆5-2-6通过与其啮合的齿轮5-2-8带动驱动轴5-2-9转动，驱动轴5-2-9通过另一个齿轮5-2-8带动齿条5-2-3延轴线实现直线往复运动。
84.实现夹持动作的驱动机构5中，齿条5-2-3通过连接架5-2-2带动第二夹持杆5-2-1沿轴线方向往复运动，第二夹持杆5-2-1将往复直线运动经第一夹持杆1-1传递给夹持杆1-5，夹持杆1-5通过与持针器夹片1-1铰链连接的夹持连杆组件1-2控制持针器夹片1-1的夹持与张开。该驱动机构5中的驱动电机编码器根据其电机的转动状态向扳机的电机传递信号，使扳机电机通过扳机给操作者的手一个力反馈。
85.实现偏摆动作的驱动机构5中，齿条5-2-3通过连接架5-2-2带动第二偏摆杆1-6-2沿轴线方向往复运动，第二偏摆杆1-6-2将往复直线运动经第一偏摆杆1-6-1传递给偏摆杆1-6，从而带动夹持器1向左或向右偏转。
86.按键7包括并列布置的上按键7-2和下按键7-1，两个按键与偏摆驱动机构的电机的编码器连接，进行信号传输。
87.本实施例中，按下上按键7-2，触发其下的薄膜按键，向偏摆驱动机构的电机的编码器进行信号传输，使其控制电机正向旋转，通过涡杆5-2-6使齿条5-2-3向后移动，拉动第二偏摆杆1-6-2向后移动，经过转动机构4-2带动第一偏摆杆1-6-1向后移动，然后再通过快换机构3带动偏摆杆1-6向后移动，最终使末端持针器夹片1-1向左偏转。
88.按下下按键7-1，触发其下的薄膜按键，向偏摆驱动机构的电机的编码器进行信号传输，使其控制电机逆向旋转，通过涡杆5-2-6使齿条5-2-3向前移动，拉动第二偏摆杆1-6-2向前移动，经过转动机构4-2带动第一偏摆杆1-6-1向前移动，然后再通过快换机构3带动偏摆杆1-6向前移动，最终使末端持针器夹片1-1向右偏转。
89.上述结构中，控制手柄上集成了三种功能，可以完成器械末端执行器的转动、偏摆和夹持机构的自由开合，进而支持微创手术的操作，使末端夹持机构在受限的手术空间内完成多种精确的手术操作，还利用快换结构，可以方便快速的实现末端执行器的快换操作。
90.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。