一种辅助微创手术中夹持内窥镜的末端执行器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微创外科手术医疗设备技术领域，具体涉及一种辅助微创手术中夹持内窥镜的末端执行器。
【背景技术】
[0002]在传统微创手术中需要助手把持内窥镜为主治医生提供视觉引导，这种手术实施方式造成医生手-眼协调性差、且助手长时间的把持内窥镜容易疲劳而引起的手术图像的不稳定。为解决这个问题，近些年来，机器人技术广泛应用到微创手术中，由此发展起来的机器人辅助微创手术通过手术机器人的末端执行器来替代医生把持手术器械、替代助手把持内窥镜，医生可控制末端执行器运动来完成手术图像视野的变换，这种手术模式提高了手术操作精度和灵活度，扩展了术式类别。为保证手术安全，所研究的末端执行器需设计为远心机构形式，以实现内窥镜绕切口做探入运动和切口切线方向两个转动的“定点”运动。
[0003]专利申请号为200510013171.9、公开号为CN1654174A、公开日为2005年8月17日的发明专利公开了一种《外科手术机器人从操作手》，该专利中所述的末端执行器是通过驱动主要由齿扇、齿轮、弧形导轨组成的圆弧运动关节机构和弧形导轨旋转关节机构，使固定在前端的手术工具包括内窥镜实现绕切口的运动。该末端执行器存在末端质量大、运动角度小的问题。专利申请号为PCT/IT2005/000486、公开号为W02006016390A1、公开日为2006年2月16日的专利公开了一种《用于控制内窥镜精确操作的机器人系统》，该专利中所述的夹持内窥镜的末端执行器结构是通过主动模式控制保持机器人实际位置的三至五个自平衡机械臂(也可用于被动控制)组成。至少两个机械臂支撑微创手术内窥镜的运动系统，其中每个机械臂都能驱动内窥镜绕两个相互垂直的轴转动，并能独立夹持内窥镜沿切口插入病人的体内，然而其不足之处在于:结构复杂，控制难度较大，生产成本较高。专利申请号为200710072692.0、公开号为CN101112329A、公开日为2008年1月30日的发明专利公开了一种《主被动式内窥镜操作手术机器人》，该专利中所述夹持内窥镜的末端执行器是在内窥镜的连接处采用了球铰链装置，机器人机械臂带动内窥镜运动，并在患者切口的约束下，由球关节实现绕切口的运动。该末端执行器结构简单，制作成本相对不高，然而它存在对患者切口一定的作用力。专利申请号为200810152765.1、公开号CN101396298A、公开日为2009年4月1日的发明专利公开了《一种用于辅助微创外科手术的持镜机器人系统》，该专利中所述夹持内窥镜的末端执行器采用平行四边形结构，通过驱动其相邻两杆，为机构提供了两个自由度，结构体积小，但其远心运动是通过在内窥镜连接处添加了两个被动旋转关节，依靠切口的约束来满足手术自由度要求，其约束作用同样对患者切口本身产生一定的影响。专利申请号为200710043740.3、公开号为CN100486533C，公开日为2009年5月13日的发明专利公开了一种《鼻腔手术内窥镜辅助机械手》，该专利所述的夹持内窥镜的末端执行器由旋转机构、俯仰机构组成。旋转机构主要通过其行星齿轮和中心齿轮啮合实现旋转运动，俯仰机构主要是通过其小齿轮与齿条板的内齿圈啮合运动实现俯仰运动；旋转机构和俯仰机构的运动副轴线汇交于一点，实现远心运动。该专利所述的末端执行器的结构较为复杂，质量偏大，其齿轮、齿条的安装及啮合对远心运动影响较大。专利申请号为200910073024.9、公开号为CN101690674A、公开日为2010年4月7日的发明专利公开了一种《腹腔微创外科手术用器械夹持机械手》，该专利所述的手术工具(包括内窥镜)夹持机械手是利用轴驱动关节和由驱动机构、传动机构、平台机构组成的单平行四杆关节，实现手术器械(包括内窥镜)在手术过程中绕定位板上的定位孔做定点运动。该夹持执行器提高了手术的可靠性和安全性，然而它存在摆动过程中容易产生运动干涉、夹持机械手末端质量大等不足。
【发明内容】
[0004]本发明为解决现有外科手术中夹持内窥镜的装置重量大、结构复杂、摆动过程中容易产生运动干涉，对患者的手术切口存在作用力等问题，进而提出一种辅助微创手术中夹持内窥镜的末端执行器。
[0005]本发明为解决上述问题采取的技术方案是:一种辅助微创手术中夹持内窥镜的末端执行器包括基座、对称本体、末端伸缩体、第一减速器、第二减速器和第三减速器，所述基座包括机架、立柱、第一直线导轨、第一滑块、第二滑块和第三滑块，机架为L形并水平放置，立柱垂直安装在机架长边的端面上，立柱上沿其长度方向的端面设置有第一直线导轨，第一滑块、第二滑块和第三滑块由上至下依次设置在第一直线导轨内，机架的短边的外端面与第一减速器的输出轴连接，第一减速器的输出轴的中心轴线与短边的长度方向的中心线垂直设置，所述第一减速器安装在末端执行器前端的机械臂上，
[0006]对称本体包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第五连杆、第六连杆和第七连杆，第一连杆的一端安装在机架的长边上，并与第二减速器的输出轴相连接，第二减速器的输出轴的中心轴线与长边的长度方向的中心线垂直设置，第一连杆的另一端与第二连杆和第三连杆的一端铰接，第二连杆的另一端与第四连杆的一端铰接后固定在第一滑块上，第三连杆的另一端与第五连杆的一端铰接后固定在第二滑块上，第四连杆的另一端与第五连杆的另一端铰接后与末端伸缩体连接，第二连杆、第三连杆、第四连杆和第五连杆的长度相等，它们连接后形成菱形，所述菱形以第一直线导轨长度方向的中心线对称设置，第六连杆的一端铰接在第一连杆的中部，第六连杆的另一端与第七连杆的一端铰接后固定在第三滑块上，第七连杆的另一端铰接设置在末端伸缩体上，第六连杆和第七连杆的长度相等，且以第一直线导轨长度方向的中心线对称设置，
[0007]末端伸缩体包括伸缩本体、第二直线导轨、滚珠花键运动副、内窥镜工具座、导轮组和钢丝，伸缩本体上沿其长度方向的端面A上设置有第二直线导轨，内窥镜工具座可滑动装配在第二直线导轨上，内窥镜安装在内窥镜工具座上，内窥镜的长度方向与第二直线导轨的长度方向一致设置，滚珠花键副设置在伸缩本体的一端端部，第三减速器通过联轴器与滚珠花键运动副连接，导轮组包括第一导轮、第二导轮、第三导轮和第四导轮，第一导轮、第二导轮、第三导轮和第四导轮均固定在伸缩本体的端面A上，第四导轮与第一导轮、第二导轮和第三导轮之间由第二直线导轨隔开，钢丝缠绕在滚珠花键运动副上，钢丝的一端a通过第一导轮导向后打结固定在内窥镜工具座内，钢丝的另一端b依次通过第二导轮和第三导轮导向后并由第四导轮张紧后固定在内窥镜工具座内，伸缩本体上与端面A相对的端面B的下部由上至下依次设置有第一销轴和第二销轴，第四连杆的另一端和第五连杆的另一端与第一销轴铰接，第七连杆的另一端与第二销轴铰接，
[0008]第一减速器的输出轴的中心轴线与内窥镜长度方向的中心线相交于点C，点C为手术中的切口位置。
[0009]本发明的有益效果是:本发明装置可以夹持内窥镜辅助微创手术操作，可以将持镜助手从单调、疲劳的持镜工作中解放出来，具有非常重要的实际意义。本发明与现有的内窥镜夹持装置相比，具有以下有益效果:
[0010]一、本发明中，第一减速器的输出轴的中心轴线与内窥镜长度方向的中心线相交于点C，点C为固定点，采用第二连杆、第三连杆、第四连杆和第五连杆组成新型的对称菱形结构，菱形结构以第一直线导轨的中心线对称设置，菱形结构的一个连接点与第一连杆铰接设置，菱形结构的另一个连接点与末端伸缩体铰接，菱形结构的两个中间连接点分别固定在设置在第一直线导轨上的第一滑块和第二滑块上，第一连杆与第二减速器的输出轴连接，第六连杆的一端与第一连杆中部铰接，第六连杆的另一端与第七连杆的一端铰接后固定在第三滑块上，第七连杆的另一端与末端伸缩体铰接设置，第六连杆与第七连杆以第一直线导轨长度方向的中心线对称设置，在第二减速器的带动下，第一连杆做顺时针方向运动时，由于第一连杆与末端伸缩体运动的对称性，使得末端伸缩体以c点为坐标原点绕y轴做逆时针方向转动；第一连杆做逆时针方向运动时，由于第一连杆与末端伸缩体运动的对称性，使得末端伸缩体以c点为坐标原点绕y轴做顺时针方向转动。