一种同心管手术机构及眼科手术装置的制作方法

1.本发明涉及医疗设备技术领域，具体涉及一种同心管手术机构及眼科手术装置。


背景技术：

2.这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
3.同心管机器人作为新型的连续性机器人在医疗机器人研究领域逐渐发展起来。其是由预弯曲的，超弹性的镍钛合金管相互嵌套而成。通过同心管的轴向伸缩和绕轴心转动可以控制机器人的形状和末端的位姿，同时在同心管末端加上专用的医疗器械执行器就可以完成在复杂环境下的一系列手术动作。同心管机器人具有可以沿着身体中三维曲线导航的能力并且同心管机器人可以将手术器械通过管的空腔固定在管的前端。与传统的直的刚性手术器械相比较，这种柔性机器人具有实时改变形状的能力，所以可以避免与身体重要组织相接触，同心管直径可以达到亚毫米级，对身体的损伤小。
4.如今已有的同心管手术机器人大多针对于自然腔道，鲜有应用于眼科，但同心管机器人在眼科方面的应用也有很好的前景。其中，眼科同心管机器人将更大地减少医生固有的生理颤抖，提高手术的稳定性和精确性，同时同心管的操作更加灵活，可重复性高，相较于传统手术不易手术疲劳，可以实现远程手术，避免时间和空间的局限。例如，视网膜静脉血管堵塞是一种严重的视网膜疾病，严重时可导致失明，传统的治疗方式以药物为主，效果不佳。外科手术是治疗该疾病的另一种方式，而若使用同心管机器人进行眼部的注药，可极大的保证安全性并且将大大减小手术中对眼部的伤害。因此，将同心管机器人应用于眼科领域是一种完全可行的眼科机器人发展新思路。
5.传统的同心管手术机器人，以光杆和丝杠联合多块载板为主要结构，将电机、光杆、丝杠、带轮等驱动结构均布置在载板上，使得载板的面积较大，整个驱动结构体积较大，且由于只是利用光杆进行轴向的约束和固定，相对只能水平放置进行使用，难以实现在竖直或是旋转某个角度的情况下进行使用，灵活性不高，在眼科方面并不适用。所以，需要新的结构以满足同心管手术机器人在眼科手术方面的使用。


技术实现要素：

6.本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种同心管手术机构，体积小，灵活性高，满足了在眼科手术方面的使用需求。
7.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.第一方面，本发明提供了一种同心管手术机构，包括外壳，外壳内转动连接有第一丝杠和第二丝杠，第一丝杠和第二丝杠均螺纹连接有第一齿轮，第一丝杠和第二丝杠设有沿其轴线分布的键槽，并通过键连接有第二齿轮，第一齿轮与第一驱动机构连接，第二齿轮与第二驱动机构连接，第一丝杠端部与外管连接，第二丝杠与内管一端连接，内管另一端依次穿过第二丝杠和外管并伸出至外管外部。
9.进一步的，所述第一驱动机构包括固定在外壳的第一驱动件，所述第一驱动件与
第三齿轮连接，第三齿轮与第一齿轮相啮合。
10.进一步的，所述第二驱动机构包括固定在外壳的第二驱动件，所述第二驱动件与第四齿轮连接，第四齿轮与第二齿轮相啮合。
11.进一步的，所述外壳内设置有限位板，所述第一齿轮和第二齿轮的两个侧面均与限位板接触，限位板用于限制第一齿轮和第二齿轮沿第一丝杠或第二丝杠轴线方向的运动。
12.进一步的，所述外壳还固定有第一光杆和第二光杆，所述第一丝杠套在第一光杆外周，第二丝杠套在第二光杆外周，第一光杆和第二光杆分别用于对第一丝杠和第二丝杠沿轴线方向的运动进行导向。
13.进一步的，所述第一光杆和第二光杆均包括卡接段，卡接段置入卡板设置的卡槽中，所述卡板与外壳固定连接，所述卡接段两端连接有限位段，限位段与卡板两侧面接触，用于限制卡接段运动。
14.进一步的，所述外壳包括中部壳体，所述中部壳体两端分别固定有前壳和后壳，所述中部壳体由上壳和下壳拼接构成。
15.进一步的，所述外壳的前端设置有同心管基座，同心管基座固定有钢管，所述外管穿出至钢管外部。
16.进一步的，所述外管和内管采用预弯曲的超弹性镍钛合金制成。
17.第二方面，本发明提供了一种眼科手术装置，包括所述的同心管手术机构，所述同心管手术机构与机械臂的末端连接，所述内管的末端安装有手术器械。本发明的有益效果：
18.1.本发明的同心管手术机构，外管和内管直接与丝杠连接，利用丝杠带动其运动，无需设置载板、导杆等元件，极大的减小了外管和内管所连接的驱动机构的体积，通过外壳内限位板、卡板的约束，使得结构更加紧凑稳定，可实现了能够装配在机械臂，实现多角度各方向的使用，满足了眼科手术的使用需求，通过医师的控制，可以控制同心管末端到达眼球内的指定手术点；在眼球内定位精度高，同心管直径小、具有高的稳定性，相比于人工和其他医疗器械，大大提高了眼部注射治疗的安全性和有效性。
19.2.本发明的同心管手术机构，通过第一齿轮和第二齿轮的设置，实现了丝杠能够单独实现绕其自身轴线的转动和沿其自身轴线方向的直线运动，满足了手术需求。
附图说明
20.构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
21.图1为本发明实施例1整体结构示意图；
22.图2为本发明实施例1前壳结构示意图；
23.图3为本发明实施例1后壳结构示意图；
24.图4为本发明实施例1驱动模块结构主视图；
25.图5为本发明实施例1第一丝杠与第一齿轮、第二齿轮、第一驱动机构及第二驱动机构装配示意图；
26.图6为本发明实施例1第一限位板在上壳分布示意图；
27.图7为本发明实施例1第二限位板在下壳分布示意图；
28.其中，1.上壳，2.下壳，3.前壳，4.后壳，5.同心管基座，6.钢管，7.外管，8.内管，9.长圆槽口，10.第一丝杠，11.第二丝杠，12.丝杠支撑板，13.第一光杆，13
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1.卡接段，13
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2.第一限位段，13
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3.第二限位段，14.第二光杆，15.第一齿轮，16.第一电机，17.第一电机支架，18.第三齿轮，19.平键，20.第二齿轮，21.第二电机，22.第二电机支架，23.第四齿轮，24.第一限位板，25.第二限位板。
具体实施方式
29.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
30.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申请的示例性实施方式。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。
31.为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
32.正如背景技术所介绍的，现有的同心管手术机器人驱动机构体积大，不适用于眼科手术，针对上述问题，本申请提出了一种同心管手术机器人。
33.本申请的一种典型实施方式实施例1中，如图1
‑
图7所示，一种同心管手术机器人，包括外壳，所述外壳包括中部壳体，所述中部壳体由上壳1和下壳2拼接构成，所述中部壳体的两端设置有沿边缘设置的安装板，中部壳体两端通过安装板和螺栓分别固定有前壳3和后壳4，前壳、中部壳体及后壳构成一个封闭的壳体结构。前壳和后壳共同将上壳和下壳紧固，便于组装和拆卸。
34.优选的，所述前壳采用锥形结构，其前端安装有同心管基座5，所述同心管基座与钢管6的一端固定连接，所述同心管通过钢管伸出，所述外壳内部安装用于驱动同心管运动的驱动模块。
35.所述后壳设有长圆槽口9，便于驱动模块的导线导出。
36.所述同心管包括相互嵌套的外管7和内管8，所述外管套在内管外周，所述外管和内管均由预弯曲的超弹性镍钛合金制成。
37.所述驱动模块包括同轴设置的第一丝杠10和第二丝杠11，第一丝杠位于外壳内的前端，第二丝杠位于外壳内的后端，所述外壳设置有丝杠支撑板12，所述丝杠支撑板上设置有与第一丝杠及第二丝杠相匹配的半圆形槽，所述第一丝杠和第二丝杠嵌入所述半圆形槽中，实现第一丝杠和第二丝杠与丝杠支撑板的转动连接，且第一丝杠和第二丝杠能够沿其自身轴线方向运动。
38.所述第一丝杠和第二丝杠的前端分别同轴设置有第一光杆13和第二光杆14，第一光杆的长度小于第一丝杠的长度，第二光杆的长度小于第二丝杠的长度，所述第一丝杠套在第一光杆外周，第一丝杠能够沿第一光杆轴线方向运动，同时第一丝杠能够相对于第一
光杆绕其自身轴线方向转动。所述的下壳上设置有卡板，所述卡板上设置有半圆形槽，第一光杆嵌入所述半圆形槽中，且与卡板固定连接，第一光杆对第一丝杠起到支撑作用。
39.优选的，所述第一光杆和第二光杆均包括卡接段13
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1和位于卡接段前后两端的第一限位段13
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2和第二限位段13
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3，所述第一限位段和第二限位段的直径均大于卡接段的直径，所述卡接段嵌入卡板设置的半圆形槽中。
40.所述卡接段和第一限位段直接设有锥形的过渡段。
41.所述第二光杆与第二丝杠及外壳的连接方式与第一光杆与第一丝杠及外壳的连接方式相同，在此不进行重复叙述。
42.所述第一丝杠与外管的一端固定连接，外管的另一端依次穿过第一光杆、外壳、同心管基座和钢管后伸出至钢管外部，第一丝杠能够带动外管转动及沿自身轴线做直线运动。
43.所述第二丝杠与内管的一端固定连接，内管的另一端依次穿过第二光杆、第一丝杠、第一光杆和外管后，伸出至外管外部，第二丝杠能够带动内管转动及沿第二丝杠轴线方向的运动。
44.所述第一丝杠和第二丝杠均螺纹连接有第一齿轮15，所述第一齿轮与第一驱动机构连接，第一驱动机构能够带动第一齿轮的转动，所述第一驱动机构包括第一驱动件，优选的，所述第一驱动件采用第一电机16，所述第一电机通过第一电机支架17及螺栓与外壳固定连接，所述第一电机的输出轴与第三齿轮18连接，所述第三齿轮与第一齿轮相啮合，第一电机能够通过齿轮传动带动第一齿轮的转动。
45.所述第一丝杠和第二丝杠的外周面上开设有键槽，所述键槽沿丝杠的轴线方向设置，第一丝杠上的键槽贯穿第一丝杠的前后端面，第二丝杠上的键槽贯穿第二丝杠的前后端面。
46.所述第一丝杠和第二丝杠通过键槽及平键19与第二齿轮20连接，第二齿轮能够带动第一丝杠和第二丝杠绕自身轴线的转动，且第二齿轮不限制第一丝杠和第二丝杠沿其自身轴线方向的运动。
47.所述第二齿轮与第二驱动机构连接，所述第二驱动机构包括第二驱动件，优选的，所述第二驱动件采用第二电机21，所述第二电机通过第二电机支架22及螺栓与外壳固定连接，所述第二电机的输出轴与第四齿轮23连接，所述第四齿轮与第二齿轮相啮合，第二电机能够通过齿轮传动带动第二齿轮转动。
48.本实施例的第一丝杠和第二丝杠中，所述第一齿轮设置在第二齿轮的前侧，第一电机和第二电机设置在丝杠的两侧，结构紧凑，减小了整个驱动模块的体积。
49.本实施例中，所述外管和内管运动的驱动原理相同，以外管为例进行说明：
50.第一丝杠所对应的所述第一电机和第二电机带动第一齿轮和第二齿轮做同步的转动，此时第一丝杠只做绕自身轴线的转动，此时外管产生转动。
51.第一丝杠所对应的第二电机不工作，此时在第二齿轮和第四齿轮的卡接作用下，第一丝杠无法做绕自身轴线的转动。
52.第一电机带动第一齿轮转动，由于第一齿轮与第一丝杠螺纹连接，此时第一丝杠沿自身轴线方向运动，外管做沿第一丝杠轴线方向的运动。
53.第一丝杠所对应的第一电机不工作，第二电机工作，此时第一齿轮无法转动，第一
丝杠在第二齿轮的作用下转动，此时第一丝杠在绕自身轴线转动的同时沿自身轴线方向运动。
54.所述第二丝杠带动内管运动的驱动原理与第一丝杠带动外管运动的驱动原理相同，在此不进行重复叙述。
55.本实施例中，所述上壳设置有四个第一限位板24，所述第一限位板位于第一齿轮的后侧、第二齿轮的前侧，第一限位板与第一齿轮的后侧端面、第二齿轮的前侧端面接触，
56.所述下壳上设置有四个第二限位板25，所述第二限位板位于第一齿轮的前侧、第二齿轮的后侧，第二限位板与第一齿轮的前侧端面、第二齿轮的后侧端面接触。
57.第一齿轮和第二齿轮的前后通过第一限位板和第二限位板进行限位，避免了第一齿轮和第二齿轮沿第一丝杠及第二丝杠轴线方向的运动。
58.本实施例的同心管手术机构，通过第一电机和第二电机协同工作，能够改变内管和外管弯曲方向和相对角度，使得同心管末端准确到达手术目标位置点。
59.本实施例的同心手术机构，无需设置载板、导杆等元件，极大的减小了外管和内管所连接的驱动机构的体积，通过外壳内限位板、卡板的约束，使得结构更加紧凑稳定，可实现了能够装配在机械臂，实现多角度各方向的使用，满足了眼科手术的使用需求，通过医师的控制，可以控制同心管末端到达眼球内的指定手术点；在眼球内定位精度高，同心管直径小、具有高的稳定性，相比于人工和其他医疗器械，大大提高了眼部注射治疗的安全性和有效性。
60.实施例2：
61.本实施例公开了一种眼科手术装置，包括实施例1所述的同心管手术机构，所述同心管手术机构的外壳与机械臂的末端连接，机械臂采用现有的医用机械臂即可，能够调节同心管手术机构的位置和姿态，实现同心管手术机构多角度各方向的使用，机械臂的具体结构在此不进行详细叙述，所述内管末端按照有手术器械，手术器械根据手术需要进行选择即可，例如注药针等，采用现有的手术器械，其具体结构在此不进行详细叙述。
62.上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

技术特征：
1.一种同心管手术机构，其特征在于，包括外壳，外壳内转动连接有第一丝杠和第二丝杠，第一丝杠和第二丝杠均螺纹连接有第一齿轮，第一丝杠和第二丝杠设有沿其轴线分布的键槽，并通过键连接有第二齿轮，第一齿轮与第一驱动机构连接，第二齿轮与第二驱动机构连接，第一丝杠端部与外管连接，第二丝杠与内管一端连接，内管另一端依次穿过第二丝杠和外管并伸出至外管外部。2.如权利要求1所述的一种同心管手术机构，其特征在于，所述第一驱动机构包括固定在外壳的第一驱动件，所述第一驱动件与第三齿轮连接，第三齿轮与第一齿轮相啮合。3.如权利要求1所述的一种同心管手术机构，其特征在于，所述第二驱动机构包括固定在外壳的第二驱动件，所述第二驱动件与第四齿轮连接，第四齿轮与第二齿轮相啮合。4.如权利要求1所述的一种同心管手术机构，其特征在于，所述外壳内设置有限位板，所述第一齿轮和第二齿轮的两个侧面均与限位板接触，限位板用于限制第一齿轮和第二齿轮沿第一丝杠或第二丝杠轴线方向的运动。5.如权利要求1所述的一种同心管手术机构，其特征在于，所述外壳还固定有第一光杆和第二光杆，所述第一丝杠套在第一光杆外周，第二丝杠套在第二光杆外周，第一光杆和第二光杆分别用于对第一丝杠和第二丝杠沿轴线方向的运动进行导向。6.如权利要求5所述的一种同心管手术机构，其特征在于，所述第一光杆和第二光杆均包括卡接段，卡接段置入卡板设置的卡槽中，所述卡板与外壳固定连接，所述卡接段两端连接有限位段，限位段与卡板两侧面接触，用于限制卡接段运动。7.如权利要求1所述的一种同心管手术机构，其特征在于，所述外壳包括中部壳体，所述中部壳体两端分别固定有前壳和后壳，所述中部壳体由上壳和下壳拼接构成。8.如权利要求1所述的一种同心管手术机构，其特征在于，所述外壳的前端设置有同心管基座，同心管基座固定有钢管，所述外管穿出至钢管外部。9.如权利要求1所述的一种同心管手术机构，其特征在于，所述外管和内管采用预弯曲的超弹性镍钛合金制成。10.一种眼科手术装置，其特征在于，包括权利要求1
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9任一项所述的同心管手术机构，所述同心管手术机构与机械臂的末端连接，所述内管的末端安装有手术器械。
技术总结
本发明涉及一种同心管手术机构及眼科手术装置，包括外壳，外壳内转动连接有第一丝杠和第二丝杠，第一丝杠和第二丝杠均螺纹连接有第一齿轮，第一丝杠和第二丝杠设有沿其轴线分布的键槽，并通过键连接有第二齿轮，第一齿轮与第一驱动机构连接，第二齿轮与第二驱动机构连接，第一丝杠端部与外管连接，第二丝杠与内管一端连接，内管另一端依次穿过第二丝杠和外管并伸出至外管外部，本发明的手术机构体积小，适用于眼科手术。适用于眼科手术。适用于眼科手术。


技术研发人员：杜付鑫 先泽文 张钢 王鸿辉 陈子霄 宋锐 李贻斌
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：2021.03.16
技术公布日：2021/6/24