榫卯式齿条滑块、主手开合夹及微创手术机器人

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及榫卯式齿条滑块、主手开合夹及微创手术机器人。

背景技术

微创手术是指利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械及相关设备在人体腔体内部施行手术的一种手术方式。相比传统手术方式微创手术具有创伤小、疼痛轻、恢复快等优势。然而，微创手术中微创器械由于受到切口大小的限制，手术操作难度大为增加，且医生在长时间手术过程中的疲劳、颤抖等动作会被放大，这成为制约微创手术技术发展的关键因素。随着机器人技术的发展，一种可以克服缺点、继承优点的微创医疗领域新技术——微创手术机器人技术应运而生。

常见的微创手术机器人由医生控制台、患者侧手推车和显示设备组成，外科医生在医生控制台操作输入装置，并将输入传给与远程操作的外科器械连接的患者侧手推车。基于在医生控制台的外科医生的输入，远程操作的外科器械在患者侧手推车处被致动以对患者动手术，从而产生医生控制台和在患者侧手推车的外科器械之间的主从控制关系。所以医生控制台的输入装置(即主手)的结构和性能的优劣对于整个机器人系统的性能有着重要的作用，而主手开合夹是主手的重要组成部分，由医生双手直接握住进行操作，用于控制从手端手术器械的开合动作和旋转动作。

(1)中国专利申请CN112638306A公开了具有跨旋转接头的控制开关位置感测的控制输入装置(即主手)，在该方案中，采用电机和绞车机构实现开合助力，绞车机构包括线性滑架和绞车鼓，绞车鼓刚性地联接至致动器的旋转轴并通过缆线联接至线性滑架，缆线绕绞车鼓缠绕多次，并且分别连接到滑架的两端；

(2)中国专利申请CN107928795A公开了一种医疗手术机器人用主手控制夹，在该方案中，通过两个齿条和中间的主动齿轮实现开合助力，限位滑动机构设置在底座的两端，两个按压手柄安装在底座的两侧，两个按压手柄的两端分别与限位滑动机构铰接，旋转电位计卡装在底座的限位槽内，旋转电位计与齿轮齿条传动机构转动连接；

(3)中国专利申请CN112168359A公开了一种主手夹持控制装置、主操作手以及微创手术机器人，在该方案中，通过带螺纹的夹持轴、夹持螺母和夹持齿轮组实现开合助力，使用的是丝杠螺母的原理。夹持转动部包括夹持轴，夹持轴转动设置于基座，夹持轴与夹持电机传动连接。夹持轴上具有开设螺纹的螺纹段，夹持直线部包括夹持螺母，夹持螺母套设于夹持轴的螺纹段，夹持螺母沿夹持轴的轴向运动时驱动夹持轴转动，夹持轴转动时带动夹持螺母沿夹持轴的轴向运动。

然而，上述现有技术至少存在以下缺陷：

1、专利(1)的滑动结构复杂，缆线装配困难，且滑动过程中绞车鼓两侧的缆线长度和角度会发生变化，导致传递的助力并不是恒定的，另外缆线(一般使用钢丝绳)需要预紧，长期使用后还会发生松弛、影响传动效果；

2、专利(2)的双齿条双滑块，结构复杂、制造成本高，且装配困难，对装配误差的容忍度低；

3、专利(3)的丝杠螺母，结构复杂、制造成本高。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种结构简单、便于加工制造且可靠性高的榫卯式齿条滑块、主手开合夹及微创手术机器人。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现。

本申请提供了一种榫卯式齿条滑块，包括：

滑动件主体部，用于耦合操作部；

滑动件嵌入部，与所述滑动件主体部嵌接；

导轨孔，用于安装导轨；

齿条部，设置在所述滑动件嵌入部上面向所述滑动件主体部的一侧，且所述齿条部沿与所述导轨孔的轴向相平行的方向布置。

进一步限定，上述的榫卯式齿条滑块，其中，所述导轨孔设有两个，其中一个所述导轨孔设置在所述滑动件主体部上，另一个所述导轨孔由分别设置在所述滑动件主体部以及所述滑动件嵌入部上的两部分组合而成。

进一步限定，上述的榫卯式齿条滑块，其中，所述滑动件嵌入部与所述滑动件主体部的嵌接方向为垂直所述导轨孔长度方向，所述导轨孔截面为圆形，组合而成的所述导轨孔在所述滑动件嵌入部上的部分至少有一段超出限制平面；

其中，所述限制平面为过组合而成的所述导轨孔轴线且与所述滑动嵌入件嵌入方向垂直的平面。

进一步限定，上述的榫卯式齿条滑块，其中，还包括用以限制所述滑动件嵌入部嵌入方向上的自由度的限制部，所述限制部具体为设置在由所述滑动件主体部以及所述滑动件嵌入部组合而成的所述导轨孔内的所述导轨。

进一步限定，上述的榫卯式齿条滑块，其中，所述导轨孔由两端的两个轴承安装孔以及位于两个所述轴承安装孔之间的导轨过孔组成，所述轴承安装孔用以安装与所述导轨滑动连接的无油轴承，所述导轨过孔与所述导轨间隙配合。

进一步限定，上述的榫卯式齿条滑块，其中，所述轴承安装孔靠近对应位置所述导轨过孔一端内壁上设有用以对所述无油轴承进行限位的阻挡台阶。

进一步限定，上述的榫卯式齿条滑块，其中，还包括用以限制所述滑动件嵌入部嵌入方向上的自由度的限制部，所述限制部具体为设置在轴承安装孔内的无油轴承。

进一步限定，上述的榫卯式齿条滑块，其中，还包括：

编码器安装孔，设置在所述滑动件主体部上，用以安装编码器。

本申请还提供了一种主手开合夹，包括上述任一项的所述榫卯式齿条滑块，还包括所述操作部、所述导轨以及驱动部、壳体；

其中，所述导轨设置在所述壳体内，所述榫卯式齿条滑块滑动设置在所述导轨上且与所述操作部耦合，所述驱动部用于与所述齿条部形成齿轮齿条啮合结构并带动所述滑动件主体部在所述导轨上滑动。

本申请还提供了一种微创手术机器人，包括上述所述主手开合夹，还包括医生控制台，所述医生控制台包括基座、多自由度关节臂以及连接于所述多自由度关节臂末端的所述主手开合夹。

本发明至少具备以下有益效果：

1、通过滑动件嵌入部与滑动件主体部的嵌入式设置，能够大大降低位于滑动部嵌入部上齿条部的加工难度，从而降低生产制造成本；

2、该榫卯式齿条滑块仅由滑动件嵌入部、滑动件主体部、限制部三部分构成，结构简单、方便加工、工作稳定性强；

3、其中一个导轨孔由滑动件嵌入部与滑动件主体部组合构成，通过对滑动件嵌入部与滑动件主体部嵌入方向以及导轨孔组合方式的限定，能够将导轨直接作为限制部，从而进一步简化榫卯式齿条滑块的结构。

附图说明

图1为本申请实施例榫卯式齿条滑块部分的结构示意图；

图2为本申请实施例榫卯式齿条滑块部分的结构爆炸示意图；

图3为本申请实施例榫卯式齿条滑块“滑动件主体部200”部分的结构示意图；

图4为本申请实施例榫卯式齿条滑块“滑动件主体部200”部分的结构示意图；

图5为本申请实施例榫卯式齿条滑块“滑动件嵌入部100”部分的结构示意图；

图6为本申请实施例榫卯式齿条滑块“滑动件嵌入部100”部分的结构示意图；

图7为本申请实施例主手开合夹的局部剖视结构示意图；

图8为本申请实施例主手开合夹“滑动装置”部分的结构示意图；

图9为本申请实施例主手开合夹“滑动装置”部分的结构爆炸示意图。

附图标记

滑动件嵌入部-100、上半部-110、下半部-120、连接部-130、齿条部-140、滑动件主体部-200、联动杆过孔-210、编码器安装孔-220、支撑轴承-230、轴承套-240、无油轴承-300、第二导轨孔-400、第一轴承安装半孔-410、第二轴承安装半孔-420、第一导轨孔-500、轴承安装孔-510、驱动部-600、驱动直齿轮-610、电机安装板-620、驱动电机-630、阻挡台阶-700、导轨过孔-710、嵌入槽-800、壳体-910、握持部-920、操作部-930、联动杆-931、导轨-932、滑轨安装板-933、压板-934、编码器-940、支架-950。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的伺服器进行详细地说明。

如图1至图9所示，本申请实施例提供了一种榫卯式齿条滑块，包括滑动设置在导轨932上且用于耦合主手开合夹操作部930的滑动件主体部200以及与滑动件主体部200嵌接且用于传动的滑动件嵌入部100，当滑动件主体部200与滑动件嵌入部100嵌接时，滑动件嵌入部100非嵌入方向上的自由度受到滑动件主体部200的限制，滑动件主体部200与滑动件嵌入部100之间设有用以限制滑动件嵌入部100嵌入方向上自由度的限制部，限制部具体能够为插设在滑动件嵌入部100与滑动件主体部200之间的销钉或者螺钉等能够限制滑动件嵌入部100嵌入方向自由度的连接件。

本申请实施例中，采用上述的榫卯式齿条滑块，仅由滑动件嵌入部100、滑动件主体部200、限制部三部分构成，结构简单、方便加工、工作稳定性强。

在一种较佳的实施方式中，滑动件主体的上半部110是回转型的盘体，盘体中间开设有联动杆过孔210，盘体的前部是半圆形的筒体，筒体内设有编码器安装孔220，用来安装编码器940，从而用来识别和记录联动杆931的旋转方向和角度，下半部120是类矩形的座体，座体侧边设有嵌入槽800，用来与滑动件嵌入部100相配合。

在一种较佳的实施方式中，滑动件主体座体远离嵌入槽800一侧设有第一导轨孔500，滑动件主体靠近嵌入槽800一侧与滑动件嵌入部100组合设有第二导轨孔400，第一导轨孔500与第二导轨孔400用于安装导轨932，从而实现榫卯式齿条滑块在导轨932上的滑动。

在一种较佳的实施方式中，滑动件嵌入部100与嵌入槽800的嵌接方向为垂直导轨932长度方向，第一导轨孔500、第二导轨孔400的截面为圆形，组合而成的第二导轨孔400在滑动件嵌入部100上的部分至少有一段超出限制平面，其中，限制平面为过第一导轨孔500轴线且与滑动嵌入件嵌入方向垂直的平面，此时，限制部具体为设置在第二导轨孔400内的导轨932。

本申请实施例中，采用上述的榫卯式齿条滑块，由于第二导轨孔400在滑动件嵌入部100上的部分至少有一段超出限制平面，且限制平面过第一导轨孔500轴线且与滑动嵌入件嵌入方向垂直，故当第二导轨孔400内的安装导轨932时，滑动件嵌入部100沿嵌入方向的滑动将受到第二导轨孔400内导轨932的限制，从而实现滑动件嵌入部100沿嵌入方向上的自由度约束。

在一种较佳的实施方式中，第一导轨孔500、第二导轨孔400由两端的两个轴承安装孔510以及位于两个轴承安装孔510之间的导轨过孔710组成，导轨过孔710的直径要略大于滑轨，从而不产生摩擦，轴承安装孔510用以安装无油轴承300且至少其中一段的半径略小于无油轴套的半径以形成过盈配合，导轨932穿过无油轴承300以提高滑动的精准度及稳定性，轴承安装孔510靠近对应位置导轨过孔710一端内壁上设有用以对无油轴承300进行限位的阻挡台阶700，此时，限制部具体为设置在设置在轴承安装孔510内的无油轴承300。当然，无油轴承300也可以通过其他外部的固定件将其固定在轴承安装孔510内，例如在滑动件主体部200上关于无油轴承300对应位置螺栓固定设置压板934，压板934既可以起到固定无油轴承300的作用，其与滑动件主体部200中间的空隙又能够过线，起到定位导线的作用。

本申请实施例中，采用上述的榫卯式齿条滑块，无油轴承300既承担了使滑轨穿过、在滑动时与滑轨接触的作用，又起到了限制部的作用，滑动件嵌入部100嵌入滑动件主体部200后，其在嵌入方向上仍然存在自由度，因此需要对其进行限制，在其他不需要滑轨的情形下，可以使用一般的销钉或者螺钉等连接件来固定二者，当然，如果对于精度要求不高和能接受一定的滑动摩擦力的情况下，也可以不使用销钉，而是由滑轨自身起到销钉的作用，无油轴承300是为了减少滑动摩擦力、提高精度的。

在一种较佳的实施方式中，滑动件嵌入部100整体呈工字型，其包括上半部110、下半部120以及设置于上半部110、下半部120之间的连接部130，嵌入槽800呈与滑动件嵌入部100形状配合的T字型，嵌入槽800横向两端底壁上设有第一轴承安装半孔410，相应的，上半部110设有与第一轴承安装半孔410配合以形成轴承安装孔510的第二轴承安装半孔420，对应位置导轨过孔710贯通设置在连接部130上，下半部120上设有沿第二导轨孔400长度方向布置齿条部140，齿条部140设置在下半部120靠近第一导轨孔500一侧端面上，可使用一般的齿条加工方式例如线切割方式加工出齿，当然，齿条部140也能够设置在下半部120的侧面，其设置位置取决于与之配合的驱动部600结构。

在一种较佳的实施方式中，滑动件嵌入部100的工字型与嵌入槽800的T形结构是为了使得二者连接更加牢靠，在其他应用场景下，滑动件嵌入部100也可以采用其他的形状，例如滑动件嵌入部100为倒T型，相应的嵌入槽800为I形、滑动件嵌入部100为三角形，相应的嵌入槽800为三角形。

本申请实施例中，采用上述的榫卯式齿条滑块，由于在一般的齿形加工方法中，都要求齿形的外侧有足够空间供加工设备操作，而开合夹在直线滑动驱动的场景下要求其结构尺寸尽可能的小，故滑动件的滑轨或者齿条等结构通常都在结构本体的内侧，从而导致结构本体阻挡了加工设备，不便于齿条的加工，通过滑动件主体部200与滑动件嵌入部100的嵌设配合，能够使得滑动件嵌入部100的齿形可以单独加工，再通过装配的方式与滑动件主体部200组成一个滑动组件，大大降低齿形的加工难度。

当然，该结构主要目的是为了便于齿条部140的加工和减小零部件的数量、简化结构，当存在齿条部140的齿位于零件结构的内侧等不利于加工的情形时，即零件自身结构挡住了线切割或铣床等的路线时，可以适用本方案，当齿条部140的齿位位于其他位置且不会对齿形加工造成不利影响时，滑动件嵌入部100也可以采用与滑动件主体部200一体成型的设计，但势必会提高滑动件整体的加工难度，本方案作为优选方案还能够在齿条部140齿形遭到破坏时起到便于维修更换的效果。

如图7至图9所示，本申请实施例提供了一种主手开合夹，包括操作部930、滑动装置、驱动部600、壳体910、握持部920，其中，滑动装置采用上述任一项的榫卯式齿条滑块。

在一种较佳的实施方式中，壳体910内固定设有支架950，驱动部600包括固定设置在支架950上的电机安装板620，电机安装板620底部螺栓固定连接设有驱动电机630，驱动电机630靠近电机安装板620一侧端动力连接设有位于电机安装板620远离驱动电机630一侧的驱动直齿轮610。

在一种较佳的实施方式中，滑动装置包括螺栓固定设置在壳体910内壁上的滑轨安装板933，滑轨安装板933上螺栓固定设有两条导轨932，榫卯式齿条滑块通过无油轴承300滑动设置在导轨932上，齿条部140与驱动直齿轮610啮合连接，在驱动电机630的带动下榫卯式齿条滑块将沿着滑轨滑动，从而为操作部930的开合提供助力，编码器940通过编码器安装孔220螺栓固定在滑动件主体部200上。

在一种较佳的实施方式中，握持部920与操作部930设置在壳体910远离滑轨安装板933一侧端，握持部920与壳体910固定连接，操作部930动力输入端设有联动杆931，联动杆过孔210内嵌设有轴承套240，轴承套240内设有支撑轴承230，联动杆931穿过支撑轴承230且能够带动支撑轴承230转动，即滑动件主体部200与联动杆931在轴向上是相对固定的，在周向上联动杆931可相对滑动件主体部200转动以实现操作部930的动力输入。

本申请实施例中，采用上述的主手开合夹，通过榫卯式齿条滑块在导轨932上的滑动带动联动杆931为操作部930的开合提供助力，齿条部140与驱动直齿轮610的配合方式，能够提高榫卯式齿条滑块的滑动平稳性。

本申请实施例提供了一种微创手术机器人，包括上述主手开合夹，还包括医生控制台，医生控制台包括基座、多自由度关节臂以及连接于多自由度关节臂末端的主手开合夹。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。