CN102058423B - 一种手术机器人用手术剪刀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种手术机器人用手术剪刀，它包括两片结构相同的剪刀片，每一个剪刀片包括手术剪刀柄和手术剪刀刃，两个手术剪刀柄之间通过轴连接，手术剪刀刃底壁上连接有倒凹状卡簧，倒凹状卡簧的两个外侧壁的底部各设置有一个凸部，在手术剪刀柄上部设置有凹状固定块，凹状固定块的凹槽的两个内侧壁的凹角处各设置有一个沟槽，倒凹状卡簧与凹状固定块的凹槽的形状相吻合，倒凹状卡簧能够插在所述的凹槽中并且倒凹形卡簧的两个凸部分别伸入所述的凹槽中与之相卡紧配合。本发明的优点在于：本发明的手术剪刀在工具前端是可以更换的，针对不同的手术部位和不同的手术操作，可以及时更换不同类型、不同尺寸的工具手术剪刀以使得手术顺利完成。

Description

一种手术机器人用手术剪刀

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，是一种手术机器人多自由度、前端可更换式手术剪刀。

背景技术

微创外科手术机器人手术工具影响和决定着整个机器人系统的设计工作，手术工具性能水平是整套手术机器人系统性能水平的关键因素之一。其中，手术剪刀在整套手术工具中又占据着举足轻重的地位。在微创手术中，要完成病变组织切除乃至复杂的缝合打结操作，均离不开手术剪刀的参与。

在微创手术过程中，针对不同的手术部位和不同的手术操作，需要及时更换不同类型、不同尺寸的手术工具以使得手术顺利完成。目前在国际上，美国、日本、法国、德国、英国等国家政府和学术界都投入了大量的资金和资源开展微创外科手术机器人的研究，也研制了多种微创手术机器人手术工具。纵观这些手术机器人用手术工具，其发展趋势是从传统的杆传动、少自由度工具向丝传动、多自由度手术工具发展，但是在已研究出的每套手术工具中，手术剪刀都仅有一种类型，且工具前端不可更换。然而，完成不同的手术操作需要不同类型、不同尺寸的手术剪刀，这就需要使用多套工具，不仅降低了手术效率，还极大地增加了手术器材设备成本。另外，由于每套工具只有一种手术剪刀，很容易造成手术剪刀钝化，并且由于手术剪刀前端不能更换，一旦手术剪刀因失效而报废，就需要更换整套手术工具。显然，这造成器材资源浪费，医疗设备成本增加。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种多自由度、手术剪刀刃可更换的手术机器人用手术剪刀。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种手术机器人用手术剪刀，它包括两片结构相同的剪刀片，每一个剪刀片由手术剪刀柄和手术剪刀刃两部分组成，两个手术剪刀柄之间通过轴连接，所述的手术剪刀刃底壁上连接有倒凹状卡簧，倒凹状卡簧的两个外侧壁的底部各设置有一个凸部，在所述的手术剪刀柄上部设置有凹状固定块，所述的凹状固定块的凹槽的两个内侧壁的凹角处各设置有一个沟槽，所述的倒凹状卡簧与凹状固定块的凹槽的形状相吻合，倒凹状卡簧能够嵌在所述的凹槽中并且倒凹形卡簧的两个凸部分别嵌入所述的凹槽中与之相卡紧配合。

本发明的优点在于：

1.本发明的手术剪刀在机器人本体系统的辅助下，通过细长杆探入到腹腔内部进行手术操作。

2.本发明的手术剪刀是具有四个自由度的全功能微操作手，能独立地在小范围内实现位置和姿态调整，完成复杂手术操作。

3.本发明的手术剪刀全部采用钢丝绳传动，实现远距离传动，消除回差，保证传动可靠、高效。

4.本发明的手术剪刀的工具前端是可以更换的，针对不同的手术部位和不同的手术操作，可以及时更换不同类型、不同尺寸的工具前端剪刀以使得手术顺利完成。

5.本发明的手术剪刀的剪刀刃底壁的倒凹状卡簧是直接插进正下方的手术剪刀柄里的凹槽中，装配方法简单快捷，装配效果可靠。

6.本发明的手术剪刀的两片剪刀刀柄上有限位销，在两剪刀刃向闭合的方向运动时可以有效地防止两剪刀刃错位。

7.本发明手术剪刀应用领域是面向胸腹腔的微创手术，具有向其他手动外科手术器械和其他相关机械手领域拓展的潜力。

附图说明

图1是本发明的一种手术机器人用手术剪刀的单片手术剪刀各组成部分的分解示意图；

图2-1和图2-2是单片手术剪刀的挡板安装示意图；

图3是单片手术剪刀的紧固销安装示意图；

图4-1和图4-2是可更换手术剪刀前端开合极限示意图；

图5-1、5-2、5-3和5-4是四种不同类型手术剪刀刃的安装示意图；

图6-1、6-2、6-3和6-4是装有四种不同类型的手术剪刀刃整体示意图；

图7是图1所示的手术剪刀在微创外科手术机器人本体系统辅助下进行手术操作的示意图；

图8是图1所示的手术剪刀与动力输入部分的连接整体示意图；

图9是图8所示的手术剪刀的腕部俯仰动作示意图；

图10是图8所示的手术剪刀的偏转动作示意图；

图11是图8所示的手术剪刀的开合动作示意图；

图12是图8所示的手术剪刀可更换的不同类型的手术剪刀刃示意图；

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。

如图所示的本发明的一种手术机器人用手术剪刀，它包括两片结构相同的剪刀片，每一个剪刀片包括手术剪刀柄7-1和手术剪刀刃7-2，两个手术剪刀柄之间通过轴连接，所述的手术剪刀刃底壁上连接有倒凹状卡簧，倒凹状卡簧的两外侧壁的底部各设置有一个凸部A、B，在所述的手术剪刀柄7-1上部设置有凹状固定块，所述的凹状固定块的凹槽的两个内侧壁的凹角处各设置有一个沟槽，所述的倒凹状卡簧与凹状固定块的凹槽的形状相吻合，倒凹状卡簧能够嵌在所述的凹槽中并且倒凹状卡簧的两个凸部分别嵌入所述的凹槽中与之相卡紧配合。

优选的在手术剪刀柄的侧壁上开有其横截面为矩形并且其顶部和一侧壁为开口的开口槽，所述的凹状固定块设置在开口槽中，一个挡板7-3插在开口槽中并且其顶壁和内侧侧壁分别与手术剪刀刃底壁和倒凹状卡簧以及凹状固定块的外侧侧壁相贴紧配合。

优选的在两个手术剪刀柄的上部相对侧的一侧侧壁上分别安装有一个限位销7-5，位于右手术剪刀柄上的限位销设置在左手术剪刀刃的右向旋转极限位置，位于左手术剪刀柄的限位销设置在右手术剪刀刃的左向旋转极限位置。

优选的所述的两个手术剪刀刃底壁与手术剪刀柄顶壁贴合设置并且两个手术剪刀刃底壁与手术剪刀柄顶壁通过紧固销7-4固定相连。

作为本发明装置的一种实施方式下面再结合每一幅图对本发明结构予以说明：

图1，图2-1和2-2，图3表示了单片手术剪刀各部分安装过程和定位情况。单片手术剪刀由五部分组成，分别是手术剪刀柄7-1，手术剪刀刃7-2，挡板7-3，紧固销7-4和限位销7-5。

所述的手术剪刀刃7-2沿E向装入正下方的手术剪刀柄7-1里。与手术剪刀柄7-1凸面M、N之间的尺寸相比，手术剪刀刃7-2末端凸部A、B之间的尺寸相对较大，在向下装入的过程中，手术剪刀刃7-2会受到手术剪刀柄7-1两凸面M、N的阻碍，但是手术剪刀刃7-2不会因此而停止前进，此时手术剪刀刃7-2的末端凸缘部分会因受力而发生形变以保证继续装入，直至其到达手术剪刀柄的底部H时，安装到位。

安装完成后如图2-2所示。此时手术剪刀刃末端凸缘部分不再受力，形变恢复，手术剪刀刃7-2恰好卡在手术剪刀柄7-1内，手术剪刀柄7-1两凸面M、N阻碍手术剪刀刃7-2向上运动而防止其脱落，保证连接的可靠和稳定。

手术剪刀刃7-2的拆卸是一个相反的过程，拆卸时，医生使用工具钳沿着箭头E的反方向拉拔手术剪刀刃，手术剪刀刃7-2末端凸部A、B在手术剪刀柄7-1两凸面M、N的阻碍作用下弹性变形，缩短间距而顺利拔出。此设计使得手术剪刀刃、手术剪刀柄的安装和分离方便快捷、安全可靠，保证在手术过程中快速更换不同类型的手术剪刀刃，满足不同的手术操作和不同手术部位的需要，使手术得以顺利完成。

挡板7-3进一步保证手术剪刀刃7-2的可靠定位，如图2-1所示，其沿箭头F的方向安装在与其大小相等的手术剪刀柄7-1的矩形开口槽内，挡板7-3的内侧平面与倒凹状卡簧的外侧侧壁以及凹状固定块的外侧侧壁相贴紧配合，挡板7-3的外侧平面与手术剪刀柄7-1的G平面重合，当然也可以不重合设置，安装完成后如图2-2所示。挡板7-3限制手术剪刀刃7-2在箭头F方向的运动，使得所述的手术剪刀刃7-2在手术剪刀柄7-1上的配合安装完全定位，有效地保证了手术剪刀刃和手术剪刀柄的可靠配合。

所述的限位销7-5安装在上端开有销孔的手术剪刀柄7-1上，限位销7-5一端在手术剪刀柄7-1的销孔内，另一端在手术剪刀柄7-1的G平面之外，安装完成后如图2-2所示。限位销7-5用以限制对侧剪刀片的运动，即左剪刀片上的限位销限制右剪刀片的运动，右剪刀片上的限位销限制左剪刀片的运动，其具体功能的实现在图4-1和4-2中详述。

所述的紧固销7-4安装在手术剪刀刃7-2、手术剪刀柄7-3的销孔内。手术剪刀刃7-2和手术剪刀柄7-3上开有两个直径相同且同心的销孔，手术剪刀刃7-2插入手术剪刀柄7-1后，手术剪刀刃7-2的销孔下端面和手术剪刀柄7-1的销孔上端面相重合，此时两销孔完全同轴线。紧固销7-4从上部依次插入手术剪刀刃7-2的销孔、手术剪刀柄7-1的销孔内，紧固销7-4上端面与手术剪刀刃7-2销孔上端面重合为止，安装完成后如图3所示。紧固销7-4进一步加强手术剪刀刃7-2和手术剪刀柄7-1的配合，使得两者的配合更加可靠，进一步防止手术剪刀刃7-2和手术剪刀柄7-1的分离，确保手术操作准确顺利地进行。

如图4-1和4-2所示：本发明的手术剪刀在开合时并不能完全自由运动。左片剪刀10-3和右片剪刀10-4在向闭合的方向运动时是有限制的。图4-1展示的是左片剪刀10-3和右片剪刀10-4向闭合的方向运动，图4-2展示的是两片剪刀闭合的极限位置。这是通过限位销10-1和限位销10-2来实现的，所述的左片剪刀10-3再向右运动的过程中，碰到位于右片剪刀10-4上的限位销10-2时即停止运动，达到闭合极限位置，此时只能向张开的方向运动；所述的右片剪刀10-4也是如此。如此限定左片剪刀10-3和右片剪刀10-4的闭合运动位置，可以有效地防止由于两剪刀刃的错位而引起的危险操作。

如图5，图6所示：短刃手术剪刀刃6-1、窄刃手术剪刀刃6-2、长刃手术剪刀刃6-3和宽刃手术剪刀刃6-4可以安装在相同的手术剪刀柄内。在更换手术剪刀刃时，所需的手术剪刀刃只需沿着图11内箭头K的方向插入到手术剪刀柄里，安装完成后整体效果如图6。下面结合一具体实例来说明手术剪刀刃的更换过程。在手术操作的某一时刻，手术剪刀柄上安装的是短刃手术剪刀刃，如图图6-1中的12-1所示，此时手术操作需要长刃手术剪刀刃(即要求更换成形如图12-4的末端工具)。具体实施步骤如下：先将两片短刃手术剪刀刃6-1沿着箭头K反方向拉出，紧接着将两片长刃手术剪刀刃6-4沿着箭头K方向插入到手术剪刀柄内，更换完成后如图6-4中的12-4。

本发明的手术机器人用手术剪刀在使用过程中可以通过CN200910306053.5专利公开的结构实现多自由度转动，下面对多自由度转动实现过程说明如下：

如图7所示：手术剪刀在微创手术本体系统1的辅助下执行手术操作，本体系统具有三个运动自由度，分别是两个转动R1，R2和一个移动自由度P3，并且三个运动自由度的轴线交于点1-3，对于本体系统的所有运动方式，这个点相对于本体系统基座是固定不变的。本体系统具有的围绕工具探入点的这两个转动和一个移动运动负责完成安装于本体系统上的手术工具杆在大范围内的位置调整操作；手术工具的四个自由度R4，R5，R6，C7完成手术工具末端的末端执行器的小范围位置调整、姿态调整和开合操作。以上所有的自由度能够灵活地调整末端工具部分2相对于人体内部器官1-2的相对位置，完成手术操作各项动作。

如图8所示：本发明的手术剪刀设置在工具末端部分2上，工具动力接口部分3具有与安装在本体系统1上的电机动力接口相对接用的的接口元件，并通过传动钢丝牵拉工具末端3个自由度，实现各自由度运动的传递。工具连接杆4提供工具动力接口部分3和工具末端部分2的刚性连接。

如图9，图10，图11所示：工具末端部分2具有三个自由度，分别是工具末端的腕部俯仰自由度R5，工具末端的前端偏转自由度R6，工具末端的开合自由度C7。所述的工具末端腕部俯仰自由度R5轴线垂直于工具自转自由度R4，提供工具主体部分2-1绕R5轴线的角度偏转；所述的工具末端前端偏转自由度R6轴线同时垂直于工具自转自由度R4和腕部俯仰自由度R5轴线，提供工具剪刀部分2-2绕R6轴线的角度偏转；所述的工具末端的开合自由度C7轴线重合于所述的工具末端前端偏转自由度R6轴线，提供两片剪刀之间的张开与闭合运动。

如图12所示，手术剪刀的前端可更换不同类型的手术剪刀刃。手术剪刀前端具有两片结构完全相同的手术剪刀刀刃。图示的6-1、6-2、6-3、6-4分别代表了短刃手术剪刀刃、窄刃手术剪刀刃、长刃手术剪刀刃和宽刃手术剪刀刃。根据不同手术操作的需要，可以方便地在所述的短刃手术剪刀刃6-1、窄刃手术剪刀刃6-2、长刃手术剪刀刃6-3和宽刃手术剪刀刃6-4之间进行更换。本图只是象征性地展示了四种不同类型、不同尺寸的手术剪刀，在实际临床应用中可根据手术要求设计出更多类型的手术剪刀以使手术顺利进行。

Claims (3)

1.一种手术机器人用手术剪刀,其特征在于：它包括两片结构相同的剪刀片，每一个剪刀片包括手术剪刀柄和手术剪刀刃，两个手术剪刀柄之间通过轴连接，所述的手术剪刀刃底壁上连接有倒凹状卡簧，倒凹状卡簧的两个外侧壁的底部各设置有一个凸部，在所述的手术剪刀柄上部设置有凹状固定块，所述的凹状固定块的凹槽的两个内侧壁凹角处各设置有一个沟槽，所述的倒凹状卡簧与凹状固定块的凹槽的形状相吻合，倒凹状卡簧能够插在所述的凹槽中并且倒凹形卡簧的两个凸部分别伸入所述的凹槽中与之相卡紧配合,两个手术剪刀刃底壁与手术剪刀柄顶壁贴合设置并且两个手术剪刀刃底壁与手术剪刀柄顶壁通过紧固销固定相连。

2.根据权利要求1所述的手术机器人用手术剪刀,其特征在于：在手术剪刀柄的侧壁上开有其横截面为矩形并且其顶部和一侧壁为开口的开口槽，所述的凹状固定块设置在开口槽中，一个挡板插在开口槽中并且其顶壁和内侧侧壁分别与手术剪刀刃底壁和凹状卡簧的外侧侧壁以及凹状固定块的外侧侧壁相贴紧配合。

3.根据权利要求1所述的手术机器人用手术剪刀,其特征在于：在两个手术剪刀柄的上部相对侧的一侧侧壁上分别安装有一个限位销，位于右手术剪刀柄上的限位销设置在左手术剪刀刃的右向旋转极限位置，位于左手术剪刀柄的限位销设置在右手术剪刀刃的左向旋转极限位置。

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