CN105120786A - 末端执行器连接及致动系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种末端执行器致动系统，所述末端执行器系统包括轴组件和末端执行器组件，轴组件具有外轴和锁紧凸台，外轴具有内腔和可滑动地接纳在腔中的致动杆，外轴具有远端部部分，远端部部分仅当外轴在远端部部分从腔消失时是可压缩的，锁紧凸台设置在远端部部分上；末端执行器组件具有接纳开口和固位袋状部，其中，接纳开口的尺寸被设置为接纳外轴的被压缩的远端部部分，固位袋状部的尺寸被设置为当远端部部分由于致动杆存在于远端部部分的腔中而未被压缩时接纳锁紧凸台。
Description
技术领域
本发明大体涉及用于微创外科技术的末端执行器系统。更具体地，文中所公开的主题涉及末端执行器连接及致动系统。
背景技术
诸如腹腔镜手术或内镜手术的微创外科手术变得越来越普遍。当今的外科医生经常能够利用穿过相当小的入口点而插入至人体中的工具来完成复杂的手术，从而常常减少了患者结疤及康复的时间。这些外科工具经常具有非常特殊的功能，包括：例如，剪刀、抓紧器、解剖器、密封器、缝合辅助器、牵开器、夹具和施夹器。通常，将允许目测及放大人体内部部分的仪器的内窥镜与这些各种工具结合使用以完成手术。
用于微创外科的工具和仪器经常穿过套管和套管针插入到人体中。穿过人体的软组织制出孔以获得例如到体腔的通道。孔可以通过填塞器仪器或通过具有形成为一体的或一体地提供的切割仪器的套管针制成。
末端执行器组件指的是接触及操纵患者组织的外科仪器的经常可互换的部分。常规的外科仪器具有中空轴，中空轴具有在其内可滑动地设置的可靠致动杆以便致动这些末端执行器组件中的通常联接至中空轴的一个。杆通常在近端部联接至仪器致动装置，例如手柄，当手术时将杆滑动穿过中空轴以致动末端执行器组件。
存在一种对能提供将末端执行器组件简单、快捷、高效地联接至仪器轴或与仪器轴分开的能力的方法和系统的需求。
发明内容
前述需求通过本发明得到很大程度地满足，其中，一方面，一种末端执行器致动系统包括轴组件，所述轴组件包括外轴，所述外轴具有内腔和可滑动地接纳在所述腔中的致动杆，所述外轴具有远端部部分，所述远端部部分仅当所述致动杆在所述远端部部分从所述腔消失时是可压缩的。在外轴的所述远端部部分上设置有锁紧凸台，并且设置有末端执行器组件，所述末端执行器组件具有接纳开口和固位袋状部，其中，所述接纳开口的尺寸被设置为接纳所述外轴的被压缩的远端部部分，以及所述固位袋状部的尺寸被设置为当所述远端部部分由于所述致动轴存于所述远端部部分的腔中而未被压缩时接纳所述锁紧凸台。
根据本发明的其他方面，一种末端执行器致动系统包括轴组件和末端执行器组件，所述轴组件具有外轴和可滑动地接纳在所述外轴中的致动轴，所述致动轴具有梢端端部；以及所述末端执行器组件包括：U形夹外壳、用于固定所述致动轴的梢端端部的梢端连接器、以及联接至所述梢端连接器的夹钳组件；其中，所述梢端连接器容置在所述U形夹外壳中并且具有可扩展的部分，所述可扩展的部分仅当所述梢端连接器在所述U形夹外壳的预定位置处时是可扩展的。
为了能够更好地理解本发明的详细说明和领会本发明对现有技术的贡献，已大概地描述了本发明的一些方面。
在这方面，在详细说明本发明的至少一个实施方式之前，应该理解的是，本发明在其应用上不限于在下述描述中所阐述的或在附图中所图示的结构的细节和部件的布置。除了本说明书中所提供的实施方式以外，本发明也可以为其他实施方式以及能够以各种方式实践和实施。而且要理解的是，本发明所采用的措词、术语、以及摘要皆仅用来解释本发明而非限制本发明。
同样地，本领域技术人员应该理解的是，本发明所基于的构思可以容易被用作实现本发明的若干目的的其它结构、方法或系统的设计基础。因此重要的是，在不背离本发明精神和范围的情况下认为权利要求包括这些等同的结构。
附图说明
图1为根据本发明的各方面的包括有轴组件和末端执行器组件的末端执行器致动系统的立体图；
图2为根据本发明的各方面的轴组件的远端部的放大图；
图3为根据本发明的各方面的在具体使用状态的轴组件的远端部的放大图；
图4示出根据本发明的各方面的将轴组件的近端部联结至仪器手柄的方法；
图5为根据本发明的各方面的仪器手柄的部分的放大图以便示出将轴组件的近端部联接至仪器手柄的方法；
图6为根据本发明的各方面的仪器手柄的部分的放大图以便示出将轴组件的近端部联接至仪器手柄的方法；
图7为根据本发明的各方面的末端执行器组件的立体图；
图8为根据本发明的各方面的在图7示出的末端执行器组件的一部分切除后的立体图以显示组件的内部组成；
图9为根据本发明的各方面的末端执行器组件的分解图以示出各组成部分；
图10为根据本发明的各方面的末端执行器致动系统的一部分切除后的立体图以显示系统的内部组成；
图11为用于与根据本发明的各方面的末端执行器组件一起使用的端盖的放大立体图；
图12为根据本发明的各方面的轴组件的远端部在外轴的一部分切除后的立体图以示出在具体使用状态的组件；
图13为根据本发明的各方面的轴组件的远端部在外轴的一部分切除后的立体图以示出在具体使用状态的组件；
图14为根据本发明的各方面的轴组件的远端部和末端执行器组件的部分切除后的立体图以示出联接方法；
图15为根据本发明的各方面的轴组件的远端部和末端执行器组件的部分切除后的立体图以示出联接方法；
图16为根据本发明的各方面的轴组件的远端部和末端执行器组件的部分切除后的立体图以示出联接方法；
图17为根据本发明的各方面的包括有轴组件和末端执行器组件的另一末端执行器致动系统的立体图；
图18为根据本发明的各方面的轴组件的立体图；
图19为根据本发明的各方面的梢端筒夹(tipcollet)的立体图；
图20为根据本发明的各方面的U形夹杆(clevisrod)的立体图；
图21为根据本发明的各方面的在使用状态的图17的末端执行器致动系统的立体图；
图22为根据本发明的各方面的示出用于与末端执行器组件一起使用的夹钳组件的组成部分的分解图；
图23为根据本发明的各方面的包括有轴组件和末端执行器组件的另一末端执行器致动系统的立体图；
图24为根据本发明的各方面的另一轴组件的立体图；
图25为根据本发明的各方面的杆梢端连接器的立体图；
图26为根据本发明的各方面的U形夹的立体图；
图27为根据本发明的各方面的在使用状态的图23的末端执行器致动系统的立体图；
图28为根据本发明的各方面的在另一使用状态的图23的末端执行器致动系统的立体图；
图29为根据本发明的各方面的包括有轴组件和末端执行器组件的另一末端执行器致动系统的立体图；
图30为根据本发明的各方面的另一轴组件的立体图；
图31为根据本发明的各方面的杆梢端连接器组件的立体图；
图32为根据本发明的各方面的杆梢端连接器组件的一部分切除后的立体图以示出其内部方面；
图33为根据本发明的各方面的U形夹的立体图；
图34为根据本发明的各方面的在使用状态的图29的末端执行器致动系统的立体图；以及
图35为根据本发明的各方面的在另一使用状态的图29的末端执行器致动系统的立体图。
具体实施方式
图1为示出根据本发明的实施方式的末端执行器致动系统100的立体图。致动系统100可以例如包括轴组件200和如下所述的联接在一起的末端执行器组件300以便以在微创医疗手术期间提供特别功能或能力的方式手动或机械地铰接末端执行器组件300。
如图2所示，轴组件200可以包括由诸如不锈钢或耐热塑料之类的高质量耐用材料制成的外轴210。外轴210可以例如构造成具有用于与5mm末端执行器组件联接的3mm左右的外径。外轴210可以大体为直的且构造有用于可滑动地容置致动轴214的内腔212。根据本发明的其他各方面，只要致动轴214可以正确地容置在内腔212中使得致动轴214的远端部216可以选择性地延伸到外轴210的远端部218之外或缩回到外轴210的远端部218之中，外轴210可以为弯曲的或挠性的。
如在图3中更具体地示出，外轴210的远端部218可以形成有一个或多个纵向挠曲狭缝220。挠曲狭缝220可以从外轴210的端部222纵向延伸一段预定的距离。挠曲狭缝220使轴210的远端部218在致动轴214从腔212的远端部缩回并/或消失时能够被压缩。例如，如图3所示，两个挠曲狭缝220可以形成在外轴210的完全相反的部分上以形成两个挠曲臂226。致动轴214在挠曲臂226之间的腔中消失使挠曲臂226能够例如朝向彼此压缩，从而允许轴210的远端部218呈现比当挠曲臂226未被压缩时轴210存在的标准直径更小的直径。
一个或多个锁紧凸台224可以形成为从外轴210突出。例如，如图3所示，锁紧凸台224可以构造成位于形成外轴210的远端部218的可压缩部分(即，外轴210的端部222与纵向挠曲狭槽220的最内区域之间的部分)的挠曲臂226中的每一个上。锁紧凸台224可以形成为径向延伸预定的高度并围绕外轴210的预定部分周向延伸。锁紧凸台224的外边缘可以有斜面以在将轴组件200与末端执行器组件300联接/分离的期间能够使锁紧凸台更容易滑过表面。
如图4所示，外轴210的近端部230可以例如构造成联结至仪器手柄240，从而允许手动操纵致动轴214从外轴的远端部218延伸或缩回。为了适应与仪器手柄240的稳固联接，外轴210可以包括锁紧套筒232，锁紧套筒232具有轴锁接受器234，致动轴214的近端部可以构造有锁球236。
仪器手柄240可以例如类似于手枪式把手，具有主体部分242、前指支撑部244和拇指杠杆部246。前指支撑部242可以刚性联接至主体部分242或一体地形成从主体部分242向下延伸。按人体工学构造，前指支撑部244可以例如有多重手指放置区域248、250和252以使在医疗手术的期间能够舒适有效地控制致动系统。将食指放置在区域248、中指在区域250以及无名指在区域252在操纵和控制致动系统的期间提供稳定支持。拇指杠杆部246可以可旋转地附接至主体部分242以及以允许用户高效控制致动轴214穿过外轴210缩回及延伸的方式联接至致动轴214的锁球236(参见图6)。如以下更详细地描述，致动轴214的缩回及延伸提供了对联结至轴组件200的远端部218的末端执行器组件300的控制。
为了将轴组件200联结至仪器手柄240用以在手术期间使用，外轴210与致动轴214和从其延伸的锁球236一起插入穿过仪器手柄240的轴接受器256。如图5的放大视图所示，可以插入轴组件200直到弹簧偏置式锁紧固定螺钉260接合轴锁接受器234为止以将轴组件200固定到仪器手柄240。固定螺钉260可以为安装至仪器手柄240的主体部分242的旋转把手单元270的一部分。可以例如在仪器手柄240中设置并配置有包括安装式控制按钮的用于把手单元270的受控旋转的电子电路，这提供了轴组件200和连接至轴组件的末端执行器组件300的受控旋转。
如图6的放大视图所示，可以使用轴固定组件280捕获致动轴214的锁球236。例如，轴固定组件280可以可旋转地安装至拇指杠杆部246的远端部使得锁球接纳通道282可以与致动轴214的轴线轴向对准。锁球接纳通道282接纳锁球236直到锁球236被接纳到主支承室284。轴固定组件280具有与锁球接纳通道282的直径相比较小的直径的锁道286。因此，致动轴214的在远处从锁球236延伸的减小直径部237可以在轴固定组件280转动时穿过锁道286滑动。因此，当锁球236位于主支承室284中时，固定组件280的转动带动锁球接纳通道282转动从而失去与致动轴214的中心轴线对准。由于锁球236的直径宽于锁道286的横截尺寸，因此，锁球236被保持固定在支承室284中，同时减小直径部237穿过锁道286滑动且致动轴214被固定至轴固定组件280。可以使用弹簧加载式按钮290防止或允许轴固定组件280的转动从而防止或允许致动轴214从轴固定组件280的释放。
在致动轴214经由轴固定组件280而固定至拇指杠杆部246的情况下，在拇指杠杆部246上施加或释放压力带动拇指杠杆部246转动以允许准确地控制致动轴214穿过外轴210缩回或延伸从而用于末端执行器组件300的受控致动，如以下另外详细描述。为了增大触感，受控致动可以例如为手动和/或经由配置在仪器手柄240中的电子电路被控制。
图7为根据本发明的各方面的末端执行器组件300的立体图。图8为图7所示的末端执行器组件的剖视图以示出末端执行器组件300的组成部分的装配。图9为图7和图8所示的组成部分的分解图。
末端执行器组件300可以为5mm的工作系统以用于致动例如用作剪刀、抓紧器、解剖器和施夹器的多重夹具构型的打开或关闭。末端执行器组件300可以包括铰链管302，铰链管302用作末端执行器组件300的主框架元件。铰链管302可以构造有朝近端部布置的大致中空部304和朝远端部纵向延伸的两个对称臂306。中空部304可以在近端部处大致敞开并限定具有第一内径的室308。室308可以构造成在内容置有压缩弹簧310。棘爪部或梯部312可以设置成座置压缩弹簧310的一端，其中，梯部312可以通过减小第一内径为第二内径形成。可以基本封闭中空部304的远端部，除了杆开口314以外，杆开口314设置成用作用于滑动地支撑推杆316的支承表面。
如图8和图9所示，推杆316可以包括与致动头320一体地形成或结合至致动头320的大致圆柱形杆318。致动头320可以为横向于圆柱形杆318的纵向中心轴线延伸的长形部分。圆柱形杆318可以例如通过包括有沿杆318的纵向长度延伸的突出部322和/或平坦部324而形成键。杆开口314可以的尺寸被设置为对应于突出部322和平坦部324的键构型。因此，当推杆316安装成如图8所示时，其中，圆柱形杆318穿过杆开口314延伸，致动头320位于对称臂306之间并且被防止与铰链管302的转动分开的单独转动。
在推杆316的圆柱形杆318穿过杆开口314延伸到室308的情况下，压缩弹簧310可以在弹簧310的一端座靠梯部312且另一端座靠弹簧承座326的情况下在中心布置成围绕圆柱形杆318。弹簧承座326可以安装到圆柱形杆318的自由端上使得压缩弹簧310使推杆316朝向组件300的近端部偏置。端盖328可以设置成密封铰链管302的开口端。端盖328可以用作止动件以抵制由压缩弹簧310引起的弹簧承座326的无限制轴向移动。同样地，在当圆柱形杆318朝向室308延伸时而首先穿过杆开口314进入的情况下，中空部304的远端部可以用作止动件以抵制推杆316由于压缩弹簧310在远处方向上的轴向移动。如图7和图8所示，例如，当压缩弹簧310处在最大延长位置时，致动头320可以座靠中空部304的远端部。对着弹簧承座326的近侧施加的任何力(即，在朝向组件300的远端部的方向上)迫使弹簧承座326克服弹簧310的压力穿过室308向前滑动。当弹簧承座326向前滑动时，也迫使推杆316向前滑动。
上连杆330和下连杆332可旋转地附接至推杆316的致动头320。上连杆330可以可旋转地附接至上夹钳334以及下连杆332可以可旋转地附接至下夹钳336。虽然在文中限定为例如上夹钳334和下夹钳336，两个夹钳可以构造成完全一样，一个夹钳与另一个夹钳以倒置且对置的方式布置及安装。因此，上夹钳334和下夹钳336中的每一个可以具有铰链座338(参见图8和图9)和销座340。铰链销341(参见图7)可以用于在对称臂306之间将上夹钳334和下夹钳336以对置的构型可旋转地安装。销座340可以用于将上夹钳334和下夹钳336的后部可旋转地安装至相应的上连杆330和下连杆332。上夹钳334和下夹钳336可以具有用于在手术期间执行特别的功能的构造特征，诸如脊状物或刀刃。
如图10所示，上连杆330和下连杆332可以各自在一端附接至上夹钳334和下夹钳336上的相应销座340。上连杆330和下连杆332中的每一个的另一端可以可旋转地安装至推杆316的致动头320。例如，上连杆330可以附接至下杆座342以及下连杆332可以附接至致动头320的上杆座344。连杆330和332的尺寸以及其成十字状安装特性使得夹钳在压缩弹簧310和弹簧承座326完全伸长时(即，当组件300在非致动、静置位置时)被通常偏置到打开位置。然而，当诸如来自作用于弹簧承座326的致动轴214的作用力迫使推杆316向前时，在上夹钳334和下夹钳336中的每一个上围绕铰链座338同时产生反向扭矩。当推杆316向前轴向平移时，通过上连杆330和下连杆332平移的作用力使上夹钳334和下夹钳336朝向关闭位置转动。以此方式，可以迫使上夹钳334和下夹钳336关闭从而根据需要抓紧、解剖、操纵及/或保持目标解剖特征以用于完成特殊的医疗手术。
对于将轴组件200连接至末端执行器组件300，图11示出端盖328的放大视图。端盖328可以例如形成为压配合到铰链管302的开口端。端盖328可以具有主外壳350，主外壳350具有用于经此接纳轴组件200的盖开口352。例如，如果轴组件200的外轴210具有3mm的外径，则盖开口352可以形成大约3mm左右。主外壳350可以形成具有与铰链管302的外径相等的外径。插入凸缘354可以一体地形成为从主外壳350延伸。插入凸缘354可以具有与铰链管302的中空部304的开口端的内径相同或稍大于铰链管302的中空部304的开口端的内径的减小外径。因此可以将插入凸缘354接纳到铰链管302的开口端中直到主外壳350抵接铰链管302为止。插入凸缘354可以形成有一个或多个轴固位袋状部356。轴固位袋状部356可以例如的尺寸被设置为对应于定位在轴组件200的外轴210上的锁紧凸台224的尺寸。
图12至图15示出根据本发明的各方面的将轴组件200连接至末端执行器组件300的方法。图12示出致动轴214处在中立位置的轴组件200，其中，致动轴214完全或大致穿过腔212延伸。如图13所示，致动轴可以返回到腔212中。致动轴214消失在挠曲臂226之间的腔中使挠曲臂226能够朝向彼此压缩到由挠曲狭缝220提供的空间中，从而允许轴210的远端部218呈现比在挠曲臂226未被压缩时轴210存在的直径较小的直径。因此，如图14至15所示，轴组件200可以插入到端盖328的盖开口352中。当轴组件插入时，外轴210的远端部218被压缩使得锁紧凸台224可以进入端盖328的主外壳350中。轴组件200可以向前滑到端盖328中直到上锁紧凸台和下锁紧凸台224与端盖328的轴固位袋状部356对准为止。一旦对准，挠曲臂226可以自由地扩展使得锁紧凸台224成为座置在设置在端盖328处的轴固位袋状部356中。
如图16所示，在锁紧凸台224因而座置到端盖328的轴固位袋状部356中的情况下，可以使致动轴214向前回到中立位置。在致动轴214因而再次穿过腔212延伸的情况下，挠曲臂226未经压缩以及轴组件200被锁紧与末端执行器组件300成联接结构。现在可以致动致动轴214朝向中立位置进一步向内和/或向外移动以克服弹簧承座326分别地施加压力或释放压力，从而如上所述致动夹钳打开或关闭。附加地，在锁紧凸台224座置成与端盖328的固位袋状部356处于锁紧关系的情况下，外轴210的转动会导致末端执行器组件300的转动。
图17为示出了根据本发明实施方式的末端执行器致动系统400的立体图。致动系统400可以例如包括轴组件500以及如下述联接在一起的末端执行器组件600以便以在微创医疗手术期间提供特别功能或能力的方式手动或机械地铰接末端执行器组件600。
轴组件500可以包括由诸如不锈钢或耐热塑料之类的高质量耐用材料制成的外轴510。外轴510可以例如构造成具有用于与5mm末端执行器组件联接的3mm左右的外径。外轴510可以大体为直的且构造有用于可滑动地容置致动轴514的内腔。如在图18中被放大示出，致动轴514可以包括球端部516和具有由轴直径减小的直径的至少一个通道凹槽区域518，轴直径基本等于外轴510的内径。返回参照图17，外轴510可以例如设置有用于将外轴510可释放地联接至末端执行器组件600的锁紧机构520，诸如卡口配合式棘爪部或弹簧承载式球形闸门。
如图17所示，执行器组件600可以包括用于容置梢端筒夹604的基本圆柱形的U形夹杆602。梢端筒夹可以可旋转地附接至连杆606的一端，连杆606的在另一端联接至上夹钳608和下夹钳610。上夹钳608和下夹钳610可旋转地联接至连杆606并且构造成当梢端筒夹604穿过U形夹杆602的内部部分向前或向后移动时打开及关闭。
如图19的放大视图所示，梢端筒夹604具有铰链通道612，铰链通道612用于将连杆606的一端可旋转地联接至梢端筒夹604。梢端筒夹604构造成具有多个筒夹花瓣部614，筒夹花瓣部形成用于接纳致动轴514的球端部516的筒夹开口616。
如图20的放大视图所示，U形夹杆602具有用于容置梢端筒夹604的内部部分622。近端部部分624具有用于当将末端执行器组件600联接至轴组件500时接纳轴组件500的U形夹接纳孔626。U形夹杆602的远端部部分628可以形成有支臂630，支臂630具有设置成用于安装铰链销以用于在U形夹杆602的远端部628支撑及致动夹钳的各个通孔。U形夹杆602的远端部部分628和近端部部分624可以通过一个或多个主纵向支撑梁632结合。一个或多个挠性把手梁634可以在支撑梁632之间径向隔开以便从远端部部分628朝向近端部部分624纵向地延伸。挠性把手梁634不连接至近端部部分624而是从远端部部分628以悬臂的方式延伸。手指把手衬垫636可以设置在挠性把手梁634的悬臂端部处。
返回参照图17，为了将轴组件500连接至末端执行器600，外轴510首先延伸穿过U形夹接纳孔626直到被可释放地固定。随后可以延伸致动轴514使得轴514的球端部516进入筒夹开口616。在图17中已切除筒夹花瓣部614中的一个以进一步示出联接构思。每个筒夹花瓣部614具有锁紧凸台区域640，锁紧凸台区域为形成与致动轴514的通道凹槽区域518紧密配合的突出区域。当轴514的球端部516接触梢端筒夹604的锁紧凸台区域640时，迫使梢端筒夹604进到U形夹杆602的前方位置。支撑梁632和把手梁634形成为提供U形夹空隙区域644。在梢端筒夹604处在前方位置时，U形夹空隙区域644为对筒夹花瓣部614向外扩展产生足够宽间隙的增大的内径的区域。在筒夹花瓣部614能够扩展到U形夹空隙区域644的情况下，致动轴514的持续向前移动迫使球端部516通过锁紧凸台区域640。筒夹花瓣部614扩展直到球端部516通过锁紧凸台区域640为止。筒夹花瓣部614可以随着锁紧凸台区域640稳定地固定在致动轴514的通道凹槽区域518中而卡合就位。
如图21所示，在球端部516固定在梢端筒夹604中的情况下，可以在近处方向上拉动致动轴514使得迫使筒夹花瓣部614的端部进入到U形夹限制区域646。U形夹限制区域为形成在支撑梁632和把手梁634上的限制筒夹花瓣部614的扩展的内径减小的区域。因此，当在近侧拉动致动轴514时，筒夹花瓣部614不能扩展，从而防止球端部516从梢端筒夹604的脱离。致动轴514的持续近侧移动迫使关闭上夹钳608和下夹钳610。
为了释放末端执行器组件600，可以推动致动轴514到前方位置直到筒夹花瓣部614从U形夹限制区域646释放而进入到U形夹空隙区域644。随后可以施加压力到悬臂把手梁634，从而迫使把手梁634的自由端向内挠曲。设置在把手梁634的内表面上的棘爪部650形成为止动件以在把手梁634向内挠曲时防止梢端筒夹604向近侧移动。因此，随后可以致动致动轴514以向近侧移动。棘爪部650防止筒夹花瓣部614进入U形夹限制区域646且反之保留在U形夹空隙区域644中。筒夹花瓣部614可以因此扩展到U形夹空隙区域644中使得致动轴514的球端部516可以在近侧移动通过锁紧凸台区域640，从而将致动轴514与梢端筒夹604分离。随后可以将外轴510脱离U形夹杆602以及将末端执行器组件600脱离轴组件500。
图22示出形成夹钳组件的组成部分的分解图，即，上夹钳608、下夹钳610、以及连杆606。图22的夹钳组件可以为图17至图21以及以下的图23至图35中所描绘的各个实施方式所共用。
图23为示出根据本发明的实施方式的末端执行器致动系统700的立体图。致动系统700可以例如包括轴组件800和如以下所述联接在一起的末端执行器组件900，以便以在微创医疗手术期间提供特别功能或能力的方式手动或机械地铰接末端执行器组件900。
轴组件800可以包括由诸如不锈钢或耐热塑料之类的高质量耐用材料制成的外轴810。外轴810可以例如构造成具有用于与5mm末端执行器组件联接的3mm左右的外径。外轴810可以大体为直的且构造有用于可滑动地容置致动轴814的内腔。如图24的放大视图所示，致动轴814可以包括截头圆锥形梢端端部816。外轴810可以例如设置有用于将外轴810联接至末端执行器组件900的锁紧机构，诸如卡口配合式棘爪部或弹簧承载式球形闸门。
如图23所示，末端执行器组件900可以包括用于固定杆梢端连接器904的U形夹902。杆梢端连接器904可以可旋转地附接至连杆906的一端，连杆在另一端附接至上夹钳908和下夹钳910。上夹钳908和下夹钳910可旋转地联接至连杆906并且构造成当杆梢端连接器904穿过U形夹902的内部部分向前或向后移动时打开及关闭。
如图25的放大视图所示，杆梢端连接器904可以在远端部913包括用于将连杆906的一端可旋转地联接至杆梢端连接器904的铰链通道912。近侧接受器部914包括设置成朝向中心线的两个挠曲梁916和用于将梢端端部816搁好的梢端袋状部918。
如图26的放大视图所示，U形夹902可以包括近端部部分924，近端部部分924具有用于在将末端执行器组件900联接至轴组件800时接纳轴组件800的U形夹接纳孔926。U形夹902的远端部部分928可以形成有支臂930，支臂930具有设置成用于安装铰链销以用于在U形夹902的远端部928支撑并致动夹钳的各个通孔。U形夹902的远端部部分928和近端部部分924可以通过一个或多个主纵向支撑梁932结合。梢端连接器接纳通孔934可以设置成沿U形夹902的中心轴线穿过远端部部分928。敞开的U形夹空隙区域936通过使沿U形夹902的纵向底部不存在连接支撑梁932的任何结构以及U形夹限制区域938形成为朝向U形夹902的近端部924，其中圆柱形下壁从近端部924向前朝向远端部部分928延伸预定的距离，从而在支撑梁932之间关闭U形夹902的下部。
返回参照图23，杆梢端连接器904安装到U形夹902中使得远端部913穿过接纳通孔934被接纳。为了将轴组件800连接到末端执行器900，外轴810首先延伸穿过U形夹接纳孔926直到外轴可释放地被固定。随后可以延伸致动轴814使得轴814的梢端端部816被推到杆梢端连接器904中。杆梢端连接器904的近侧接受器部914构造成挠曲向下穿过U形夹空隙区域936，如图27的剖视图所示。接受器部914的每个侧壁940具有锁紧凸台942，锁紧凸台为形成将梢端端部816通过接合锁紧到杆梢端连接器904中的突出区域。一旦梢端端部816掠过锁紧凸台942，例如可以听到可听见的咔嗒声，接受器部914在锁紧凸台942包围致动轴814的情况下挠曲就位。
如图28所示，在梢端端部816固定在梢端连接器904中的情况下，可以在近侧方向上拉动致动轴814使得接受器部914被迫使进入到U形夹限制区域938中。U形夹限制区域938防止侧壁940的向下或向外挠曲，因此锁紧凸台942保持梢端端部816被锁定在梢端连接器904中。致动轴814的持续近侧移动迫使关闭上夹钳908和下夹钳910。
为了释放末端执行器组件900，可以推动致动轴814到前方位置直到接受器部914从U形夹限制区域938释放而进入到U形夹空隙区域936为止。随后可以对接受器部914施加压力以便向下推动侧壁940穿过U形夹空隙区域936或使侧壁940穿过U形夹空隙区域936向外挠曲，使得致动轴814的梢端端部816可以在近侧移动掠过锁紧凸台942，从而将致动轴814与梢端连接器904分离。随后可以将外轴810脱离U形夹902以及将末端执行器组件900脱离轴组件800。
图29为示出根据本发明实施方式的末端执行器致动系统1000的立体图。致动系统1000可以例如包括轴组件1100和如以下联接在一起的末端执行器组件1200以便以在微创医疗手术期间提供特别功能或能力的方式手动或机械地铰接末端执行器组件1200。
轴组件1100可以包括由诸如不锈钢或耐热塑料之类的高质量耐用材料制成的外轴1110。外轴1110可以例如构造成具有用于与5mm末端执行器组件联接的3mm左右的外径。外轴1110可以大体为直的且构造有用于可滑动地容置致动轴1114的内腔。如图30的放大视图所示，致动轴1114可以包括梢端端部1116和至少一个凹进通道部1118。外轴1110可以设置有用于将外轴1110可释放地联接至末端执行器组件1200的锁紧机构，诸如卡口配合式棘爪部或弹簧承载式球形闸门。
如图29所示，末端执行器组件1200可以包括用于固定杆梢端连接器组件1204的U形夹1202。杆梢端连接器组件1204可以可旋转地附接至连杆1206的一端，连杆1206在另一端联接至上夹钳1208和下夹钳1210。上夹钳1208和下夹钳1210可旋转地联接至连杆1206并且构造成在杆梢端连接器组件1204穿过U形夹1202的内部部分向前或前后移动时打开及关闭。
如图31和图32的放大视图所示，杆梢端连接器组件1204可以在远端部1213包括用于将连杆1206的一端可旋转地联接至杆梢端连接器组件1204的铰链通道1212。上、下挠曲梁1216可以构造成沿相反方向挠曲以使致动轴1114的梢端端部1116能够在设置在挠曲梁1216中的每一个上的棘爪部1218的后面夹紧。
如图33的放大视图所示，U形夹1202可以包括近端部部分1224，近端部部分具有用于在将末端执行器组件1200联接至轴组件1100上时接纳轴组件1100的U形夹接纳孔1226。U形夹1202的远端部部分1228可以形成有支臂1230，支臂具有设置成用于安装铰链销以用于在U形夹1202的远端部1228处支撑并致动夹钳的各个通孔。U形夹1202的远端部部分1228和近端部部分1224可以通过一个或多个主纵向支撑梁1232结合。
如图34所示，当梢端连接器组件1204处在前方位置时，两个挠曲梁1216可以挠曲以使致动轴1114能够夹紧在适当位置。如图35所示，当梢端连接器组件1204在近侧被拉动时，两个挠曲梁1216中的每一个的近侧部分上的抗挠曲狭槽1240移动到U形夹1202上的抗挠曲销1242中。在抗挠曲狭槽1240与抗挠曲销1242接合的情况下，防止了挠曲梁1216向上或向下挠曲，因此防止了致动轴1114从杆梢端连接器组件1204取出。致动轴1114的持续近侧移动迫使关闭上夹钳1208和下夹钳1210。
为了释放末端执行器组件1200，可以推动致动轴1114到前方位置直到抗挠曲狭槽1240脱离抗挠曲销1242为止。随后可以对挠曲梁1216中的每一个施加压力以便分别向上及向下推动对置的挠曲梁以释放致动轴的梢端端部1116，因此致动轴1114可以在近侧移动掠过棘爪部1218，从而将致动轴1114与梢端连接器1204分离。随后可以将外轴1110脱离U形夹1202，以及将末端执行器1200脱离轴组件1100。
应当理解，所描述的与任意实施方式相关的任意技术特征都可以单独使用或与其他技术特征相结合，也可以与任意其他具体实施方式中的一个或多个技术特征结合使用，或与任意其他具体实施方式任意结合。
通过详细的说明，本发明的许多特征和优点是显而易见的，因此，所附的权利要求旨在覆盖落入本发明的实质精神和范围内的所有这种特征和优点。此外，由于对本领域技术人员来说，将容易出现许多修改和变化，因此不期望将本发明限制于示出和描述的精确结构和手术，因此所有适当的修改和等同物可认为落入本发明的范围内。
Claims (20)
1.一种末端执行器致动系统，包括：
轴组件，所述轴组件包括外轴，所述外轴具有内腔和可滑动地接纳在所述腔中的致动杆，所述外轴具有远端部部分，所述远端部部分仅当所述致动杆在所述远端部部分从所述腔消失时是可压缩的；
锁紧凸台，所述锁紧凸台设置在所述远端部部分上；以及
末端执行器组件，所述末端执行器组件具有接纳开口和固位袋状部，其中，所述接纳开口的尺寸被设置为接纳所述外轴的被压缩的远端部部分，以及所述固位袋状部的尺寸被设置为当所述远端部部分由于所述致动轴存于所述远端部部分的腔中而未被压缩时接纳所述锁紧凸台。
2.根据权利要求1所述的末端执行器致动系统，其中，在所述外轴的远端部部分中形成有至少一个挠曲狭缝。
3.根据权利要求1所述的末端执行器致动系统，其中，在所述外轴的远端部部分中形成有第一挠曲狭缝和第二挠曲狭缝，所述第一挠曲狭缝形成在所述外轴中与所述第二挠曲狭缝完全相反的位置处以形成第一挠曲臂和第二挠曲臂。
4.根据权利要求4所述的末端执行器致动系统，其中，所述锁紧凸台设置在所述第一挠曲臂或所述第二挠曲臂中的一个上。
5.根据权利要求4所述的末端执行器致动系统，还包括：
手柄组件，所述手柄组件联接至所述轴组件。
6.根据权利要求5所述的末端执行器致动系统，其中，所述外轴的近端部部分固定至所述手柄组件以使所述致动杆从所述外轴的近端部部分延伸并且可滑动地接纳在所述手柄组件的主体部分中。
7.根据权利要求6所述的末端执行器致动系统，还包括构造在所述外轴上的锁紧套筒，所述锁紧套筒具有用于将所述手柄组件稳固地联接至所述外轴的轴锁接受器。
8.根据权利要求5所述的末端执行器致动系统，其中，所述致动杆具有形成在其近端部上的锁球，以及其中，所述手柄组件包括杠杆部，所述杠杆部构造成接合所述锁球以控制所述致动杆穿过所述外轴的腔的延伸及缩回。
9.根据权利要求1所述的末端执行器致动系统，其中，所述末端执行器组件还包括弹簧承座，所述弹簧承座被弹簧偏置至第一位置，所述弹簧承座提供了用于由所述致动杆施加作用力的底座以将所述弹簧承座移动到第二位置。
10.根据权利要求9所述的末端执行器致动系统，其中，所述末端执行器组件包括多重夹钳构型，以及其中，所述弹簧承座从第一位置到第二位置的移动使所述多重夹钳构型打开或关闭。
11.一种末端执行器致动系统，包括：
轴组件，所述轴组件具有外轴和可滑动地接纳在所述外轴中的致动轴，所述致动轴具有梢端端部；以及
末端执行器组件，所述末端执行器组件包括：U形夹外壳、用于固定所述致动轴的梢端端部的梢端连接器、以及联接至所述梢端连接器的夹钳组件；其中，所述梢端连接器容置在所述U形夹外壳中并且具有可扩展的部分，所述可扩展的部分仅当所述梢端连接器在所述U形夹外壳的预定位置处时是可扩展的。
12.根据权利要求11所述的末端执行器致动系统，其中，所述可扩展的部分包括多个筒夹花瓣部，所述多个筒夹花瓣部形成用于接纳所述致动轴的球端部的筒夹开口。
13.根据权利要求12所述的末端执行器致动系统，其中，所述U形夹外壳包括多个支撑梁和在所述支撑梁之间径向隔开的至少一个挠性把手梁，其中，所述多个支撑梁和至少一个挠性把手梁形成U形夹空隙区域，当所述致动轴处在第一预定位置时所述筒夹花瓣部能够扩展到所述U形夹空隙区域中。
14.根据权利要求13所述的末端执行器致动系统，其中，所述U形夹外壳还包括U形夹限制区域，当所述致动轴处在第二预定位置时所述U形夹限制区域限制所述筒夹花瓣部的扩展。
15.根据权利要求11所述的末端执行器致动系统，其中，所述外轴包括用于将所述外轴可释放地联接至所述末端执行器组件的锁紧机构。
16.根据权利要求11所述的末端执行器致动系统，其中，所述夹钳组件包括上夹钳和下夹钳，并且其中，所述上夹钳和所述下夹钳中的每一个附接至连杆的一端，所述连杆的另一端可旋转地附接至所述梢端连接器。
17.一种将末端执行器连接至致动轴的方法，所述方法包括：
提供轴组件，所述轴组件包括：
外轴，所述外轴具有可压缩的远端部部分，所述远端部部分构造有至少一个锁紧凸台；
致动轴，所述致动轴可滑动地容置在所述外轴中，所述致动轴的一端构造成从所述外轴的远端部部分可滑动地延伸及缩回；
提供末端执行器组件，所述末端执行器组件具有接纳开口和用于与所述锁紧凸台紧密配合的固位袋状部；
在所述致动轴从所述轴组件的远端部部分大体缩回的情况下，将所述轴组件的远端部部分插入到所述末端执行器的接纳开口中以迫使压缩所述远端部部分，直到所述锁紧凸台被接纳在所述固位袋状部中以及所述远端部部分未被压缩为止；
致动所述致动轴以延伸到所述远端部部分中从而防止所述远端部部分的压缩。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
在所述外轴的远端部部分中设置第一挠曲狭缝和第二挠曲狭缝，其中，在所述第一挠曲狭缝与所述第二挠曲狭缝之间形成了至少一个挠曲臂。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述锁紧凸台设置在所述至少一个挠曲臂上。
20.根据权利要求17所述的方法，还包括：
将手柄组件联接到所述轴组件以经由所述致动轴控制所述末端执行器。
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