CN105250032B - 微创器械轴向回转模块 - Google Patents

Abstract

本发明公开了微创器械轴向回转模块，它包括支撑基座和回转座，回转座穿过支撑基座并与支撑基座旋转相连，支撑基座与回转座共轴线且为回转模块的回转轴线，在回转座穿过支撑基座设置的后端连接有回转驱动装置，回转座能够在回转驱动装置的驱动下绕回转座的中轴线转动，回转驱动装置包括分别固定在回转座的后端轴径处的正、反向旋绕的钢丝绳I、钢丝绳II，旋向相反的钢丝绳I、钢丝绳II分别经导向轮导向后旋绕张紧在固丝机构上，固丝机构与旋转驱动装置相连，导向轮通过导向轮轴转动安装在支撑基座上。本发明结构简单，零部件数量少，且利用丝传动方式与后部驱动装置相连，有利于简化器械复杂程度和减小结构尺寸。

Description

微创器械轴向回转模块

技术领域

本发明涉及一种手术器械的关节模块，特别涉及一种微创外科手术器械的关节模块。

背景技术

以腹腔镜为代表的微创外科被誉为20世纪医学科学对人类文明的重要贡献之一，是21世纪全球外科发展的主旋律。在微创手术中，医生借助胸、腹腔镜等现代医疗影像仪器，通过操控配套的微创手术器械实施手术操作，与传统的开口手术相比具有切口小、出血量少、术后疤痕小、恢复时间快等优点，使病人遭受的痛苦大大减小，被广泛地应用于临床手术。然而需要指出的是，在微创技术的约束条件下，复杂的手术操作变得非常困难，这对医生的手术技能要求更为严格的同时，也对微创手术器械提出了更高的技术要求。

微创手术过程中，手术器械前端通过在病人体表开设的微小切口探入人体内部，直达病变组织开展手术作业，因此，微创手术器械是唯一直接接触患者病变组织的手术执行机构，是微创手术系列设备中的核心元素。由此可知，降低手术执行难度，提高可操作舒适性的根本方法就是开发一套精巧灵活的微创手术器械。Zeus微创手术机器人系统的末端器械为连杆传动的两自由度器械，存在自由度少、结构复杂的问题；Da Vinci系统的末端器械具有较好的灵活性，但是其结构复杂；国际上如美国、德国、日本、波兰等科研机构相继研发出面向微创手术机器人的末端器械，但是大多存在结构复杂、灵活性低、操作性差等缺点，而产生上述情况的原因之一就是器械关节模块的设计不合理，难以满足结构精巧、传动灵活的要求。因此，提供一种可靠实用、贴合手术操作需要的微创手术器械关节模块对于填补该领域的空白，开发出灵巧实用的微创手术器械，从而提高微创手术质量等方面具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的不足，提供一种结构简单、传动可靠、贴合手术操作需求的微创手术器械关节模块。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

微创器械轴向回转模块，它包括支撑基座和回转座，所述的回转座穿过支撑基座并与支撑基座旋转相连，所述的支撑基座与回转座共轴线且为回转模块的回转轴线，在所述的回转座穿过支撑基座设置的后端连接有回转驱动装置，所述的回转座能够在回转驱动装置的驱动下绕回转座的中轴线转动，所述的回转驱动装置包括分别固定在所述的回转座的后端轴径处的正、反向旋绕的钢丝绳I、钢丝绳II，旋向相反的钢丝绳I、钢丝绳II分别经导向轮导向后旋绕张紧在固丝机构上，所述的固丝机构与旋转驱动装置相连，所述的导向轮通过导向轮轴转动安装在支撑基座上。

微创器械轴向回转模块，它包括支撑基座和回转座，所述的回转座穿过支撑基座并与支撑基座旋转相连，所述的支撑基座与回转座共轴线且为回转模块的回转轴线，在所述的回转座穿过支撑基座设置的后端连接有回转驱动装置，所述的回转座能够在回转驱动装置的驱动下绕回转座的中轴线转动，所述的回转驱动装置包括安装在所述的回转座的后端轴径处的锥齿轮I，所述的锥齿轮I与锥齿轮II啮合配合，在所述的锥齿轮II上固定有传动轮，在所述的传动轮上通过丝结固定有钢丝绳III，所述的钢丝绳III旋绕张紧在固丝机构上，所述的固丝机构与旋转驱动装置相连，所述的传动轮通过传动轮轴转动安装在支撑基座上。

微创器械轴向回转模块，它包括支撑基座和回转座，所述的回转座穿过支撑基座并与支撑基座旋转相连，所述的支撑基座与回转座共轴线且为回转模块的回转轴线，在所述的回转座穿过支撑基座设置的后端连接有回转驱动装置，所述的回转座能够在回转驱动装置的驱动下绕回转座的中轴线转动，所述的回转驱动装置包括设置在回转座的后端轴径处的直径不同的大、小轴段两部分，两根旋向相反的钢丝绳IV、钢丝绳V分别正、反向旋绕在大、小轴段上，并分别经大导向轮、小导向轮导向后旋绕张紧在大、小固丝轮上，所述的大导向轮和小导向轮同轴线设置并且通过导向轮轴转动安装在支撑基座上，所述的大、小固丝轮共同与旋转驱动装置相连，所述的回转座的大、小轴段直径之比等于大、小导向轮的直径之比，也等于大、小固丝轮的直径之比。

与现有技术相比，本发明提供的微创器械轴向回转模块具有以下有益效果：

1.本发明的微创手术器械轴向回转模块可丰富器械关节的结构种类，扩展器械末端的自由度布局形式。

2.本发明的微创手术器械轴向回转模块结构简单，零部件数量少，且利用丝传动方式与后部驱动装置相连，有利于简化器械复杂程度和减小结构尺寸。

3.本发明的微创手术器械轴向回转模块不仅适用于器械末端，还可应用于其它关节或位置，具有较好的通用性使用潜力。

附图说明

图1为本发明微创器械轴向回转模块的布局结构示意图；

图2-1为本发明微创器械轴向回转模块的结构示意图；

图2-2为图2-1所示的回转模块的传动简图；

图3-1为本发明微创器械轴向回转模块锥齿轮实现方式的结构示意图；

图3-2为图3-1所示的回转模块的传动简图；

图4-1为本发明微创器械轴向回转模块锥齿轮实现方式的传动示意图；

图4-2为图4-1所示的回转模块的原理示意图；

图5为本发明微创器械轴向回转模块差动实现方式的结构示意图；

图6-1为本发明微创器械轴向回转模块差动实现方式的传动示意图；

图6-2为图6-1所示的回转模块的原理示意图；

其中：

1–轴向回转模块 2–支撑基座 3–回转座 4–后部杆件

1-1–钢丝绳I 1-2–钢丝绳II 1-3-导向轮

2-1–锥齿轮I 2-2–钢丝绳III 2-3–传动轮 2-4–锥齿轮II

3-1–钢丝绳IV 3-2–钢丝绳V 3-3–大导向轮 3-4–小导向轮

3-5–大固丝轮 3-6–小固丝轮

R–回转自由度 P1-正向拉伸方向 P2-反向拉伸方向 S–回转轴线

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。

如图所示的微创器械轴向回转模块1，它包括支撑基座2和回转座3。所述的回转座3穿过支撑基座2并与支撑基座2旋转相连，所述的支撑基座2与回转座3共轴线且为回转模块1的回转轴线，在所述的回转座3穿过支撑基座2设置的后端连接有回转驱动装置，所述的回转座3能够在回转驱动装置的驱动下绕回转座3的中轴线转动。

作为本发明的回转驱动装置的第一种结构方式：所述的回转座3的后端轴径处分别固定正、反向旋绕的两股钢丝绳I1-1、II1-2，旋向相反的两股钢丝绳I1-1、II1-2分别经导向轮1-3导向后旋绕张紧在固丝机构上，所述的固丝机构与旋转驱动装置相连，所述的旋转驱动装置可以采用电机，所述的导向轮1-3通过导向轮轴转动安装在支撑基座2上。

作为本发明的回转驱动装置的第二种结构方式：还可以通过锥齿轮传动方式实现。在所述的回转座3的后端轴径处安装有锥齿轮I2-1，所述的锥齿轮I2-1与锥齿轮II2-4啮合配合，在所述的锥齿轮II2-4上固定有传动轮2-3，在所述的传动轮2-3上通过丝结固定有钢丝绳III2-2，所述的钢丝绳III2-2旋绕张紧在固丝机构上，所述的固丝机构与旋转驱动装置相连，所述的传动轮2-3通过传动轮轴转动安装在支撑基座2上，所述的旋转驱动装置可以采用电机。

作为本发明的回转驱动装置的第三种结构方式：基于差动传动，在所述的回转座3的后端轴径处包含直径不同的大、小轴段两部分，两根旋向相反的钢丝绳IV3-1、V3-2分别正、反向旋绕在大、小轴段上，并分别经大导向轮3-3、小导向轮3-4导向后旋绕张紧在大、小固丝轮上，所述的大导向轮3-3和小导向轮3-4同轴线设置并且通过导向轮轴转动安装在支撑基座2上，所述的大、小固丝轮共同与旋转驱动装置相连，所述的旋转驱动装置可以采用电机。回转座3的大、小轴段直径之比等于大、小导向轮的直径之比，也等于大、小固丝轮的直径之比。两根旋向相反的钢丝绳IV3-1、V3-2组成了回转关节的闭环差动回路，电机驱动时，回转座3在两根钢丝绳拉动下实现回转自由度R。

下面再结合每一附图对本发明加以详细说明：

图1为本发明微创器械轴向回转模块的布局结构示意图。所述的回转模块1可以包括支撑基座2、回转座3和导向组件。所述的支撑基座2与回转座3旋转的相连，所述的支撑基座2的中轴线即为所述的回转模块1的回转轴线S，所述的回转座3相对于支撑基座2的旋转运动即为回转模块1的回转自由度R。所述的支撑基座2后端可与后部杆件4旋转的相连，组成偏转关节，同理，所述的回转座2前端也可与杆件旋转的相连，组成旋转关节。将所述的回转模块1应用在微创器械末端，可实现缝合操作中的穿刺旋转动作。所述的回转座3与器械末端钳体相连，所述的回转座3旋转，从而带动末端钳体旋转，实现钳体持针的穿刺旋转动作。

图2-1、2-2为本发明微创器械轴向回转模块的结构示意与传动简图。所述的回转座3的轴径处固定并分别正、反向旋绕两股钢丝绳I1-1、II1-2，旋向相反的两钢丝绳I1-1、II1-2分别经导向轮1-3导向后引入到器械盒中，并最终旋绕张紧在固丝机构上。电机正向驱动时，钢丝绳I1-1沿正向拉伸方向P1带动回转座3正向旋转；电机反向驱动时，钢丝绳II1-2沿反向拉伸方向P2带动回转座3反向旋转，这样，两根钢丝绳组成了闭环传动回路并借以实现器械回转关节的长距离动力传递。

图3-1、3-2、4-1、4-2为本发明微创器械轴向回转模块锥齿轮实现方式的结构与传动示意图。其中，图3所示为传动结构整体及爆炸示意图，图4所示为传动简图与原理示意图。基于锥齿轮传动的回转模块1中，锥齿轮I2-1利用方形轴孔固定安装在回转座3上，钢丝绳III2-2通过丝节与传动轮2-3固连，锥齿轮II2-4利用方形轴孔与传动轮2-3固连，所述的传动轮2-3的传动轮轴插入支撑基座2的轴孔内。电机驱动时，钢丝绳III2-2拉动传动轮2-3，并依次带动锥齿轮II2-4、锥齿轮I2-1、回转座3旋转，从而实现回转自由度R。

图5、图6-1、6-2为本发明微创器械轴向回转模块差动实现方式的结构与传动示意图。其中，图5所示为传动结构整体示意图，图6-1、6-2所示为传动简图与原理示意图。基于差动传动的回转模块中，回转座3的轴径处包含直径不同的大、小轴段两部分，钢丝绳IV3-1、V3-2分别正、反向旋绕在两轴段上，并分别经大导向轮3-3、小导向轮3-4导向后引入器械盒中，并分别固定张紧在固丝轮组件的大、小固丝轮3-5、3-6上，所述的固丝机构可以采用专利ZL201110025933中的形式。回转座3的大、小轴段直径之比等于大、小导向轮的直径之比，也等于大、小固丝轮的直径之比，这样，使两根旋向相反的钢丝绳IV3-1、V3-2组成了回转关节的闭环差动回路。，电机正向驱动时，钢丝绳IV3-1沿正向拉伸方向P1带动回转座3正向旋转；电机反向驱动时，钢丝绳V3-2沿反向拉伸方向P2带动回转座3反向旋转，这样，回转座3在两根钢丝绳拉动下实现回转自由度R。采用差动传动设计的优点是可有效避免旋向相反的两根钢丝绳之间产生交叉磨损现象，提高传动效率，缺点是相较本发明的第一种方式，结构略为复杂。

以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的只是本发明的实施方式之一，实际的结构也并不局限于此。如果本领域的技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其它形式的传动、驱动装置以及连接方式不经创造性的设计与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (1)

1.微创器械轴向回转模块，其特征在于：它包括支撑基座和回转座，所述的回转座穿过支撑基座并与支撑基座旋转相连，所述的支撑基座与回转座共轴线且为回转模块的回转轴线，在所述的回转座穿过支撑基座设置的后端连接有回转驱动装置，所述的回转座能够在回转驱动装置的驱动下绕回转座的中轴线转动，所述的回转驱动装置包括设置在回转座的后端轴径处的直径不同的大、小轴段两部分，两根旋向相反的钢丝绳IV、钢丝绳V分别正、反向旋绕在大、小轴段上，并分别经大导向轮、小导向轮导向后旋绕张紧在大、小固丝轮上，所述的大导向轮和小导向轮同轴线设置并且通过导向轮轴转动安装在支撑基座上，所述的大、小固丝轮共同与旋转驱动装置相连，所述的回转座的大、小轴段直径之比等于大、小导向轮的直径之比，也等于大、小固丝轮的直径之比。