CN107249495B - 机器人外科组件及其电外科器械 - Google Patents

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Abstract

一种用于致动电外科末端执行器的致动机构包括外壳以及从所述外壳向远侧延伸的轴组件。所述轴组件包括细长轴环、延伸穿过所述细长轴环的轴杆，以及可相对于所述轴杆轴向地移动的纵向杆。所述细长轴环具有沿着其长度延伸的内部螺纹牙型。所述纵向杆包括：近端，其具有接合到所述细长轴环的所述内部螺纹牙型的延伸部；以及远端，其被配置成联接到电外科末端执行器的刀片。所述细长轴环的旋转使所述纵向杆相对于所述细长轴环轴向地移动以移动所述刀片。

Description

机器人外科组件及其电外科器械
相关申请的交叉引用
本申请要求2015年2月16日提交的第62/116,664号美国临时专利申请的权益和优先权，所述美国临时专利申请的内容以全文引用的方式并入本文。
背景技术
在微创医疗程序中已经使用机器人手术系统。一些机器人手术系统包括控制台，所述控制台支撑着外科机器人臂以及安装到机器人臂的外科器械或至少一个末端执行器(例如，钳子或抓取工具)。机器人臂对所述外科器械提供机械动力以用于其操作和移动。每一机器人臂可以包括器械驱动单元，其以操作方式连接到外科器械。
手动操作的外科器械经常包括用于致动外科器械的功能的手柄组件。然而，当使用机器人手术系统时，通常不存在手柄组件来实行末端执行器的功能。因此，为了与机器人手术系统一起使用每一种独特的外科器械，选定的外科器械可能需要某些修改以使得外科器械适于与机器人手术系统一起使用。
发明内容
根据本公开的方面，提供一种用于致动电外科末端执行器的致动机构。所述致动机构包括外壳以及从所述外壳向远侧延伸的轴组件。所述轴组件包括细长轴环、轴以及纵向杆。所述细长轴环具有沿着其长度延伸的内部螺纹牙型。所述轴延伸穿过所述细长轴环且具有近端和远端。所述远端被配置成在所述轴相对于所述外壳的轴向移动下实现电外科末端执行器的钳夹部件的移动。所述纵向杆可相对于所述轴轴向地移动，且包括近端和远端。所述近端具有接合到所述细长轴环的所述内部螺纹牙型的延伸部。所述远端被配置成联接到电外科末端执行器的刀片。所述细长轴环的旋转使所述纵向杆相对于所述细长轴环轴向地移动以移动所述刀片。
在实施例中，所述外壳可以包括第一驱动部件和第二驱动部件。所述第一驱动部件可以操作方式与所述细长轴环联接，以使得所述第一驱动部件的旋转使所述细长轴环相对于所述外壳旋转。所述第二驱动部件可以操作方式与所述轴的所述近端联接，以使得所述第二驱动部件的旋转使所述轴相对于所述外壳轴向地移动。所述第一驱动部件可以包括齿轮。所述细长轴环也可以包括齿轮，所述齿轮可以与所述第一驱动部件的所述齿轮成啮合接合。
预期所述轴组件可以进一步包括围绕所述轴的近端固定地安置的轴环组件。所述外壳可以进一步包括护罩，所述护罩螺接到所述第二驱动部件且与所述轴环组件成对接，以使得经由所述第二驱动部件的旋转来进行的所述护罩的轴向移动导致经由所述轴环组件的轴向移动来进行的所述轴的轴向移动。在实施例中，所述轴环组件可以包括近侧轴环、远侧轴环以及偏置部件。所述近侧轴环可以固定到所述轴。所述远侧轴环可以可滑动方式接合到所述轴。所述偏置部件可以互连所述近侧轴环和所述远侧轴环。所述远侧轴环可以界定环形空腔。所述护罩可以具有安置于所述环形空腔内的凸起，以使得所述护罩的向近侧和向远侧移动导致所述轴环组件的对应的向近侧和向远侧移动。
在一些实施例中，所述轴组件可以进一步包括围绕所述轴的近端安置的轴环组件。所述轴环组件可以螺接到所述第二驱动部件，以使得经由所述第二驱动部件的旋转来进行的所述轴环组件的轴向移动导致所述轴的轴向移动。
在一些实施例中，所述外壳可以进一步包括第一输入驱动联接器和第二输入驱动联接器。所述第一输入驱动联接器可以不可旋转地联接到所述第一驱动部件的近端。所述第二输入驱动联接器可以不可旋转地联接到所述第二驱动部件的近端。
设想可以防止所述细长轴环相对于所述外壳轴向移动。
预期所述轴可以包括形成于其中的纵向狭槽。所述纵向杆的延伸部可以安置于所述纵向狭槽外部，以使得所述轴和所述纵向杆可相对于彼此轴向地移动。
在实施例中，所述外壳可以包括被配置成将所述外壳紧固到外科机器人臂的至少一个紧固部件。
在本公开的另一方面中，提供一种电外科器械。所述电外科器械包括末端执行器和致动机构。所述末端执行器包括一对相对的钳夹部件和刀片。所述钳夹部件被配置成抓持且密封安置于其间的组织。所述刀片可移动地安置于所述一对相对的钳夹部件之间以切割安置于其间的所述组织。所述致动机构包括外壳以及轴组件。所述轴组件从所述外壳向远侧延伸。所述轴组件包括细长轴环、轴以及纵向杆。所述细长轴环具有沿着其长度延伸的内部螺纹牙型。所述轴延伸穿过所述细长轴环，且具有近端和远端。所述远端与所述一对相对的钳夹部件中的一者操作连接，以使得所述轴相对于所述外壳的移动使所述一对相对的钳夹部件接近或张开。所述纵向杆相对于所述轴可轴向移动。所述纵向杆包括近端和远端。所述近端具有接合到所述细长轴环的所述内部螺纹牙型的延伸部。所述远端联接到所述刀片。所述细长轴环的旋转使所述纵向杆相对于所述细长轴环轴向地移动以移动所述刀片。
在本公开的又一方面中，提供一种机器人外科组件。所述机器人外科组件包括外科机器人臂、末端执行器以及致动机构。所述末端执行器包括一对相对的钳夹部件和刀片。所述钳夹部件被配置成抓持且密封安置于其间的组织。所述刀片可移动地安置于所述一对相对的钳夹部件之间以切割安置于其间的所述组织。所述致动机构被配置成联接到所述外科机器人臂。所述致动机构包括外壳以及轴组件。所述外壳包括第一驱动部件和第二驱动部件。所述轴组件从所述外壳向远侧延伸。所述轴组件包括细长轴环、轴以及纵向杆。所述细长轴环以操作方式联接到所述第一驱动部件，且具有沿着其长度延伸的内部螺纹牙型。所述轴延伸穿过所述细长轴环，且具有以操作方式联接到所述第二驱动部件的近端以及与所述一对相对的钳夹部件中的一者操作连接的远端，以使得经由所述第二驱动部件的旋转所实现的所述轴相对于所述外壳的移动使所述一对相对的钳夹部件接近或张开。所述纵向杆相对于所述轴可轴向地移动，且包括近端和远端。所述近端具有接合到所述细长轴环的所述内部螺纹牙型的延伸部。所述远端联接到所述刀片。经由所述第一驱动部件的旋转来进行的所述细长轴环的旋转使所述纵向杆相对于所述细长轴环轴向地移动以移动所述刀片。
下文参考附图更详细描述本公开的示例性实施例的进一步细节和方面。
如本文使用，术语“平行”和“垂直”应理解为包括相对配置，所述相对配置是与真实平行和真实垂直相差多达约+或-10度的大体上平行和大体上垂直。
附图说明
本文参考附图描述本公开的实施例，其中：
图1是根据本公开的包括机器人外科组件的机器人手术系统的示意性图示；
图2是图1的机器人外科组件的外科机器人臂的透视图，图示了附接到外科机器人臂的电外科器械以及器械驱动单元；
图3A是图2中所示的电外科器械的致动机构的放大侧视图；
图3B是图3A中所示的致动机构的俯视透视图；
图4是致动机构的沿着图3A中的线4-4截取的横截面；
图5是图4的致动机构的轴组件的侧视图，其中移除了一些部分；
图6是图4中所示的横截面的放大透视图；
图7是图3A和3B的致动机构的轴组件的各个部件的部分虚化的透视图；
图8A是图2的电外科器械的电外科末端执行器的透视图，图示了其处于张开配置的钳夹部件；
图8B是图8A的电外科末端执行器的透视图，图示了其处于接近配置的钳夹部件；
图9是根据本公开的另一实施例的电外科器械的透视图；
图10是图9的电外科器械的透视图，其中一些部分是分离的；
图11是图9的电外科器械的致动机构的放大剖视图；以及
图12是致动机构的沿着图11的截面线12-12截取的横截面图。
具体实施方式
参考附图详细描述包括用于致动电外科末端执行器的致动机构的当前公开的机器人手术系统及其方法的实施例，其中相似参考标号在几个视图中的每一者中指示相同或对应的元件。如本文使用，术语“远(远侧)”指机器人手术系统、致动机构、电外科末端执行器或其构件的较远离用户的部分，而术语“近(近侧)”指机器人手术系统、致动机构、电外科末端执行器或其构件的较靠近用户的部分。
最初参见图1和2，例如机器人手术系统1的手术系统大体上包括：多个外科机器人臂2、3，具有以可移除方式与其附接的电外科器械10；控制装置4；以及与控制装置4联接的操作控制台5。
继续参考图1，操作控制台5包括：显示装置6，其经特定设置以显示三维图像；以及手动输入装置7、8，借助于所述手动输入装置，例如外科医生的人(未图示)能够在第一操作模式中远程操纵机器人臂2、3，如本领域的技术人员在原理上已知的。机器人臂2、3中的每一者可以由通过接头连接的多个部件构成。机器人臂2、3可以由连接到控制装置4的电驱动器(未图示)驱动。控制装置4(例如，计算机)被设置以具体借助于计算机程序来激活所述驱动器，其方式为使得机器人臂2、3、其器械驱动单元20以及因此电外科器械10(包括电外科末端执行器200)根据借助于手动输入装置7、8定义的移动而执行所需移动。控制装置4也可以这样的方式来设置，该方式是其调节机器人臂2、3和/或驱动器的移动。
机器人手术系统1被配置成用于躺在外科台“ST”上的患者“P”上，该患者“P”待借助于外科器械(例如，电外科器械10)以微创方式进行治疗。机器人手术系统1还可以包括多于两个机器人臂2、3，另外的机器人臂同样连接到控制装置4，且可借助于操作控制台5而远程操纵。外科器械，例如电外科手术器械10(包括电外科末端执行器200，图8A和8B)，也可以附接到另外的机器人臂。
控制装置4可以控制多个电机(电机1...n)，其中各个电机被配置成驱动电外科器械10的致动机构100(图2到7)的驱动部件的相对旋转，以实现电外科器械10的各个电外科末端执行器200的操作和/或移动。预期控制装置4协调各种电机(电机1...n)的激活以协调器械驱动单元20的驱动部件(未图示)的顺时针或逆时针旋转，以便协调相应各个电外科末端执行器200的操作和/或移动。在实施例中，各个电机可被配置成致动驱动杆或杆臂以实现电外科器械10的各个电外科末端执行器200的操作和/或移动。
对于机器人手术系统的构造和操作的详细论述，可以参考2011年11月3日提交的标题为“医疗工作站(Medical Workstation)”的第2012/0116416号美国专利申请公开，所述公开的全部内容以引用方式并入本文。
如下文将更详细描述，临时参见图3A到8B，电外科器械10包括致动机构100和电外科末端执行器200。电外科器械10的致动机构100与外科机器人臂2、3中的一者交互，且以操作方式接合到电外科末端执行器200，以经由器械驱动单元20(图2)递送的电力致动电外科末端执行器200的功能。具体来说，如下文更详细描述，电外科器械10的致动机构100包括细长轴环160和纵向杆170，其彼此相互作用以移动、平移或滑动电外科末端执行器200的刀片218以横切安置于电外科末端执行器200的钳夹部件202a、202b之间的组织。
具体参考图2，机器人手术系统1包括外科组件30，其包括：机器人臂2，与机器人臂2联接或联接到所述机器人臂2的电外科器械10，以及联接到电外科器械10的器械驱动单元20。器械驱动单元20被配置成用于为电外科器械10供电。器械驱动单元20将电力和致动力从其电机(未图示)传送到电外科器械10的致动机构100以最终驱动电外科末端执行器200的构件的移动，例如电外科末端执行器200的刀片218(图8A)的移动和/或钳夹部件202a、202b(图8A和8B)的闭合和打开。器械驱动单元20包括附接到相应电机(未图示)的多个驱动部件(未图示)，以使得驱动部件相对于彼此可独立旋转。
参考图3A和3B，如上文提到，电外科器械10大体上包括致动机构100，其被配置成与器械驱动单元20(图2)和从致动机构100向远侧延伸的电外科末端执行器200(图8A和8B)接合。致动机构100包括外壳102以及从外壳102内向远侧延伸的轴组件120。外壳102具有大体上圆柱形配置，且包括近端104a和远端104b，其间定义纵轴“X”。在实施例中，外壳102可以是适合于接纳在机器人臂2的远端2a(图2)中的任何形状。外壳102的近端104a和远端104b沿着纵轴“X”彼此间隔开以在其间定义空腔105，其容纳致动机构100的各种构件。
外壳102的远端104b包括从其向远侧延伸的圆柱形突出部111。圆柱形突出部111定义穿过其中的细长通路113。外壳102的远端104b具有从其向远侧延伸的一对紧固部件，例如一对弹性或非弹性指状件106。指状件106被配置成钩到或锁止到机器人臂2的表面上，例如，机器人臂2的远端2a，以将电外科器械10与机器人臂2紧固或保持在一起。在实施例中，外壳102可以经由各种紧固接合而附接到外科机器人臂2，所述紧固接合例如夹子、锁止件、摩擦配合接合、凸钮、多种夹持器和/或卡口型连接。
继续参考图3A和3B，外壳102的近端104a支撑第一输入驱动联接器108，其被配置成以可拆卸方式不可旋转地联接到器械驱动单元20的一个相应驱动部件(未图示)；且外壳102的近端104a支撑第二输入驱动联接器110，其被配置成以可拆卸方式不可旋转地联接到器械驱动单元20的另一相应驱动部件(未图示)。外壳102包括第一驱动部件112和第二驱动部件114(图3A)，其各自安置于外壳102的空腔105内且在外壳102的近端104a与远端104b之间延伸，以使外壳102的近端104a和远端104b相对于彼此固定或定位。在一些实施例中，外壳102可以包括多于两个驱动部件。
第一驱动部件112的近端112a不可旋转地联接到第一输入驱动联接器108，且第一驱动部件112的远端112b以操作方式联接到电外科末端执行器200的刀片218(图8A)。第二驱动部件114的近端114a不可旋转地联接到第二输入驱动联接器110，且第二驱动部件114的远端114b以操作方式联接到电外科末端执行器200的钳夹部件202a、202b中的一者或两者(图8A和8B)。由此，在致动器械驱动单元20的电机(未图示)后，器械驱动单元20的驱动部件(未图示)旋转，从而经由外壳102的第一输入驱动联接器108和第二输入驱动联接器110导致致动机构100的第一驱动部件112和第二驱动部件114的伴随旋转。致动机构100的第一驱动部件112的旋转最终导致电外科器械200的刀片218(图8A)的致动，且致动机构100的第二驱动部件114的旋转最终导致电外科末端执行器200的钳夹部件202a、202b(图8A和8B)的致动，如下文更详细描述。
参考图3A、3B、4和5，现在将描述致动机构100的负责致动电外科末端执行器200的钳夹部件202a、202b的构件。如上文简要提到，致动机构100包括轴组件120。轴组件120从外壳102向远侧延伸，至少部分地安置于外壳102的空腔105内，且使器械驱动单元20与电外科末端执行器200的刀片218(图8A)和钳夹部件202a、202b(图8A和8B)以操作方式相互联接。
具体参考图4和5，轴组件120包括轴122、延伸穿过其中的杆130以及围绕轴122的近端122a固定地安置的轴环组件140。轴122具有近端122a，以及机械地附接到电外科末端执行器200的一个或两个钳夹部件202a、202b的远端122b(图8A和8B)。在轴122的远端122b机械地附接到一个或两个钳夹部件202a、202b的情况下，轴122的向近侧或向远侧的纵向移动导致钳夹部件202a、202b的对应的向近侧或向远侧纵向移动。在实施例中，外壳102可以进一步包括固定螺钉158(图4)，其接合到轴122以防止轴122在外壳102内旋转。
轴组件120的杆130从外壳102的近端104a延伸通过轴122的长度，且终止于电外科末端执行器200的钳夹部件202a、202b处。杆130具有在近侧安置的环形部件132，其与外壳102的近端104a固定在一起，使得防止杆130相对于外壳102的纵向移动。由此，轴122可沿着杆130且相对于所述杆纵向平移以打开或关闭电外科末端执行器200的钳夹部件202a、202b。
继续参考图4和5，轴组件120的轴环组件140包括近侧轴环142、远侧轴环144、以及互连近侧轴环142和远侧轴环144的偏置部件143。近侧轴环142固定到轴122的近端122a，使得禁止近侧轴环142和轴122的相对平移。远侧轴环144可滑动地接合到轴122，且经由可以呈螺旋弹簧或压缩弹簧的形式的偏置部件143联接到近侧轴环142。在一些实施例中，远侧轴环144可以固定地接合到轴122，使得远侧轴环144的纵向移动导致轴122的对应纵向运动。
偏置部件143提供对轴环组件140的近端和/或远端运动的阻尼效应(即，远侧轴环144相对于轴122移动的时间与近侧轴环142与远侧轴环144之间的相对移动停止的时间之间存在延迟)。偏置部件143充当过载保护，使得钳夹部件202a、202b在安置于钳夹部件202a、202b之间的组织上不会太用力地夹持。通过将轴组件120移动设定的距离来打开和闭合钳夹部件202a、202b，而不考虑达成所述移动所需的力。如果在钳夹部件202a、202b之间存在组织，那么钳夹部件202a、202b无法完全闭合。由此，如果致动机器人手术系统1以将轴组件120移动(以闭合钳夹部件202a、202b)预设距离，那么所施加的力将等于电机(1...n)可以输出的最高力。当钳夹部件202a、202b尝试在组织上闭合时，施加于轴组件120的力等于偏置部件143的弹簧力，如关系F＝kx+b所定义，其中b是预载力(静止时的弹簧力)，且kx是弹簧常数乘以在钳夹部件202a、202b已被组织阻挡之后机器人手术系统1尝试使轴组件120移动的距离。
参考图3A、图4和图6，远侧轴环144定义环形空腔146，用于在其中接纳护罩的凸起152，护罩例如与第二驱动部件114螺接的螺母150。护罩150螺接到第二驱动部件114，使得第二驱动部件114的旋转导致护罩150沿着第二驱动部件114的纵向移动。护罩150具有从其横向延伸的凸起152，且凸起152接纳于远侧轴环144的环形空腔146中，以使得经由第二驱动部件114的旋转来进行的护罩150的向近侧和向远侧移动导致远侧轴环144的对应的向近侧和向远侧移动。护罩150的凸起152可以具有c形配置以在其中锁扣或至少部分地包围远侧轴环144，由此在第二驱动部件114的旋转期间防止或抑制护罩150相对于第二驱动部件114旋转。因此，护罩150相对于第二驱动部件114的移动被限制于沿着第二驱动部件114的纵向移动。
在实施例中，可以提供具有类似于护罩150的相关联护罩的类似于第二驱动部件114的多个带螺纹驱动部件。所述多个带螺纹驱动部件可用以减少每一带螺纹驱动部件上的偏移加载，且减少与其螺接的每一护罩所承载的负载。护罩(例如，螺母)可以经校准为与彼此处于同一水平面上，且彼此同步移动以向远侧或近侧纵向移动相关联的轴环组件140。
在一些实施例中，外壳102可以进一步包括在外壳102的近端104a与远端104b之间延伸的一个或多个导柱154(图4)。另一护罩156可以围绕每一导柱154可滑动地安置，且可以在其中锁扣轴环组件140的远侧轴环144以帮助沿着纵轴“X”导引远侧轴环144。
在使用中，器械驱动单元20的第二驱动部件(未图示)经由第二输入驱动联接器110驱动致动机构100的第二驱动部件114的旋转。第二驱动部件114的旋转驱动护罩150沿着第二驱动部件114向近侧或向远侧纵向移动。经由护罩150的凸起152在远侧轴环144的环形空腔146内的对接接合，护罩150相对于第二驱动部件114的向近侧或向远侧纵向移动驱动轴环组件140的远侧轴环144相对于轴122和近侧轴环142的伴随的向近侧或向远侧纵向移动。
在偏置部件143达到阈值压缩(经由向近侧纵向移动)或阈值延伸(经由向远侧纵向移动)之后，远侧轴环144相对于轴122和近侧轴环142的向近侧或向远侧纵向移动停止。在偏置部件143达到阈值压缩或延伸后，远侧轴环144的继续向近侧或向远侧纵向移动经由偏置部件143所提供的近侧轴环142和远侧轴环144的互连而造成轴环组件144的近侧轴环142的对应的向近侧或向远侧纵向移动。由于近侧轴环142与轴122固定地接合，因此近侧轴环142的向近侧或向远侧纵向移动导致轴122的对应的向近侧或向远侧纵向移动。
由此，第二驱动部件114的旋转使轴122相对于外壳102轴向地移动。轴122相对于外壳102的轴向移动致动电外科器械200的钳夹部件202a、202b，如下文将参考图8A和8B详细描述。
参考图4到7，现在将描述致动机构100的负责致动电外科末端执行器200的刀片218(图8A)的构件。轴组件120进一步包括空心的细长轴环160以及与细长轴环160操作连接的纵向延伸的致动杆170。细长轴环160可旋转地安置于通过外壳102的远端104b的圆柱形突出部111定义的细长通路113内。通过锁扣部件或支架115(图6)防止细长轴环160相对于外壳102轴向移动。轴组件120的轴122同轴地延伸穿过细长轴环160，从而减少电外科器械10的总体尺寸。细长轴环160可围绕轴122旋转，且轴122可在细长轴环160内且相对于其纵向移动，使得提供电外科末端执行器200的钳夹部件202a、202b(图8A和8B)与刀片218(图8A)的独立致动。
参考图6和7，细长轴环160的近端具有齿轮，例如正齿轮162，且第一驱动部件112的远端112b包括齿轮，例如正齿轮116(图3B)。细长轴环160的正齿轮162和第一驱动部件112的正齿轮116(图3B)彼此成啮合接合，使得第一驱动部件112的旋转使细长轴环160相对于外壳102旋转。细长轴环160的正齿轮162具有比可旋转地接纳有细长轴环160的外壳102的通路113大的圆周，使得防止细长轴环160相对于外壳102向向远侧移动穿过通路113。由于覆盖细长轴环160的正齿轮162的锁扣部件或支架115，防止细长轴环160相对于外壳102向近侧移动。在实施例中，齿轮116、162可以采用各种类型齿轮的形式，例如斜齿轮、伞齿轮、蜗轮、无齿隙齿轮、锥齿轮、齿轮组、差动端齿轮(differential end gear)、复合正齿轮，以及本领域中已知的其它齿轮。
细长轴环160具有沿着其长度延伸的内部螺纹牙型164。内部螺纹牙型164被定尺寸以与纵向杆170的延伸部174相互作用，如本文描述。在实施例中，细长轴环160可以单件地形成。内部螺纹牙型164可以具有一条螺纹或两条螺纹。在一个实施例中，细长轴环160包括第一纵向半部和第二纵向半部，其相对于彼此附着或机械地定位(例如，键固定特征件可以使两个半部相对于彼此定位，而细长轴环160在其中旋转的通路113将使所述两个半部保持在一起)。每一纵向半部含有一组两条螺纹，所述两条螺纹相对于彼此以180°的旋转角度开始，以提供单条连续螺纹牙型，纵向杆170的延伸部174可沿着所述螺纹牙型横穿。
继续参考图4到7，轴组件120的纵向杆170具有近端172a和远端172b(图4)。纵向杆170的近端172a安置于轴组件120的轴122内，且与细长轴环160的内部螺纹牙型164接合。纵向杆170的远端172b联接到刀片218(图8A)。纵向杆170的近端172a包括相对于纵向杆170的其余部分大体上垂直成角度的延伸部174。延伸部174具有弓形配置，且被设定尺寸以延伸到细长轴环160的内部螺纹牙型164的深度中，且在细长轴环160旋转时沿着其行进。预期纵向杆170的延伸部174从纵向杆170的近端172a在顺时针方向上延伸。
轴122包括形成于其中的纵向狭槽124(图5)，其长度大体上等于细长轴环160的内部螺纹牙型164的长度。纵向杆170的延伸部174从轴122内突出且穿过轴122的纵向狭槽124进入细长轴环160的内部螺纹牙型164。纵向杆170的延伸部174可滑动地保持于轴122的纵向狭槽124内以防止纵向杆170相对于轴122旋转。由此，延伸部174的移动被限制于沿着纵向狭槽124相对于轴122的纵向移动。
在操作中，器械驱动单元20(图2)的第一驱动部件(未图示)被致动以经由第一输入驱动联接器108使致动机构100的第一驱动部件112旋转。第一驱动轴112的旋转分别经由第一驱动部件112的正齿轮116和细长轴环160的正齿轮162的啮合接合使细长轴环160在轴122内且相对于所述轴122旋转。在细长轴环160在轴122内且相对于所述轴122旋转时，纵向杆170的延伸部174沿着内部螺纹牙型164的螺旋螺纹行进以驱动纵向杆170相对于细长轴环160和轴122向近侧或向远侧移动。
由于刀片218(图8A)联接到纵向杆170的远端172b，因此纵向杆170的向近侧或向远侧纵向移动以对应运动移动刀片218(图8A)。预期细长轴环160的顺时针旋转驱动刀片218的向远侧移动，且细长轴环160的逆时针旋转驱动刀片218的向近侧移动。
参考图8A和8B，现在将描述电外科末端执行器200的构件。电外科末端执行器200以操作方式联接到致动机构100且从其向远侧延伸。电外科末端执行器200大体上包括一对相对的钳夹部件202a、202b。电外科末端执行器200可以由致动机构100在其中组织(未图示)接纳于钳夹部件202a、202b之间的打开配置(图8A)以及其中组织被夹持且处理的闭合配置(图8B)之间移动。钳夹部件202a、202b围绕枢销210枢转以将电外科末端执行器200移动到闭合配置，其中密封板204a、204b对被抓持于其间的组织提供压力，如下文描述。在一些实施例中，为了提供有效的组织密封，可以对组织施加在约3kg/cm到约16kg/cm之间的范围内且期望地在约7kg/cm到约13kg/cm的工作范围内的压力。
上钳夹部件202a和下钳夹部件202b经由延伸穿过致动机构100的轴122的相应合适电布线而电联接到电缆(未图示)和发生器(未图示)，以提供通往分别安置于上钳夹部件202a和下钳夹部件202b上的一对导电的组织接合密封板204a、204b的电路径。上钳夹部件202a的密封板204a与下钳夹部件202b的密封板204b相对。在一些实施例中，密封板204a、204b电耦联到相反的端子，例如与发生器相关联的正或有源(+)以及负或返回(-)端子。因此，可以通过密封板204a、204b对组织提供双极能量。替代地，密封板204a、204b可以被配置成将单极能量递送到组织。在单极配置中，一个或两个密封板204a、204b从有源端子(例如，(+))递送电外科能量，而返回垫(未图示)大体上放置于患者上且提供通往发生器的相反端子(例如，(-))的返回路径。每一钳夹部件202a、202b包括钳夹嵌件(未图示)以及绝缘体206a、206b，所述绝缘体206a、206b用以使密封板204a、204b分别与钳夹部件202a、202b的钳夹嵌件电绝缘。
在闭合配置中，通过安置于密封板204a、204b上或邻近密封板204a、204b处的止挡部件208(图8A)的阵列在密封板204a、204b之间维持分离或间隙距离。止挡部件208接触相对钳夹部件202a、202b上的相对表面，且禁止密封板204a、204b的进一步接近。在一些实施例中，为了提供有效的组织密封，可以提供约0.001英寸到约0.010英寸且合意地在约0.002英寸到约0.005英寸之间的适当间隙距离。在一些实施例中，止挡部件208由沉积到钳夹部件202a、202b上的耐热陶瓷构造而成。在其它实施例中，止挡部件208由例如通过例如包覆模制或注射模制的工艺模制到钳夹部件202a、202b上的不导电塑料构造而成。
枢销210延伸穿过钳夹部件202a、202b中的每一者的近侧部分212a、212b以枢转地支撑钳夹部件202a、202b。枢销210准许钳夹部件202a、202b围绕其枢转以在打开与闭合配置(分别图8A和8B)之间移动电外科末端执行器200。枢销210将钳夹部件202a、202b的相对移动限制于枢转移动。
钳夹部件202a、202b中的每一者的近侧部分212a、212b还包括延伸穿过其中的横向凸轮槽214a、214b。上钳夹部件202a的横向凸轮槽214a相对于由上钳夹部件202a定义的纵轴倾斜地延伸。下钳夹部件202b的横向凸轮槽214b相对于由下钳夹部件202b定义的纵轴平行地延伸。以此方式，当钳夹部件202a、202b安置于闭合配置中时，上钳夹部件202a的横向凸轮槽214a相对于下钳夹部件202b的横向凸轮槽214b成角度。凸轮销216延伸穿过钳夹部件202a、202b的横向凸轮槽214a、214b，且可纵向移动穿过横向凸轮槽214a、214b。凸轮销216机械地联接(例如，经由焊接、摩擦配合、激光焊接等)到轴组件120的杆130(图4)的远端。如上文提到，由于杆130的环形部件132与致动机构100的外壳102的固定接合，防止了杆130相对于致动机构100的外壳102的纵向移动。因此，凸轮销116经由其到杆130的机械联接也被防止相对于致动机构100的外壳102的纵向移动。
在操作中，为了将钳夹部件202a、202b打开到图8A中所示的张开配置，以上文描述的方式经由致动机构100的致动，轴组件120的轴122在图8B中所示的箭头“A”指示的向远侧方向上平移。如上文提到，轴122的远端122b机械联接到钳夹部件202a、202b。由此，轴122的向远侧纵向移动导致钳夹部件202a、202b沿着杆130相对于外壳102和凸轮销216的对应的向远侧纵向移动。在钳夹部件202a、202b相对于外壳102和凸轮销216向远侧平移时，上钳夹部件202a和下钳夹部件202b的横向凸轮槽214a、214b与凸轮销216之间的相互作用迫使上钳夹部件202a与下钳夹部件202b分开。
为了将钳夹部件202a、202b关闭到图8B中所示的接近配置，以上文描述的方式经由致动机构100的致动，轴122在图8A中的箭头“B”指示的向近侧方向上平移。在轴122沿着杆130相对于外壳102和凸轮销216向近侧平移时，上钳夹部件202a和下钳夹部件202b的横向凸轮槽214a、214b与凸轮销216之间的相互作用将上钳夹部件202a拉近下钳夹部件202b。
在使钳夹部件202a、202b接近后，可以通过电外科发生器(未图示)将电外科能量通过导电密封板204a、204b递送到组织以实现组织密封。一旦组织密封建立，便可以通过刀片218切割密封的组织或其部分。为了切割密封的组织，纵向杆170(图4到7)以上文描述的方式经由致动机构100的致动而相对于外壳102向远侧平移。如上文提到，致动机构100的纵向杆170(图4到7)在最远端联接到刀片218。因此，在纵向杆170向远侧平移时，具有尖锐远端边缘220的刀片218也将向向远侧移动穿过定义于一个或两个钳夹部件202a、202b中的刀通道222以横切密封的组织。
在一些实施例中，机器人手术系统1可以进一步包括与电外科发生器成电连通的虚拟脚踏开关(未图示)。继电器电路可以实现在操作控制台5中以允许机器人手术系统1断开和闭合虚拟脚踏开关电路。在电路断开和闭合时，电外科发生器将接收OEM脚踏开关被压下和释放的信号，从而致使电外科发生器将电外科能量递送到电外科末端执行器200。
参考图9到12，提供例如电外科器械300的外科器械的另一实施例，类似于上文描述的电外科器械10。电外科器械300被配置成附接到机器人臂2(图2)且作为外科机器人系统1的构件。电外科器械300包括类似于上文描述的致动机构100的致动机构302，以及类似于上文描述的电外科末端执行器200的电外科末端执行器304。电外科器械300的致动机构302与外科机器人臂2、3(图2)中的一者相互作用，且以操作方式接合到电外科末端执行器304以经由器械驱动单元20(图2)递送的电力致动电外科末端执行器304的功能。
参考图9到11，致动机构302包括外壳310以及从外壳310内向远侧延伸的轴组件320。外壳310具有大体上矩形或D形的横向横截面轮廓。不同于上文描述的电外科器械100的外壳102，电外科器械300的外壳310包括两个互补的纵向部，例如使用紧固件以可拆卸方式连接到彼此的外壳半部310a、310b。在一些实施例中，外壳半部310a、310b可以被配置成经由卡合接合以可拆卸方式连接到彼此。每一外壳半部310a、310b包括近端312a、314a以及远端312b、314b。在将外壳半部310a、310b组装到彼此后，外壳半部310a、310b的近端312a、314a邻近于彼此且外壳半部310a、310b的远端312b、314b邻近于彼此。当组装好时，外壳半部310a、310b一起定义空腔305，其容纳且保持致动机构302的各种构件。外壳半部310a、310b的远端312b、314b各自具有从其向远侧延伸的半球形延伸部316a、316b。在将外壳半部310a、310b组装到彼此后，半球形延伸部316a、316b形成圆柱形突出部或柱杆311，其定义穿过其中的细长通路313。
外壳310的近端312a、314a支撑第一输入驱动联接器308，其被配置成以可拆卸方式不可旋转地联接到器械驱动单元20的一个相应驱动部件(未图示)。外壳310的近端312a、314a还支撑第二输入驱动联接器318，其被配置成以可拆卸方式不可旋转地联接到器械驱动单元20的另一相应驱动部件(未图示)。外壳310包括第一驱动部件315和第二驱动部件317，其各自可旋转地安置于外壳310的空腔305内。第一驱动部件315不可旋转地连接到第一输入驱动联接器308，且第二驱动部件317不可旋转地连接到第二输入驱动联接器318。第一驱动部件315具有与细长轴环370的齿轮373成啮合接合的在远端定位的齿轮。
外壳310进一步包括连接到外壳半部310b且在外壳310的空腔305内延伸的导线333。导线333被配置成连接到电外科发生器(未图示)且由电外科发生器供电。导线333经由轴322电联接到末端执行器304(图9)的钳夹部件304a、304b，以将电外科能量提供到末端执行器304。
参考图10到12，致动机构302包括类似于上文描述的轴组件120的轴组件320。轴组件320包括轴322、延伸穿过轴322的杆330，以及围绕轴322的近端322a安置的轴环组件340。轴322具有近端322a，以及机械地附接到电外科末端执行器304的一个或两个钳夹部件304a、304b的远端322b。在轴322的远端322b机械地附接到一个或两个钳夹部件304a、304b的情况下，轴322的向近侧或向远侧纵向移动以与上文关于图1到8B所述类似的方式实现钳夹部件304a、304b的打开或关闭。
轴组件320的轴环组件340包括近侧轴环342、远侧轴环344以及安置于第一轴环342与第二轴环344之间的中间轴环343。近侧轴环342和远侧轴环344沿着轴322彼此间隔开，且固定到轴322的近端322a，以使得禁止近侧轴环342和远侧轴环344与轴杆322的相对平移。近端垫圈345a和远端垫圈345b沿着轴322安置，且被配置成用于分别与近侧轴环342和远侧轴环344接合。
参考图11和12，中间轴环343可滑动地接合到轴322，且经由可以呈螺旋弹簧或压缩弹簧的形式的偏置部件347以操作方式联接到近侧轴环342。不同于上文描述的致动机构100，致动机构302不包括用于将中间轴环343互连到第二驱动部件317的护罩150(图4)。而是，中间轴环343直接连接到驱动部件317。具体来说，中间轴环343包括围绕轴322安置的主体350，以及从主体350横向延伸且围绕驱动部件317安置的支架352，以使得中间轴环343将轴322互连到驱动部件317。中间轴环343的主体350具有大体上圆柱形配置且定义埋头孔354。埋头孔354具有平底孔356，其被配置成在其中容纳偏置部件347。圆柱形空心延伸部358从平底孔356向上突出。延伸部358在其中可滑动地接纳轴322。中间轴环343的支架352包括内部螺纹牙型360，其螺接到驱动部件317的螺纹321，以使得中间轴环343响应于驱动部件317的旋转而沿着驱动部件317移动。中间轴环343在外壳310内的旋转被外壳半部310a、310b阻止。
在组装时，将致动机构302的构件装载到第一外壳半部310a或第二外壳半部310b中。第一外壳半部310a和第二外壳半部310b中的另一者随后接合到第一外壳半部310a或第二外壳半部310b，以将构件封装在外壳310的空腔305内。
在使用中，器械驱动单元20的第二驱动部件(未图示)经由第二输入驱动联接器318驱动致动机构302的第二驱动部件317的旋转。第二驱动部件317的旋转经由中间轴环343的支架352和第二驱动部件317的螺接，驱动中间轴环343沿着第二驱动部件317向近侧或向远侧纵向移动。由于中间轴环343经由偏置部件347与近侧轴环342的操作接合，中间轴环343相对于第二驱动部件317的向近侧纵向移动实现近侧轴环342的向近侧纵向移动。由于近侧轴环342与轴322的近端322a固定地接合，因此近侧轴环342的向近侧纵向移动导致轴322的对应的向近侧纵向移动。
经由中间轴环343与远侧轴环344的对接接合，中间轴环343相对于第二驱动部件317的向远侧纵向移动实现远侧轴环344的向远侧纵向移动。由于远侧轴环344与轴322的近端322a固定地接合，因此远侧轴环344的向远侧纵向移动导致轴322的对应的向远侧纵向移动。
由此，第二驱动部件317的旋转使轴322相对于外壳310在向近侧方向或在向远侧方向上轴向地移动。轴322相对于外壳310的轴向移动以与上文参考图8A和8B详细描述类似的方式致动电外科器械304的钳夹部件304a、304b。
参考图11和12，类似于上文描述的外科器械10的致动机构100，外科器械300的致动机构300进一步包括细长轴环370，其被配置成致动类似于刀片218的刀片(未明确示出)的纵向移动。细长轴环370具有与驱动部件315的齿轮319成啮合接合的在近端定位的齿轮373，使得驱动部件315的旋转实现细长轴环370的旋转。致动机构300经由细长轴环370对刀片的致动是以与上文关于细长轴环260所述类似的方式实现，且因此将不再关于细长轴环370进行描述。细长轴环370包括具有第一螺纹372和第二螺纹374的内部螺纹牙型。双螺纹牙型减少了在细长轴环370的制造期间所需的塑料量。
将理解，可以对本文公开的实施例做出各种修改。因此，以上描述不应当解释为限制性的，而是仅作为各种实施例的例示。本领域的技术人员将设想到处于所附权利要求书的范围和精神内的其它修改。

Claims (16)

1.一种用于致动电外科末端执行器的致动机构，其包括：
外壳，其包括：
第一驱动部件；
第二驱动部件；以及
护罩，其螺接到所述第二驱动部件；以及
轴组件，其从所述外壳向远侧延伸，所述轴组件包括：
细长轴环，其具有沿着其长度延伸的内部螺纹牙型，所述细长轴环以操作方式联接到所述第一驱动部件，以使得所述第一驱动部件的旋转使所述细长轴环相对于所述外壳旋转；
轴，其延伸穿过所述细长轴环且具有近端和远端，所述远端被配置成在所述轴相对于所述外壳的轴向移动后实现电外科末端执行器的钳夹部件的移动，其中所述护罩和所述第二驱动部件共同限定第一纵向轴线，并且所述轴限定从所述第一纵向轴线偏移并与所述第一纵向轴线平行的第二纵向轴线；
轴环组件，其围绕所述轴的所述近端固定地安置，所述护罩与所述轴环组件成对接，以使得经由所述第二驱动部件的旋转来进行的所述护罩的轴向移动导致经由所述轴环组件的轴向移动来进行的所述轴的轴向移动；以及
纵向杆，其可相对于所述轴轴向移动且包括：
近端，其具有接合到所述细长轴环的所述内部螺纹牙型的延伸部；以及
远端，其被配置成联接到电外科末端执行器的刀片；
其中所述细长轴环的旋转使所述纵向杆相对于所述细长轴环轴向地移动以移动所述刀片。
2.根据权利要求1所述的致动机构，其中所述第一驱动部件包括齿轮，且其中所述细长轴环包括与所述第一驱动部件的所述齿轮成啮合接合的齿轮。
3.根据权利要求1所述的致动机构，其中所述轴环组件包括：
近侧轴环，其轴向地固定到所述轴，使得所述近侧轴环随着所述轴向近侧和远侧移动；
远侧轴环，其可滑动地接合到所述轴；以及
偏置部件，其互连所述近侧轴环和所述远侧轴环。
4.根据权利要求3所述的致动机构，其中所述远侧轴环在其外表面定义环形空腔，且所述护罩具有安置于所述环形空腔内的凸起，以使得所述护罩的向近侧和向远侧移动导致所述轴环组件的对应的向近侧和向远侧移动。
5.根据权利要求1所述的致动机构，其中所述外壳进一步包括：
第一输入驱动联接器，其不可旋转地联接到所述第一驱动部件的近端；以及
第二输入驱动联接器，其不可旋转地联接到所述第二驱动部件的近端。
6.根据权利要求1所述的致动机构，其中防止所述细长轴环相对于所述外壳轴向地移动。
7.根据权利要求1所述的致动机构，其中所述轴包括形成于其中的纵向狭槽，所述纵向杆的所述延伸部安置于所述纵向狭槽外部，以使得所述轴和所述纵向杆可相对于彼此轴向地移动。
8.根据权利要求1所述的致动机构，其中所述外壳包括被配置成将所述外壳紧固到外科机器人臂的至少一个紧固部件。
9.一种电外科器械，其包括：
末端执行器，其包括：
一对相对的钳夹部件，其被配置成抓持且密封安置于其间的组织；以及
刀片，其可移动地安置于所述一对相对的钳夹部件之间以切割安置于其间的所述组织；以及
致动机构，其包括：
外壳，其包括：
第一驱动部件；
第二驱动部件；以及
护罩，其螺接到所述第二驱动部件；以及
轴组件，其从所述外壳向远侧延伸，所述轴组件包括：
细长轴环，其具有沿着其长度延伸的内部螺纹牙型，所述细长轴环以操作方式联接到所述第一驱动部件，以使得所述第一驱动部件的旋转使所述细长轴环相对于所述外壳旋转；
轴，其延伸穿过所述细长轴环且具有近端和远端，该远端与所述一对相对的钳夹部件中的一者成操作连接，以使得所述轴相对于所述外壳的移动使所述一对相对的钳夹部件接近或张开，其中所述护罩和所述第二驱动部件共同限定第一纵向轴线，并且所述轴限定从所述第一纵向轴线偏移并与所述第一纵向轴线平行的第二纵向轴线；
轴环组件，其围绕所述轴的所述近端固定地安置，所述护罩与所述轴环组件成对接，以使得经由所述第二驱动部件的旋转来进行的所述护罩的轴向移动导致经由所述轴环组件的轴向移动来进行的所述轴的轴向移动；以及
纵向杆，其可相对于所述轴轴向移动且包括：
近端，其具有接合到所述细长轴环的所述内部螺纹牙型的延伸部；以及
远端，其联接到所述刀片；
其中所述细长轴环的旋转使所述纵向杆相对于所述细长轴环轴向地移动以移动所述刀片。
10.根据权利要求9所述的电外科器械，其中所述第一驱动部件包括齿轮，且其中所述细长轴环包括与所述第一驱动部件的所述齿轮成啮合接合的齿轮。
11.根据权利要求9所述的电外科器械，其中所述轴环组件包括：
近侧轴环，其轴向地固定到所述轴，使得所述近侧轴环随着所述轴向近侧和远侧移动；
远侧轴环，其可滑动地接合到所述轴；以及
偏置部件，其互连所述近侧轴环和所述远侧轴环。
12.根据权利要求11所述的电外科器械，其中所述远侧轴环在其外表面定义环形空腔，且所述护罩具有安置于所述环形空腔内的凸起，以使得所述护罩的向近侧和向远侧移动导致所述轴环组件的对应的向近侧和向远侧移动。
13.根据权利要求9所述的电外科器械，其中所述外壳进一步包括：
第一输入驱动联接器，其不可旋转地联接到所述第一驱动部件的近端；以及
第二输入驱动联接器，其不可旋转地联接到所述第二驱动部件的近端。
14.根据权利要求9所述的电外科器械，其中所述轴包括形成于其中的纵向狭槽，所述纵向杆的所述延伸部安置于所述纵向狭槽外部，以使得所述轴和所述纵向杆可相对于彼此轴向地移动。
15.根据权利要求9所述的电外科器械，其中所述外壳包括被配置成将所述外壳紧固到外科机器人臂的至少一个紧固部件。
16.一种机器人外科组件，其包括：
外科机器人臂；
末端执行器，其包括：
一对相对的钳夹部件，其被配置成抓持且密封安置于其间的组织；以及
刀片，其可移动地安置于所述一对相对的钳夹部件之间以切割安置于其间的所述组织；以及
致动机构，其被配置成联接到所述外科机器人臂，所述致动机构包括：
外壳，其包括：
第一驱动部件；
第二驱动部件；
导柱，其在所述外壳的近端和远端之间延伸；
第一护罩，其螺接到所述第二驱动部件；以及
第二护罩，其围绕所述导柱可滑动地安置；以及
轴组件，其从所述外壳向远侧延伸，所述轴组件包括：
细长轴环，其具有沿着其长度延伸的内部螺纹牙型，所述细长轴环以操作方式联接到所述第一驱动部件，以使得所述第一驱动部件的旋转使所述细长轴环相对于所述外壳旋转；
轴，其延伸穿过所述细长轴环，且具有以操作方式联接到所述第二驱动部件的近端以及与所述一对相对的钳夹部件中的一者成操作连接的远端，以使得所述轴经由所述第二驱动部件的旋转相对于所述外壳的移动使所述一对相对的钳夹部件接近或张开，其中所述第一护罩和所述第二驱动部件共同限定第一纵向轴线，并且所述轴限定从所述第一纵向轴线偏移并与所述第一纵向轴线平行的第二纵向轴线；
轴环组件，其围绕所述轴的所述近端固定地安置，所述第一护罩和第二护罩与所述轴环组件成对接，以使得经由所述第二驱动部件的旋转来进行的所述第一护罩的轴向移动导致经由所述轴环组件的轴向移动来进行的所述轴的轴向移动；以及
纵向杆，其可相对于所述轴轴向移动且包括：
近端，其具有接合到所述细长轴环的所述内部螺纹牙型的延伸部；以及
远端，其联接到所述刀片；
其中经由所述第一驱动部件的旋转来进行的所述细长轴环的旋转使所述纵向杆相对于所述细长轴环轴向地移动以移动所述刀片。
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Assignee: Kehui medical equipment international trade (Shanghai) Co.,Ltd.

Assignor: COVIDIEN L.P.

Contract record no.: X2021990000660

Denomination of invention: Robotic surgical components and electrosurgical instruments thereof

Granted publication date: 20210202

License type: Common License

Record date: 20211027