CN110353809B - 柔性关节 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种柔性关节，包括至少一个柔性关节单元，柔性关节单元具有侧壁和由侧壁围成的沿预定轴线延伸的中空结构，部分侧壁经切割而形成弯曲段，弯曲段用于形成预定的弯曲姿态，弯曲段具有至少一个弯曲节，弯曲节具有径向缺口和连接筋，径向缺口通过切割侧壁而形成，连接筋通过在弯曲段的两端之间连接的剩余侧壁而形成，在柔性关节未受力的状态下，连接筋相对于轴线形成为弧形。该柔性关节两端受力后能产生相对确定的并可预期的弯折路径，并通过弧形的连接筋而在预定的方向上弯曲，从而获得可预期的弯曲姿态。

Description

柔性关节

技术领域

本发明涉及医疗设备技术领域，尤其涉及一种医用的柔性关节。

背景技术

在医疗临床应用上，柔性关节经常用于外科手术设备从而辅助医生将外科手术设备伸入人体内实施手术操作。具体地，外科手术设备包括顶端和尾端，顶端用于深入人体内，尾端用于被握持。顶端通常都设置有柔性关节并通过柔性关节安装具体的手术设备，比如内窥镜等。当医生需要对人体内的目标位置进行手术修复时，通过操作外科手术设备的尾端来变换柔性关节的姿态从而调整位于顶端的手术设备的角度和位置。

如图1所示，一种现有的柔性关节具有如下构造：具有柔性管100，并在柔性管100的侧壁设有交错布置的缺口101，当柔性管100受力时发生弯曲变形，然而，柔性管100弯曲变形的圆心位置并不确定，且其材质也可能并不均匀，在这种情况下的变形样态也随之不能确定，通常，变形效果达不到预期。

因而，亟待本领域技术人员解决的技术问题是，如何提供一种柔性关节，使其能够按照预期发生变形而使手术设备在实施手术时具有预期的姿态。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种能够按照预期发生变形而使手术设备在实施手术时具有预期的姿态的柔性关节。

为达到上述目的，本发明提供一种柔性关节，包括至少一个柔性关节单元，所述柔性关节单元具有侧壁和由所述侧壁围成的沿预定轴线延伸的中空结构，部分所述侧壁经切割而形成弯曲段，所述弯曲段用于形成预定的弯曲姿态，所述弯曲段具有至少一个弯曲节，所述弯曲节具有径向缺口和连接筋，所述径向缺口通过切割所述侧壁而形成，所述连接筋通过在所述弯曲段的两端之间连接的剩余侧壁而形成，在所述柔性关节未受力的状态下，所述连接筋相对于所述轴线形成为弧形。

优选地，所述弯曲段具有至少两个弯曲节，相邻两个弯曲节之间通过环带隔开，所述环带形成径向内侧环带系和径向外侧环带系，所述径向内侧环带系和所述径向外侧环带系的各个环带通过沿所述弯曲段的周向环绕的剩余侧壁而形成并分别连接于所述连接筋的径向内侧和径向外侧，所述径向外侧环带系和所述径向内侧环带系共同围成所述中空结构。

优选地，所述径向内侧环带系和所述径向外侧环带系的各个环带沿所述连接筋的延伸方向交错形成。

优选地，所述径向内侧环带系和所述径向外侧环带系的各个环带一一对应地形成围绕所述弯曲段的整个圆周的环形。

优选地，一个弯曲段具有两个连接筋，所述两个连接筋对称地形成于所述轴线的两侧。

优选地，所述环带沿所述连接筋的径向形成。

优选地，所述径向内侧环带系和所述径向外侧环带系的各个环带在与所述连接筋的连接处形成弧形过渡。

优选地，所述径向内侧环带系和所述径向外侧环带系分别穿设有径向内侧绳索和径向外侧绳索：

当拉紧所述径向内侧绳索时，所述弯曲段朝所述径向内侧变形而到达预定的弯曲姿态；

当拉紧所述径向外侧绳索时，所述弯曲段朝所述径向外侧变形而恢复形态；

当同时拉紧所述径向内侧绳索和所述径向外侧绳索时，所述弯曲段保持当前的弯曲形态。

优选地，所述柔性关节由弹性材料制成，当对所述径向内侧绳索和所述径向外侧绳索释放拉紧力时，所述弯曲段在所述柔性关节的弹性作用下恢复形态。

优选地，所述柔性关节包括沿所述轴线连接的至少两个柔性关节单元，相邻两个柔性关节单元的连接筋具有不同的曲率半径和/或弯曲方向。

优选地，各所述弯曲节的径向缺口的轴向尺寸设置成能够使得各弯曲节的相邻的环带同步触碰。

本发明提供的柔性关节的有益效果在于，该柔性关节两端受力后能产生相对确定的并可预期的弯折路径，并通过弧形的连接筋而在预定的方向上弯曲，从而获得可预期的弯曲姿态。

附图说明

图1为现有技术中的一种柔性关节的立体结构示意图；

图2为本发明提供的柔性关节所具有的柔性关节单元的第一实施例的示意图，示出该柔性关节单元处于未受力状态；

图3为本发明提供的柔性关节所具有的柔性关节单元的第一实施例的示意图，示出该柔性关节单元处于预定的弯曲姿态；

图4为本发明提供的柔性关节的第一实施例的示意图，示出其具有图2中的两个柔性关节单元；

图5为一种外科手术设备的示意图，示出其具有图2中的柔性关节单元；

图6为本发明提供的柔性关节所具有的柔性关节单元的第二实施例的示意图，示出该柔性关节处于未受力状态。

附图标记说明

现有技术：

100柔性管

101缺口

本发明：

10柔性关节单元

11弯曲段

111径向缺口

112连接筋

113环带

12保持段

21第一柔性关节单元

22第一径向内侧绳索

23第一径向外侧绳索

31第二柔性关节单元

32第二径向内侧绳索

33第二径向外侧绳索

1镊子

2柔性关节

具体实施方式

为了更加清楚地阐述本发明的上述目的、特征和优点，在该部分结合附图详细说明本发明的具体实施方式。除了在本部分描述的各个实施方式以外，本发明还能够通过其他不同的方式来实施，在不违背本发明精神的情况下，本领域技术人员可以做相应的改进、变形和替换，因此本发明不受该部分公开的具体实施例的限制。本发明的保护范围应以权利要求为准。

本发明提供了一种用于医疗的柔性关节，该柔性关节能够获得预期的弯曲姿态从而在特定的位置以特定的角度实施外科手术。这种柔性关节包括至少一个柔性关节单元10，各个柔性关节单元10能够形成预定的弯曲姿态从而使得柔性关节整体获得预期的弯曲姿态。

首先，参考图2和图6，大略地介绍本发明提供的柔性关节。

该柔性关节具有侧壁和由该侧壁围成的沿预定的轴线延伸的中空结构，该柔性关节包括弯曲段11和保持段12，弯曲段11和保持段12沿上述轴线布置，保持段12沿该轴线方向连接于弯曲段11的两端。弯曲段11通过切割上述侧壁而形成并用于形成预定的弯曲姿态，保持段12通过未被切割的侧壁而形成并用于在弯曲段11的两端为弯曲段11提供有力的支撑。

基于上述中空结构，定义轴线延伸的方向为柔性关节柔性关节单元10的“轴向”，垂直于该轴向的方向为柔性关节和柔性关节单元10的“径向”。

弯曲段11具有一个或者多个弯曲节，弯曲节是弯曲段11发生具体弯曲的结构，多个弯曲节的弯曲互相叠加而形成弯曲段11的弯曲，或者单个弯曲节的弯曲形成弯曲段11的弯曲。

弯曲节具有径向缺口111和连接筋112，径向缺口111通过切割弯曲段11的侧壁而形成并具有沿上述径向敞开的开口，弯曲段11的侧壁经切割后而具有剩余侧壁，在弯曲段11的两端之间连接有该剩余侧壁由此而形成上述连接筋112，从而连接筋112沿中空结构的延伸方向(即上述轴向)跨越该径向缺口111。

当弯曲节不受外力作用而处于自然状态时，该连接筋112相对于中空结构的轴线形成为弧形。基于弧形的连接筋112，定义：朝向该弧形所弯曲的一侧为连接筋112的“径向内侧”，朝向径向内侧的方向为“径向向内”；背离该弧形所弯曲的一侧为连接筋112的“径向外侧”，朝向径向外侧的方向为“径向向外”。

下面结合具体实施例介绍本发明提供的这种柔性关节。

柔性关节单元10的第一实施例

请参考图2至图3，在该实施例中，柔性关节单元10可以具有七个弯曲节，每个弯曲节都包括径向缺口111和连接筋112，相邻的两个弯曲节之间具有环带113从而通过该环带113而隔开，相邻的两个弯曲节的连接筋112通过环带113而连接在一起。环带113通过一部分剩余侧壁而形成，该一部分剩余侧壁沿弯曲段11的周向环绕，相应地，连接筋112通过另一部分剩余侧壁而形成，该另一部分剩余侧壁在弯曲段11的两端之间连接。

柔性关节单元10的各个环带113分组地形成径向内侧环带系和径向外侧环带系，径向内侧环带系和径向外侧环带系均可以包括七个环带113并且分别形成于连接筋112的径向内侧和径向外侧。径向内侧环带系和径向外侧环带系共同围成上述的中空结构。

径向内侧环带系和径向外侧环带系的各个环带113一一对应地形成环形，也即相对应的一个位于径向内侧的环带113与一个位于径向外侧的环带113处于同一个平面。

在使用柔性关节时，柔性关节单元10的外侧一般套装有软套，软套通过弯曲段11的径向内侧环带系和径向外侧环带系支撑，还通过保持段12的侧壁而支撑，从而，通过中空结构的各种线绳和内部器械通过该软套与人体环境隔离。

径向内侧环带系和径向外侧环带系通过连接筋112连接，连接筋112可以为两个，两个连接筋112对称地分布于柔性关节单元10的轴线两侧。

为了减缓应力集中现象，径向内侧环带系和径向外侧环带系的各个环带113在与连接筋112的连接处形成弧形过渡。

柔性关节还包括径向内侧绳索和径向外侧绳索，径向内侧绳索和径向外侧绳索分别穿设与径向内侧环带系和径向外侧环带系。具体地，各环带113具有一定的壁厚并借助于该壁厚而开设有沿轴向贯通的通孔，径向外侧绳索贯通位于径向外侧环带系的通孔而从保持段12的端部伸出以供操作，径向内侧绳索贯通位于径向内侧环带系的通孔而从保持段12的端部伸出以供操作。

当拉紧径向内侧绳索时，径向内侧环带系的相邻环带113靠近，径向外侧环带系的相邻环带113远离，从而弧形的连接筋112在已有的弧度的基础上继续径向向内变形，随着径向内侧绳索的拉紧，连接筋112持续变形直到径向内侧环带系的相邻环带113相触碰，此时相触碰的两个环带113之间的弯曲节的连接筋112不再继续变形，在连接筋112持续变形的过程中，柔性关节单元10可以获得多个弯曲姿态。

当拉紧径向外侧绳索时，径向内侧环带系的相邻环带113远离，径向外侧环带系的相邻环带113靠近，从而弧形的连接筋112逐渐恢复至原有弧度，随着径向外侧绳索的拉紧，连接筋112持续恢复变形直至原有弧度，在连接筋112持续恢复变形的过程中，柔性关节单元10可以获得多个弯曲姿态。

当同时拉紧径向内侧绳索和径向外侧绳索时，弯曲段则保持当前的弯曲形态。

柔性关节还可以通过弹性材料制成，比如镍钛合金等，当对径向内侧绳索和径向外侧绳索释放拉紧力时，弯曲段能够在柔性关节的弹性作用下自行恢复形态。

各弯曲节的径向缺口111沿柔性关节单元10轴向的尺寸，以及各弯曲节的环带113的延伸方向，以上两个参数均与各弯曲节的连接筋112的弯曲姿态有关，并影响柔性关节单元10的弯曲姿态。

在连接筋112持续变形的过程中，径向缺口111轴向两侧的环带113触碰而限制连接筋112继续变形。

在该实施例中，径向缺口111的轴向尺寸可以设置成：使得相邻的环带113同步触碰，从而各弯曲节的连接筋112同步地结束变形。弧形的连接筋112具有一个弯曲中心，即该弧形的圆心，径向内侧环带系和径向外侧环带系的各个环带113可以设置成：径向内侧环带系和径向外侧环带系的各个环带113均朝向该圆心的方向延伸，即各环带113所在的平面相交于穿过该圆心的直线。

相邻的环带113之间可以形成规则形状的径向缺口111，比如断面为矩形的、断面为弧形的等等；还可以形成不规则形状的径向缺口111，比如相邻的环带113的相对面形成有不同/相同形状/尺寸的小凸起，从而形成断面不规则的径向缺口111，只要能够保证相邻的环带113同步触碰即可。

这样，各弯曲节的连接筋112的弯曲疲劳程度相当，有助于延长柔性关节的使用寿命。

柔性关节的第一实施例

请参考图4，本发明提供的柔性关节的第一实施例具有第一柔性关节单元21和第二柔性关节单元31，二者沿柔性关节的轴向连接。第一柔性关节单元21和第二柔性关节单元31可以通过焊接或者铆接等常见的连接方式连接，二者的连接方式在此不做赘述。

第一柔性关节单元21具有第一连接筋，第二柔性关节单元31具有第二连接筋，第一连接筋和第二连接筋具有不同的弯曲方向和弯曲中心，以图4中视角为参考，那么，第一连接筋的弯曲中心位于图面的左下方，第一柔性关节单元21将获得朝图面的左下侧弯曲的弯曲姿态，第二连接筋的弯曲中心朝向图面内部(不能示出)，第二柔性关节单元31将获得朝向图面内部的弯曲姿态。

第一柔性关节单元21和第二柔性关节单元31还分别具有第一径向内侧绳索22和第一径向外侧绳索23，以及第二径向内侧绳索32和第二径向外侧绳索33，上述各绳索用于控制第一柔性关节单元21和第二柔性关节单元31的弯曲姿态。

这样，该柔性关节可以在两个方向上获得各自的弯曲姿态，扩大了柔性关节的适用范围。

外科手术设备的应用示例

请参考图5，该外科手术设备的顶端安装有镊子1，在镊子1后方则安装有柔性关节2，在该示例中，仅显示出该柔性关节2具有一个柔性关节单元。医生通过操作柔性关节单元的绳索而控制镊子1的操作方向。

柔性关节单元10的第二实施例

请参考图6，在该实施例中，示出了本发明提供的柔性关节单元10的第二实施例。该柔性关节单元10具有与上述第一实施例想类似的结构，不同之处在于：

径向内侧环带系和径向外侧环带系的各个环带113沿所述连接筋112的延伸方向交错形成。也就是说，径向内侧环带系的各环带113与位于连接筋112的径向外侧的径向缺口111一一对应而形成环形。

第二实施例和第一实施例的柔性关节单元10能够获得基本相同的弯曲效果，但是，从加工工艺上来看，第一实施例的柔性关节单元10的成型过程更为简易。

本发明提供的柔性关节的明显优势在于，该柔性关节两端受力后能产生相对确定的并可预期的弯折路径，并通过弧形的连接筋112而在预定的方向上弯曲，从而获得可预期的弯曲姿态，使得弯曲姿态可预期。

以上虽然结合具体实施例对本发明的柔性关节进行了详细的阐述，但是还有以下几点需要说明：

1.本发明并不对柔性关节单元10所具有的弯曲节的数目做具体限定，该数目根据使用需要而具体设置即可。.

2.本发明提供的柔性关节可以仅仅具有径向内侧环带系，而径向外侧不具有任何环带113，在这种情况下，连接筋112的径向外侧形成一个整体缺口，上述的中空结构通过径向内侧环带系围成。

3.各个环带113也可以不沿着连接筋112的径向而具有其他定向，比如，沿着柔性关节单元10的径向。

4.本发明并不对连接筋112的数目做具体限定，该数目根据使用需要而具体设置即可，当一个弯曲段11具有两个连接筋112时，径向内侧环带系的环带113更易变形而能够更为轻易地获得预定的弯曲姿态。

5.本发明并不对柔性关节所具有的柔性关节单元10的数目做具体限定，该数目根据使用需要而具体设置即可，各柔性关节单元10除了具有不同的弯曲方向和弯曲中心以外，还可以具有不同的曲率半径，从而能够更具使用者的需求获得更多的弯曲姿态。

以上各个实施例在不违背本发明精神范围内可以任意地进行组合。为简洁起见，本文省略了部分零部件的描述，然而该部分零部件均应当理解为能够采用现有技术实施。

Claims (11)

1.一种柔性关节，包括至少一个柔性关节单元，所述柔性关节单元具有侧壁和由所述侧壁围成的沿预定轴线延伸的中空结构，部分所述侧壁经切割而形成弯曲段，所述弯曲段用于形成预定的弯曲姿态，其特征在于：

所述弯曲段具有多个弯曲节，所述弯曲节具有径向缺口和连接筋，所述径向缺口通过切割所述侧壁而形成，所述连接筋通过在所述弯曲段的两端之间连接的剩余侧壁而形成，在所述柔性关节未受力的状态下，多个所述连接筋整体上相对于所述轴线形成为弧形。

2.根据权利要求1所述的柔性关节，其特征在于，所述弯曲段具有至少两个弯曲节，相邻两个弯曲节之间通过环带隔开，所述环带形成径向内侧环带系和径向外侧环带系，所述径向内侧环带系和所述径向外侧环带系的各个环带通过沿所述弯曲段的周向环绕的剩余侧壁而形成并分别连接于所述连接筋的径向内侧和径向外侧，所述径向外侧环带系和所述径向内侧环带系共同围成所述中空结构。

3.根据权利要求2所述的柔性关节，其特征在于，所述径向内侧环带系和所述径向外侧环带系的各个环带沿所述连接筋的延伸方向交错形成。

4.根据权利要求2所述的柔性关节，其特征在于，所述径向内侧环带系和所述径向外侧环带系的各个环带一一对应地形成围绕所述弯曲段的整个圆周的环形。

5.根据权利要求1-4任一项所述的柔性关节，其特征在于，一个弯曲段具有两个连接筋，所述两个连接筋对称地形成于所述轴线的两侧。

6.根据权利要求2-4任一项所述的柔性关节，其特征在于，所述环带沿所述连接筋的径向形成。

7.根据权利要求2-4任一项所述的柔性关节，其特征在于，所述径向内侧环带系和所述径向外侧环带系的各个环带在与所述连接筋的连接处形成弧形过渡。

8.根据权利要求2-4任一项所述的柔性关节，其特征在于，所述径向内侧环带系和所述径向外侧环带系分别穿设有径向内侧绳索和径向外侧绳索：

当拉紧所述径向内侧绳索时，所述弯曲段朝所述径向内侧变形而到达预定的弯曲姿态；

当拉紧所述径向外侧绳索时，所述弯曲段朝所述径向外侧变形而恢复形态；

当同时拉紧所述径向内侧绳索和所述径向外侧绳索时，所述弯曲段保持当前的弯曲形态。

9.根据权利要求8所述的柔性关节，其特征在于，所述柔性关节由弹性材料制成，当对所述径向内侧绳索和所述径向外侧绳索释放拉紧力时，所述弯曲段在所述柔性关节的弹性作用下恢复形态。

10.根据权利要求1所述的柔性关节，其特征在于，所述柔性关节包括沿所述轴线连接的至少两个柔性关节单元，相邻两个柔性关节单元的连接筋具有不同的曲率半径和/或弯曲方向。

11.根据权利要求2所述的柔性关节，其特征在于，各所述弯曲节的径向缺口的轴向尺寸设置成能够使得各弯曲节的相邻的环带同步触碰。

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