CN110384556B - 快换机构、采用其的器械夹持手及外科手术机器人 - Google Patents

Abstract

一种快换机构、采用其的器械夹持手及外科手术机器人，其中该快换机构通过卡扣同时实现卡住待固定设备和锁定零点位置两个功能，或者更进一步地实现收缩转动连接件到底座壳体内部的功能。本发明的快换机构属于纯机械结构，可以实现器械夹持手与外科手术机器人底座之间的方便、快速的拆卸更换，省时高效，定位准确。

Description

快换机构、采用其的器械夹持手及外科手术机器人

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，更具体的说涉及一种可实现快速更换器械夹持手且机械零位直接连接的快换机构、采用其的器械夹持手及外科手术机器人

背景技术

微创外科机器人手术系统是集多项现代高科技手段于一体的综合体，主要用于心脏外科和前列腺切除术。外科医生可以远离手术台操纵机器进行手术，完全不同于传统的手术概念，传统的开放式外科手术出血量较多，而机器人手术的出血量相对较少，且传统的开放式外科手术，患者治疗时间长，恢复速度慢，而微创外科手术机器人可以实现手术最小损伤，提高疾病诊断、手术治疗的精度与质量，增加手术安全系数，缩短治疗时间，降低医疗成本。因此，微创外科手术机器人应用越来越广泛，但与此同时，也伴随着一些问题产生，微创外科手术机器人在操作一些复杂手术中需要完成切断、止血、缝合、打结等一系列的动作，需要更换不同的器械夹持手。现在市面有一些机器人与器械连接快换机构，但或多或少都存在一定的缺陷，市场迫切需要开发一种能够快速切换安装、还能保持零点位置、还结构简单性能可靠的快换机构。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种快换机构、采用其的器械夹持手及外科手术机器人，以期解决上述技术问题中的至少之一。

为了实现上述目的，作为本发明的一个方面，提供了一种快换机构，包括：

底座，其上可拆卸地安装一活动部件或待控制部件；其中，所述底座上方面板上设置有若干通孔；

若干卡扣，每一个卡扣中部通过一枢轴与底座连接；每一个卡扣的上端设置成卡爪形状，用于抓紧安装所述底座的设备；每一个卡扣在枢轴以下部位与一第一锁定机构连接；

若干转动连接件，设置于底座内部，一端从底座上的通孔中伸出，且所述端的横截面为特定形状；每一个转动连接件的下端设置一第三锁定机构；

若干定位轴，设置于底座内部，每一个定位轴的一端从底座上的通孔中伸出，且所述定位轴能够在竖直方向上下运动；每一个定位轴的上、下两端分别设置有第一弹簧和第二弹簧，且第一弹簧的弹力大于第二弹簧；每一个定位轴的下端还设置有一个第四锁定机构；

第二连接件，所述若干定位轴通过一第二连接件固定连接，所述第二连接件的侧面与第一锁定机构对应的位置处上下并排设置有两个第二锁定机构；

其中，在将所述底座装配到安装底座的设备之前的初始位置，第三锁定机构与第四锁定机构锁合；当按压卡扣下部并将所述底座装配到安装所述底座的设备上时，第一锁定机构向底座内部水平运动，并与第二连接件侧面的一第二锁定机构锁合；当所述底座装配到安装所述底座的设备上并松开所述卡扣时，第一锁定机构回复原来的位置，从而与第二连接件侧面的所述第二锁定机构解锁，同时，所述定位轴从底座通孔伸出的一端受挤压而缩回底座内部，且在第一弹簧的作用下使所述定位轴及第二连接件向下运动一段距离，从而使第三锁定机构与第四锁定机构解锁；当按压卡扣下部从安装所述底座的设备上卸下所述底座时，第一锁定机构向底座内部水平运动，并与第二连接件侧面的另一第二锁定机构锁合，第三锁定机构与第四锁定机构保持解锁状态。

作为本发明的另一个方面，还提供了一种采用如上所述的组合定位机构的器械夹持手，该器械夹持手的底座上设置有用于手术的器械，若干转动连接件用于将与之连接的外科手术机器人上的动力传导到该底座上，从而驱动控制设备控制该手术器械的动作。

作为本发明的再一个方面，还提供了一种采用如上所述的器械夹持手的外科手术机器人，作为优选，该外科手术机器人为微创外科手术机器人，其前端夹持的器械为夹持设备或手术刀。

基于上述技术方案可知，本发明的组合定位机构属于纯机械结构，可以实现器械夹持手与外科手术机器人底座之间的方便、快速的拆卸更换，省时高效，定位准确。

附图说明

图1为本发明的快换机构夹持了手术器械之后装配到待安装设备上的装配示意图；

图2为作为本发明一个实施例的快换机构去掉外壳之后的零件装配示意图；

图3为本发明的快换机构斜上方看到的立体示意图；

图4为本发明的快换机构中定位轴与定位压块的连接关系示意图；

图5为本发明的快换机构顶部盖板的开孔位置示意图；

图6为本发明的快换机构的定位轴与定位压块及侧面上的凹槽的位置示意图；

图7为本发明的快换机构的定位轴与转动连接件之间处于锁定状态的位置示意图；

图8为本发明的快换机构的定位轴与转动连接件之间处于解锁状态的位置示意图；

图9为为作为本发明一个实施例的快换机构的卡扣与滑块、弹簧定位片及凹槽在未按压卡扣时的连接关系剖面示意图；

图10为作为本发明一个实施例的快换机构的卡扣与滑块、弹簧定位片及凹槽在按压卡扣时的连接关系剖面示意图；

图11为作为本发明一个实施例的快换机构的卡扣与滑块、压片、弹簧定位片及凹槽的连接关系剖面示意图。

上述附图中，附图标记含义如下：

10 器械夹持手

11 卡扣 12 滑块

13 弹簧定位片(伸长杆) 14 凹槽(第二锁定机构)

15 定位压块(第二连接件) 16 定位柱(定位轴)

17 转动连接件 18 压片(第一连接件)

20 快换机构

30 驱动装置

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，本实施例中提到的“上方”、“下方”、“顶部”、“底端”等描述是按照通常的意义而定义的，比如，参考重力的方向定义，重力的方向是下方，相反的方向是上方，类似地在上方的是顶部或者顶端，在下方的是底部或底端，也仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，也当视为本发明可实施的范畴。

本发明就是针对现有技术，提供一种用于微创外科手术机器人的器械夹持手的机械零位快换机构，该快换机构能够方便、快速的拆卸。本发明的技术解决措施如下：在微器械夹持手的上方设置有驱动装置，所述微器械夹持手和驱动装置通过隔离板连接，当微器械夹持手卡设在驱动装置的法兰盘上，驱动装置套设在驱动装置法兰上且驱动装置的顶端面与隔离板连接的顶端面贴合，隔离板的底端面与微器械夹持手的一端面相贴合。此时，机械零位定位直接连接件是器械的驱动轴的凸头零件定位，就是凸头的径向锁定不转动(及零点定位)，轴向可以上下移动。器械的卡扣卡住法兰的同时，凸头的一端有弹簧顶出，穿过隔离板与驱动装置的凹头(电机控制的连接件)直接连接。装配器械后由于与隔离板贴合零位自动解锁。驱动装置的3个电机可以控制器械夹持手。

本发明公开了一种快换机构、采用其的器械夹持手及外科手术机器人，其设计的基本理念是如何实现将器械夹持手安装到外科手术机器人底座的法兰上，或者将器械夹持手从外科手术机器人底座的法兰上卸下时，器械夹持手的前端保持当前的状态不变，以及如何通过简单的操作使器械夹持手与外科手术机器人底座之间实现快速定位。

具体地，本发明公开的快换机构，包括：

底座，其上可拆卸地安装一活动部件或待控制部件。底座优选为圆柱体或立方体形状，以方便安装。其中，该底座上方面板上设置有若干通孔，以供转动连接件和定位轴伸出。

若干卡扣，每一个卡扣中部通过一枢轴与底座连接；每一个卡扣的上端设置成卡爪形状，用于抓紧安装所述底座的设备；每一个卡扣在枢轴以下部位与一第一锁定机构连接。

其中，卡扣的数量为1、2或3；当卡扣的数量为1时，底座在背对卡扣的一侧设置有与待安装设备配合固定的卡槽或突榫，从而可以利用单个卡爪进行底座的固定；当卡扣的数量为2或3时，则将卡扣设置成中心对称分布，以方便按压操作。

若干转动连接件，设置于底座内部，一端从底座上的通孔中伸出，且所述端的横截面为特定形状，用于与安装该底座的设备上的动力轴连接，将动力轴传输的动力传导到设置在底座上的活动部件上，或通过动力轴传输的动力控制设置在底座上的待控制部件。其中，该转动连接件一端的特定形状例如为三角形、六边形、D字形或正方形，通过与对应孔匹配来传输动力。每一个转动连接件的下端设置一第三锁定机构。

其中，优选转动连接件的下端设置弹簧，以方便复位。

其中，该转动连接件的数量例如为2、3、4、5，优选为3或4。转动连接件的数量其实是根据安装在底座上的活动部件或待控制部件的要求来决定的，例如常用的手术钳，需要三个维度的控制，就通过三个动力轴(转动连接件)输入控制信号。

若干定位轴，设置于底座内部，每一个定位轴的一端从底座上的通孔中伸出，且该定位轴能够在竖直方向上下运动；每一个定位轴的上、下两端分别设置有第一弹簧和第二弹簧，且第一弹簧的弹力大于第二弹簧；每一个定位轴的下端还设置有一第四锁定机构；其中，定位轴的数量为1、2、3、4或5，优选为3或4。作为优选，该定位轴伸出底座通孔的部分为一半圆球形结构或穹顶结构，以避免其突出在底座壳体外时划伤手。

第二连接件，定位轴通过该第二连接件固定连接，第二连接件的侧面与第一锁定机构对应的位置处上下并排设置有两个第二锁定机构。该第二连接件优选为一圆环或圆盘状平板结构。

其中，在将底座装配到安装底座的设备之前的初始位置，第三锁定机构与第四锁定机构锁合，从而安装在底座上的待控制部件的主控制端无法转动，例如，如果安装的是手术用的手术钳，则控制手术钳弯曲的控制端被锁死，从而只能保持机械零点位置；当按压卡扣下部并将底座装配到安装底座的设备上时，第一锁定机构向底座内部水平移动，并与第二连接件侧面的一第二锁定机构锁合，进一步限定定位轴的位置；当底座装配到安装底座的设备上并松开卡扣时，第一锁定机构回复原来的位置，从而与第二连接件侧面的第二锁定机构解锁，同时，定位轴从底座通孔伸出的一端受安装底座的设备上的限位板挤压而缩回底座内部，且在第一弹簧的作用下使定位轴及第二连接件向下运动一段距离，从而使第三锁定机构与第四锁定机构解锁；当按压卡扣下部从安装底座的设备上卸下该底座时，第一锁定机构向底座内部水平运动，并与第二连接件侧面的另一第二锁定机构锁合，而第三锁定机构则与第四锁定机构保持解锁状态。

其中，第一锁定机构和第二锁定机构配合组成齿槽卡合结构、榫卯卡合结构或销钉限位孔卡合结构。

其中，第三锁定机构和第四锁定机构配合组成能够在垂直方向解除锁定状态的齿槽卡合结构、榫卯卡合结构或棘轮棘齿结构。

作为优选，每一个卡扣通过一凹槽、凸块结构与一滑块连接，滑块再与一伸长杆连接，在伸长杆的末端设置该第一锁定机构，其中该凹槽为竖直设置的条形凹槽。此时，该快换机构还包括一第一连接件，第一连接件上设置有与每一个滑块的斜面相配合的斜面，第一连接件与该若干转动连接件固定连接，或者第一连接件上形成通孔，每一个转动连接件穿过该通孔，且通孔直径小于转动连接件上凸起部分的直径；从而在按压卡扣下部时，滑块向内水平运动，带动第一连接件及若干转动连接件向下运动，从而使转动连接件的一端缩回底座外壳之内。其中，该第一连接件例如为板状结构。

其中，每一个卡扣下部设置有一复位弹簧，以在解除按压时方便滑块复位。

本发明还公开了一种采用如上所述的快换机构的器械夹持手，该器械夹持手的底座上设置有用于手术的器械，若干转动连接件用于将与之连接的外科手术机器人上的动力传导到该底座上，从而驱动控制设备控制该手术器械的动作。

本发明还公开了一种采用如上所述的器械夹持手的外科手术机器人，作为优选，该外科手术机器人为微创外科手术机器人，其前端夹持的器械为夹持设备或手术刀。

下面结合具体实施例和说明书附图对本发明的若干优选技术方案作进一步阐述说明。

图1为本发明的快换机构夹持了手术器械之后装配到待安装设备上的装配示意图；图2为作为本发明一个实施例的快换机构去掉外壳之后的零件装配示意图；图3为本发明的快换机构斜上方看到的立体示意图；图4为本发明的快换机构中定位轴与定位压块的连接关系示意图；图5为本发明的快换机构顶部盖板的开孔位置示意图；图6为本发明的快换机构的定位轴与定位压块及侧面上的凹槽的位置示意图。

如图1～6所示，本发明的快换机构20的底座主体通常为圆柱形，当然也可以为其它立体形状，只要方便将其与定位安装到的设备，例如外科手术机器人的手术臂连接，且能够支撑活动部件10，例如上述的器械夹持手即可。在本实施例中，该底座主体为圆柱形，底部(相对位置)形成一类似谷堆的形状，以方便在中间的圆孔中插入器械，例如可远程操控的手术钳。

卡扣11可以为1～3个，在本实施例中为两个。每一个卡扣11均通过一枢轴固定在底座上，卡扣11的上部形成一勾状卡爪，下部形成一按压部，当按压该按压部时，卡扣11绕枢轴旋转，从而上面的勾状卡爪向外张开，松开勾状卡爪中卡合固定的待安装设备，每一个卡扣11的按压部向底座内侧方向转动，分别带动一弹簧定位片(即伸长杆)13向内，即向底座圆柱的圆心方向水平移动。该弹簧定位片13的数量与卡扣11的数量一致，在其下方末端设置有一勾状凸起，能够与定位压块(即第二连接件)15侧面上的两个凹槽14中的一个形成啮合锁定状态。

底座内部设置有3个可自由转动的转动连接件17，该转动连接件17的一端为三角形状，用于将该底座定位安装到的设备上的动力轴传输的动力传导到设置在底座上的活动部件上。转动连接件17与底座之间设置有压簧，使该转动连接件17在常态下保持从该底座的外壳中伸出的状态。转动连接件下部设置有一圈环形凸起，其中某一位置形成一个凹进缺口，该凹进缺口与定位柱16(即定位轴)下端的一突出物构成限位结构，能够阻止该定位柱16转动。当然，凹凸结构的设置也可以反过来，在转动连接件上设置凸起，而在定位柱16上设置凹陷，只要能够限制定位柱16转动，且在垂直方向位移一段距离后解除限制作用。

在底座内部可转动地设置有3个定位柱16，该定位柱16上下两端分别通过第一弹簧(图中未示出)和第二弹簧(图中未示出)与该底座连接，该3个定位柱107上共同固定有一圆环或圆盘状的定位压块(即第二连接件)15，从而该定位柱16能够相对于轴向联动地上下运动；第一弹簧的弹力大于第二弹簧的弹力。在该定位压块15的两个侧面分别设置有两个上下排列的凹槽14(即第二锁定机构)，该凹槽14用于与弹簧定位片13下端设置的勾状凸起(即第一锁定机构)相啮合。

下面结合图7、8解释一下本发明的快换机构的使用方法。其中图7为本发明的快换机构的定位轴与转动连接件之间处于锁定状态的位置示意图，图8为本发明的快换机构的定位轴与转动连接件之间处于解锁状态的位置示意图。

如图7所示，当准备将夹持了活动部件10的快换机构20安装到外科手术机器人的手术臂30上时，此时的定位柱与转动连接件之间处于锁定状态，即转动连接件下部设置的一圈环形凸起上的凹进缺口与定位柱16下端的一突出物构成限位结构，从而阻止了该定位柱16转动。当将该快换机构20安装到外科手术机器人的手术臂30上且按压卡扣11下部并松开时，定位柱16伸出底座的圆帽受到外科手术机器人的手术臂30上的端板挤压而缩回底座内部，从而使定位柱16向底座内部运动一段距离，相应地定位柱16下端的突出物也向下移动一段距离，从而与转动连接件17下部设置的凹进缺口脱离锁定，即安装到底座上的活动部件或待控制部件10，例如可远程操控的手术钳可以自由活动。

图9为作为本发明一个实施例的快换机构的卡扣与滑块、弹簧定位片及凹槽在未按压卡扣时的连接关系剖面示意图，图10为作为本发明一个实施例的快换机构的卡扣与滑块、弹簧定位片及凹槽在按压卡扣时的连接关系剖面示意图，图11为作为本发明一个实施例的快换机构的卡扣与滑块、压片、弹簧定位片及凹槽的连接关系剖面示意图。

如图9～11所示，作为本发明的一个优选实施例，在该快换机构的卡扣11与勾状凸起(即第一锁定机构)之间还设置有滑块12和压片18。如图9所示，在未按压卡扣时，滑块12与压片18之间稍微接触，没有明显相互作用力，弹簧定位片13末端的勾状凸起与定位压块15侧面上的两个凹槽14中的任一个未形成啮合锁定状态。如图10所示，当按压卡扣11时，滑块12水平滑动，一方面带动弹簧定位片15向底座内部运动，从而与定位压块15侧面上的两个凹槽14中下面一个凹槽形成啮合锁定状态。

如图11所示，则是更清楚地展示了卡扣11及滑块12的对称结构。

下面解释一下本发明的优选实施例的快换机构的使用方法。其中：

在将底座装配到安装底座的设备之前的初始位置，定位柱与转动连接件之间处于锁定状态，即转动连接件下部设置的圈环形凸起上的凹进缺口与定位柱下端的一突出物构成限位结构，阻止了该定位柱转动，例如，如果安装的是手术用的手术钳，则控制手术钳弯曲的控制端被锁死，从而只能保持机械零点位置；当按压卡扣下部并将底座装配到安装底座的设备上时，弹簧定位片13向底座内部水平移动，并与定位压块15侧面的一凹槽14锁合，进一步限定定位柱的位置；当底座装配到安装底座的设备上并松开卡扣11时，弹簧定位片13回复原来的位置，从而与定位压块15侧面的凹槽14解锁，同时，定位柱16从底座通孔伸出的一端受安装底座的设备上的限位板挤压而缩回底座内部，且在第一弹簧的作用下使定位柱16及定位压块15向下运动一段距离，从而使勾状凸起与凹槽14解锁；当按压卡扣下部从安装底座的设备上卸下该底座时，弹簧定位片13末端的勾状凸起向底座内部水平运动，并与定位压块15侧面的另一凹槽14锁合，而转动连接件17下部设置的圈环形凸起上的凹进缺口与定位柱16下端的一突出物不构成限位结构。

下面再对本发明的工作原理作进一步阐述说明。

器械装配完成后为零位锁定位置，及装上驱动装置30之前为零位锁定状态。没有在驱动装置30上，按压卡扣11零位也不会解锁。只有安装在驱动装置30上和隔离板贴合卡扣卡住法兰后零位解锁才释放进入工作状态。

拿到已经消毒完成的器械(及无菌器械)准备安装到驱动装置30，驱动装置30三个电机已经控制零位完成。

按下卡扣11卡住目前零位状态。直接按标记对正隔离板的孔(如图4、5所示)，松开卡扣11，卡住驱动装置30的法兰位置。转动连接件17一端的凸头穿过底座面板与驱动装置30上的凹头配合。

由于定位柱16上设置有弹簧机构，能够把定位柱16压入空位，从而零位解锁。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于器械夹持手的快换机构，其特征在于，包括：

底座，其上可拆卸地安装一活动部件或待控制部件；其中，所述底座上方面板上设置有若干通孔；

若干卡扣，每一个卡扣中部通过一枢轴与底座连接；每一个卡扣的上端设置成卡爪形状，用于抓紧安装所述底座的设备；每一个卡扣在枢轴以下部位与一第一锁定机构连接；

若干转动连接件，设置于底座内部，一端从底座上的通孔中伸出，且所述端的横截面为特定形状，所述特定形状为三角形、六边形、D字形或正方形；每一个转动连接件的下端设置一第三锁定机构；

若干定位轴，设置于底座内部，每一个定位轴的一端从底座上的通孔中伸出，且所述定位轴能够在竖直方向上下运动；每一个定位轴的上、下两端分别设置有第一弹簧和第二弹簧，且第一弹簧的弹力大于第二弹簧；每一个定位轴的下端还设置有一第四锁定机构；

第二连接件，所述若干定位轴通过一第二连接件固定连接，所述第二连接件的侧面与第一锁定机构对应的位置处上下并排设置有两个第二锁定机构；

其中，在将所述底座装配到安装底座的设备之前的初始位置，第三锁定机构与第四锁定机构锁合；当按压卡扣下部并将所述底座装配到安装所述底座的设备上时，第一锁定机构向底座内部水平运动，并与第二连接件侧面的一第二锁定机构锁合；当所述底座装配到安装所述底座的设备上并松开所述卡扣时，第一锁定机构回复原来的位置，从而与第二连接件侧面的所述第二锁定机构解锁，同时，所述定位轴从底座通孔伸出的一端受挤压而缩回底座内部，且在第一弹簧的作用下使所述定位轴及第二连接件向下运动一段距离，从而使第三锁定机构与第四锁定机构解锁；当按压卡扣下部从安装所述底座的设备上卸下所述底座时，第一锁定机构向底座内部水平运动，并与第二连接件侧面的另一第二锁定机构锁合，第三锁定机构与第四锁定机构保持解锁状态。

2.根据权利要求1所述的快换机构，其特征在于，所述转动连接件的数量为2、3、4或5。

3.根据权利要求1所述的快换机构，其特征在于，所述定位轴的数量为1、2、3、4或5。

4.根据权利要求1所述的快换机构，其特征在于，所述卡扣的数量为1、2或3；当所述卡扣的数量为1时，所述底座在背对卡扣的一侧设置有与待安装设备配合固定的卡槽或突榫；当所述卡扣的数量为2或3时，所述卡扣中心对称分布。

5.根据权利要求1所述的快换机构，其特征在于，所述第一锁定机构和第二锁定机构配合组成齿槽卡合结构、榫卯卡合结构或销钉限位孔卡合结构；

所述第三锁定机构和第四锁定机构配合组成能够在垂直方向解除锁定状态的齿槽卡合结构、榫卯卡合结构或棘轮棘齿结构。

6.根据权利要求1所述的快换机构，其特征在于，每一个卡扣通过一凹槽、凸块结构与一滑块连接，滑块再与一伸长杆连接，在伸长杆的末端设置所述第一锁定机构，其中所述凹槽为竖直的条形凹槽；

所述快换机构还包括一第一连接件，第一连接件上设置有与每一个滑块的斜面相配合的斜面，所述第一连接件与所述若干转动连接件固定连接，或者第一连接件上形成通孔，所述转动连接件分别穿过所述通孔，且所述通孔直径小于所述转动连接件上凸起部分的直径；从而在按压卡扣下部时，滑块向内水平运动，带动第一连接件及若干转动连接件向下运动，从而使转动连接件的一端缩回底座外壳之内。

7.根据权利要求1所述的快换机构，其特征在于，每一个所述卡扣下部设置有一复位弹簧。

8.一种采用如权利要求1至7任意一项所述的快换机构的器械夹持手，该器械夹持手的底座上设置有用于手术的器械，若干转动连接件用于将与之连接的外科手术机器人上的动力传导到该底座上，从而驱动控制设备控制该手术器械的动作。

9.一种采用如权利要求8所述的器械夹持手的外科手术机器人，该外科手术机器人为微创外科手术机器人，其前端夹持的器械为夹持设备或手术刀。

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