CN110464388A - 具有多自由度动作控制的手持式微创医疗手术器械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有多自由度动作控制的手持式微创医疗手术器械，相比于传统技术，当按下张合按钮、第一启停按钮或第二启停按钮时，能够分别对应驱动末端执行装置或柔性腕部关节执行相应的动作，三者之间互不影响，具有独立的自由度，因此医务人员在操控时不用担心各机构在控制时会产生相互干扰，并且由于采用的是按钮控制，操纵起来也比较简单，容易上手；另外，末端执行装置的夹持动作配合上柔性腕部关节的偏摆动作和旋转动作，可以适用于大多控制场景，能够满足医务人员的手术操控要求。因此，本发明占用空间小，方便提携，操作简便，容易上手，能够实现器械多自由度间的独立控制，配合使用时也更加安全可靠。

Description

具有多自由度动作控制的手持式微创医疗手术器械

技术领域

本发明涉及手术医疗设备领域，尤其是具有多自由度动作控制的手持式微创医疗手术器械。

背景技术

微创手术是二十世纪才出现的一种新的治疗方式，这种手术是利用现代医疗设备如腹腔镜、微创手术工具等辅助进行的，这导致了微创器械高速发展，相对于传统医疗器械，它具有实用性强、高精度的优点，可以使得手术工具的灵活操作使用，让手术难度减低，此外，通过使用微创手术器械，可大幅度地减轻医生在手术实施过程中的压力，可以更加轻松快捷的完成手术，同时提高手术的准确度和成功率，获得更好的治疗体验。

目前，微创手术器械大多是主从式的，包含了主操作台和从操作台，因此占用面积很大，而且还需要一个特定的区域去安放这一医疗仪器；并且，其内部控制较为复杂，自由度较低，使用起来具有一定的难度，不利于医务人员快捷上手，使用效率不高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提供具有多自由度动作控制的手持式微创医疗手术器械，占用空间小，方便提携，操作简便，容易上手，能够实现器械多自由度间的独立控制，配合使用时也更加安全可靠。

为了弥补现有技术的不足，本发明实施例采用的技术方案是：

具有多自由度动作控制的手持式微创医疗手术器械，包括主体，所述主体内设置有钢丝绳，所述主体包括依次连接的末端执行装置、柔性腕部关节和手柄操作装置；

所述末端执行装置包括定钳片、动钳片、第一销轴、钢丝固定块和转动轮，所述动钳片通过所述第一销轴设置于所述定钳片的钳口支架的一端上，所述钢丝固定块设置于所述转动轮的凹陷位上，所述转动轮设置于所述定钳片的钳口支架的内槽上，所述钢丝绳的第一端固定于所述钢丝固定块上；

所述手柄操作装置外表面上分别设置有张合按钮、第一启停按钮和第二启停按钮，所述手柄操作装置内部设置有张合机构、第一步进电机和第二步进电机，所述张合按钮与所述张合机构弹性连接，所述钢丝绳的第二端穿过所述张合机构；

当按下所述张合按钮时，驱动所述张合机构旋转，此时所述钢丝绳处于松弛状态，使所述钢丝固定块带动所述转动轮进行转动，从而带动所述动钳片绕着所述第一销轴转动，实现所述末端执行装置的夹持动作；

当按下所述第一启停按钮时，驱动所述第一步进电机控制所述柔性腕部关节执行偏摆动作；

当按下所述第二启停按钮时，驱动所述第二步进电机控制所述柔性腕部关节执行旋转动作。

进一步地，所述末端执行装置还包括第二销轴和第三销轴，所述第二销轴通过所述定钳片的钳口支架的第一侧壁固定于所述转动轮的第一圆面上，所述第三销轴通过所述定钳片的钳口支架的第二侧壁固定于所述转动轮的第二圆面上。

进一步地，所述柔性腕部关节包括依次连接的前端连接块、若干单元关节和后端连接块，所述前端连接块与所述定钳片的钳口支架匹配连接，所述后端连接块与所述手柄操作装置匹配连接，所述单元关节内开有走线孔和若干用于通入所述钢丝绳的钢丝孔，所述走线孔内设置有用于支撑所述单元关节的柔性软管；所述单元关节的上表面上开有凹槽且下表面上设置有凸台，所述单元关节的所述凸台可在相邻所述单元关节的所述凹槽内转动，从而控制所述柔性腕部关节执行偏摆动作；所述第一步进电机和所述第二步进电机均与所述单元关节电连接。

进一步地，所述手柄操作装置的内壁上还分别设置有第一启停按钮固定板和第二启停按钮固定板，所述第一启停按钮固定板与所述第一启停按钮相连接，所述第二启停按钮固定板与所述第二启停按钮相连接。

进一步地，所述主体还包括联结管，所述联结管的一端连接到所述柔性腕部关节且另一端连接到所述手柄操作装置。

进一步地，所述手柄操作装置内部还设置有用于引导所述钢丝绳的第一动力导向轮和第二动力导向轮，所述钢丝绳依次穿过所述第二动力导向轮、所述张合机构以及所述第一动力导向轮且所述钢丝绳的第二端固定在所述第一动力导向轮上。

进一步地，所述第一动力导向轮上设置有用于预紧所述钢丝绳的铅封钉，所述钢丝绳的第二端被所述铅封钉绷紧于所述第一动力导向轮上。

进一步地，所述联结管采用碳纤维材料制成。

进一步地，所述第一启停按钮和所述第二启停按钮设置于所述手柄操作装置的同一个外表面上。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下有益效果：当按下张合按钮、第一启停按钮或第二启停按钮时，能够分别对应驱动末端执行装置或柔性腕部关节执行相应的动作，三者之间互不影响，具有独立的自由度，因此医务人员在操控时，可根据实际情况来匹配操控，非常合理有效，也不用担心各机构在控制时会产生相互干扰，并且由于采用的是按钮控制，操纵起来也比较简单，容易上手；另外，根据发明人的经验，末端执行装置的夹持动作配合上柔性腕部关节的偏摆动作和旋转动作，可以组合适用于几乎所有控制场景，能够极大地满足医务人员的手术操控要求。因此，本发明占用空间小，方便提携，操作简便，容易上手，能够实现器械多自由度间的独立控制，配合使用时也更加安全可靠。

附图说明

下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的实施方案。

图1是本发明实施例的结构示意图一；

图2是图1的剖视图；

图3是本发明实施例的结构示意图二；

图4是图3的爆炸分解结构图；

图5是本发明实施例的柔性腕部关节的结构示意图。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明实施例作进一步阐述。

参照图1-图5，本发明实施例提供了具有多自由度动作控制的手持式微创医疗手术器械，包括主体10，所述主体10内设置有钢丝绳(未示出)，所述主体10包括依次连接的末端执行装置100、柔性腕部关节200和手柄操作装置300；

所述末端执行装置100包括定钳片101、动钳片102、第一销轴103、钢丝固定块104和转动轮105，所述动钳片102通过所述第一销轴103设置于所述定钳片101的钳口支架1010的一端上，所述钢丝固定块104设置于所述转动轮105的凹陷位1050上，所述转动轮105设置于所述定钳片101的钳口支架1010的内槽1011上，所述钢丝绳的第一端固定于所述钢丝固定块104上；

所述手柄操作装置300外表面上分别设置有张合按钮301、第一启停按钮302和第二启停按钮303，所述手柄操作装置300内部设置有张合机构304、第一步进电机和第二步进电机，所述张合按钮301与所述张合机构304弹性连接，所述钢丝绳的第二端穿过所述张合机构304；

当按下所述张合按钮301时，驱动所述张合机构304旋转，此时所述钢丝绳处于松弛状态，使所述钢丝固定块104带动所述转动轮105进行转动，从而带动所述动钳片102绕着所述第一销轴103转动，实现所述末端执行装置100的夹持动作；

当按下所述第一启停按钮302时，驱动所述第一步进电机控制所述柔性腕部关节200执行偏摆动作；

当按下所述第二启停按钮303时，驱动所述第二步进电机控制所述柔性腕部关节200执行旋转动作。

在本实施例中，当按下张合按钮301、第一启停按钮302或第二启停按钮303时，能够分别对应驱动末端执行装置100或柔性腕部关节200执行相应的动作，三者之间互不影响，具有独立的自由度，因此医务人员在操控时，可根据实际情况来匹配操控，非常合理有效，也不用担心各机构在控制时会产生相互干扰，并且由于采用的是按钮控制，操纵起来也比较简单，容易上手；另外，根据发明人的经验，末端执行装置100的夹持动作配合上柔性腕部关节200的偏摆动作和旋转动作，可以组合适用于几乎所有控制场景，能够极大地满足医务人员的手术操控要求。因此，本发明占用空间小，方便提携，操作简便，容易上手，能够实现器械多自由度间的独立控制，配合使用时也更加安全可靠。

具体地，张合机构304在本领域是较为常见的，可以是定齿轮、开孔的弹片等，只需满足可穿过钢丝绳的第二端且具有一定弹性即可，这并不限定，故在此不作赘述；将钢丝固定块104设置于所述转动轮105的凹陷位1050上，提高了钢丝固定块104的连接稳定性；当不按动张合按钮301时，由于张合按钮301与张合机构304间的弹性作用(可以依靠弹簧、弹片等实现，不限定)，张合按钮301会实现复位，此时钢丝绳处于张紧状态，转动轮105反方向转动，东强动钳片102张开，即实现了末端执行装置100的张开；同理，第一启停按钮302和第二启停按钮303在未按下状态时，则对应不驱动柔性腕部关节200执行相应动作，方便医务人员进行控制；采用步进电机控制，驱动效果较为稳定；第一销轴103可以起到固定安装动钳片102的作用，同时作为旋转轴供动钳片102进行绕转。

进一步地，本发明另一实施例还提供了具有多自由度动作控制的手持式微创医疗手术器械，其中，所述末端执行装置100还包括第二销轴106和第三销轴107，所述第二销轴106通过所述定钳片101的钳口支架1010的第一侧壁1012固定于所述转动轮105的第一圆面上，所述第三销轴107通过所述定钳片101的钳口支架1010的第二侧壁1013固定于所述转动轮105的第二圆面上。

在本实施例中，第二销轴106和第三销轴107配合起到固定转动轮105的作用，从而固定钢丝固定块104；由于转动轮105的两个圆面相对面积较大且光滑，因此适合用于安装第二销轴106和第三销轴107，同时转动轮105的两个圆面也是与定钳片101的钳口支架1010的两侧壁相对设置的，因此为安装第二销轴106和第三销轴107提供了方便。

进一步地，本发明另一实施例还提供了具有多自由度动作控制的手持式微创医疗手术器械，其中，所述柔性腕部关节200包括依次连接的前端连接块201、若干单元关节202和后端连接块203，所述前端连接块201与所述定钳片101的钳口支架1010匹配连接，所述后端连接块203与所述手柄操作装置300匹配连接，所述单元关节202内开有走线孔204和若干用于通入所述钢丝绳的钢丝孔205，所述走线孔204内设置有用于支撑所述单元关节202的柔性软管；所述单元关节202的上表面上开有凹槽206且下表面上设置有凸台207，所述单元关节202的所述凸台207可在相邻所述单元关节202的所述凹槽206内转动，从而控制所述柔性腕部关节200执行偏摆动作；所述第一步进电机和所述第二步进电机均与所述单元关节202电连接。

在本实施例中，前端连接块201与后端连接块203均可起到良好的联结作用；柔性软管的设置可为单元关节202提供支撑，同时还确保了各单元关节202在旋转过程中转角变化的同步性，避免各单元关节202因转动方向不一致而出现转动误差，提高柔性腕部关节200执行旋转操作的稳定性；凹槽206与凸台207的配合使得相邻的单元关节202能够实现稳定良好的接触，当受到第一步进电机的控制时，前一个单元关节202的凸台207可以在后一个单元关节202的凹槽206内进行转动，从而完成柔性腕部关节200的偏转动作，非常有效方便；使第一步进电机和第二步进电机均与单元关节202电连接，方便进行驱动控制；钢丝孔205可以容纳钢丝绳，使其适应通过柔性腕部关节200，不会受到阻挡。

进一步地，本发明另一实施例还提供了具有多自由度动作控制的手持式微创医疗手术器械，其中，所述手柄操作装置300的内壁上还分别设置有第一启停按钮固定板和第二启停按钮固定板305，所述第一启停按钮固定板与所述第一启停按钮302相连接，所述第二启停按钮固定板305与所述第二启停按钮303相连接。

在本实施例中，如图2所示，由于第一启停按钮固定板和第二启停按钮固定板305的原理基本相同，因此只示出了第二启停按钮固定板305；第一启停按钮固定板和第二启停按钮固定板305可以分别为第一启停按钮302和第二启停按钮303提供支撑，保证其与手柄操作装置300之间的连接保持稳定。

进一步地，本发明另一实施例还提供了具有多自由度动作控制的手持式微创医疗手术器械，其中，所述主体10还包括联结管400，所述联结管400的一端连接到所述柔性腕部关节200且另一端连接到所述手柄操作装置300。

在本实施例中，联结管400的长度可根据不同的手术情况自行设置，也可以设置为伸缩式的，更为方便调节，联结管400起到连通柔性腕部关节200和手柄操作装置300的作用，同时又可容纳钢丝绳通入，作为中转部件。

进一步地，本发明另一实施例还提供了具有多自由度动作控制的手持式微创医疗手术器械，其中，所述手柄操作装置300内部还设置有用于引导所述钢丝绳的第一动力导向轮306和第二动力导向轮307，所述钢丝绳依次穿过所述第二动力导向轮307、所述张合机构304以及所述第一动力导向轮306且所述钢丝绳的第二端固定在所述第一动力导向轮306上。

在本实施例中，第一动力导向轮306用于固定住钢丝绳的第二端，第一动力导向轮306、第二动力导向轮307和张合机构304可配合将钢丝绳的状态维持绷紧，以便于引导钢丝绳进行传动，从而使其能够更加稳定地带动末端执行装置100进行夹持动作。

进一步地，本发明另一实施例还提供了具有多自由度动作控制的手持式微创医疗手术器械，其中，所述第一动力导向轮306上设置有用于预紧所述钢丝绳的铅封钉，所述钢丝绳的第二端被所述铅封钉绷紧于所述第一动力导向轮306上。在本实施例中，铅封钉作为钢丝绳的预紧机构，能够使钢丝绳受到预紧，防止其产生移位、错乱等放置情况，并给，将铅封钉设置在第一动力导向轮306上，稳定性较好，钢丝绳不容易脱落。

进一步地，本发明另一实施例还提供了具有多自由度动作控制的手持式微创医疗手术器械，其中，所述联结管400采用碳纤维材料制成。在本实施例中，碳纤维材料是由有机纤维经过一系列热处理转化而成，含碳量高于90％的无机高性能纤维，是一种力学性能优异的新材料，具有碳材料的固有本性特征，又兼备纺织纤维的柔软可加工性，是新一代增强纤维，适用于本实施例的手持式微创医疗手术器械。

进一步地，本发明另一实施例还提供了具有多自由度动作控制的手持式微创医疗手术器械，其中，所述第一启停按钮302和所述第二启停按钮303设置于所述手柄操作装置300的同一个外表面上。在本实施例中，由于第一启停按钮302和所述第二启停按钮303的控制功能类似，因此将其集成设置于同一个外表面上，更方便用户进行熟练操控，减小了操控难度。

以上内容对本发明的较佳实施例和基本原理作了详细论述，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员应该了解在不违背本发明精神的前提下还会有各种等同变形和替换，这些等同变形和替换都落入要求保护的本发明范围内。

Claims (9)

1.具有多自由度动作控制的手持式微创医疗手术器械，其特征在于：

包括主体，所述主体内设置有钢丝绳，所述主体包括依次连接的末端执行装置、柔性腕部关节和手柄操作装置；

所述末端执行装置包括定钳片、动钳片、第一销轴、钢丝固定块和转动轮，所述动钳片通过所述第一销轴设置于所述定钳片的钳口支架的一端上，所述钢丝固定块设置于所述转动轮的凹陷位上，所述转动轮设置于所述定钳片的钳口支架的内槽上，所述钢丝绳的第一端固定于所述钢丝固定块上；

所述手柄操作装置外表面上分别设置有张合按钮、第一启停按钮和第二启停按钮，所述手柄操作装置内部设置有张合机构、第一步进电机和第二步进电机，所述张合按钮与所述张合机构弹性连接，所述钢丝绳的第二端穿过所述张合机构；

当按下所述张合按钮时，驱动所述张合机构旋转，此时所述钢丝绳处于松弛状态，使所述钢丝固定块带动所述转动轮进行转动，从而带动所述动钳片绕着所述第一销轴转动，实现所述末端执行装置的夹持动作；

当按下所述第一启停按钮时，驱动所述第一步进电机控制所述柔性腕部关节执行偏摆动作；

当按下所述第二启停按钮时，驱动所述第二步进电机控制所述柔性腕部关节执行旋转动作。

2.根据权利要求1所述的具有多自由度动作控制的手持式微创医疗手术器械，其特征在于：所述末端执行装置还包括第二销轴和第三销轴，所述第二销轴通过所述定钳片的钳口支架的第一侧壁固定于所述转动轮的第一圆面上，所述第三销轴通过所述定钳片的钳口支架的第二侧壁固定于所述转动轮的第二圆面上。

3.根据权利要求1所述的具有多自由度动作控制的手持式微创医疗手术器械，其特征在于：所述柔性腕部关节包括依次连接的前端连接块、若干单元关节和后端连接块，所述前端连接块与所述定钳片的钳口支架匹配连接，所述后端连接块与所述手柄操作装置匹配连接，所述单元关节内开有走线孔和若干用于通入所述钢丝绳的钢丝孔，所述走线孔内设置有用于支撑所述单元关节的柔性软管；所述单元关节的上表面上开有凹槽且下表面上设置有凸台，所述单元关节的所述凸台可在相邻所述单元关节的所述凹槽内转动，从而控制所述柔性腕部关节执行偏摆动作；所述第一步进电机和所述第二步进电机均与所述单元关节电连接。

4.根据权利要求1所述的具有多自由度动作控制的手持式微创医疗手术器械，其特征在于：所述手柄操作装置的内壁上还分别设置有第一启停按钮固定板和第二启停按钮固定板，所述第一启停按钮固定板与所述第一启停按钮相连接，所述第二启停按钮固定板与所述第二启停按钮相连接。

5.根据权利要求1所述的具有多自由度动作控制的手持式微创医疗手术器械，其特征在于：所述主体还包括联结管，所述联结管的一端连接到所述柔性腕部关节且另一端连接到所述手柄操作装置。

6.根据权利要求1所述的具有多自由度动作控制的手持式微创医疗手术器械，其特征在于：所述手柄操作装置内部还设置有用于引导所述钢丝绳的第一动力导向轮和第二动力导向轮，所述钢丝绳依次穿过所述第二动力导向轮、所述张合机构以及所述第一动力导向轮且所述钢丝绳的第二端固定在所述第一动力导向轮上。

7.根据权利要求6所述的具有多自由度动作控制的手持式微创医疗手术器械，其特征在于：所述第一动力导向轮上设置有用于预紧所述钢丝绳的铅封钉，所述钢丝绳的第二端被所述铅封钉绷紧于所述第一动力导向轮上。

8.根据权利要求5所述的具有多自由度动作控制的手持式微创医疗手术器械，其特征在于：所述联结管采用碳纤维材料制成。

9.根据权利要求1-8任一所述的具有多自由度动作控制的手持式微创医疗手术器械，其特征在于：所述第一启停按钮和所述第二启停按钮设置于所述手柄操作装置的同一个外表面上。