CN110575258B - 一种医疗手术器械及手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种医疗手术器械，属于医疗器械领域，包括有固定座（332），所述的固定座和手术机器人连接；驱动单元，所述的驱动单元包括位于固定座内的第二螺杆（333）、与第二螺杆螺纹连接的滑动单元（335）、驱动第二螺杆转动的第三电机（334），第二螺杆转动驱动滑动单元沿着第二螺杆的轴向移动，本发明还公开了一种手术机器人。

Description

一种医疗手术器械及手术机器人

技术领域

本发明涉及医疗器械领域。

背景技术

手术器械是指在临床手术中所使用的医疗器械，除常规手术器械外，还有一些专科用的器械，随着机器人在医疗领域的发展，一些手术器械的操作开始通过电机控制，如手术器械的抓、前进等操作。

但是传统的电机存在高速、力矩输出小，功率密度等，传统的电机使用在手术器械操作领域不利于手术器械各种操作。

发明内容

本发明针对上述的问题，提供了一种医疗手术器械，一种医疗手术器械，包括：

固定座，所述的固定座和手术机器人本体连接；

驱动单元，所述的驱动单元包括位于固定座内的第二螺杆、与第二螺杆螺纹连接的滑动单元、驱动第二螺杆转动的第三电机，第二螺杆转动驱动滑动单元沿着第二螺杆的轴向移动；

长臂，长臂的近端和滑动单元固定连接，远端设有进行手术操作的末端执行件；

所述的第三电机包括有一个圆柱外壳体，外壳体截面为圆形，外壳体上固定连接有四个定子，四个定子均匀的分布在外壳体的内部，相邻两个定子的距离相同，每个定子上设有通电线圈以能够使得定子带有磁性，第三电机还包括有四个转子，相邻两个定子之间设有一个能够在相邻定子之间移动的转子，每个转子连接有一个长杆，四个长杆的一端固定在一个固定部上，固定部位圆环形中间设有一个中空部，中空部内设有一个单向转化器，单向转化器优选为单向轴承，单向轴承外圈与固定部连接内圈固定连接有一个输出杆，输出杆侧面和外壳体通过轴承连接，输出杆和第二螺杆固定连接或者一体化成型；

所述的转子带有磁性，四个转子到输出杆等距离，四个定子到输出杆等距离，定子上能够被通以方向变化的电流以使得转子能够在相邻定子之间往复移动，进而驱动固定部绕着输出杆往复转动，通过单向轴承的传动驱动输出杆转动进而驱动第二螺杆转动。

作为改进，所述的定子为部分环形，所述的转子为部分环形，定子到输出杆的距离和转子到输出杆的距离相同，定子和转子为相同的结构。

作为改进，所述的外壳体上设有感应件，以当转子和定子的距离缩小到一定值时或者当转子通过感应件旁边时，感应件能够被感应到并且通过控制器改变定子上电流方向。

作为改进，所述的末端执行件能够执行抓、剪、切、电凝、穿的一种或多种操作。

作为改进，所述的医疗手术器械能够被驱动在两个自由度方向上自转，两个自转轴相交，并且两个自转轴穿过固定座。

本发明还公开了一种医疗手术机器人，其特征在于，包括本发明所述的医疗手术器械。

本发明的医疗手术器械，第三电机通过方向变化的电流驱动转子在定子之间往复运动进而驱动输出杆和第二螺杆转动，进一步的转子位于定子之间，在某一时间点，定子对转子的磁力方向和转子的运动方向相同，因此在电流、线圈等条件不变的情况下，能够实现最大的功率输出。

附图说明

图1是操作单元的整体示意图；

图2是转臂单元的示意图；

图3是固定单元的示意图；

图4是操作装置的示意图；

图5是操作装置的侧面观察图；

图6是操作装置的截面观察图；

图7是连接座的示意图；

图8是外壳示意图；

图9是电机腔示意图；

图10是外壳示意图；

图11是手术器械示意图；

图12是第三电机的一种示意图；

图13实施例2手术器材的示意图；

图14是主动部和从动部的示意图；

图15是从动杆的示意图；

图16是从动杆的示意图；

图17是从动杆的示意图；

图18是从动杆的示意图；

图19是主动杆的示意图；

图20是主动杆的示意图；

图21是滑杆的示意图；

图中标记：

实施例1：1-手术床，2-转臂单元，21-第一转臂，22-第二转臂，23-第三转臂，24-第四转臂，25-滑块，26-第一螺杆，27-驱动电机，28-连接件，3-操作装置，31-固定杆，32-外壳，321-弧形通道，33-手术器械，331-第二活动槽，332-固定座，333-第二螺杆，334-第三电机，3341-定子，3342-转子，3343-长杆，3347-转动圈，3345-单向转化器，3346-输出杆，335-滑动单元，336-长臂，337-固定部， 34-第一电机，35-滑动杆，351-第一活动槽，36-活动单元，361-第一活动杆，362-第二活动杆，363-第一活动柱，364-第二活动柱，365-第一连接座，366-第二连接座，3661-连接柱，37-第二电机，38-固定架，381-第二固定管，382-第一固定管，383-动力杆。

实施例2: 1-机器人本体，2-固定部，3-器材管，31-主动部，311-主动管，312-主动杆， 3121-凸部，3122-卡槽，32-从动部，321-从动管，3211-固定孔，322-从动杆，3221-凹部，3222-卡部，3223-铰接轴，3224-卡头，3225-活动槽，3226-滑杆，3227-螺杆，3228-活动柱，4-钳头。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

实施例1：

如图1所示，是一种临床手术床组件，该床组件包括有手术床1、固定单元，固定单元固定在手术床1的边缘，床组件还包括有和固定单元连接的转臂单元2以及固定在转臂单元末端的操作装置3，操作装置3上安装有手术器械，操作装置用于进行手术操作，转臂单元具有多个转臂能够给操作装置3提供多个转动自由度以方便操作装置3的操作。

在一个具体的实施例当中，为了使得手术器械根据人体在床上的不同位置移动，特别的是手术床宽度方向的位置，在一个优选的实施例当中，如图3所示，固定单元包括有连接件28、固定在连接件上的第一螺杆26、驱动第一螺杆转动的驱动电机27、与螺杆螺纹连接的滑块25，滑块25和第一转臂固定连接，驱动电机27驱动第一螺杆转动，进一步驱动滑块沿着螺杆的轴向移动，螺杆的轴向方向和X方向垂直，所述的X方向如图2所示的方向，驱动电机27能够被远程控制或者在手术室内控制，驱动电机转动，滑块25沿着第一螺杆的轴向即手术床的边缘移动，以根据人体的位置调节手术器械的位置，相对于人工操作能够根据的精确，并且不需要挪动病患位置。

在一个具体的实施例当中，为了使得手术器械有多个转动自由度，如图2所示的，转臂单元2包括与固定单元连接的第一转臂21、与第一转臂连接的第二转臂22、与第二转臂连接的第三转臂23，与第三转臂连接的第四转臂24，第一转臂和第二转臂能够相对X方向轴向转动，第二转臂和第三转臂相对Y方向转动，第三转臂和第四转臂相对Z方向轴向转动，X方向和Y方向垂直，Y方向和Z方向垂直，第四转臂24固定有操作装置3，相邻转臂的连接处均能够被电机控制转动或者人工操作其转动，四个转臂的相互转动以给手术器械提供多个转动自由度，更灵活的完成手术操作。

在一个具体的实施当中，如图5所示，操作装置3包括有第一电机34、滑动杆35、第一活动杆361和第二活动杆362，第一电机通过电机轴和滑动杆35连接，第一电机34转动驱动滑动杆35沿着电机轴的方向自转，滑动杆的两端分别设有第一活动槽351，第一活动杆361和第二活动杆362的轴向相互平行，第一活动杆361的近端设有第一活动柱363，第二活动杆的近端设有第二活动柱364，第一活动柱和第二活动柱分别卡入滑动杆的两个第一活动槽351中，当第一电机34驱动滑动杆转动的时候第一活动杆和第二活动杆可以沿着自身轴向互相反向运动，如图2中两个箭头的方向。

如图6所示，操作装置3还包括有手术器械33，第一活动杆和第二活动杆分别和手术器械在不同点连接，如图6中的A点和B点，第一活动杆的远端设有第一连接座365和手术器械在A点铰接，第二活动杆的远端设有第二连接座366，第二连接座上设有连接柱3661(如图7所示）6，如图中的B点，手术器械上设有第二活动槽331，连接柱卡在第二活动槽中，连接柱能够在第二活动槽中移动，以在两个活动杆距离不变的情况下第一活动杆和第二活动杆朝着相反反向运动的时候驱动手术器械沿着第一轴向自转。

操作装置3还包括有第二电机37、固定架38和外壳32（图4所示），第一电机和第二电机固定在外壳32上，固定架38包括有分别用于第一活动杆和第二活动杆穿过的第一固定管382和第二固定管381，第二电机通过动力杆383和固定架连接，并且第二电机通过动力杆驱动固定架绕着动力杆轴向自转，进一步驱动第一活动杆和第二活动杆以及手术器械沿着动力杆轴向自转，所述的动力杆轴向方向为第二轴向，第一轴向和第二轴向垂直并且相交。本发明通过固定架上的两个固定管以限制了两个活动杆之间的距离，使得两个活动杆之间始终保持相等的距离，并且固定架被驱动转动能够驱动两个活动杆转动进一步驱动手术器械发生自转。当活动杆之间的距离被固定的时候，为了保证活动杆之间能够反向移动，本发明在手术器械上设置有第二活动槽331，以当A点和B点的距离能够随着活动杆的移动和变化进一步使得手术器械自转成为可能，进一步的，活动杆在水平方向的位置被固定架固定，因此设有第一活动槽，使得第一电机能够驱动两个活动杆在等距的情况下上下移动，因此本发明能够使得手术器械在两个转动方向上发生自转，大大减少了转动所需要的空间。

进一步的，如图8所示，外壳上设有两个弧形通道，两个弧形通道分别用于两个活动杆穿过，并且当两个活动杆绕着第二轴向方向自转的时候，两个活动杆能够在弧形通道内移动。

在一个具体的实施例当中，如图3和4所示，操作装置还包括有固定杆31，固定杆的一端和转臂单元连接，另一端固定连接有外壳32。

在一个具体的实施例当中，为了固定电机和外壳的相对位置，如图8和9所示，外壳分别设有第一电机腔和第二电机腔，第一电机被固定在第一电机腔内，第二电机被固定在第二电机腔内，进一步通过螺钉等固定件将第一电机和第二电机分别固定在外壳内，第一电机和第二电机的位置可根据具体的需要进行设置，如图9所示的，外壳是一个L型结构，第一电机位于外壳底部，第二电机位于外壳竖直位置。

手术器械可以是各种现有的手术器械，具体可以是具有抓、剪、切、钻、摄像等功能的手术器械，也可以是能够植入人工产品的手术器械。在一个具体的实施例当中，如图11所示的，手术器械包括有与第一活动杆和第二活动杆连接的固定座332，固定座上设有第二螺杆333，第二螺杆连接有第三电机334并被第三电机334驱动转动，第二螺杆333的轴向方向为第三轴向，第三轴向分别和第一轴向和第二轴向垂直，第二螺杆333上设有和第二螺杆333螺纹连接的滑动单元335，滑动单元连接有能够伸入人体中的长臂336，长臂的末端设有手术操作件（如抓、剪、切、钻、钳等具体部件）用于进行手术操作，第二螺杆333能够驱动滑动单元沿着第三轴向移动，固定座上设有一固定部337，固定部限制长臂相对固定座仅能够沿着第三轴向移动。

所述的第三电机334为大功率，低位移的电机，在一些实施例当中，可采用超声波电机，在更优选的实施例当中，如图12的图 a-图 d所示，第三电机334包括有一个圆柱外壳体，外壳体截面为圆形，外壳体上固定连接有四个定子3341，四个定子均匀的分布在外壳体的内部，相邻两个定子的距离相同，每个定子上设有通电线圈以能够使得定子带有磁性，第三电机还包括有四个转子3342，相邻两个定子之间设有一个能够在相邻定子之间移动的转子，每个转子连接有一个长杆3343，四个长杆的一端固定在一个固定部上，固定部位圆环形中间设有一个中空部，中空部内设有一个单向转化器3345，单向转化器优选为单向轴承，单向轴承外圈与固定部连接内圈固定连接有一个输出杆3346，输出杆侧面和外壳体通过轴承连接，输出杆和第二螺杆固定连接或者一体化成型；所述的转子带有磁性，四个转子到输出杆等距离，四个定子到输出杆等距离，定子上能够被通以方向变化的电流以使得转子能够在相邻定子之间往复移动，进而驱动固定部绕着输出杆往复转动，通过单向轴承的传动驱动输出杆转动进而驱动第二螺杆转动。

具体的可见图12的图a至图d，以一个转子和位于转子两端的定子为例，如图12的图a中，转子位于定子中间，从磁力的作用力下，转子顺时针方向移动直至到靠近定子，快靠近时电流被控制改变电流，这个时候转子受到的磁力方向变化为逆时针，转子被驱动绕着逆时针方向转动，直至到另一端的定子附近，如图c所示，电流方向变化，转子运动方向变化。按照此重复，由于单向轴承的作用，转子驱动固定部顺时针方向转动的时候，固定部其驱动输出杆转动，转子逆时针方向转动的时候，输出杆顺时针方向发生空转，因此输出杆只能够沿着顺时针方向输出。

在一个具体的实施例当中，定子为部分环形，所述的转子为部分环形，定子到输出杆的距离和转子到输出杆的距离相同，定子和转子为相同的圆环，所述的外壳体上设有感应件，以当转子和定子的距离缩小到一定值时，感应件能够被感应到并且通过控制器改变定子上电流方向。

本发明的电机中，由于转子是往复运动的，定子能够被安装在转子的两端，转子受到的磁力方向和其运动方向相同，定子能够实现对转子最大的力矩输出，进而实现大功率；同时，本发明的固定部能够同时被四个转子驱动（按照本发明的设计原理，也可以配有6个、8个、10个……2N等偶数）进而实现大功率的输出，能够准确的控制手术器械的操作。

实施例2：

本实施例公开了一种手术机器人手术器材，如图13所示，手术器材包括钳头4、器材管3、固定部3，钳头4和人体组织接触，用于对人体组织进行直接操作，所述的钳头可以但不限于为刀、剪、针、镊、钳、钩等；器材管连接钳头4，通常的情况下，钳头4上的部件铰接在器材管上，固定部2和器材管连接，固定部内设有至少两个电机，两个电机可以为现有的常规电机，有可以为实施例1当中的大功率、小位移的第三电机。进一步的，固定部2通过器材,3驱动钳头4张闭以及转动，如图13所示，固定部2安装在机器人本体1上进行将手术器材安装在机器人本体上，所述的机器人本体用于对手术器材提供多个自由度，在本实施例当中所述的机器人本体可以为图2中的机器人本体，即可以为实施例1当中提到的操作装置和操作单元。

为了使得手术器材能够可拆卸，本实施例的器材管3能够分开，如图14所示，器材管3包括和固定部连接的主动部31以及和钳头连接的从动部32，所述的主动部和从动部可拆卸的连接，主动部包括主动管311和主动杆312，从动部32包括从动管321和从动杆322，主动管和从动管可拆卸的连接，主动杆和从动杆可拆卸的连接，主动管和从动管构成外管以支撑钳头，主动杆和从动杆构成动力杆以驱动钳头开闭以及钳头相对外管转动，主动管和从动管可以采用现有的连接方式，如卡扣、螺钉等连接方式。

在进一步优选的实施例当中，如图15所示，从动杆322包括有一活动腔体，活动腔体内设有卡部3222，卡部设有铰接轴3223以将卡部铰接在活动腔体上，卡部的另一端为卡头3224，主动杆312上设有卡槽3122，卡头能够绕着铰接轴转动以使得卡头能够卡入卡槽进而固定主动杆和从动杆，并使得卡头能够从卡槽内移除以拆卸主动杆和从动杆，所述的卡部上设有活动槽3225，从动杆还包括有滑杆3226，滑杆上设有活动柱3228，活动杆卡入活动槽中，滑杆移动以使得活动柱在活动槽中移动进一步驱动卡头绕着铰接轴转动；从动杆还包括有螺杆3227，所述的滑杆内部为中心通道，滑杆通过中心通道和螺杆丝杆连接，螺杆被固定在从动杆和从动管上并能够进行轴向自转进而驱动滑杆移动。

如图19所示，主动杆设有凸部3121，所述的卡槽位于凸部侧面，如图15和图16所示，从动杆322上设有凹部，凹部和活动腔体连通，凸部能够插入凹部当中并和凹部配合。如图16和19所示，凹部和凸部的截面均为半圆形。

如图14、18和20所示，从动杆和从动管均设有固定孔3211，螺杆可从固定孔中穿过。从动杆上设有用于容纳滑杆3226的固定通道（图中未示出），所述的固定通道从动杆穿过，其固定通道的方向和滑杆方向相同，固定通道的截面和滑杆截面基本相同以刚好能够容纳滑杆，所述的固定通道限制滑杆的轴向转动使得滑杆仅能够轴向移动，本实施例当中图15-17为了能够看到活动腔体，看到的是从动杆的截面图。

在本实施例当中，当主动部和从动部连接好的时候，卡部的位置如图15所示，由于需要对器材消毒或者更换新的器材等目的，当需要更换手术器材的时候，其只需要更换钳头和从动部即可，固定部和主动部不需要更换，将螺杆从从动管和从动杆的固定孔中插入，通过工具或者手旋转螺杆，螺杆转动使得滑杆移动，滑杆移动使得活动柱在活动槽中移动，这个时候卡部就会绕着铰接轴3223逆时针转动（参照图15），直到转到图16位置处，这个时候卡头从主动杆的卡槽中移除，主动杆和从动杆可拆除，同时拆除主动管和从动管，则主动部和从动部可拆除。

本发明的从动部和钳头在包装的时候，可自带有螺杆，如图16所示，也可以将螺杆设有一个工具，包装不带有螺杆。将需要安装主动部和从动部的时候，将主动杆的凸部插入到从动杆的凹部当中，旋转螺杆，卡部转动使得卡头进入主动杆的卡槽当中，使得主动杆和从动杆固定，本发明螺杆和滑杆的设计可以使得当卡头足够插入卡槽当中，螺杆刚好从滑杆出拔出，也可以将螺杆设置的比较端，其和从动管刚好连接，通过外工具旋转螺杆。凹部和凸部的深度使得凸部末端探入凹部底部的时候，卡槽和卡头位置刚好对应。

本发明安装方便，主动杆和从动杆构成的驱动杆可进行转动和移动，不影响正常的使用，并且本发明的主动管和从动管构成的外管除了和固定孔完全平整，不需要额外的结构。更换快速方便。所述的主动部能够按照多种不同的从动部。

在一个优选的实施例当中，卡头的末端逐渐变薄以使得卡头能够卡入卡槽当中3122并被卡槽固定，卡头伸入的卡槽越深，卡头被卡槽固定的越紧。

Claims (3)

1.一种临床手术床组件，其特征在于，包括有手术床（1）、固定单元，固定单元固定在手术床1的边缘，临床手术床组件还包括有和固定单元连接的转臂单元（2）以及固定在转臂单元末端的操作装置（3），操作装置（3）上安装有手术器械；

所述的操作装置（3）包括有第一电机（34）、滑动杆（35）、第一活动杆（361）和第二活动杆（362），第一电机通过电机轴和滑动杆（35）连接，第一电机（34）转动驱动滑动杆（35）沿着电机轴的方向自转，滑动杆的两端分别设有第一活动槽（351），第一活动杆（361）和第二活动杆（362）的轴向相互平行，第一活动杆（361）的近端设有第一活动柱（363），第二活动杆的近端设有第二活动柱（364），第一活动柱和第二活动柱分别卡入滑动杆的两个第一活动槽（351）中，当第一电机（34）驱动滑动杆转动的时候第一活动杆和第二活动杆可以沿着自身轴向互相反向运动，进而驱动手术器械沿着第一轴向自转；

操作装置（3）还包括有第二电机（37）、固定架（38）和外壳（32），第一电机和第二电机固定在外壳（32）上，固定架（38）包括有分别用于第一活动杆和第二活动杆穿过的第一固定管（382）和第二固定管（381），第二电机通过动力杆（383）和固定架连接，并且第二电机通过动力杆驱动固定架绕着动力杆轴向自转，进一步驱动第一活动杆和第二活动杆以及手术器械沿着第二轴向自转，所述的动力杆轴向方向为第二轴向，第一轴向和第二轴向垂直并且相交，所述的手术器械包括有：

固定座（332），所述的固定座和第一活动杆、第二活动杆连接；

驱动单元，所述的驱动单元包括位于固定座内的第二螺杆（333）、与第二螺杆螺纹连接的滑动单元（335）、驱动第二螺杆转动的第三电机（334），第二螺杆转动驱动滑动单元沿着第二螺杆的轴向移动；

长臂（336），长臂的近端和滑动单元固定连接，远端设有进行手术操作的末端执行件。

2.根据权利要求1所述的临床手术床组件，其特征在于，所述的末端执行件能够执行抓、剪、切、电凝、穿的一种或多种操作。

3.一种手术机器人，其特征在于，包括有权利要求1所述的临床手术床组件。

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