CN112370173A - 手术器械、从操作设备及手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种手术器械、应用该手术器械的从操作设备以及具有该从操作设备的手术机器人，其中手术器械包括末端执行器、驱动装置及缆绳，缆绳包括第一驱动缆绳、第一对缆绳及第二对缆绳；驱动装置用于通过所述第一对缆绳和第一驱动缆绳驱动末端执行器执行俯仰运动，通过第一对缆绳与第二对缆绳驱动末端执行器执行偏航运动，本发明的末端执行器在俯仰运动往俯仰运动的两个方向使用不同的驱动原理进行驱动，即往第一方向俯仰运动由专门的俯仰驱动缆绳驱动，而往另一方向俯仰运动则利用驱动末端执行器偏航的驱动缆绳驱动。

Description

手术器械、从操作设备及手术机器人

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，特别是涉及一种手术器械、使用该手术器械的从操作设备以及具有该从操作设备的手术机器人。

背景技术

微创手术是指利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械及相关设备在人体腔体内部施行手术的一种手术方式。相比传统手术方式微创手术具有创伤小、疼痛轻、恢复快等优势。

随着科技的进步，微创手术机器人技术逐渐成熟，并被广泛应用。微创手术机器人通常包括主操作控制台及从操作设备，主操作控制台用于根据医生的操作向从操作设备发送控制命令，以控制从操作设备，从操作设备用于响应主操作控制台发送的控制命令，并进行相应的手术操作。

从操作设备上连接有可以与从操作设备可拆卸的手术器械，手术器械包括驱动装置和用于执行手术的末端执行器，驱动装置用于将手术器械连接到从操作设备并接收来自从操作设备的驱动力以驱动末端执行器运动，驱动装置通过驱动缆绳与末端执行器连接，驱动装置通过驱动缆绳来操纵末端执行器的运动。末端执行器一般包括三个自由度的运动，即开合、俯仰运动和偏航运动，有些末端执行器还具有自转运动，现在技术中末端执行器的偏航和开合运动由一组驱动缆绳控制的，而末端执行器的俯仰运动则由另外一组的驱动缆绳控制的。

在人体内进行外科手术往往需要面临许多复杂的场景，其中之一就是末端执行器往一个方向俯仰时需要更大的力量，而往相反方向俯仰时则无需较大的力量，例如外科手术中需要手术器械挑起一部人体组织，或者往一个方向压住一部分人体组织，手术器械的末端执行器往挑起人体组织或压住人体组织时方向俯仰时需要提供更大的力量才能挑起或压住人体组合，反之释放被末端执行器挑起或压住的人体组织则不需要较大力量。

而现有的末端执行器往两个方向俯仰的力量是相同的，这要么使得末端执行器往一个方向俯仰无法提供需要的大力量，要么使得末端执行器往两个方向俯仰运动都具有较大力量，因为输出较大的俯仰力量需要更大驱动缆绳或更粗的缆绳，从而造成了不必要的浪费。

发明内容

基于此，为解决上述问题，本发明提供一种手术器械，应用该手术器械的从操作设备以及具有该从操作设备手术机器人。手术器械包括末端执行器、驱动装置及缆绳，驱动装置被配置为通过缆绳驱动末端执行器运动，缆绳包括第一驱动缆绳、第一对缆绳及第二对缆绳，第一对缆绳与第二对缆绳配合用于驱动末端执行器执行偏航运动，第一对缆绳驱动与第一驱动缆绳配合用于驱动末端执行器执行俯仰运动，驱动装置包括：

驱动单元，第一驱动缆绳的一端连接在驱动单元上，驱动单元通过第一驱动缆绳和第一对缆绳驱动末端执行器的俯仰运动；

解耦机构，解耦机构包括主解耦件和从解耦件，主解耦件与驱动单元同轴设置，主解耦件用于与驱动单元同轴旋转并驱动从解耦件运动以增加第一对缆绳和第二对缆绳中的其中一对缆绳在驱动装置内的长度并减少其中另一对缆绳在驱动装置内的长度，以使驱动单元驱动末端执行器执行俯仰运动。

优选地，上述主解耦件被配置为与驱动单元同轴旋转并驱动从解耦件沿直线运动以改变第一对缆绳和第二对缆绳在驱动装置内的长度。

优选地，上述从解耦件包括滑架和分别设置在滑架两端的第一导向部和第二导向部，第一对缆绳通过第一导向部的导向后延伸至末端执行器，第二对缆绳通过第二导向部导向后延伸至末端执行器，主解耦件通过驱动滑架沿直线运动以改变第一对缆绳和第二对缆绳在驱动装置内的长度。

优选地，上述从解耦件还包括连接在滑架两端的第一解耦缆绳与第二解耦缆绳，主解耦件通过第一解耦缆绳和第二解耦缆绳连接到滑架，主解耦件被配置为通过第一解耦缆绳和第二解耦缆绳驱动滑架运动。

优选地，上述主解耦件与滑架通过齿轮啮合方式相连接。

的优选地，上述主解耦件具有凸轮结构，主解耦件用于旋转而带动凸轮结构抵触滑架而驱动滑架运动。

优选地，上述驱动装置还包括第一导向轮和第二导向轮，第一对缆绳先通过第一导向轮的导向然后通过第一导向部的导向后延伸至末端执行器，第二对缆绳先通过第二导向轮的导向然后通过第二导向部的导向后延伸至末端执行器。

优选地，上述滑架的运动方向与第一对缆绳在第一导向部和第一导向轮之间的部分平行。

优选地，上述滑架的运动方向与第二对缆绳在第二导向部与第二导向轮之间的部分平行。

优选地，上述驱动装置还包括第三导向轮和第四导向轮，第一对缆绳通过第一导向部的导向后然后再通过第三导的导向后延伸至末端执行器，第二对缆绳通过第二导向部的导向后然后再通过第四导向轮的导向后延伸至末端执行器。

优选地，上述第三导向轮的轴线与第四导向轮的轴线平行且与第一导向轮的轴线或第二导向轮的轴线垂直。

优选地，上述第一对缆绳在第一导向部与第三导向轮之间的部分与滑架运动的方向平行，第二对缆绳在第二导向部与第四导向轮之间的部分与滑架运动的方向平行。

优选地，上述驱动单元与主解耦件沿第一方向旋转以增加第一对缆绳在末端执行器上的长度并减少第二对缆绳在末端执行器上的长度，从解耦件在主解耦件的驱动下运动从而减少第一对缆绳在驱动装装置内的长度并增加第二对缆绳在驱动装置内的长度。

优选地，上述驱动单元与主解耦件沿与第一方向相反的第二方向旋转以减少第一对缆绳在末端执行器上的长度并增加第二对缆绳在末端执行器上的长度，同时从解耦件在主解耦件的驱动下运动从而增加第一对缆绳在驱动装装置内的长度并减少第二对缆绳在驱动装置内的长度。

优选地，上述驱动单元和主解耦件旋转使第一对缆绳或第二对缆绳在末端执行器上的长度的变化量等于从解耦件在驱动装置内移动的距离的四倍。

优选地，上述主解耦件沿第一方向旋转以释放第一解耦缆绳并收拉第二解耦缆绳使滑架运动从而减少第一对缆绳在驱动装置内的长度并增加第二对缆绳在驱动装置内的长度。

优选地，上述主解耦件沿与第一方向相反的第二方向旋转以收拉第一解耦缆绳并释放第二解耦缆绳使得滑架运动从而增加第一对缆绳在驱动装置内的长度并减少第二对缆绳在驱动装置内的长度。

优选地，上述主解耦件旋转使第一对缆绳或第对二缆绳在末端执行器上的长度的变化量等于滑架在驱动装置内移动的距离的两倍。

一种从操作设备包括机械臂和上述手术器械，手术器械安装在机械臂上，机械臂用于操纵手术器械运动。

一种手术机器人包括主操作控制台和上述从操作设备，从操作设备根据主操作控制台的指令执行相应操作。

本发明的手术器械的驱动装置能驱动末端执行器在往两个方向俯仰运动时使用不同的驱动原理进行驱动，即往第一方向俯仰运动由专门的俯仰驱动缆绳驱动，而往另一方向俯仰运动则利用驱动末端执行器偏航的驱动缆绳驱动，由于专门的驱动缆绳能提供更大力量，因此能满足末端执行器往一个方向俯仰时提供更大力量的应用场景，而且利用驱动末端执行器偏航的驱动缆绳驱动末端执行器另一个方向的俯仰运动，节省了驱动缆绳也节省了空间，使末端执行器能制造的更小。

附图说明

图1为本发明一实施例的手术机器人的从操作设备的结构示意图；

图2为本发明一实施例的手术机器人的主操作控制台的结构示意图；

图3为本发明一实施例的从操作设备的机械臂的结构示意图；

图4为本发明一实施例的手术器械的结构示意图；

图5A-5H为本发明一实施例的末端执行器的结构示意图；

图6A为本发明一实施例的末端执行器的第一支架的立体图；

图6B为本发明图6A实施例的末端执行器的第一支架的俯视图；

图6C为本发明另一实施例的末端执行器的第一支架的俯视图；

图7A-7C为本发明一实施例的驱动装置的俯仰图；

图8A为图7A所示的实施例中第一导向部和第一导向轮部分的放大示意图；

图8B为图7A所示的实施例的第一导向部和第三导向轮部分的放大示意图；

图9为本发明一实施例的驱动装置示意图；

图10为本发明一实施例的驱动装置示意图。

图11A为本发明一实施例的驱动装置的透视图；

图11B为图11A所示的实施例的俯视图；

图11C为图11A所示的实施例的解耦机构和安装座的爆炸图；

图11D为图11A所示的实施例的主解耦件俯视图；

图11E为图11A所示的实施例的驱动装置的解耦过程示意图；

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。本文所使用的术语“远端”、“近端”作为方位词，该方位词为介入医疗器械领域惯用术语，其中“远端”表示手术过程中远离操作者的一端，“近端”表示手术过程中靠近操作者的一端。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

微创手术机器人一般包括从操作设备和主操作控制台，图1所示为本发明一实施例的从操作设备100，图2为本发明一实施例的主操作控制台200，外科医生在主操作控制台200上进行对从操作设备100的相关控制操作，从操作设备 100根据主操作控制台200的输入指令执行对人体的外科手术。主操作控制台 200和从操作设备100可以置于一个手术室内，也可以置于不同的房间，甚至主操作控制台200和从操作设备100可以相距很远，例如主操作控制台200和从操作设备100分别位于不同的城市，主操作控制台200与从操作设备100可以通过有线的方式进行数据的传输，也可以通过无线方式进行数据的传输，例如主操作控制台200与从操作设备100位于一个手术室内，两者之间通过有线的方式进行数据的传输，又如主操作控制台200与从操作设备100分别在不同的城市，两者之间通过5G无线信号进行远距离数据传输。

如图1所示，从操作设备100包括多个机械臂110，每个机械臂110包括多个关节和一个持械臂130，多个关节联动以实现持械臂130的多个自由度的运动，持械臂130上安装有用于执行外科手术的手术器械120，手术器械120穿过固定在持械臂130远端的套管针140进入人体体内，机械臂110用于操纵手术器械 120运动以执行手术。手术器械120可拆卸地安装在持械臂130上，从而可以随时更换不同类型的手术器械120或取下手术器械120以对手术器械120进行冲洗或消毒。如图3所示，持械臂130包括持械臂本体131和器械安装架132，器械安装架132用于安装手术器械120，器械安装架132可以在持械臂本体131上滑动，进而带动手术器械120沿持械臂本体131前进或退出。

如图4所示，手术器械120包括分别位于手术器械120近端的驱动装置170 和远端的末端执行器150，以及位于驱动装置170和末端执行器150之间的长轴 160，驱动装置170用于与持械臂130的器械安装架132相连接，器械安装架132 内具有多个致动器(图未示出)，多个致动器与驱动装置170进行接合，以将致动器的驱动力传输给驱动装置170。长轴160用于连接驱动装置170和末端器械 150，长轴160是中空的，供驱动缆绳穿过，驱动装置170通过驱动缆绳操纵的末端执行器150的运动，以使末端执行器150执行相关手术操作。

图5A-图5D为本发明一实施例的末端执行器150的结构示意图，如图5A和 5B所示，末端执行器150包括第一支架210和第二支架310，第一支架210的远端具有第一支柱211和第二支柱212，第一支架210的近端具有第一底架213，底架213的一端与长轴160相连接，第一底架213的另一端朝末端执行器150 的远端延伸形成第一支柱211和第二支柱212，第一支柱211、第二支柱212以及第一底架213形成大致U型夹的结构。

在第一支柱211与第二支柱212之间设置有第一销214和第二销215，第一销214一端固定连接在第一支柱211上，其另一端固定连接在第二支柱212上，同样的，第二销215的一端固定连接在第一支柱314上，其另一端固定连接在第二支柱212上，第一销214与第二销215并排地设置在第一支柱211和第二支柱212上，其中第一销214比第二销215更靠近第一支架210的底架213。

第一销214上设置有第一组滑轮组，第二销215上设置有第二组滑轮组，第一组滑轮组包括依次设置在第一销214上的第一滑轮221、第二滑轮222、第三滑轮223和第四滑轮224，第二组滑轮组包括依次设置在第二销215上的第五滑轮225、第六滑轮226、第七滑轮227以及第八滑轮228，第一滑轮211至第八滑轮218都是用于引导驱动缆绳，由于用于引导驱动缆绳的滑轮都设置在第一支架上210上，而第二支架310上没有滑轮，因此第二支架310的体积可以制造的更小，使得末端执行器150的体积更小，并且不会存在滑轮脱落的风险。

第二支架310上设置有第三支柱311、第四支柱312以及俯仰轮314，从俯仰轮314上沿末端执行器150的远端延伸形成第三支柱311和第四支柱312，第三支柱311、第四支柱312以及俯仰轮314构成大致U型架的形状，第二支架 310的俯仰轮314通过第二销312安装在第一支架210上，第二支架310可以围绕经过第二销215的轴线的AA’旋转以实现末端执行器150的俯仰运动。

第二支架310的第三支柱311和第四支柱312之间设置有第三销313，，第三销313与第二销215相互垂直，第三销313一端固定连接在第三支柱311另一端固定连接在第四支柱312上。末端执行器150还包括夹持部410，第二滑轮组位于第一滑轮组和夹持部410之间，夹持部410包括第一夹持部411和第二夹持部412，第一夹持部411和第二夹持部412通过第三销313可转动地设置在第二支架310上，第一夹持部411和第二夹持部412可以围绕经过第三销313的轴线BB’旋转，以实现末端执行器150的开合和/或偏航运动，第一夹持部411 和第二夹持部412可以是用于夹持组织的钳夹，或用于缝合的吻合器、或者用于电烧灼的烧灼器等。

图5A中的方向标识是为了方便描述驱动缆绳在末端执行器150上的绕线方式，标识中的远端和近端是指末端执行器150的远端和近端方向，前、后、左、右是指在图5A的视角下末端执行器150的前部方向、后部方向、左部方向以及右部方向，其他如图虽然没有方向标识，但能根据图5A较容易的推导出末端器械执行器150方向。设置在末端执行器150的驱动缆绳包括第一驱动缆绳、第一对缆绳以及第二对缆绳，其中，第一对缆绳包括第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152B，第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152B配合实现操纵第二夹持部412绕第三销313旋转，第一驱动缆绳151和第二驱动缆绳152A、第三驱动缆绳152B一起配合实现操纵末端执行器150的俯仰运动；第二对缆绳包括第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B，第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B 配合实现操纵第一夹持部411绕第三销313旋转，第二驱动缆绳152A、第三驱动缆绳152B和第四驱动缆绳153A、第五驱动缆绳153B一起配合实现末端执行器150的开合和偏航运动。

第一驱动缆绳151的远端具有第一安装端151A，第二支架310上具有用于容纳所述第一安装端151A的第一安装腔，第一安装端151A被容纳在第一安装腔中以实现第一驱动缆绳151与第二底架310相连接。第一对缆绳和第二对缆绳的远端分别具有第二安装端152C和第三安装端153C，第一夹持部411和第二夹持部412上分别具有第二安装腔411A和第三安装腔412A，第二安装腔411A 和第三安装腔412A分别用于容纳第三安装端153C和第二安装端152C以实现将第一对缆绳和第二对缆绳分别与第二夹持部412和第一夹持部411相连接。

为了实现第一驱动缆绳151和第二驱动缆绳152A、第三驱动缆绳152B配合一起实现操纵末端执行器150的俯仰运动，在末端执行器150一侧上，第一对缆绳第一滑轮组第二滑轮组上的绕线方式与第二对缆绳在第一滑轮组和第二滑轮组上的绕线方式相反，第二驱动缆绳152A在第一组滑轮和第二组滑轮上的绕线方式与第三驱动缆绳152B在第一组滑轮和第二组滑轮上的绕线方式相同，第四驱动缆绳153A在第一组滑轮和第二组滑轮上的绕线方式相同与第五驱动缆绳153B在第一组滑轮和第二组滑轮上的绕线方式相同。具体地如图5C所示，第二驱动缆绳152A的近端连接到驱动装置170内的驱动单元上，第二驱动缆绳152A的远端通过第二滑轮222的后部导向后朝末端执行器150的远端继续延伸，并通过第六滑轮226的前部导向后继续沿末端器械150的远端延伸并最后通过第二安装端152C安装在第二夹持部412上的第三安装腔412A内；第三驱动缆绳152B通过第三滑轮223的后部导向后朝末端执行器150的远端继续延伸，并通过第七滑轮227的前部导向后朝末端执行器150的远端继续延伸并最后通过第二安装端152C安装在第二夹持部412上的第三安装腔412A内。

第四驱动缆绳153A的远端通过第一滑轮221的前部导向后朝末端执行器150 的远端继续延伸，并通过第五滑轮225的后部导向后朝末端器械150的远端继续延伸并最后通过第三安装端153C安装在第一夹持部411的第二安装腔411A 内，第五驱动缆绳153B的远端通过第四滑轮224的前部导向后朝末端执行器150 的远端继续延伸，并通过第八滑轮218的后部导向后朝末端器械150的远端继续延伸并最终通过第三安装端153C安装在第一夹持部411上的第二安装腔 411A内。

第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152B一起配合操纵第二夹持部412围绕第三销313的轴线BB’旋转，第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B一起配合操纵第一夹持部411围绕第三销313的轴线BB’旋转，进而第二驱动缆绳 152A、第三驱动缆绳152B、第四驱动缆绳153A以及第五驱动缆绳153B一起配合操纵第一夹持部411和第二夹持部412以实现末端执行器150的开合和/或偏航运动。

另外，第一驱动缆绳151A和第二驱动缆绳152A、第三驱动缆绳152B一起配合操纵夹持部410和第二支架310围绕第二销215的轴线AA’旋转以实现末端执行器150的俯仰运动，由于第二销215的轴线AA’与第三销313垂直，故末端执行器150的偏航运动与俯仰运动也正交。

具体地，如图5C-5D所示，当驱动机构170同时收拉第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152B并同时释放第一驱动缆绳151、第四驱动缆绳153A以及第五驱动缆绳153B时，夹持部410和第二支架310围绕第二销215的轴线AA’逆时针旋转，末端执行器150执行图5D所示的俯仰运动；当驱动机构170收拉第一驱动缆绳151A和/或同时收拉第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B时，夹持部410和第二支架310围绕第二销215的轴线AA’顺时针旋转，末端执行器 150执行图5E所示的俯仰运动。

当驱动机构170收拉第三驱动缆绳152B和第五驱动缆绳153B并同时释放第二驱动缆绳152A和第四驱动缆绳153A时，夹持部410围绕第三销313的轴线 BB’顺时针旋转，末端执行器150执行图5F所示的偏航运动。当驱动装置170 收拉第三驱动缆绳152B和第四驱动缆绳153A并同时释放第二驱动缆绳152A 和第五驱动缆绳153B时，第一夹持部411围绕第三销313的轴线BB’逆时针旋转，第二夹持部412围绕第三销313的轴线BB’顺时针旋转，末端执行器150 执行图5G所示的夹持部410打开的运动。末端执行器150的上述俯仰、偏航以及开合运动也可以同时进行，如图5H所示为第一驱动缆绳151、第一对缆绳以及第二对缆绳配合一起操纵末端执行器150同时执行俯仰、偏航以及开合运动。可以理解的是，当驱动缆绳的运动方向与上述方向相反时，末端执行器150的俯仰、偏航以及开合方向与上述方向相反，这里不再赘述。

相比现有的末端执行器，本发明的手术器械的末端执行器150沿第二销的轴线AA’顺时针由第一驱动缆绳151操纵，而末端执行器沿第二销的轴线AA’逆时针旋转则由第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳153A一起操纵。由于驱动机构 170在收拉第一驱动缆绳151时使第二支架310受到的力矩大于驱动机构170收拉第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152B时使第二支架310受到的力矩，因此，末端执行器150在绕轴AA’顺时针俯仰运动时比绕轴AA’逆时针俯仰运动时更加有力，这主要是为了使末端执行器150适用往一个方向俯仰时需要更大的力量的场景，而往相反方向俯仰时则无需较大的力量，例如外科手术中需要手术器械挑起一部人体组织，或者往一个方向压住一部分人体组织，手术器械的末端执行器往挑起人体组织或压住人体组织时方向俯仰时需要提供更大的力量才能挑起或压住人体组合，反之释放被末端执行器挑起或压住的人体组织则不需要较大力量。

本发明一实施例中，手术器械的末端执行器150沿第二销的轴线AA’顺时针旋转时由第一驱动缆绳151和第四驱动缆绳153A以及第五驱动缆绳153B一起操纵，此时相比仅由第一驱动缆绳151操纵末端执行器150顺时针旋转时，末端执行器150沿第二销的轴线AA’顺时针旋转具有更大的力量，使得末端执行器适应往一单方向俯仰操作时可以提供更大的力的场景。

另外，由于本发明仅有一条专门用于操纵末端执行器150俯仰运动第一驱动缆绳，相对现有的末端执行器少了一根专门用于操纵末端执行器俯仰运动的驱动缆绳，使得第一支架和第二支架的体积可以制作的更小，从而使得整个末端执行器的体积相应地更小，结构也更简单，装配组装也更方便。

可以理解的是，在其他的实施例中，与上述两个实施例相反地，专门用于操纵末端执行器俯仰的第一驱动缆绳操纵末端执行器绕轴AA’逆时针俯仰运动，而操纵末端执行器开合和偏航的第二驱动缆绳和第三驱动缆绳操纵末端执行器绕轴AA’顺时针俯仰运动。

为了实现利用操纵末端执行器开合和偏航的第二驱动缆绳以及第三驱动缆绳来操纵末端执行器俯仰运动，如图5C-5G所示，无论末端执行器150如何运动，第一对缆绳在第二滑轮组与第二夹持部412的第三安装腔412A之间的第一部分缆绳152A’和第二部分缆绳152B’与第二对缆绳在第二组滑轮组与一夹持部411的第二安装腔411A之间的第三部分缆绳153A’和第四部分缆绳153B’分别位于经过第二销215的轴线AA’且垂直第三销313的轴线BB’的第一平面M 的两侧，其中，第一对缆绳在第二滑轮组与第三安装腔412A之间的部分和第三对缆绳在第二组滑轮组与第二安装腔411A之间的部分不包括第一缆绳和第三对缆绳绕在第二组滑轮上的部分。

如图5C所示，第一对缆绳在第二滑轮组与第二夹持部412的第三安装腔 412A之间的部分包括第二驱动缆绳152A在第六滑轮226和第三安装腔412A 之间的第一部分缆绳152A’以及第三驱动缆绳152B在第七滑轮227和第三安装腔412A之间的第二部分缆绳152B’，第三对缆绳在第二组滑轮组与第一夹持部 411的第二安装腔411A之间的部分包括第四驱动缆绳153A在第五滑轮225和第二安装腔411A之间的第三部分缆绳152A’以及第五驱动缆绳153B在第八滑轮228和第二安装腔411A之间的第四区别缆绳152B’。

因此，当驱动装置170同时收拉第一对缆绳的第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152B并释放第一驱动缆绳151以及第三对缆绳的第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B时，第二夹持部412受到第一对缆绳的力矩的推动围绕第二销215的轴线AA’逆时针旋转，末端执行器150执行图5D所示的俯仰运动。与之相反地，当驱动装置170收拉第一驱动缆绳151并释放第第一对缆绳时，第二支架310受到第一驱动缆绳151的拉力而围绕第二销215的轴线AA’顺时针旋转，末端执行器150的俯仰运动如图5E所示。另一实施例中，驱动装置170收拉第一驱动缆绳151的并同时收拉第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B、释放第一对缆绳，此时第二支架310受到第一驱动缆绳151的拉力的同时，第一夹持部411也受到第二对缆绳的力矩的推动，从而末端执行器150受到两个力矩(即第一驱动缆绳151和第二对缆绳的力矩)驱动其顺时针旋转，因此末端执行器150顺时针俯仰运动时能提供更大的力，以适应更多的应用场景。

如图5D-5H所示，无论末端执行器150如何俯仰运动，第一部分缆绳152A’和第二部分缆绳152B’与第三部分缆绳153A’和第四部分缆绳153B’始终位于第一平面M的两侧，第一部分缆绳152A’与第二部分缆绳152B’始终位于第一平面 M的同侧，第三部分缆绳153A’与第四部分缆绳154始终位于第一平面M另一同侧，因此，无论末端执行器150处于任何位置，同时收拉第二驱动缆绳152A 和第三驱动缆绳152B都能使末端执行器150受到驱动其绕轴线AA’逆时针运动的力矩而绕轴线AA’顺时针运动，相同地，无论末端执行器150处于任何位置，同时收拉第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B都能使末端执行器150受到驱动其绕轴线AA’逆时针运动的力矩而绕轴线AA’逆时针运动。

类似地，第一对缆绳在第一滑轮组与第一支架210的第一底架213之间的部分和第三对缆绳在第一滑轮组与第一底架213之间的部分分别位于经过第一销 214的轴线和第二销215的轴线AA’的第二平面P的两侧，(第二平面P经过末端执行器150俯仰运动的旋转轴线AA’且垂直第一底架213的远端的端面)，第一对缆绳在第一滑轮组与第二支架210的第一底架213之间的部分和第二对缆绳在第一滑轮组与第一底架213之间的部分不包括绕在第一滑轮组上面的部分。

如图6A和6B，第一底架213上设置有用于为第一驱动缆绳、第一对缆绳以及第二对缆绳通过的通孔，具体地，第一底架213具有用于为第一驱动缆绳151 通过的第一通孔213A，用于为第二驱动缆绳152A通过的第二通孔213B、用于为第三驱动缆绳152B通过的第三通孔213C、用于为第四驱动缆绳153A通过的第四通孔213D以及用于为第五驱动缆绳153B通过的第五通孔213E，其中第一通孔213A、第二通孔213B以及第三通孔213C位于第二平面P的相同的一侧，第四通孔213D和第五通孔213E位于平面第二P的另一侧，这样可以使得第一对缆绳在第一滑轮组与第一底架213之间的部分和第二对缆绳在第一滑轮组与第一底架213之间的部分分别位于第二平面P的两侧，而且用于一配合操纵末端执行器150俯仰运动的第一驱动缆绳151和第一对缆绳在第一滑轮组与第一底架213之间的部分位于第二平面P的同一侧。

经过第二通孔213B的圆心和第三通孔213C的圆心的直线与经过第四通孔 213D的圆心和第五通孔213E的圆心的直线平行，如图6A所示第二通孔213B、第三通孔213C、第四通孔213D以及第五通孔213E的圆心的连线构成一个梯形。这样可以使各驱动缆绳相互平行地从第一底架213笔直延伸至第一滑轮组，使驱动缆绳的传输效率最高。本发明的另一实施例如图6C所示，第一支架220上的第二通孔223B、第三通孔223C、第四通孔223D以及第五通孔223E的圆心的连线构成一个平行四边形。第一对缆绳和第二对缆绳的近端穿过第一支架210、220上的通孔后进入长轴160内并最终固定到驱动装置170内。

由于第一对缆绳的第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152B以及第三对缆绳的第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B的近端都缠绕在驱动装置170内的驱动单元上，而驱动单元只能旋转运动从而实现收拉或释放第一驱动缆绳151 至第五驱动缆绳153B。但是由于驱动单元不能平移故其无法同时收拉或同时释放第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152A，同样地，驱动单元也无法同时收拉或同时释放第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B。而如5A所示的实施例中末端执行器150的绕第二销215的轴线AA’顺时针旋转需要收拉第一驱动缆绳151且同时需要释放第一对缆绳的第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152B，末端执行器150的绕第二销215的轴线AA’逆时针旋转时需要同时收拉第一对缆绳的第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳153A并且同时释放第二对缆绳的第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B，简而言之，第一驱动缆绳151、第一对缆绳以及第二对缆绳之间存在耦合关系，这是因此末端器械的俯仰运动和偏航运动两者正交引起的，因此现有的驱动装置不能实现驱动本发明的末端执行器 150俯仰运动了。故本发明还提出了一种驱动装置，其可以驱动本发明的末端执行器150，尤其驱动本发明末端执行器150执行俯仰运动，可以理解的是本发明的驱动装置不仅可以适用本发明的末端执行器150，也可以适用虽然结构与本发明的末端执行器150不同，但原理相同的其他末端执行器。

以下详细说明第一驱动缆绳151、第一对缆绳以及第二对缆绳之间的这种耦合关系。在末端执行器150从图5C所示的笔直的零点状态旋转到图5E所示的俯仰状态的过程中，在驱动装置170收拉第一驱动缆绳151时，假若末端执行器150需要转过的目标俯仰角度是α，第一对缆绳和第二对缆绳离开第二滑轮组的位置从则经过第二销215的轴线的水平面a需要从图5C中的位置也顺时针旋转α角度到图5E的平面b的位置，假若第二滑轮组各滑轮的半径均为r1，为了使末端执行器150成功旋转目标的俯仰角度α，此时必须使得第二驱动缆绳 152A和第三驱动缆绳152B分别在第六滑轮226和第七滑轮227上的包角长度同时增加长度L，其中L＝α*r1，而相应的第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳 153B分别在在第五滑轮225和第八滑轮228上的包角长度同时减少了长度L。同样地，若要实现同时收拉第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152B使得末端执行器150从图5C中的零点位置逆时针旋转α角度导图5D所示的位置，则必须能使得第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152B分别在第六换了226和第七滑轮227上包角长度同时减少长度L，而相应地第三驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B分别在第五滑轮225和第八滑轮228上的长度包角长度同时增加了长度L，其中L＝α*r1。

而如图7A所示，在驱动装置170内，第一驱动缆绳151的近端绕在可旋转的第一驱动单元171上，第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152B以相反方向绕在可旋转的第二驱动单元172上，第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B 以相反方向绕在可旋转的第二驱动单元173上，而第一驱动单元171、第二驱动单元172以及第三驱动单元173是旋转安装在驱动装置内的，故第二驱动单元 172和第三驱动单元173仅能随其轴旋转而无法平移，因此仅依靠旋转第二驱动单元172无法使得第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152B的长度同时增加或减少，同样地，旋转第三驱动单元173也无法使得第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B的长度同时增加或减少，而如上所述，若要实现使末端执行器150 的执行俯仰运动又必须要使得第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152B的长度同时增加或减少，第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B的长度必须同时增加或减少，故第一驱动缆绳151的运动受限制于第一对缆绳，而第一对缆绳与第二对缆绳在操纵末端执行器俯仰运动时又相互受彼此的限制。

将这种一个元件的变化受另一个元件的限制的关系称之为耦合关系，即一个元件与另一元件之间存在耦合关系。对于第一驱动缆绳151、第一对缆绳以及第二对缆绳而言这种受限制的关系即可以是第一驱动缆绳由于受限制于第一对缆绳，从而导致第一驱动缆绳完全无法运动，，使得末端执行器无法实现俯仰运动，也可以是第一驱动缆绳由于受限制于第一对缆绳，第一对缆绳与第二对缆绳之间相互受彼此的限制，从而第一驱动缆绳、第一对缆绳和第二对缆绳之间的任一条缆绳运动，都会引发其他缆绳不期望的运动，从而导致末端执行器也发生不期望的运动而无法执行期望的操作，例如，当第一驱动缆绳151在操纵末端执行器俯仰运动时，由于第一驱动缆绳151与第一对缆绳之间存在耦合关系，第一驱动缆绳的运动会同时导致第一对缆绳和/或第一对缆绳的运动，从而末端执行器在俯仰运动的同时会引起末端执行器的开合和/或偏航运动，导致末端执行器的俯仰运动与开合和/或偏移运动相互影响，末端执行器的俯仰运动与开合和/或偏移运动相互不独立，使得末端执行器150无法正确的执行手术操作。因此需要解除第一驱动缆绳151、第一对缆绳以及第二对缆绳之间的这种耦合关系，使第一驱动缆绳151的运动不再受限制于第一对缆绳，第一对缆绳与第二对缆绳在操纵末端执行器俯仰运动时不再受彼此的限制，各驱动缆绳的运动能相互独立、互不干扰或影响，将这种解除第一驱动缆绳151和第一对缆绳之间、第一对缆绳与第二对缆绳在操纵末端执行器俯仰运动时两者之间这种耦合关系称之为解耦。

对于如何解除上述驱动缆绳之间的耦合关系，以图5A所示的实施例中的末端执行器为例，一种现有的解耦方法是使用软件算法进行解耦，主操作控制台 200控制第一驱动单元驱动第一驱动缆绳运动的同时，也控制第二驱动单元和第三驱动单元驱动第一对缆绳和第二对缆绳运动，以使第一缆绳和第一对缆绳随第三对缆绳的运动在滑轮上的包角长度增加L或减少L，但这种解耦方法需要使末端执行器上的第一对缆绳的第一部分缆绳152A’和第二部分缆绳152B’分别位于第一平面M的异侧，第二对缆绳的第三部分缆绳153A’和第四部分缆绳 153B’也分别位于第一平面M的异侧，以使第一对缆绳的第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152B形成一条跨越第一平面M的回路，第二对缆绳的第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B也形成一条跨越第一平面M的回路，才有可能通过实现通过软件控制驱动单元的运动而实现解耦。但是如上述，本发明图5A 所示的实施例的末端执行器上的的第一对缆绳的第一部分缆绳152A’和第二部分缆绳152B’位于第一平面M的同侧，第二对缆绳的第二部分缆绳153A’和第三部分缆绳153B’也位于第一平面M的同侧，因此现有的软件解耦方法是无法解耦本发明这种类型的末端执行器的。另外使用软件算法解耦的方法会导致手术机器人的控制程序复杂，容易出错，而且这种软件算法解耦的方法会使得手术器械的驱动机构的每个驱动单元失去独立性，具体而言，驱动装置内具有分别驱动第一驱动缆绳的第一驱动单元，驱动第一对缆绳的第二驱动单元以及驱动第二对驱动缆绳的第三驱动单元，理想的状况各驱动单元的控制是彼此对立的，然而当使用软件算法解耦时，需要同时控制上述三个驱动单元一起运动，从而导致三个驱动单元失去了独立性，容易出现控制错误。并且软件解耦方法无法解除图5A所示的实施例中的驱动缆绳之间的耦合关系。

本发明提出了机械解耦的方案，在手术器械120的驱动装置170中设置一种机械解耦机构，从而避免上述软件算法解耦的弊端。

如图7A所示为本发明一实施例的驱动装置170的示意图，该驱动装置170 适用于驱动图5A所示的末端执行器。驱动装置170包括壳体178和位于壳体 178内用于驱动末端执行器150执行俯仰运动的第一驱动单元171，用于驱动末端执行器150执行开合、偏航以及俯仰运动的第二驱动单元172和第三驱动单元173，以及用于驱动长轴160自转运动的第四驱动单元174。第一驱动缆绳151 的近端绕在第一驱动单元上，其远端安装在末端执行器150上，第一对缆绳的第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152B分别以相反的缠绕方式绕在第二驱动单元172上，第二对缆绳的第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B分别以相反的缠绕方式绕在第三驱动单元173上，第三对缆绳的第六驱动缆绳154A和第七驱动缆绳154B分别以相反的缠绕方式绕在第四驱动单元174上。

当器械安装架132内的致动器驱动轴171A带动第一驱动单元171旋转时，第一驱动单元171收拉或释放第一驱动缆绳151以使第二支架310围绕第二销 215的轴线AA’旋转，当器械安装架132内的致动器驱动轴172A带动第二驱动单元172旋转时，第二驱动单元172收拉或释放第二驱动缆绳152A或第三驱动缆绳152B以使第二夹持部412围绕第三销313旋转，当致动器驱动第三驱动单元173随其轴173A旋转时，第三驱动单元173收拉或释放第四驱动缆绳154A 或第五驱动缆绳154B以使第一夹持部411绕第三销313旋转，第一夹持部411 与第二夹持部412围绕第三销313运动使得末端执行器150执行开合和/或偏航运动。当器械安装架132内的致动器驱动第四驱动单元174随其轴174A旋转时，第四驱动单元174收拉或释放第七驱动缆绳154A或第八驱动缆绳154B实现驱动长轴160的自转运动。

驱动装置170还包括用于解除第一驱动缆绳151、第一对缆绳以及第二对缆绳之间在末端执行器150一侧的耦合关系的解耦机构175，解耦机构175包括主解耦件1751和从解耦件，从解耦件包括滑架1752和连接在滑架两端的第一导向部1753和第二导向部1754，主解耦件1761通过第一解耦缆绳1761和第二解耦缆绳1762连接到滑架1752的两端，主解耦件1751通过第一解耦缆绳1761 和第二解耦缆绳1762进而驱动从解耦件的运动。第一解耦缆绳1761和第二解耦缆绳1762以相反方式绕在主解耦件1751上，主解耦件1761与第一驱动单元 171以相同的角速度运动，本实施例中主解耦件1751与第一驱动单元171设置在同一轴173A上，因此主解耦件1751是与第一驱动单元171一起随轴171A 同轴旋转，其他一些实施例中，主解耦件1751与第一驱动单元171也可以分别设置在不同的旋转轴上。主解耦件1751和第一驱动单元171具有不同的半径，主解耦件1751的半径为r2，第一驱动单元171的半径为R2，其中r2<R2，主解耦件1751通过收拉或释放第一解耦缆绳1761或第二解耦缆绳1761实现从解耦件的运动。主解耦件1751与第一驱动单元171可以接收来自相同的动力源驱动，动力源即为上述的从操作设备中的致动器，在其他实施例中主解耦件与第一驱动单元设置在不同的旋转轴上，但主解耦件依然接收所述与第一驱动单元同源的驱动力，例如相同的致动器上通过不同的方式的分别连接并驱动主解耦件和第一驱动单元。

以下详细说明解耦机构175是如何实现解耦的，如图7A-7C所示，第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152B通过第一导向轮176A、第一导向部1753以及第三导向轮176C的导向后进入长轴160内后延伸连接到末端执行器150。第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B通过第二导向轮176B、第二导向部1754 以及第四导向轮176D的导向后进入长轴内后延伸连接到末端执行器150，第一驱动缆绳151通过第五导向轮176E的导后进入长轴内后延伸连接到末端执行器 150，至于第一驱动缆绳151至第五驱动缆绳153B如何于末端执行器150连接，前面已经详细描述过，这里不再赘述。解耦机构175的从解耦件可以相对驱动装置170的壳体178滑动，具体地，主解耦件旋转时收拉第一解耦缆绳1761并同时释放第二解耦缆绳1762，或释放第一解耦缆绳1761并同时释放第二解耦缆绳1762，从而牵引从解耦件在驱动装置170内移动，由于第一对缆绳绕在了第一导向部1753的部分上，第二对缆绳绕在了第二导向部1754的部分上，因此当从解耦件被牵引移动时第一导向部1753和第二导向部1754分别带动第一对缆绳和第二对缆绳在驱动装置170内长改变从而解除第一驱动缆绳151、第一对缆绳以及第二对缆绳之间耦合关系。

为了使在解耦机构175能精确解除第一驱动缆绳151、第一对缆绳以及第二对缆绳之间耦合关系，主解耦件1751驱动的从解耦件始终沿直线运动，并且使得从解耦件运动引起的第二驱动缆绳152A、第三驱动缆绳152B、第四驱动缆绳 153A以及第五驱动缆绳154B的在驱动装置170内长度变化始终是线性的。具体地，如7A-7C所示，第一解耦缆绳1561通过第五导向轮176F重新定向后沿滑架1752的运动方向延伸并固定到从解耦件的一端，同样地，第二解耦缆绳1762 通过第七导向轮176G重新定向后沿滑架1752运动的方向延伸并固定到从解耦件的另一端，这样使得第一解耦缆绳1761在第五导向轮176F和滑架1752之间的部分与从解耦件运动方向平行，同样地，第二解耦缆绳1762在第七导向轮 176G和滑架1752之间的部分也与从解耦件运动方向平行，因此在解耦的过程中，第一解耦缆绳1761和第二解耦缆绳1762牵引从解耦件的滑架1752的运动速度与主解耦件1751及第一驱动单元171的旋转线速度成正比例关系。可以理解的是，在其他的一些实施例中，第一解耦缆绳1761在第五导向轮176F和滑架1752之间的部分仅局部与从解耦件运动方向平行，或第二解耦缆绳1762在第七导向轮176G和滑架1752之间的部分仅局部与从解耦件运动方向平行，而不平行的部分并不改变滑架的运动方向，从而依然使得从解耦件沿直线运动。

另外，第一导向轮176A至第四导向轮176D、第五导向轮176F、第七导向轮176G、第一导向部1753以及第二导向部1754都是具有并排的两个滑轮的结构，以用于引导两条驱动缆绳。如图8A所示，第一导向轮176A、第一导向部 1753以及第三导向轮1762的两个并排的滑轮分别用于引导第二驱动缆绳152A 和第三驱动缆绳152B，第二驱动缆绳152A在经过第一导向轮176A的引导后在第一导向轮176A和第一导向部1753之间形成有第五部分缆绳152Aa，以及第三驱动缆绳152B在第一导向轮176A和第一导向部1753之间形成有第六部分缆绳152Ba，第五部分缆绳152Aa和第六部分缆绳152Ba不包括绕在滑轮上的部分，其中第五部分缆绳152Aa和第六部分缆绳152Ba都与从解耦件的运动方向平行。因此，当从解耦件在主解耦件1751的驱动下沿直线运动的过程中引起的第一部分缆绳151Aa和第二部分缆绳151Ba的长度变化始终是线性的。

如图8B所示，第二驱动缆绳152A在第一导向部1753和第三导向轮176C 之间形成有第七部分缆绳152Ab，第三驱动缆绳152B在第一导向部1753和第三导向轮176C之间形成有第八部分缆绳152Bb，第七部分缆绳152Ab和第八部分缆绳152Bb相对于第三导向轮176C的中心平面H1对称，第三导向轮176C 的中心平面H1是指位于第三导向轮176C的两个并排滑轮的中心且垂直于第三导向轮176C的轴线c1的平面，同样地，第七部分缆绳152Ab和第八部分缆绳152Bb也不包括绕在滑轮上的部分。第七部分缆绳152Ab和第八部分缆绳152Bb 与中心面H1的夹角都为θ，且夹角θ足够小，从而使得第五部分缆绳152Ab 和第七部分缆绳152Bb的长度几乎等于第一导向部1753和第三导向176C在中心平面H1上的最短直线的距离，从而第七部分缆绳152Ab和第八部分缆绳 152Bb也与从解耦件的运动方向大致平行。因此，当从解耦件在主解耦件1751 的驱动下沿直线运动的过程中引起的第七部分缆绳152Ab和第八部分缆绳 152Bb的长度变化也基本上是线性的。

第二对缆绳的第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B在第二导向轮176B、第二导向部1754以及第四导向轮176D之间的部分也和上述第一对缆绳具有相同的设置，此处不再赘述。因此，在解耦过程中，第二驱动缆绳152A至第五驱动缆绳153B中的任意一条驱动缆绳的长度变化速度与滑架1752的运动速度成正比例关系，而如上所述，滑架1752的运动速度与主解耦件1751及第一驱动单元171的旋转线速度成正比例关系，故第二驱动缆绳152A至第五驱动缆绳 153B中的任意一条驱动缆绳的长度变化速度与主解耦件1751及第一驱动单元 171的旋转线速度成正比例关系，从而使得解耦过程精确可控。

驱动装置170的解耦过程如图7B和7C所示，如图7B所示当第一驱动单元 171顺时针(第一方向)旋转时，第一驱动单元171收拉第一驱动缆绳151，若要使得末端执行器150的第二支架220如图5E围绕第二轴线AA’顺时针旋转，整个末端执行器150执行如图5E所示方向俯仰运动。如上所述，此时第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152B分别在第六滑轮226和第七滑轮227上的包角长度需要同时增加L，与此同时，第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B在第五滑轮225和第八滑轮228上的包角长度需要同时减少L才能使末端执行器 150顺利地执行俯仰运动。由于解耦机构175的主解耦件1751与第一驱动单元 171同轴旋转，因此在第一驱动单元171随轴171A顺时针旋转的同时，主解耦件1751也同样随轴171A顺时针旋转，此时主解耦件1751收拉第二解耦缆绳 1762并同时释放第一解耦缆绳1761，假如主解耦件1751转过的弧长为L/2，则从解耦件在第二解耦缆绳1762的拉动下沿A方向运动L/2距离，从而引起第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳153B在第一导向轮176A与第一导向部1753之间的部分以及在第一导向部1753与第三导向轮176C之间的部分的长度都分别减少了L/2，因此使得第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152B在驱动装置170 内长度都分别减少了L。

相反地，第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B在第二导向轮176B和第二导向部1754之间的部分以及在第二导向部1754与第四导向轮176D之间的部分的长度都分别增加了L/2，因此使得第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B 在驱动装置170内的长度增加了L。第一对缆绳和第二对缆绳在驱动装置内的长度变化量为2L，故主解耦件旋转使第一对缆绳或第二对缆绳在所述末端执行器上的长度的变化量等于从解耦件在驱动装置内移动的距离的四倍。第二支架310 的俯仰轮314上具有容纳并引导第一驱动缆绳151的环形槽314A，当末端执行器150俯仰运动时，第一驱动缆绳的能在该环形槽中形成包角。如图5E所示，当末端执行器150顺时针俯仰的角度为α时，若环形槽314A的槽底半径为R1，则第一驱动缆绳151在俯仰轮314的环形槽314上的包角长度减少了L1，其中 L1＝α*R1，由于末端执行器150的顺时针俯仰运动是由驱动装置170内的第一驱动单元171驱动的，如图7B所示，此时假若第一驱动单元171为使末端执行器150顺时针俯仰运动的角度为α所转过的角度为β，第一驱动单元171收拉第一驱动缆绳151，使得第一驱动缆绳151绕在第一驱动单元171上的长度增加了L1，其中L1＝β*R2。由于主解耦件1751和第一驱动单元1751同轴旋转，此时相应地，主解耦件1751释放第一解耦缆绳1761并同时收拉第二解耦缆绳 1763，从而牵引从解耦件沿A方向运动的距离为L/2，相应地，第一解耦缆绳 1761绕在主解耦件1761上的长度减少了L/2，即第一解耦缆绳1767被释放了 L/2，第二解耦缆绳1768绕在主解耦件1761上的长度增加了L/2，其中L/2＝β*r2，由前面所述可知，L＝α*r1。综上所述，通过以上四个式子：L1＝α*R1，L1＝β *R2，L/2＝β*r2，L＝α*r1可以得到以下关系：

上述关系式表明第一驱动单元173的半径与主解耦件1761的半径之比为俯仰轮314的环形槽314A的槽底半径与第二组滑轮半径之比的2倍，引起该2倍的关系是因为从解耦件具有2个用于引导第一缆绳和第一对缆绳的导向部，即第一导向部1753和第二导向部1754。在其他实施例中，从解耦件的导向部个数也可以为其他数量，从而第一驱动单元的半径与主解耦件的半径之比和俯仰轮的环形槽半径与第二组滑轮半径之比的关系也与之发生变化，例如从解耦件可以具有N个用于引导第一缆绳和第一对缆绳的导向轮，从而第一驱动单元的半径与主解耦件的半径之比为俯仰轮的环形槽的槽底半径与第二组滑轮半径之比的N倍，即

但是从解耦件的导向部个数的增加相应的从解耦件的体积也相应的增加，比较优选的是上述实施例中从解耦件使用2个导向部。

由此第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152B在驱动装置170内的长度减少量与第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152B分别在第六滑轮226和第七滑轮 227上包角长度需要的增加量相等，第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B 在驱动装置170内的长度增加量与第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B在第五滑轮225和第八滑轮228上的包角长度需要的减少量相等。因此收拉第一驱动缆绳151的运动不再受第一对缆绳限制，且收拉第一驱动缆绳151的运动也不会引起第二对缆绳在末端执行器150上出现松弛，解耦机构175实现了解除第二对缆绳与第一驱动缆绳之间的耦合关系，末端执行器150执行图5E所示顺时针俯仰动作。

如图7C所示，当第一驱动单元171逆时针(第二方向)旋转时，由于解耦机构175的主解耦件1751与第一驱动单元171同轴同角速旋转，因此在第一驱动单元171随轴171A逆时针旋转的同时，主解耦件1751也同样随轴171A逆时针旋转，此时主解耦件1751收拉第一解耦缆绳1761并同时释放第二解耦缆绳1762，假如主解耦件1751转过的弧长为L/2，则从解耦件在第一解耦缆绳1761 的拉动下沿B方向运动L/2距离，从而引起第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳 153B在第一导向轮176A与第一导向部1753之间的部分以及在第一导向部1753与第三导向轮176C之间的部分的长度都分别增加了L/2，因此使得第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152B在驱动装置170内长度都分别增加了L，相反地，第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B在第二导向轮176B和第二导向部 1754之间的部分以及在第二导向部1754与第四导向轮176D之间的部分的长度都分别减少了L/2。因此使得第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B在驱动装置170内的长度减少了L。

而此时第二驱动缆绳152A、第三驱动缆绳152B、第四驱动缆绳153A以及第五驱动缆绳153B的长度变化反映导末端执行器上的表现为驱动装置170同时收拉第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152B，并且同时释放第四驱动缆绳 153A和第五驱动缆绳153B。

由此第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152B在驱动装置170内的长度增加量与第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152B分别在第六滑轮226和第七滑轮 227上包角长度需要的减少量相等，第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B 在驱动装置170内的长度减少量与第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B在第五滑轮225和第八滑轮228上的包角长度需要的增加量相等。因此同时驱动装置同时收拉第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152B不再受第四驱动缆绳 153A和第五驱动缆绳153B的限制，解耦机构175实现了解除第一对缆绳与第二对缆绳之间的耦合关系，末端执行器150能顺利执行图5D所示的逆时针俯仰运动。

本发明另一实施例的驱动装置如图9所示，驱动装置270和上一实施例的驱动装置170大部分相同，不同的是驱动装置270增加了用于引导第一对缆绳和第二对缆绳的导向轮，即驱动装置270增加了第七导向轮176H、第八导向轮 176I、第九导向轮176J以及第十导向轮176K，第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152B依次经过第一导向轮176A、第一导向部1753、第三导向轮176C、第七导向轮176H以及第九导向轮176J的引导后进入长轴160内并延伸到末端执行器150，第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B依次经过第二导向轮176B、第二导向部1754、第四导向轮176D、第八导向轮176I以及第十导向轮176K的引导后进入长轴160内并延伸到末端执行器150。和上一实施例相比较，第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152B在第一导向部1753与第三导向轮176C之间的部分以及第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B在第二导向部1754与第四导向176D之间的部分都与从解耦件的运动方向平行，从而使得俯从解耦件的移动引起的第一缆绳和第一对缆绳在驱动装置270内的长度的线性变化的误差比上一实施例更小。

本发明另一实施例的驱动装置如图10所示，驱动装置370的解耦机构275 的主解耦件1751与从解耦件1752通过齿轮啮合的方式相连，具体的，从解耦件具有滑架2752，滑架2752两端分别连接第一导向部2753和第二导向部2754，滑架3751的本体具有齿条结构，主解耦件2751具有与滑架3751的齿条机构啮合的齿轮结构，当主解耦件2751旋转时，主解耦件2751将带动俯仰机构沿直线运动，从而改变第一对缆绳和第二对缆绳在驱动装置370内长度，从而实现解除第一驱动缆绳151。可以理解的是，解耦机构275的主解耦件2751与从解耦件不仅可以通过齿轮齿条方式啮合，在其他一些实施例中，主解耦件2751与从解耦件也可以通过两个齿轮的方式进行啮合。在其他一些实施例中，从解耦件的主解耦件与从解耦件也可以通过凸轮形式进行连接，即主解耦件包括凸轮结构，该凸轮结构于从解耦件的滑架相抵接，当主解耦件旋转时，该凸轮结构抵触滑架并推动从解耦件的滑架沿直线运动。

图11A-11E是本发明的一实施例的驱动装置570，驱动装置570上设置有第一驱动装置570包括本体578，和设置在本体778上的第一驱动单元571、第二驱动单元572、第三驱动单元573以及第四驱动单元774，第一驱动单元571上绕有第一驱动缆绳151的一端，第一驱动缆绳151的另一端穿过长轴160连接到末端执行器，第二驱动单元572上绕有第一对缆绳的一端，第一对缆绳包括以相反方式缠绕在第二驱动单元572的第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳 152B，第一对缆绳的另一端穿过长轴160连接到末端执行器，第三驱动单573上绕有第二对缆绳一端，第三对缆绳包括以相反方式缠绕在第三驱动单元573 的第四驱动缆绳153A和第五驱动缆绳153B，第二对缆绳的另一端穿过长轴160 连接到末端执行器，第一对缆绳即与第二对缆绳配合用于操纵末端执行器150 的开合和/或偏航运动，又与第一驱动缆绳151配合操纵末端执行器150的俯仰运动，第五驱动缆绳553A和第六驱动缆绳553B用于驱动长轴160自转。

如图11B和11C所示，驱动装置570还包括安装座577和设置在安装座577 上的解耦机构，解耦机构包括主解耦件5761和从解耦件5762，主解耦件5761 和第一驱动单元571设置在同一旋转轴571A，主解耦件5761为与第一驱动单元571同角速度旋转的凸轮，从解耦件5762包括滑架5765和安装在滑架5765 上的第一导向部5763和第二导向部5764，和上一实施例类似地，驱动装置570 还包括设置安装座577上的第一导向轮576A、第二导向轮576B、第三导向轮 576C以及第四导向轮576D。第一导向轮576A的旋转轴线与第一导向部5763 的旋转轴线平行，第四导向轮576D的旋转轴线与第一导向轮576A的旋转轴线、第一导向部5763的旋转轴线垂直。第二导向轮576B的旋转轴线与第二导向部 5764的旋转轴线平行，第三导向轮576C的旋转轴线与第二导向轮576B的旋转轴线、第二导向部5764的旋转轴线垂直。第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳 152B经过第一导向轮576A重新定向然后再经过第一导向部5763导向后最后通过第三导向576C重新定向后离开驱动装置570进入长轴160内。第四驱动缆绳 153A和第五驱动缆绳153B经过第二导向轮576B重新定向然后再通过第二导向部5764的导向最后通过第四导向576D重新定向后离开驱动装置570进入长轴 160内，第一驱动缆绳151经过第五导向轮576E重定向后进入长轴160内。

如图11C所示，安装座577包括第一台面5771和第二台面5772，安装座577 通过第一台面5771安装到主体578上，第一导向轮576A、第二导向轮576B、第三导向轮576C、第四导向轮576D以及第五导向轮576E都安装第二台面5772 上。从解耦件5762包括滑架5765和安装在滑架5765上的第一导向部5763和第二导向部5764，第一导向部5763用于将第二驱动缆绳152A、第三驱动缆绳 152B与从解耦件5762相连接，第二导向部5764用于将第四驱动缆绳153A、第五驱动缆绳153B与从解耦件5762相连接。滑架5765包括第一开口5766和第二开口5767，第一开口5766用于容纳主解耦件5761，第二开口5767用于容纳安装座577的第二台面5771，当滑架5765移动到极限位置时，第二台面5771 的侧壁与第二开口5767的侧壁抵触以限制滑架5765垂直滑动方向的移动。

滑架5765往第一开口5766内延伸有第一凸体5768和第二凸体5769，主解耦件5761在第一开口5766内与第一凸体5768、第二凸体5769相抵接，第一凸体5768、第二凸体5769能在主解耦件5761旋转时在主解耦件5761的外轮廓上移动，使得滑架5765在安装座577上滑动。如图11C所示，主解耦件5761包括固定在旋转轴573A上的第一凸轮5761A和第二凸轮5761B，第一凸轮5761A 和第二凸轮5761B均半心形凸轮，第一凸轮5761A和第二凸轮4761B在垂直轴 573A的的平面上的投影具有相同的外轮廓，第一凸轮5761A的该外轮廓具有半心形渐开线S1和位于渐开线S1两端的第一圆弧S2以及第二圆弧S3，第一圆弧S2与第二圆弧S3的半径不同，渐开线S1到旋转轴473A的轴心的距离具有从与第一圆弧S2连接的一端开始往与第二圆弧S3连接的一端的方向逐渐增加，而且渐开线S1具有如下轮廓线：即渐开线S1到旋转轴473A的轴心的距离的变化量P与第一凸轮5761A围绕轴473A旋转的角度θ1之间是线性变化关系， P＝K1*θ1+K2，其中K1和K2为常数，这样使得当主解耦件5761均速转动时，第一凸体5768与第一凸轮5761的渐开线S1的接触点到旋转轴573A的距离及第二凸体5768与第二凸轮的渐开线S1’的接触点到旋转轴573A的距离也匀速线性变化。第一凸轮5761A和第二凸轮5761B一起形成心形的凸轮式主解耦件 5761，第一凸轮5761A和第二凸轮5761B在凸轮的轴573A的轴向上上下错开，第一凸轮5761A与滑架5761的第一凸体5768配合运动，第二凸轮5761B与滑架5761的第二凸体5768配合运动，以实现主解耦件5761驱动从解耦件5762的运动从而解除第一驱动缆绳151、第二对缆绳、第三对缆绳之间的耦合关系。

驱动装置570的解耦过程如图11E所示，第一驱动单元571(图11E未显示) 从图11B的零位位置被致动器驱动沿第一方向(逆时针方向)旋转至图11E所示的位置的过程中，第一驱动单元571收拉第一驱动缆绳553B，由于主解耦件 473A和第一驱动单元571设置在同一旋转轴473A上，因此主解耦件4761也逆时针运动，主解耦件4761的第一凸轮4761A逆时针旋转使得第一凸体5768在第一凸轮4761A的渐开线S1上沿渐开线S1上到旋转轴473A的距离增大的方向移动，与之相反地，主解耦件4761的第二凸轮4761B逆时针旋转使得第一凸体5768在第二凸轮4761B的渐开线S1上沿渐开线S1上到旋转轴473A的距离减少的方向移动，由于滑架5765的第二开口5767侧壁与第二开口5767的内壁配合限制滑架5765沿垂直A方向的方向移动，因此，滑架5765被主解耦件4761 驱动沿A方向直线运动。

为了使滑架5765在运动引起的第一对缆绳和第二对缆绳在驱动装置内的长度变化是线性的，和图7A所示的实施例类似地，第一对缆绳在第一导向轮576A 和第一导向部5763之间的部分与滑架5765的方向平行，第二对缆绳在第二导向轮576B和第二导向部5764之间的部分与滑架5765的运动方向平行。第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152B在第一导向部5763和第四导向轮576D之间的部分与沿A方向的直线的夹角相等，同样地，第三驱动缆绳553A和第四驱动缆绳553B在第二导向部5764和第三导向轮576C之间的部分与沿A方向的直线的夹角相等，若在图11E位置时滑架5765在主解耦件5761的驱动下沿A 方向移动了L/2的距离，则第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳152B分别在第一导向轮576A与第一导向部5763之间的长度减少上述了L/2，在第一导向部 5763与第四导向轮576D之间的长度也分别减少上述了L/2，从而第二驱动缆绳 152A和第二驱动缆绳551B在驱动装置570内的长度减少了L。第四驱动缆绳 153A和第五驱动缆绳153B在第二导向轮576B和第二导向部5764之间的长度增加了L/2，在第二导向部5764与第三导向轮576C之间的长度也增加了L/2，从而第三驱动缆绳552A和第四驱动缆绳552B在驱动装置570内的长度增加了 L。由此驱动装置570内的解耦机构提供了末端执行器150俯仰运动所需要的第二驱动缆绳152A、第三驱动缆绳152B、第四驱动缆绳153A以及第五驱动缆绳 153B在末端执行器150一侧的长度的变化量，从而解除了第一驱动缆绳、第一对缆绳以及第二对缆绳之间的耦合关系，第一驱动缆绳的运动不再受第一对缆绳的限制，第一对缆绳的运动也不再受第二对缆绳的限制，使得末端执行器150 能顺利的执行俯仰操作。

若主解耦件5761继续旋转使得滑架5765移动到极限位置，此时第一凸体 5798离开第一凸轮5761A的渐开线S1进入第二圆弧S3，第二凸体5769离开第二凸轮5761B的渐开线S1’进入第一圆弧S2’，而由于第一凸体5798在第一凸轮5761A的第一圆弧S1和第二圆弧S2上移动时第一凸体5798与第一凸轮 5761A的接触点到旋转轴573A的距离不再改变，同样地，第二凸体5798在第二凸轮5761B的第一圆弧S1’和第二圆弧S2’上移动时第一凸体5798的与第一凸轮5761A的接触点到旋转轴573A的距离不再改变，因此滑架5765沿A方向不再移动，滑架5765此时处于沿A方向运动的极限位置，因此由于主解耦件 5761的存在第一圆弧S1、S1’和第二圆弧S2、S2’使得主解耦件5761旋转到极限位置是仍继续旋转而使滑架继续运动。相反的，当主解耦件5761顺时针旋转时，第一凸轮5761A、第二凸轮5761B以及滑架的运动与主解耦件5761逆时针运动相反，这里不再赘述。

同样地，对于第二实施例中的末端执行器250的第一驱动缆绳251与第一对缆绳252之间也存在耦合关系。具体地，第一对缆绳的第二驱动缆绳152A和第三驱动缆绳252B的近端都缠绕在驱动装置内的驱动单元上，故其驱动单元无法同时收拉或同时释放第二驱动缆绳252A和第三驱动缆绳252A。而如上述第二实施例中末端执行器250的绕第一轴线AA’顺时针旋转需要收拉第一驱动缆绳 251且需要同时释放第一对缆绳252的第二驱动缆绳252A和第三驱动缆绳 252B，末端执行器250的绕第一轴线AA’逆时针旋转时需要同时收拉第一对缆绳的第二驱动缆绳252A和第三驱动缆绳253A，可见第二实施例中的手术器械的第一驱动缆绳251和第一对缆绳252也存在耦合关系，第一驱动缆绳251的运动受第一对缆绳252的限制。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种手术器械，所述手术器械包括末端执行器、驱动装置及缆绳，所述驱动装置被配置为通过所述缆绳驱动所述末端执行器运动，其特征在于，所述缆绳包括第一驱动缆绳、第一对缆绳及第二对缆绳，所述第一对缆绳与所述第二对缆绳配合用于驱动所述末端执行器执行偏航运动，所述第一对缆绳与所述第一驱动缆绳配合用于驱动所述末端执行器执行俯仰运动，所述驱动装置包括：

驱动单元，所述第一驱动缆绳的一端连接在所述驱动单元上，所述驱动单元通过所述第一驱动缆绳和所述第一对缆绳驱动所述末端执行器执行俯仰运动；

解耦机构，所述解耦机构包括主解耦件和从解耦件，所述主解耦件与所述驱动单元同轴设置，所述主解耦件用于与所述驱动单元同轴旋转并驱动所述从解耦件运动以增加所述第一对缆绳和所述第二对缆绳中的一对缆绳在所述驱动装置内的长度并减少其中另一对缆绳在所述驱动装置内的长度，以使所述驱动单元驱动所述末端执行器执行俯仰运动。

2.如权利要求1所述的手术器械，其特征在于，所述主解耦件被配置为与所述驱动单元同轴旋转并驱动所述从解耦件沿直线运动以改变所述第一对缆绳和所述第二对缆绳在所述驱动装置内的长度。

3.如权利要求2所述的手术器械，其特征在于，所述从解耦件包括滑架和分别设置在所述滑架两端的第一导向部和第二导向部，所述第一对缆绳通过所述第一导向部的导向后延伸至所述末端执行器，所述第二对缆绳通过所述第二导向部导向后延伸至所述末端执行器，所述主解耦件通过驱动所述滑架沿直线运动以改变所述第一对缆绳和第二对缆绳在所述驱动装置内的长度。

4.如权利要求3所述的手术器械，其特征在于，所述从解耦件还包括连接在所述滑架两端的第一解耦缆绳与第二解耦缆绳，所述主解耦件通过所述第一解耦缆绳和所述第二解耦缆绳连接到所述滑架，所述主解耦件被配置为通过第一解耦缆绳和所述第二解耦缆绳驱动所述滑架运动。

5.如权利要求3所述的手术器械，其特征在于，所述主解耦件与所述滑架通过齿轮啮合方式相连接。

6.如权利要求3所述的手术器械，其特征在于，所述主解耦件具有凸轮结构，所述主解耦件用于旋转而带动所述凸轮结构抵触所述滑架而驱动所述滑架运动。

7.如权利要求3所述的手术器械，其特征在于，所述驱动装置还包括第一导向轮和第二导向轮，所述第一对缆绳先通过所述第一导向轮的导向然后通过所述第一导向部的导向后延伸至所述末端执行器，所述第二对缆绳先通过所述第二导向轮的导向然后通过所述第二导向部的导向后延伸至所述末端执行器。

8.如权利要求7所述的手术器械，其特征在于，所述滑架的运动方向与所述第一对缆绳在所述第一导向部和所述第一导向轮之间的部分平行。

9.一种从操作设备，其特征在于，所述从操作设备包括机械臂和如权利要求1-8任一项所述的手术器械，所述手术器械安装在所述机械臂上，所述机械臂用于操纵所述手术器械运动。

10.一种手术机器人，其特征在于，所述手术机器人包括主操作控制台和如权利要求9所述的从操作设备，所述从操作设备根据所述主操作控制台的指令执行相应操作。

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