CN112842532B - 丝传动结构、手术器械及手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种丝传动结构、手术器械及手术机器人，丝传动结构包括基座、第一驱动轴、第二驱动轴、第三驱动轴、第一牵引体组、第二牵引体组、摆动轮、第三导向件以及第四导向件；所述基座具有一对称面；每个牵引体组中包括两根连接在一个驱动轴上的牵引体，通过驱动轴的转动，可带动与其对应的两根牵引体沿相反的方向运动，从而分别用于驱动器械末端组件的一个关节运动。进而，第一牵引体组和第二牵引体组分别作为一个整体，通过摆动轮上两个导向件的作用，可沿相反的方向运动，从而用于驱动器械末端组件的第三个关节运动。由此，实现了通过四根牵引体驱动器械末端组件的三个关节的运动，传动结构简单，占用空间小，有利于提高传动效率。

Description

丝传动结构、手术器械及手术机器人

技术领域

本发明涉及手术器械领域，特别涉及一种丝传动结构、手术器械及手术机器人。

背景技术

近年来，随着机器人相关技术的应用和发展，特别是计算技术的发展，医用手术机器人在临床中的作用越来越受到人们的重视。其中，微创伤手术机器人系统可以通过介入治疗的方式减轻医生在手术过程中的体力劳动，同时达到精准手术目的，使患者创伤小、失血少、术后感染少、术后恢复快。而手术机器人用手术器械的设计优劣直接决定了微创伤手术机器人系统的成败与否，手术器械的性能是影响微创伤手术机器人系统性能水平的关键因素。

虽然本领域已经存在一些丝传动结构，但是本领域还需要一种传动效率、空间利用率大，能够承载较大力矩输出的传动机构以驱动末端的器械实现三个自由度的运动。

发明内容

本发明的目的在于提供一种丝传动结构、手术器械及手术机器人，以解决现有的手术器械中，传动结构复杂，占用空间大等问题中的一个或多个。

因此，根据本发明的一个方面，提供了一种丝传动结构，其包括：

基座，所述基座具有一对称面；

第一驱动轴，可转动地设置于所述基座；

第二驱动轴，可转动地设置于所述基座，且与所述第一驱动轴关于所述对称面对称布置；

第三驱动轴，可转动地设置于所述基座；

第一牵引体组，包括第一牵引体和第二牵引体，所述第一牵引体的一端与所述第二牵引体的一端均连接所述第一驱动轴，所述第一牵引体的另一端与所述第二牵引体的另一端均用以驱动外部的器械末端组件；所述第一牵引体和第二牵引体被配置为，在所述第一驱动轴转动的驱动下，所述第一牵引体和第二牵引体以相反的方向运动，且所述第一牵引体和第二牵引体的长度变化量相等；

第二牵引体组，包括第三牵引体和第四牵引体，所述第三牵引体的一端与所述第四牵引体的一端均连接所述第二驱动轴，所述第三牵引体的另一端与所述第四牵引体的另一端均用以驱动所述器械末端组件；所述第三牵引体和第四牵引体被配置为，在所述第二驱动轴转动的驱动下，所述第三牵引体和第四牵引体以相反的方向运动，且所述第三牵引体和第四牵引体的长度变化量相等；

摆动轮，可转动地设置于所述基座，且所述摆动轮的转动轴线位于所述对称面上，所述摆动轮上设置有第一导向件和第二导向件，所述第一导向件用以改变所述第一牵引体组的延伸方向，所述第二导向件用以改变所述第二牵引体组的延伸方向；所述摆动轮在所述第三驱动轴的驱动下转动，且所述第三驱动轴与所述摆动轮的传动比大于1；

第三导向件，所述第三导向件和所述第一驱动轴位于所述对称面的同侧，且所述第三导向件相对于所述第一驱动轴位于所述基座的远端，所述第三导向件用于在所述第一导向件之后进一步改变所述第一牵引体组的延伸方向；以及

第四导向件，所述第四导向件和所述第二驱动轴位于所述对称面的同侧，且所述第四导向件相对于所述第二驱动轴位于所述基座的远端，所述第四导向件用于在所述第二导向件之后进一步改变所述第二牵引体组的延伸方向；

所述第一导向件和第二导向件被配置为，所述第一导向件和所述第二导向件围绕所述摆动轮的转动轴线转动，使所述第一牵引体组于所述第一驱动轴与所述第三导向件之间所限定的部分，和所述第二牵引体组于所述第二驱动轴与所述第四导向件之间所限定的部分的长度变化量相等且增减相反。

可选的，在所述丝传动结构中，

所述第一导向件包括：

第一导向轮，用以改变所述第一牵引体的延伸方向；以及

第二导向轮，用以改变所述第二牵引体的延伸方向；

所述第二导向件包括：

第三导向轮，用以改变所述第三牵引体的延伸方向；以及

第四导向轮，用以改变所述第四牵引体的延伸方向；

其中，所述第一导向轮和所述第二导向轮同轴布置，所述第三导向轮和所述第四导向轮同轴布置。

可选的，在所述丝传动结构中，所述第三导向件与所述第四导向件关于所述对称面对称布置。

可选的，在所述丝传动结构中，

所述第三导向件包括：

第五导向轮，用以进一步改变所述第一牵引体的延伸方向；以及

第六导向轮，用以进一步改变所述第二牵引体的延伸方向；

所述第四导向件包括：

第七导向轮，用以进一步改变所述第三牵引体的延伸方向；以及

第八导向轮，用以进一步改变所述第四牵引体的延伸方向；

其中，所述第五导向轮和所述第六导向轮同轴布置，所述第七导向轮和所述第八导向轮同轴布置。

可选的，在所述丝传动结构中，

所述第三导向件被配置为使所述第一导向件和所述第三导向件之间的所述第一牵引体组的两根牵引体与所述基座之间的夹角的范围分别在0°～10°之间；以及

所述第四导向件被配置为使所述第二导向件和所述第四导向件之间的所述第二牵引体组的两根牵引体与所述基座之间的夹角的范围分别在0°～10°之间。

可选的，在所述丝传动结构中，所述第一导向件的轴线、所述第二导向件的轴线、所述第一驱动轴的转动轴线、所述第二驱动轴的转动轴线、所述第三驱动轴的转动轴线、以及所述摆动轮的转动轴线互相平行，且均垂直于所述基座；所述第三导向件的轴线以及所述第四导向件轴线均与所述基座平行。

可选的，在所述丝传动结构中，在所述丝传动结构处于初始状态时，所述第一牵引体组与第二牵引体组用以驱动外部的器械末端组件的一端位于所述第一驱动轴与所述第二驱动轴之转动轴线连线的远端侧，所述第一导向件和所述第二导向件均位于所述第一驱动轴与所述第二驱动轴之转动轴线连线的近端侧。

可选的，在所述丝传动结构中，所述摆动轮的转动轴线与所述第一导向件的距离小于所述摆动轮的转动轴线与所述第一驱动轴的转动轴线的距离；所述摆动轮的转动轴线与所述第二导向件的距离小于所述摆动轮的转动轴线与所述第二驱动轴的转动轴线的距离。

可选的，在所述丝传动结构中，所述丝传动结构还包括第一传动组件，所述第一传动组件包括第一齿轮和与所述第一齿轮相啮合的第二齿轮，所述第一齿轮与所述第三驱动轴固定连接，所述第二齿轮与所述摆动轮固定连接；所述第三驱动轴用以通过所述第一齿轮与所述第二齿轮驱动所述摆动轮转动，所述第一齿轮与第二齿轮的分度圆直径比的范围在1：2～1：6之间。

可选的，在所述丝传动结构中，所述摆动轮包括靠近所述第三驱动轴的主体部分和远离所述第三驱动轴的两个分支部分，所述第二齿轮呈扇形设置于所述主体部分，所述一导向件和所述第二导向件分别位于所述两个分支部分上。

可选的，在所述丝传动结构中，所述基座具有第一通孔，所述第一牵引体组被配置为，自所述第一驱动轴延伸经过所述第一导向件后，经由所述第三导向件改变延伸方向，穿过所述第一通孔延伸至远端；所述第二牵引体组被配置为，自所述第二驱动轴延伸经过所述第二导向件后，经由所述第四导向件改变延伸方向，穿过所述第一通孔延伸至远端。

可选的，在所述丝传动结构中，所述第一牵引体与所述第一驱动轴的连接点与所述基座之间的距离不同于所述第二牵引体与所述第一驱动轴的连接点与所述基座之间的距离；所述第三牵引体与所述第二驱动轴的连接点与所述基座之间的距离不同于所述第四牵引体与所述第二驱动轴的连接点与所述基座之间的距离。

可选的，在所述丝传动结构中，在所述丝传动结构处于初始状态时，所述第一导向件和所述第二导向件关于所述对称面对称布置。

可选的，在所述丝传动结构中，

所述基座具有第一通孔，所述第一牵引体组穿过所述第一通孔延伸至远端；所述第二牵引体组穿过所述第一通孔延伸至远端；

所述摆动轮的转动轴线在所述基座所在的平面的投影设定为投影点O，所述第一驱动轴的转动轴线在所述基座所在的平面的投影设定为投影点A，所述第二驱动轴的转动轴线在所述基座所在的平面的投影设定为投影点B，所述第一导向件的轴线在所述基座所在的平面的投影设定为投影点C，所述第二导向件的轴线在所述基座所在的平面的投影设定为投影点D，所述第一通孔的轴线在所述基座所在的平面的投影设定为投影点P；

所述投影点C在以所述投影点A和所述投影点P为焦点所限定的第一椭圆T1上，所述投影点D在以所述投影点B和所述投影点P为焦点所限定的第二椭圆T2上，且所述第一椭圆T1和第二椭圆T2关于所述对称面对称。

可选的，在所述丝传动结构中，

所述第一椭圆T1被配置为，所述第一椭圆T1靠近投影点A的长轴顶点与所述投影点A之间的距离大于所述第一驱动轴的半径以及所述第一导向件的尺寸之和；以及

所述第二椭圆T2被配置为，所述第二椭圆T2靠近投影点B的长轴顶点与所述投影点B之间的距离大于所述第二驱动轴的半径以及所述第二导向件的尺寸之和。

可选的，在所述丝传动结构中，

所述投影点O设置在所述投影点A和所述投影点B之连线的中垂线上，且所述投影点O的位置在沿所述中垂线的方向上不远于所述第三驱动轴的轴线在所述基座所在的平面的投影形成的投影点；

以所述投影点O为圆心，限定辅助圆T6，所述辅助圆T6分别和所述第一椭圆T1与所述第二椭圆T2相交，其交点设置为所述投影点C和所述投影点D于所述丝传动结构处于初始状态时的位置；且所述辅助圆T6被配置为使所述投影点O分别到所述投影点A和所述投影点B的距离大于对应的驱动轴的半径与对应的导向件的尺寸之和。

可选的，在所述丝传动结构中，所述丝传动结构还包括：

第四驱动轴，可转动地设置于所述基座，用于驱动外部的器械杆自转。

可选的，在所述丝传动结构中，所述丝传动结构还包括第二传动组件，所述第二传动组件包括第三齿轮和与所述第三齿轮相啮合的第四齿轮，所述第三齿轮与所述第四驱动轴固定连接，所述第四齿轮与所述器械杆固定连接，所述第四驱动轴用以通过所述第三齿轮与第四齿轮驱动所述器械杆转动。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种手术器械，其包括如上所述的丝传动结构以及一器械末端组件；所述丝传动结构用于驱动所述器械末端组件运动。

可选的，在所述手术器械中，所述器械末端组件包括第一关节，第二关节和第三关节，所述第三关节位于第一关节和第二关节的近端；

所述第一牵引体组的远端与所述第一关节连接；

所述第二牵引体组的远端与所述第二关节连接。

可选的，在所述手术器械中，

所述第三导向件被配置为使所述第三导向件和所述第一关节之间的所述第一牵引体组的两根牵引体与所述手术器械的轴线之间的夹角的范围分别在0°～10°之间；

所述第四导向件被配置为使所述第四导向件和所述第二关节之间的所述第二牵引体组的两根牵引体与所述手术器械的轴线之间的夹角的范围分别在0°～10°之间。

可选的，在所述手术器械中，所述器械末端组件包括一器械末端基座和末端执行器，所述末端执行器与所述器械末端基座通过第二转轴转动连接；所述末端执行器包括两个可分别围绕第一转轴转动的开合臂，所述两个开合臂分别与所述第一牵引体组和第二牵引体组连接，所述两个开合臂被配置为，在所述第一牵引体组和第二牵引体组的驱动下分别围绕第一转轴转动；所述两个开合臂还被配置为，在所述第一牵引体组和第二牵引体组的共同驱动下围绕第二转轴转动。

可选的，在所述手术器械中，所述手术器械还包括器械杆，所述器械杆用以供所述第一牵引体组和第二牵引体组穿设；所述器械杆的近端可转动地连接于所述基座，所述器械末端组件连接于所述器械杆的远端；所述丝传动结构还包括第四驱动轴，所述第四驱动轴可转动地设置于所述基座，用于驱动所述器械杆转动。

根据本发明的再一个方面，还提供了一种手术机器人，其包括至少一个机械臂，所述机械臂的末端与如上所述的手术器械可拆卸地连接。

综上所述，在本发明提供的丝传动结构、手术器械中及手术机器人中，丝传动结构包括基座、第一驱动轴、第二驱动轴、第三驱动轴、第一牵引体组、第二牵引体组、摆动轮、第三导向件以及第四导向件；所述第一驱动轴、第二驱动轴及第三驱动轴分别可转动地设置于所述基座，且第一驱动轴与第二驱动轴关于基座的对称面对称布置；每个牵引体组中包括两根连接在一个驱动轴上的牵引体，通过驱动轴的转动，可驱动与其对应的两根牵引体沿相反的方向运动，从而分别用于驱动器械末端组件的一个关节运动；所述摆动轮在所述第三驱动轴的驱动下在基座上转动，旋转轴线位于所述对称面上，且第三驱动轴与摆动轮的传动比大于1，所述摆动轮上设置有第一导向件和第二导向件，所述第一导向件和所述第二导向件被配置为围绕所述摆动轮的转动轴线转动，使所述第一牵引体组于所述第一驱动轴与所述第三导向件之间所限定的部分，和所述第二牵引体组于所述第二驱动轴与所述第四导向件之间所限定的部分的长度变化量相等且增减相反。由此，第一牵引体组和第二牵引体组分别作为一个整体，通过摆动轮上两个导向件的作用，可驱动器械末端组件的第三个关节运动。如此配置，丝传动结构适于驱动具有多个自由度的器械末端组件的手术器械，特别适于具有三个及以上自由度的器械末端组件的手术器械，更特别适于具有三个及以上自由度的器械末端组件，且器械末端组件需要较大作用力矩作用的手术器械。而且，仅通过摆动轮和导向件的设置，即可实现同时对第一牵引体组和第二牵引体组进行驱动，传动结构简单，占用空间小；导向件数量较少，有利于提高传动效率；所述第三驱动轴与所述摆动轮的传动比大于1，在外部驱动手术器械的电机选型不变的情况下，通过第三驱动轴与摆动轮高传动比的传动连接，可实现器械末端组件的增力效果，解决了第三个关节运动困难的问题。此外，通过驱动轴、摆动轮和导向件的结构和相对位置关系设置，可以实现丝传动结构的牵引体与第一导向件、第二导向件的包角小，有利于提高传动效率；第一驱动轴与第二驱动轴之间、第三导向件与第四导向件之间良好的对称结构，以及摆动轮的旋转轴线位于对称面上等设置，有利于改善三根驱动轴及结构件的受力状况，提高相关结构件寿命，提高丝传动过程的准确性。

附图说明

本领域的普通技术人员将会理解，提供的附图用于更好地理解本发明，而不对本发明的范围构成任何限定。其中：

图1是本发明一实施例提供的手术器械的整体构成示意图；

图2是本发明一实施例提供的丝传动结构的内部结构示意图；

图3是本发明一实施例提供的器械末端的示意图；

图4是本发明一实施例提供的丝传动结构处于摆动零位的平面示意图；

图5是本发明一实施例提供的丝传动结构处于向第一方向摆动的平面示意图；

图6是本发明一实施例提供的丝传动结构处于向第二方向摆动的平面示意图；

图7是本发明一实施例提供的手术器械处于摆动零位的示意简图；

图8是本发明一实施例提供的手术器械处于向第一方向摆动的示意简图；

图9是本发明一实施例提供的手术器械处于向第二方向摆动的示意简图；

图10是本发明一实施例提供的手术器械处于摆动零位的立体示意图；

图11是本发明一实施例提供的手术器械处于向第一方向摆动的立体示意图；

图12是本发明一实施例提供的手术器械处于向第二方向摆动的立体示意图；

图13是本发明一实施例提供的确定第一导向件和第二导向件具体位置的示意图。

附图中：

1-丝传动结构；101-基座；103-第一驱动轴；104-第二驱动轴；105-第三驱动轴；106-第四驱动轴；107-第一牵引体固定块；108-第二牵引体固定块；109-第三牵引体固定块；110-第四牵引体固定块；111-第一导向轮；112-第二导向轮；113-第三导向轮；114-第四导向轮；115-第一牵引体；116-第二牵引体；117-第三牵引体；118-第四牵引体；119-摆动轮；121-第一齿轮；122-第二齿轮；123-第三齿轮；124-第四齿轮；125-第五导向轮；126-第六导向轮；127-第七导向轮；128-第八导向轮；

2-器械杆；3-器械末端组件；301-第一开合臂；302-第二开合臂；303-俯仰座；304-器械末端基座；305-第一转轴；306-第二转轴；307-第三转轴。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且未按比例绘制，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。此外，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

如在本说明书中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，除非内容另外明确指出外。如在本说明书中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外，术语“近端”通常是靠近操作者的一端，术语“远端”通常是靠近手术器械之操作对象的一端。如果没有特别限定，在本说明书中，“近端”、“近侧”、“后部”、“后端”是指相对远离手术器械被操作对象的一侧；相应的，“远端”、“远侧”、“前部”、“前端”是指相对靠近手术器械被操作对象的一侧。

本发明在于提供一种丝传动结构，其包括基座、第一驱动轴、第二驱动轴、第三驱动轴、第一牵引体组、第二牵引体组、摆动轮、第三导向件以及第四导向件；所述基座具有一对称面；所述第一驱动轴、第二驱动轴及第三驱动轴分别可转动地设置于所述基座，所述第二驱动轴与所述第一驱动轴关于所述对称面对称布置；所述第一牵引体组包括第一牵引体和第二牵引体，所述第一牵引体的一端与所述第二牵引体的一端均连接所述第一驱动轴，所述第一牵引体的另一端与所述第二牵引体的另一端均用以驱动外部的器械末端组件；所述第一牵引体和第二牵引体被配置为，在所述第一驱动轴转动的驱动下，所述第一牵引体和第二牵引体以相反的方向运动，且所述第一牵引体和第二牵引体的长度变化量相等；所述第二牵引体组包括第三牵引体和第四牵引体，所述第三牵引体的一端与所述第四牵引体的一端均连接所述第二驱动轴，所述第三牵引体的另一端与所述第四牵引体的另一端均用以驱动所述器械末端组件；所述第三牵引体和第四牵引体被配置为，在所述第二驱动轴转动的驱动下，所述第三牵引体和第四牵引体以相反的方向运动，且所述第三牵引体和第四牵引体的长度变化量相等；所述摆动轮可转动地设置于所述基座，且所述摆动轮的转动轴线位于所述对称面上，所述摆动轮上设置有第一导向件和第二导向件，所述第一导向件用以改变所述第一牵引体组的延伸方向，所述第二导向件用以改变所述第二牵引体组的延伸方向；所述摆动轮在所述第三驱动轴的驱动下转动，且所述第三驱动轴与所述摆动轮的传动比大于1；所述第三导向件和所述第一驱动轴位于所述对称面的同侧，且所述第三导向件相对于所述第一驱动轴位于所述基座的远端，所述第三导向件用于在所述第一导向件之后进一步改变所述第一牵引体组的延伸方向；所述第四导向件和所述第二驱动轴位于所述对称面同侧，且所述第四导向件相对于所述第二驱动轴位于所述基座的远端，所述第四导向件用于在所述第二导向件之后进一步改变所述第二牵引体组的延伸方向；所述第一牵引体组和第二牵引体组被配置为，所述第一导向件和所述第二导向件围绕所述摆动轮的转动轴线转动，使所述第一牵引体组于所述第一驱动轴与所述第三导向件之间所限定的部分，和所述第二牵引体组于所述第二驱动轴与所述第四导向件之间所限定的部分的长度变化量相等且增减相反。

如此配置，丝传动结构适于驱动具有多个自由度的器械末端组件的手术器械，特别适于具有三个及以上自由度的器械末端组件的手术器械，更特别适于具有三个及以上自由度的器械末端组件，且器械末端组件需要较大作用力矩作用的手术器械。每个牵引体组中包括两根连接在一个驱动轴上的牵引体，通过驱动轴的转动，可带动与其对应的两根牵引体沿相反的方向运动，且长度变化量相等，从而分别用于驱动手术器械的器械末端组件的一个关节运动。进而，第一牵引体组和第二牵引体组分别作为一个整体，通过摆动轮及设于其上的第一导向件和第二导向件的作用，长度变化量相等且增减相反，从而用于驱动手术器械的器械末端组件的第三个关节运动。由此，实现了通过四根牵引体驱动的器械末端组件的三个关节的运动。如此，仅通过摆动轮和导向件的设置，即可实现同时对第一牵引体组和第二牵引体组进行驱动，传动结构简单，占用空间小；导向件数量较少，有利于提高传动效率；在外部驱动手术器械的电机选型不变的情况下，通过第三驱动轴与摆动轮高传动比的传动连接，可实现器械末端组件的增力效果，解决了第三个关节运动困难的问题。

请参考图1至图13，其中，图1是本发明一实施例提供的手术器械的整体构成示意图，图2是本发明一实施例提供的丝传动结构的内部结构示意图，图3是本发明一实施例提供的器械末端组件的示意图，图4是本发明一实施例提供的丝传动结构处于摆动零位的平面示意图，图5是本发明一实施例提供的丝传动结构处于向第一方向摆动的平面示意图，图6是本发明一实施例提供的丝传动结构处于向第二方向摆动的平面示意图，图7是本发明一实施例提供的手术器械处于摆动零位的示意简图，图8是本发明一实施例提供的手术器械处于向第一方向摆动的示意简图，图9是本发明一实施例提供的手术器械处于向第二方向摆动的示意简图，图10是本发明一实施例提供的手术器械处于摆动零位的立体示意图，图11是本发明一实施例提供的手术器械处于向第一方向摆动的立体示意图，图12是本发明一实施例提供的手术器械处于向第二方向摆动的立体示意图，图13是本发明一实施例提供的确定第一导向件和第二导向件具体位置的示意图,以下参考附图进行描述。

如图1所示，本发明一实施例提供一种手术器械，其包括：丝传动结构1、器械杆2与器械末端组件3，所述丝传动结构1通过所述器械杆2与所述器械末端3组件连接。所述丝传动结构1用以驱动所述器械末端组件3运动。在一个示范性实施例中，所述手术器械中的丝传动结构1与一外部动力装置(如电机)卡接。在动力装置的驱动下，实现器械末端组件3的运动，进而实现对人体组织器官的手术操作。

下面参考图2至图12，对本发明实施例提供的丝传动结构1进行说明。丝传动结构1包括基座101、第一驱动轴103、第二驱动轴104、第三驱动轴105、第一牵引体组、第二牵引体组、第三导向件、第四导向件以及摆动轮119。

其中，所述第一驱动轴103、第二驱动轴104及第三驱动轴105分别可转动地设置于所述基座101。所述第一驱动轴103、第二驱动轴104关于对称面对称布置。所述第一牵引体组包括第一牵引体115和第二牵引体116，所述第一牵引体115的一端与所述第二牵引体116的一端均连接所述第一驱动轴103，所述第一牵引体115的另一端与所述第二牵引体116的另一端均用以驱动器械末端组件3；所述第一牵引体115和第二牵引体116被配置为，在所述第一驱动轴103转动的驱动下，所述第一牵引体115和第二牵引体116以相反的方向运动，且所述第一牵引体115和第二牵引体116的长度变化量相等。由此，第一牵引体组的两个牵引体(第一牵引体115和第二牵引体116)能够用于驱动手术器械的器械末端组件3的一个关节运动。

所述第二牵引体组包括第三牵引体117和第四牵引体118，所述第三牵引体117的一端与所述第四牵引体118的一端均连接所述第二驱动轴104，所述第三牵引体117的另一端与所述第四牵引体118的另一端均用以驱动所述器械末端组件3；所述第三牵引体117和第四牵引体118被配置为，在所述第二驱动轴104转动的驱动下，所述第三牵引体117和第四牵引体118以相反的方向运动，且所述第三牵引体117和第四牵引体118的长度变化量相等。由此，第二牵引体组的两个牵引体(第三牵引体117和第四牵引体118)能够用于驱动手术器械的器械末端组件3的另一个关节运动。

所述摆动轮119可转动地设置于所述基座101，且转动轴线位于对称面上；所述摆动轮119与所述第三驱动轴105传动连接，摆动轮119在第三驱动轴105的驱动下转动，且第三驱动轴105与摆动轮119的传动比大于1。所述摆动轮119上设置有第一导向件和第二导向件，所述第一导向件用以改变所述第一牵引体组的延伸方向，所述第二导向件用以改变所述第二牵引体组的延伸方向。所述第三导向件和第四导向件均设置于所述基座101，第三导向件和第一驱动轴103位于对称面同侧，且第三导向件相对于第一驱动轴103位于基座101的远端，所述第三导向件用于在所述第一导向件之后进一步改变第一牵引体组的延伸方向。所述第四导向件和第二驱动轴104位于对称面同侧，且第四导向件相对于第二驱动轴104位于基座101的远端，所述第四导向件用于在所述第二导向件之后进一步改变第二牵引体组的延伸方向。所述第一导向件和所述第二导向件被配置为，所述第一导向件和所述第二导向件围绕所述摆动轮119的转动轴线转动，使所述第一牵引体组于所述第一驱动轴103与所述第三导向件之间所限定的部分，和所述第二牵引体组于所述第二驱动轴104与所述第四导向件之间所限定的部分的长度变化量相等且增减相反。这里所述的长度变化量相等且增减相反是指，若第一牵引体组于第一驱动轴103与所述第三导向件之间所限定的部分长度增加，则第二驱动轴104与所述第四导向件之间所限定的部分的长度减少，且两者所增加和减少的长度相等；反之若第一牵引体组于第一驱动轴103与所述第三导向件之间所限定的部分长度减少，则第二驱动轴104与所述第四导向件之间所限定的部分的长度增加。需理解，这里的长度相等，应广义地考虑牵引体组可能会产生弹性形变而引起的部分长度变化，即应理解，第一牵引体组于第三导向件处产生的位移量与第二牵引体组于第四导向件处产生的位移量相等，但方向相反。如此配置，第一牵引体组和第二牵引体组分别作为一个整体，通过摆动轮119及设于其上的第一导向件和第二导向件的作用，长度变化量相等且增减相反，从而用于驱动手术器械的器械末端组件3的第三个关节运动。在一个示范性的实施例中，基座101为一板状件，第一驱动轴103的转动轴线、第二驱动轴104的转动轴线以及第三驱动轴105的转动轴线均垂直于所述基座101设置。所述第一驱动轴103、第二驱动轴104位于基座101的近端。所述第一驱动轴103、第二驱动轴104关于对称面对称布置于基座101。即所述对称面与所述第一驱动轴103、第二驱动轴104轴线形成的平面垂直，且对称面上任一点到第一驱动轴103、第二驱动轴104轴线的距离相等。所述第三驱动轴105位于第一驱动轴103、第二驱动轴104的远端。在一个示例中，所述第三驱动轴105与第一驱动轴103位于所述对称面的同侧。优选，所述第三驱动轴105的转动轴线与第一驱动轴103的转动轴线形成的平面与对称面平行。当然在另外的示例中，所述第三驱动轴105也可以与第二驱动轴104位于对称面的同侧。此时，所述第三驱动轴105的转动轴线与第二驱动轴104的转动轴线形成的平面优选与对称面平行。

优选的，所述第一导向件和所述第二导向件在初始状态时，关于对称面对称布置。所述第一牵引体组与第二牵引体组用以驱动器械末端组件3的一端初始状态时位于所述第一驱动轴103与所述第二驱动轴104之转动轴线连线的远端侧。所述第一导向件和所述第二导向件在初始状态时均位于所述第一驱动轴103与所述第二驱动轴104之转动轴线连线的近端侧。这里，当丝传动结构处于“初始状态”，是指器械末端组件3的关节未转动时丝传动结构的状态。此时，摆动轮119处于初始位置，所述第一牵引体组于所述第一驱动轴103与所述第三导向件之间所限定的部分，和所述第二牵引体组于所述第二驱动轴104与所述第四导向件之间所限定的部分的长度相等。丝传动结构处于“初始状态”还可以进一步包括所述第一牵引体组内的第一牵引体和第二牵引体的长度相等；所述第二牵引体组内的第三牵引体和第四牵引体的长度相等时丝传动结构的状态。

优选的，所述第一导向件包括可转动的第一导向轮111和可转动的第二导向轮112，所述第一导向轮111和第二导向轮112同轴布置。第一导向轮111和第二导向轮112的转动轴线垂直于基座101。第一导向轮111和第二导向轮112两者相对于基座101的距离不同，即第一导向轮111和第二导向轮112两个导向轮相对于基座101而言是上下叠置的。其中，第一导向轮111用以改变第一牵引体115的延伸方向，第二导向轮112用以改变第二牵引体116的延伸方向。优选的，所述第二导向件包括可转动的第三导向轮113和可转动的第四导向轮114，所述第三导向轮113和第四导向轮114同轴布置。第三导向轮113和第四导向轮114的转动轴线垂直于基座101。第三导向轮113和第四导向轮114两者相对于基座101的距离不同。第三导向轮113用以改变第三牵引体117的延伸方向，第四导向轮114用以改变第四牵引体118的延伸方向。第一导向件的轴线(例如，所述第一导向轮111和所述第二导向轮112的转动轴线)、以及第二导向件的轴线(例如，所述第三导向轮113和所述第四导向轮114的转动轴线)即垂直于基座101。较佳的，第一导向轮111相对于基座101的距离小于第二导向轮112相对于基座101的距离；第三导向轮113相对于基座101的距离小于第四导向轮114相对于基座101的距离。如此，第一导向件的两个导向轮(第一导向轮111和第二导向轮112)适配于第一驱动轴103的两个牵引体固定块(第一牵引体固定块107和第二牵引体固定块108)；同样的，第二导向件的两个导向轮适配于第二驱动轴104的两个牵引体固定块，能有效避免第一牵引体115和第二牵引体116之间及第三牵引体117和第四牵引体118之间发生交错和剐蹭。在一替代性实施例中，所述第一驱动轴103的第一牵引体固定块107距离基座101的距离大于第二牵引体固定块108距离基座101的距离，相应的，第一导向轮111相对于基座101的距离大于第二导向轮112相对于基座101的距离。同样的，第三牵引体固定块109距离基座101的距离大于第四牵引体固定块110距离基座101的距离，相应的，第二导向件的第三导向轮113相对于基座101的距离大于第四导向轮114相对于基座101的距离。

所述第三导向件和第四导向件，位于基座101的远端。优选，所述第三导向件与所述第四导向件关于所述对称面对称布置。更优选，所述第三导向件与第一驱动轴103位于所述对称面的一侧，所述第四导向件与第二驱动轴104位于所述对称面的另一侧。第一驱动轴103与第二驱动轴104之间、第三导向件与第四导向件之间良好的对称结构，以及摆动轮119的旋转轴线位于对称面上等设置，有利于改善三根驱动轴及结构件的受力状况，提高相关结构件寿命，提高丝传动过程的准确性。进一步，基座101上还开设有第一通孔，第一通孔的轴线置于所述对称面上，优选，第一通孔的轴线垂直于所述基座101。第三导向件和第四导向件位于第一通孔靠近所述第一驱动轴103、第二驱动轴104的一侧。第一牵引体组自第一驱动轴103延伸经过第一导向件后，经由所述第三导向件改变延伸方向，穿过所述第一通孔；第二牵引体组自第二驱动轴104延伸经过第二导向件后，经由所述第四导向件改变延伸方向，亦穿过所述第一通孔。进而第一牵引体组和第二牵引体组延伸通过器械杆2，后与器械末端组件3连接。当然，第一牵引体组和第二牵引体组在分别延伸经过第三导向件、第四导向件后还可以经过其他组件，例如第一牵引体组和第二牵引体组在其它导向件约束后再与器械末端组件3连接。本实施例对此不作限定。优选的，第三导向件被配置为使第一导向件和第三导向件之间的第一牵引体组的两根牵引体(第一牵引体115和第二牵引体116)与基座101之间的夹角的范围分别在0°～10°之间，优选在0°～5°之间，进一步优选为0°；第四导向件被配置为使第二导向件和第四导向件之间的第二牵引体组的两根牵引体(第三牵引体117和第四牵引体118)与基座101之间的夹角的范围分别在0°～10°之间，优选在0°～5°之间，进一步优选为0°。例如，所述丝传动结构1还包括导向件支承座，用于调整第三导向件、第四导向件的高度，以调整导向件之间的牵引体与基座101之间的夹角。进一步，所述第三导向件包括可转动的第五导向轮125和可转动的第六导向轮126，第五导向轮125用以在第一导向轮111之后进一步改变第一牵引体115的延伸方向，第六导向轮126用以在第二导向轮112之后进一步改变第二牵引体116的延伸方向；所述第四导向件包括可转动的第七导向轮127和可转动的第八导向轮128，第七导向轮127用以在第三导向轮113之后进一步改变第三牵引体117的延伸方向，第八导向轮128用以在第四导向轮114之后进一步改变第四牵引体118的延伸方向。优选，所述第五导向轮125和所述第六导向轮126同轴向布置，所述第七导向轮127和所述第八导向轮128同轴向布置。优选的，所述第三导向件的轴线(例如第五导向轮125和第六导向轮126的转动轴线)和第四导向件的轴线(例如第七导向轮127和第八导向轮128的转动轴线)均平行于所述基座101。如此配置，能将第一牵引体组和第二牵引体组的延伸方向改变为垂直于基座101方向延伸，便于连接器械末端组件3。器械杆2为中空的管状体，其一端垂直连接于所述基座101，另一端连接器械末端组件3，所述器械杆2用以供所述第一牵引体组和第二牵引体组穿设。较佳的，器械杆2的轴线与第一通孔的轴线重合。

以下对驱动轴与牵引体的关系进行说明，所述第一牵引体115与所述第一驱动轴103的连接点与所述基座101之间的距离不同于所述第二牵引体116与所述第一驱动轴103的连接点与所述基座101之间的距离；所述第三牵引体117与所述第二驱动轴104的连接点与所述基座101之间的距离不同于所述第四牵引体118与所述第二驱动轴104的连接点与所述基座101之间的距离。以第一驱动轴103为例，第一驱动轴103上设有第一牵引体固定块107和第二牵引体固定块108，该第一牵引体固定块107和第二牵引体固定块108即分别被配置为第一牵引体115与第一驱动轴103的连接点，以及第二牵引体116与第一驱动轴103的连接点。优选，其中第一牵引体固定块107距离基座101的距离小于第二牵引体固定块108距离基座101的距离。第一牵引体115和第二牵引体116分别以不同的方向卷绕连接于第一驱动轴103上。具体的，第一牵引体115的一端固定于第一牵引体固定块107，并正向(如顺时针)卷绕于第一驱动轴103上，第一牵引体115的另一端用以驱动器械末端组件3；第二牵引体116的一端固定于第二牵引体固定块108，并反向(如逆时针)卷绕于第一驱动轴103上，第二牵引体116的另一端用以驱动器械末端组件3。第一牵引体115，第二牵引体116缠绕的圈数根据器械末端组件3的行程等来确定。当第一驱动轴103正向转动时，带动第二牵引体116围绕第一驱动轴103的轴线正向转动(如顺时针转动)而卷绕于第一驱动轴103上，同时带动第一牵引体115围绕第一驱动轴103的轴线正向转动而从第一驱动轴103上解绕(此处第一牵引体115可预先在第一驱动轴103卷绕有若干圈)；而当第一驱动轴103反向转动时，则带动第一牵引体115围绕第一驱动轴103的轴线反向转动(如逆时针转动)而卷绕于第一驱动轴103上，同时带动第二牵引体116围绕第一驱动轴103的轴线反向转动而从第一驱动轴103上解绕(同样此处第二牵引体116可预先在第一驱动轴103卷绕有若干圈)。如此，第一牵引体115和第二牵引体116即以相反的方向运动且长度变化量相等。需要说明的是，这里围绕驱动轴之轴线的正向和反向仅代表相反的两个方向，并不限于正向为顺时针，反向为逆时针。如此配置，通过第一驱动轴103的转动，第一牵引体组的两根牵引体(即第一牵引体115和第二牵引体116)能够实现以相反的方向相对于第一驱动轴103一来一回运动，进而驱动手术器械的器械末端组件3的一关节运动。同样的，第二驱动轴104上设有第三牵引体固定块109和第四牵引体固定块110，并将第三牵引体固定块109和第四牵引体固定块110分别配置为第三牵引体117与第二驱动轴104的连接点，以及第四牵引体118与第二驱动轴104的连接点。优选，第三牵引体固定块109距离基座101的距离小于第四牵引体固定块110距离基座101的距离。第三牵引体117和第四牵引体118分别以不同的方向卷绕连接于第三牵引体固定块109和第四牵引体固定块110，其原理和结构与第一牵引体组和第一驱动轴103的连接方式相同。由此，通过第二驱动轴104的转动，第二牵引体组的两根牵引体能够实现以相反的方向相对于第二驱动轴104一来一回的运动，进而驱动手术器械的器械末端组件3的另一关节运动。需理解，本领域技术人员也可根据实际情况对牵引体固定块和牵引体的排布顺序和排布方式进行调整，如将第一牵引体固定块107和第二牵引体固定块108的上下位置交换等，本实施例对此不限。

此外，摆动轮119可转动地设置于基座101上，其转动轴线亦垂直于基座101且位于对称面上。优选，摆动轮119的转动轴线位于第一驱动轴103的转动轴线与第二驱动轴104的转动轴线形成的平面与对称面的交线上。摆动轮119在第三驱动轴105的驱动下转动，进而带动所述第一导向件和所述第二导向件围绕所述摆动轮119的转动轴线转动，使第一导向件驱动由所述第一驱动轴103与所述第三导向件之间所限定的所述第一牵引体组，使第二导向件驱动由所述第二驱动轴107与所述第四导向件之间所限定的第二牵引体组运动。当摆动轮119转动时，第一牵引体组中的每个牵引体整体长度不发生变化，而第一驱动轴103至第一导向件的距离和第一导向件至第三导向件的距离发生了变化，导致了每个牵引体被第一驱动轴103至第三导向件所限定的部分长度发生变化，每个牵引体从第三导向件至远端(即与器械末端组件3连接的一端)的长度相应的也发生变化，产生第一长度变化量。另一方面与第一牵引体组类似的，第二牵引体组中的两根牵引体从第二驱动轴至第四导向件的长度也发生变化，产生第二长度变化量。进一步，所述第一导向件和第二导向件被配置为使第一长度变化量与第二长度变化量相等且增减相反，即长度变化增减的趋势相反(例如，一个变长，一个变短)。在第一长度变化量与第二长度变化量相等，且长度变化相反(例如，一个变长，一个变短)时，所述第一牵引体组和第二牵引体组能够作为一组相配合的牵引体对，实现驱动外部的器械末端组件3相应的关节运动。由此，通过第三驱动轴105的转动，第一牵引体组和第二牵引体组能够实现一来一回的运动，进而驱动手术器械之器械末端组件3的第三个关节运动。需理解，本实施例对第一导向件、第二导向件的具体形式没有特别的限制，第一导向件和第二导向件可为导向轮组成的导向轮组，还可以为柱体或导向沟，优选为表面光滑的柱体或导向沟以降低摩擦力。第一牵引体组和第二牵引体组通过围绕在所述柱体或导向沟上滑动而改变延伸方向等。

通过上述配置，实现了仅通过四根牵引体驱动三个关节的运动。此外，仅通过摆动轮119和导向件的设置，即可实现同时对第一牵引体组和第二牵引体组进行驱动，传动结构简单，占用空间小，导向件数量较少，有利于提高传动效率。

优选的，初始状态时，第一导向件远离第二驱动轴104，靠近第一驱动轴103布置；第二导向件远离第一驱动轴103，靠近第二驱动轴104布置，即所述第一导向件与所述第一驱动轴103位于所述对称面的同侧，所述第二导向件与所述第二驱动轴104位于所述对称面的同侧。如此，可以实现丝传动结构1中的第一牵引体组与第一导向件之间、第二牵引体组与第二导向件之间的包角小，有利于提高传动效率。

进一步，本实施例公开一种确定所述第一导向件和第二导向件具体位置的示范性方法。

请参考图4和图13，摆动轮119的转动轴线在基座101所在的平面的投影设定为投影点O，第一驱动轴103的转动轴线在基座101所在的平面的投影设定为投影点A，第二驱动轴104的转动轴线在基座101所在的平面的投影设定为投影点B，第一导向件的轴线在基座101所在的平面的投影设定为投影点C，第二导向件的轴线在基座101所在的平面的投影设定为投影点D，第一通孔的轴线在基座101所在的平面的投影设定为投影点P。

首先，根据预设的投影点A、投影点B、投影点P，以A点和P点为焦点，以预设的第一牵引体组于第一驱动轴103与第三导向件之间所限定的部分(为便于叙述，以下称为AP部分)的长度绘制第一椭圆T1；以B点和P点为焦点，以预设的第二牵引体组于第二驱动轴104与第四导向件之间所限定的部分(为便于叙述，以下称为BP部分)的长度绘制第二椭圆T2，则可以理解，第一导向件的投影点C点和第二导向件的投影点D点分别位于第一椭圆T1和第二椭圆T2上。AP部分的长度、BP部分的长度决定所述第一椭圆T1和第二椭圆T2的大小。在本实施例中，AP部分的长度、BP部分的长度被配置为AP部分的长度与BP部分的长度相等，并使所述第一椭圆T1，和第二椭圆T2的面积尽可能小，以减小丝传动结构的体积；但是，以第一椭圆T1靠近投影点A的长轴顶点与投影点A之间的距离需要大于第一驱动轴103的半径以及第一导向件的尺寸之和，以第二椭圆T2靠近投影点B的长轴顶点与投影点B之间的距离需要大于第二驱动轴104的半径以及第二导向件的尺寸之和。第一导向件的尺寸，即为第一导向件的横截面的中心到边缘最大的距离，对于圆形横截面即为半径。相应地，第二导向件的尺寸，即为第二导向件的横截面的中心到边缘最大的距离，对于圆形横截面即为半径。如此，以保证第一驱动轴103和第一导向件不会相碰，第二驱动轴104和第二导向件不会相碰。进而根据第一牵引体组、第二牵引体组所控制的关节(例如下文中的器械末端组件3中的俯仰关节)预设的最大角度以及关节半径，换算成AP部分的长度变化量，以及BP的长度变化量。例如以AP部分伸长而BP部分缩短为例，仍以A点和P点为焦点，以伸长后的AP部分的长度绘制第三椭圆T3；仍以B点和P点为焦点，以缩短后的BP部分的长度绘制第四椭圆T4。可以理解，此时第一导向件的投影点C’点和第二导向件的投影点D’点分别位于第三椭圆T3和第四椭圆T4上。

进一步，在线段AB的垂直平分线上任意设置所述投影点O的位置，投影点O的位置只要在线段AB的垂直平分线方向上不远于第三驱动轴105的轴线在基座101所在的平面的投影形成的投影点即可。较佳的，可以将所述投影点O设定在线段AB连线上。以投影点O为圆心，限定一个辅助圆T6，该辅助圆T6被设置为分别和第一椭圆T1、第二椭圆T2相交。辅助圆T6与每个椭圆共有2个交点，请分别参考图13(A)和图13(B)，其中图13(A)为保留方案的示意，而图13(B)为舍弃方案的示意。具体的，经过投影点O作平行于线段AB的辅助线T5。考虑到丝传动结构紧凑，为避免第一牵引体组和第二牵引体组之间产生干涉的缘故，舍弃辅助圆T6与第一椭圆T1位于辅助线T5远端侧的交点，以及辅助圆T6与第二椭圆T2位于辅助线T5远端侧的交点(如图13(B)所示)，保留辅助圆T6与第一椭圆T1位于辅助线T5近端侧的交点作为C点，辅助圆T6与第二椭圆T2位于辅助线T5近端侧的交点作为D点(如图13(A)所示)。如此，投影点C和投影点D设置为丝传动结构处于初始状态时，第一导向件和第二导向件的位置，由于初始状态时AP部分与BP部分的长度相等，因此第一椭圆T1和第二椭圆T2关于线段AB的垂直平分线对称，于是C点和D点关于线段AB的垂直平分线对称布置。所述AP部分与BP部分的变化量相等，且变化趋势相反，即当摆动轮119朝向第一方向(如围绕转动轴线顺时针转动)转动时，AP部分的长度伸长，由于第一牵引体组的总长度不变，相对的，第一牵引体组位于器械末端组件3和第三导向件之间部分的长度缩短了。同时，BP部分的长度缩短了，相应的，第二牵引体组位于器械末端组件3和第四导向件之间部分的长度伸长了。而且AP部分的长度的变化量与BP部分的长度的变化量相等。而C’点和D’点则为第一导向件和第二导向件在该方向下可移至的极限位置。可以理解的，当AP部分缩短而BP部分伸长时，此时第一导向件在另一个转动方向下可移至的极限位置C”点的位置与D’点关于线段AB的垂直平分线对称，第二导向件在另一个转动方向下可移至的极限位置D”点的位置与C’点关于线段AB的垂直平分线对称。

需注意，在上述条件下，所述辅助圆T6的直径不能太大，投影点O分别到投影点A，投影点B的距离应该大于驱动轴的半径与导向件的尺寸之和为宜。另一方面，所述辅助圆T6的直径不能太小，否则会与第一椭圆T1、第二椭圆T2之间没有形成交点。

发明人惊讶的发现，在第一驱动轴103和第二驱动轴104驱动器械末端组件3中的两个关节工作时，第三驱动轴105再驱动第三个关节运动时，第三关节的运动较为困难。经过分析，发明人发现在第一驱动轴103、第二驱动轴104驱动器械末端组件3中的两个关节工作时，第一牵引体组、第二牵引体组中的一根牵引体处于绷紧状态。如果此时第三驱动轴105再驱动第三个关节运动时，需要使已经处于绷紧状态的牵引体再产生位移，这需要对牵引体施加较大的作用力。在外部驱动手术器械的电机选型不变的情况下，发明人创造性的通过第三驱动轴105与摆动轮119之间高传动比的传动连接(即第三驱动轴105与摆动轮119的传动比大于1)，可实现对器械末端组件3增力的效果，从而解决了第三个关节运动困难的问题。考虑到丝传动结构的空间紧凑性，优选所述第三驱动轴105与所述摆动轮119之间的传动比大于2，更优选为2～6，进一步优选为3～5。可选的，所述第三驱动轴105通过第一传动组件驱动所述摆动轮119转动。所述第一传动组件包括第一齿轮121，所述第一齿轮121与所述第三驱动轴105同轴固定连接。所述第一传动组件还包括与所述第一齿轮121相啮合的第二齿轮122，所述第二齿轮122与所述摆动轮119同轴固定连接。所述第三驱动轴105用以通过所述第一齿轮121与第二齿轮122的啮合连接驱动所述摆动轮119转动，并且根据传动比设定第一齿轮121与第二齿轮122的齿数比、分度圆直径比、齿距比等。在一个示范性的实施例中，摆动轮119包括靠近第三驱动轴105的主体部分和远离第三驱动轴105的两个分支部分，即为一“Y”形结构。第二齿轮122一体成型于摆动轮119靠近第三驱动轴105的主体部分，且第二齿轮122并非围绕摆动轮119的整个外周设置，而仅沿摆动轮119的部分外周设置，即第二齿轮122呈扇形。所述第一导向件和第二导向件分别位于该“Y”形结构的两个分支部分上。如此，有利于在提高传动比的同时缩小丝传动结构1的体积。在其它的示范例中，所述第三驱动轴105还可以通过其他传动连接方式与所述摆动轮119连接，例如可通过同步带传动、丝传动、链条传动或通过更多的齿轮组进行传动等。

进一步，所述丝传动结构1还包括第四驱动轴106，第四驱动轴106可转动地设置于所述基座101。较佳的，第四驱动轴106垂直于基座101。较佳的，第三驱动轴105与第四驱动轴106关于所述对称面对称布置。较佳的，第二传动轴104的轴线与第四驱动轴106的轴线形成的平面与所述对称面平行。器械杆2可转动的设置于基座101，器械杆2被配置为在所述第四驱动轴106的驱动下转动。具体而言，所述丝传动结构还包括第二传动组件。所述第四驱动轴106通过第二传动组件与所述器械杆2连接，以使所述器械杆2被所述第四驱动轴106驱动。例如，所述第二传动组件包括第三齿轮123，所述第三齿轮123与所述第四驱动轴106同轴固定连接。所述第二传动组件还包括与所述第三齿轮123相啮合的第四齿轮124，所述第四齿轮124与所述器械杆2同轴固定连接。所述第四驱动轴106用以通过所述第三齿轮123与第四齿轮124驱动所述器械杆2围绕自身的轴线转动。如此配置，第四驱动轴106围绕其转动轴线转动时，器械末端组件3能够绕器械杆2的轴线相对于基座101转动，以形成手术器械的转动自由度。需理解，在其它一些可替代的实施例中，所述第四驱动轴106还可以通过其他传动方式与所述器械杆2连接，例如可通过同步带传动、丝传动、链条传动或通过更多的齿轮组进行传动等。

请参考图3，其示出了本实施例提供的器械末端组件3，所述器械末端组件3具有三个自由度。所述器械末端组件包括第一关节，第二关节和第三关节，所述第三关节位于第一关节和第二关节的近端。所述第一牵引体组的远端与第一关节连接；所述第二牵引体组的远端与第二关节连接。具体而言，器械末端组件3包括一器械末端基座304和末端执行器。所述器械末端基座304与末端执行器通过第二转轴306转动连接，形成一俯仰自由度。所述末端执行器具有两个开合自由度。更具体的，所述末端执行器包括两个可分别围绕第一转轴转动的开合臂，分别为第一开合臂301与第二开合臂302。进一步，所述丝传动结构1的第一牵引体组和第二牵引体组分别与所述第一开合臂301与第二开合臂302连接，用以驱动所述第一开合臂301与第二开合臂302围绕第一转轴305转动，所述第一牵引体组和第二牵引体组还用以共同驱动所述器械末端组件3相对于所述器械末端基座304围绕第二转轴306的做俯仰运动。优选，所述第一转轴305的旋转轴线与所述第二转轴306相垂直。在该实施例中，所述第一关节，第二关节分别由所述第一开合臂301、第二开合臂302与第一转轴形成，而第三关节则由器械末端基座304、末端执行器和第二转轴306形成。

更具体的，器械末端组件3的器械末端基座304的近端与所述器械杆固定连接，且近端端部开设有四个通道，分别用以供丝传动结构1的四根牵引体穿设。优选，所述第一牵引体组和第二牵引体组经过所述第三导向件和第四导向件导向后，延伸方向与第一通孔的轴线大致平行，例如每个牵引体与第一通孔的轴线(即手术器械的轴线)之间的夹角的范围在0°～10°之间。更优选，这部分的第一牵引体组和第二牵引体组被配置位于第一通孔的轴线附近，然后与所述器械末端组件3连接，以免第一牵引体组和第二牵引体组互相发生干扰，提高传递效率。器械末端基座304的远端形成有一支撑臂，用于与所述末端执行器可转动连接。进一步，所述末端执行器还包括一俯仰座303，所述俯仰座303套设于所述支撑臂，且俯仰座303相对于所述器械末端基座304可转动，俯仰座303的转动轴线即为第二转轴306。第一开合臂301和第二开合臂302均装设于俯仰座303的远端，且第一开合臂301和第二开合臂302均可围绕第一转轴305转动。进一步，第一牵引体组的两根牵引体(第一牵引体115和第二牵引体116)在穿过器械末端基座304后，位于第二转轴306的转动轴线的同一侧(为便于叙述，称为第一侧)，并分别由沿第二转轴306轴向依次设置两个末端导向轮引导变向进入第二转轴306的转动轴线的另一侧(称为第二侧)，而后第一牵引体组的两根牵引体(第一牵引体115和第二牵引体116)以第一转轴305的周向不同侧的方式通过，并以不同的方向与第一开合臂301连接；而第二牵引体组的两根牵引体(第三牵引体117和第四牵引体118)在穿过器械末端基座304后，位于第二转轴306的第二侧，并分别由沿第二转轴306轴向依次设置另外两个末端导向轮引导变向至第二转轴306的第一侧，而后第二牵引体组的两根牵引体以第一转轴305的周向不同侧的方式通过，并以不同的方向与第二开合臂302连接。优选，在第一轴线与第二轴线之间,俯仰座303还设有第三轴线307，所述第三轴线307与第二轴线平行。俯仰座303还包括四个防滑导向轮，所述防滑导向轮的转动轴线即为第三轴线307，所述防滑导向轮用于防止牵引体从开合臂中滑脱。如此，当第一牵引体组中的两根牵引体以相反的方向运动时，第一牵引体组驱动第一开合臂301转动；第二牵引体组中的两根牵引体以相反的方向运动时，第二牵引体组驱动第二开合臂302转动；当第一牵引体组和第二牵引体组整体运动(即其一伸长，另一缩短)时，第一牵引体组和第二牵引体组能够驱动俯仰座303围绕第二转轴306转动。

以下结合附图4至附图12，对手术器械实现俯仰运动进行详细描述。

请参考图4、图7以及图10，其为本实施例提供的手术器械处于摆动零位时的状态，丝传动结构1为初始状态。此时，丝传动结构1的摆动轮119处于一初始位置。在此状态下，第一导向件和第二导向件关于所述对称面对称，第一牵引体组在所述第三导向件与器械末端组件3之间的长度与第二牵引体组在所述第四导向件与器械末端组件3之间的长度相等；第二牵引体116的长度与第四牵引体118的长度相等，第一牵引体115的长度与第三牵引体117的长度相等。如此配置，器械末端组件3的俯仰座303相对于器械末端基座304无俯仰偏转，其处于默认位置。此时，第一开合臂301和第二开合臂302所在的平面经过器械杆2的轴线。此外，所述第一开合臂301和第二开合臂302关于末端执行器的对称面(例如垂直第二轴线306且经过第一轴线305的平面)对称。

请参考图5、图8以及图11，其为本实施例提供的手术器械处于向第一方向摆动时的状态，此时，丝传动结构1的摆动轮119向第一方向(如沿图5中围绕转动轴线O逆时针转动)转动θ角度，在此状态下，第一牵引体组在所述第三导向件与第一驱动轴103之间的长度小于第二牵引体组在所述第四导向件与第二驱动轴104之间的长度，相应的，第一牵引体组在所述第三导向件与第一开合臂301之间的长度大于第二牵引体组在所述第四导向件与第二开合臂302之间的长度。因此，器械末端组件3的俯仰座303围绕第二转轴306产生向第三方向(如沿图8中围绕第二转轴306顺时针方向)的转动，进而俯仰座303相对于器械末端基座304向外侧偏转。

请参考图6、图9以及图12，其为本实施例提供的手术器械处于向第二方向摆动时的状态，此时，丝传动结构1的摆动轮119向第二方向(如沿图6中围绕转动轴线O顺时针转动)转动θ角度，在此状态下，第一牵引体组在所述第三导向件与第一驱动轴103之间的长度大于第二牵引体组在所述第四导向件与第二驱动轴104之间的长度，相应的，第一牵引体组在所述第三导向件与第一开合臂301之间的长度小于第二牵引体组在所述第四导向件与第二开合臂302之间的长度。因此，器械末端组件3的俯仰座303围绕第二转轴306产生向第四方向(如沿图9中围绕第二转轴306逆时针方向)的转动，进而俯仰座303相对于器械末端基座304向内侧偏转。

需要说明的是，上述描述中的第一方向和第二方向仅代表相反的两个转动方向，并不限于第一方向为顺时针方向，第二方向为逆时针方向；同样的，第三方向和第四方向亦仅代表相反的两个转动方向，并不限于第三方向为顺时针方向，第四方向为逆时针方向；而外侧与内侧仅代表相反的两个偏转方向，并非限定实际的内外关系，当俯仰座303产生内侧或外侧的偏转时，即为产生俯仰，其即实现了俯仰自由度。此外，上述的器械末端组件3的构型介绍只是为了便于解释丝传动结构，并不构成对本发明的限制。本领域技术人员可以根据手术器械的使用需求调整自由度的排布以及具体的构型。

进一步的，请参考图10至图12，所述器械杆2的一端可转动地连接于所述基座101，所述器械末端组件3连接于所述器械杆2的另一端。即所述手术器械还包括一个转动自由度，所述器械末端组件3被配置为通过所述器械杆2相对于所述基座101的转动，形成所述转动自由度。具体的，当第四驱动轴106围绕其转动轴线转动时，通过第三齿轮123与第四齿轮124的传动，可驱动器械杆2围绕自身的轴线转动，进而带动与器械杆2固定连接的器械末端组件3围绕器械杆2的轴线转动，即形成所述转动自由度。

基于上述手术器械，本发明还提供一种手术机器人，其包括至少一个机械臂，所述机械臂的末端与如上所述的手术器械可拆卸地连接。由于所述手术机器人包括如上所述的手术器械，故而也具备上述手术器械所带来的有益效果。本领域技术人员可根据现有技术对手术机器人的其它组件进行配置，本发明对此不再详述。

综上所述，在本发明提供的丝传动结构、手术器械及手术机器人中，丝传动结构包括基座、第一驱动轴、第二驱动轴、第三驱动轴、第一牵引体组、第二牵引体组、摆动轮、第三导向件以及第四导向件；所述第一驱动轴、第二驱动轴及第三驱动轴分别可转动地设置于所述基座，且第一驱动轴与第二驱动轴关于基座的对称面对称布置；每个牵引体组中包括两根连接在一个驱动轴上的牵引体，通过驱动轴的转动，可驱动与其对应的两根牵引体沿相反的方向运动，从而分别用于驱动器械末端组件的一个关节运动；所述摆动轮在所述第三驱动轴转动的驱动下在基座上转动，旋转轴线位于所述对称面上，且第三驱动轴与所述摆动轮的传动比大于1，所述摆动轮上设置有第一导向件和第二导向件，所述第一导向件和所述第二导向件被配置为围绕所述摆动轮的转动轴线转动，使所述第一牵引体组于所述第一驱动轴与所述第三导向件之间所限定的部分，和所述第二牵引体组于所述第二驱动轴与所述第四导向件之间所限定的部分的长度变化量相等且增减相反。由此，第一牵引体组和第二牵引体组分别作为一个整体，通过摆动轮上两个导向件的作用，可驱动器械末端组件的第三个关节运动。如此配置，丝传动结构适于驱动具有多个自由度的器械末端组件的手术器械，特别适于具有三个及以上自由度的器械末端组件的手术器械，更特别适于具有三个及以上自由度的器械末端组件，且器械末端组件需要较大作用力矩作用的手术器械。而且，仅通过摆动轮和导向件的设置，即可实现同时对第一牵引体组和第二牵引体组进行驱动，传动结构简单，占用空间小；导向件数量较少，有利于提高传动效率；所述第三驱动轴与所述摆动轮的传动比大于1，在外部驱动手术器械的电机选型不变的情况下，通过第三驱动轴与摆动轮高传动比的传动连接，可实现器械末端组件的增力效果，解决了第三个关节运动困难的问题。此外，通过驱动轴、摆动轮和导向件的结构和相对位置关系设置，可以实现丝传动结构的牵引体与第一导向件、第二导向件的包角小，有利于提高传动效率；第一驱动轴与第二驱动轴之间、第三导向件与第四导向件之间良好的对称结构，以及摆动轮的旋转轴线位于对称面上等设置，有利于改善三根驱动轴及结构件的受力状况，提高相关结构件寿命，提高丝传动过程的准确性。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (24)

1.一种丝传动结构，其特征在于，包括：

基座，所述基座具有一对称面；

第一驱动轴，可转动地设置于所述基座；

第二驱动轴，可转动地设置于所述基座，且与所述第一驱动轴关于所述对称面对称布置；

第三驱动轴，可转动地设置于所述基座；

第一牵引体组，包括第一牵引体和第二牵引体，所述第一牵引体的一端与所述第二牵引体的一端均连接所述第一驱动轴，所述第一牵引体的另一端与所述第二牵引体的另一端均用以驱动外部的器械末端组件；所述第一牵引体和第二牵引体被配置为，在所述第一驱动轴转动的驱动下，所述第一牵引体和第二牵引体以相反的方向运动，且所述第一牵引体和第二牵引体的长度变化量相等；

第二牵引体组，包括第三牵引体和第四牵引体，所述第三牵引体的一端与所述第四牵引体的一端均连接所述第二驱动轴，所述第三牵引体的另一端与所述第四牵引体的另一端均用以驱动所述器械末端组件；所述第三牵引体和第四牵引体被配置为，在所述第二驱动轴转动的驱动下，所述第三牵引体和第四牵引体以相反的方向运动，且所述第三牵引体和第四牵引体的长度变化量相等；

摆动轮，可转动地设置于所述基座，且所述摆动轮的转动轴线位于所述对称面上，所述摆动轮上设置有第一导向件和第二导向件，所述第一导向件用以改变所述第一牵引体组的延伸方向，所述第二导向件用以改变所述第二牵引体组的延伸方向；所述摆动轮在所述第三驱动轴的驱动下转动，且所述第三驱动轴与所述摆动轮的传动比大于1；

第三导向件，所述第三导向件和所述第一驱动轴位于所述对称面的同侧，且所述第三导向件相对于所述第一驱动轴位于所述基座的远端，所述第三导向件用于在所述第一导向件之后进一步改变所述第一牵引体组的延伸方向；以及

第四导向件，所述第四导向件和所述第二驱动轴位于所述对称面的同侧，且所述第四导向件相对于所述第二驱动轴位于所述基座的远端，所述第四导向件用于在所述第二导向件之后进一步改变所述第二牵引体组的延伸方向；

所述第一导向件和第二导向件被配置为，所述第一导向件和所述第二导向件围绕所述摆动轮的转动轴线转动，使所述第一牵引体组于所述第一驱动轴与所述第三导向件之间所限定的部分，和所述第二牵引体组于所述第二驱动轴与所述第四导向件之间所限定的部分的长度变化量相等且增减相反。

2.根据权利要求1所述的丝传动结构，其特征在于，

所述第一导向件包括：

第一导向轮，用以改变所述第一牵引体的延伸方向；以及

第二导向轮，用以改变所述第二牵引体的延伸方向；

所述第二导向件包括：

第三导向轮，用以改变所述第三牵引体的延伸方向；以及

第四导向轮，用以改变所述第四牵引体的延伸方向；

其中，所述第一导向轮和所述第二导向轮同轴布置，所述第三导向轮和所述第四导向轮同轴布置。

3.根据权利要求1所述的丝传动结构，其特征在于，所述第三导向件与所述第四导向件关于所述对称面对称布置。

4.根据权利要求1或3所述的丝传动结构，其特征在于，

所述第三导向件包括：

第五导向轮，用以进一步改变所述第一牵引体的延伸方向；以及

第六导向轮，用以进一步改变所述第二牵引体的延伸方向；

所述第四导向件包括：

第七导向轮，用以进一步改变所述第三牵引体的延伸方向；以及

第八导向轮，用以进一步改变所述第四牵引体的延伸方向；

其中，所述第五导向轮和所述第六导向轮同轴布置，所述第七导向轮和所述第八导向轮同轴布置。

5.根据权利要求1所述的丝传动结构，其特征在于，

所述第三导向件被配置为使所述第一导向件和所述第三导向件之间的所述第一牵引体组的两根牵引体与所述基座之间的夹角的范围分别在0°~10°之间；以及

所述第四导向件被配置为使所述第二导向件和所述第四导向件之间的所述第二牵引体组的两根牵引体与所述基座之间的夹角的范围分别在0°~10°之间。

6.根据权利要求1所述的丝传动结构，其特征在于，所述第一导向件的轴线、所述第二导向件的轴线、所述第一驱动轴的转动轴线、所述第二驱动轴的转动轴线、所述第三驱动轴的转动轴线、以及所述摆动轮的转动轴线互相平行，且均垂直于所述基座；所述第三导向件的轴线以及所述第四导向件轴线均与所述基座平行。

7.根据权利要求1所述的丝传动结构，其特征在于，在所述丝传动结构处于初始状态时，所述第一牵引体组与第二牵引体组用以驱动外部的器械末端组件的一端位于所述第一驱动轴与所述第二驱动轴之转动轴线连线的远端侧，所述第一导向件和所述第二导向件均位于所述第一驱动轴与所述第二驱动轴之转动轴线连线的近端侧。

8.根据权利要求1所述的丝传动结构，其特征在于，所述摆动轮的转动轴线与所述第一导向件的距离小于所述摆动轮的转动轴线与所述第一驱动轴的转动轴线的距离；所述摆动轮的转动轴线与所述第二导向件的距离小于所述摆动轮的转动轴线与所述第二驱动轴的转动轴线的距离。

9.根据权利要求1所述的丝传动结构，其特征在于，所述丝传动结构还包括第一传动组件，所述第一传动组件包括第一齿轮和与所述第一齿轮相啮合的第二齿轮，所述第一齿轮与所述第三驱动轴固定连接，所述第二齿轮与所述摆动轮固定连接；所述第三驱动轴用以通过所述第一齿轮与所述第二齿轮驱动所述摆动轮转动，所述第一齿轮与第二齿轮的分度圆直径比的范围在1：2~1：6之间。

10.根据权利要求9所述的丝传动结构，其特征在于，所述摆动轮包括靠近所述第三驱动轴的主体部分和远离所述第三驱动轴的两个分支部分，所述第二齿轮呈扇形设置于所述主体部分，所述一导向件和所述第二导向件分别位于所述两个分支部分上。

11.根据权利要求1所述的丝传动结构，其特征在于，所述基座具有第一通孔，所述第一牵引体组被配置为，自所述第一驱动轴延伸经过所述第一导向件后，经由所述第三导向件改变延伸方向，穿过所述第一通孔延伸至远端；所述第二牵引体组被配置为，自所述第二驱动轴延伸经过所述第二导向件后，经由所述第四导向件改变延伸方向，穿过所述第一通孔延伸至远端。

12.根据权利要求1所述的丝传动结构，其特征在于，所述第一牵引体与所述第一驱动轴的连接点与所述基座之间的距离不同于所述第二牵引体与所述第一驱动轴的连接点与所述基座之间的距离；所述第三牵引体与所述第二驱动轴的连接点与所述基座之间的距离不同于所述第四牵引体与所述第二驱动轴的连接点与所述基座之间的距离。

13.根据权利要求1所述的丝传动结构，其特征在于，在所述丝传动结构处于初始状态时，所述第一导向件和所述第二导向件关于所述对称面对称布置。

14.根据权利要求13所述的丝传动结构，其特征在于，

所述基座具有第一通孔，所述第一牵引体组穿过所述第一通孔延伸至远端；所述第二牵引体组穿过所述第一通孔延伸至远端；

所述摆动轮的转动轴线在所述基座所在的平面的投影设定为投影点O，所述第一驱动轴的转动轴线在所述基座所在的平面的投影设定为投影点A，所述第二驱动轴的转动轴线在所述基座所在的平面的投影设定为投影点B，所述第一导向件的轴线在所述基座所在的平面的投影设定为投影点C，所述第二导向件的轴线在所述基座所在的平面的投影设定为投影点D，所述第一通孔的轴线在所述基座所在的平面的投影设定为投影点P；

所述投影点C在以所述投影点A和所述投影点P为焦点所限定的第一椭圆T1上，所述投影点D在以所述投影点B和所述投影点P为焦点所限定的第二椭圆T2上，且所述第一椭圆T1和第二椭圆T2关于所述对称面对称。

15.根据权利要求14所述的丝传动结构，其特征在于，

所述第一椭圆T1被配置为，所述第一椭圆T1靠近投影点A的长轴顶点与所述投影点A之间的距离大于所述第一驱动轴的半径以及所述第一导向件的尺寸之和；以及

所述第二椭圆T2被配置为，所述第二椭圆T2靠近投影点B的长轴顶点与所述投影点B之间的距离大于所述第二驱动轴的半径以及所述第二导向件的尺寸之和。

16.根据权利要求14所述的丝传动结构，其特征在于，

所述投影点O设置在所述投影点A和所述投影点B之连线的中垂线上，且所述投影点O的位置在沿所述中垂线的方向上不远于所述第三驱动轴的轴线在所述基座所在的平面的投影形成的投影点；

以所述投影点O为圆心，限定辅助圆T6，所述辅助圆T6分别和所述第一椭圆T1与所述第二椭圆T2相交，其交点设置为所述投影点C和所述投影点D于所述丝传动结构处于初始状态时的位置；且所述辅助圆T6被配置为使所述投影点O分别到所述投影点A和所述投影点B的距离大于对应的驱动轴的半径与对应的导向件的尺寸之和。

17.根据权利要求1所述的丝传动结构，其特征在于，所述丝传动结构还包括：

第四驱动轴，可转动地设置于所述基座，用于驱动外部的器械杆自转。

18.根据权利要求17所述的丝传动结构，其特征在于，所述丝传动结构还包括第二传动组件，所述第二传动组件包括第三齿轮和与所述第三齿轮相啮合的第四齿轮，所述第三齿轮与所述第四驱动轴固定连接，所述第四齿轮与所述器械杆固定连接，所述第四驱动轴用以通过所述第三齿轮与第四齿轮驱动所述器械杆转动。

19.一种手术器械，其特征在于，包括根据权利要求1~18中任一项所述的丝传动结构以及一器械末端组件；所述丝传动结构用于驱动所述器械末端组件运动。

20.根据权利要求19所述的手术器械，其特征在于，所述器械末端组件包括第一关节，第二关节和第三关节，所述第三关节位于第一关节和第二关节的近端；

所述第一牵引体组的远端与所述第一关节连接；

所述第二牵引体组的远端与所述第二关节连接。

21.根据权利要求20所述的手术器械，其特征在于，

所述第三导向件被配置为使所述第三导向件和所述第一关节之间的所述第一牵引体组的两根牵引体与所述手术器械的轴线之间的夹角的范围分别在0°~10°之间；

所述第四导向件被配置为使所述第四导向件和所述第二关节之间的所述第二牵引体组的两根牵引体与所述手术器械的轴线之间的夹角的范围分别在0°~10°之间。

22.根据权利要求19所述的手术器械，其特征在于，所述器械末端组件包括一器械末端基座和末端执行器，所述末端执行器与所述器械末端基座通过第二转轴转动连接；所述末端执行器包括两个可分别围绕第一转轴转动的开合臂，所述两个开合臂分别与所述第一牵引体组和第二牵引体组连接，所述两个开合臂被配置为，在所述第一牵引体组和第二牵引体组的驱动下分别围绕第一转轴转动；所述两个开合臂还被配置为，在所述第一牵引体组和第二牵引体组的共同驱动下围绕第二转轴转动。

23.根据权利要求22所述的手术器械，其特征在于，所述手术器械还包括器械杆，所述器械杆用以供所述第一牵引体组和第二牵引体组穿设；所述器械杆的近端可转动地连接于所述基座，所述器械末端组件连接于所述器械杆的远端；所述丝传动结构还包括第四驱动轴，所述第四驱动轴可转动地设置于所述基座，用于驱动所述器械杆转动。

24.一种手术机器人，包括根据权利要求19~23中任一项所述的手术器械，还包括至少一个机械臂，所述机械臂的末端与所述的手术器械可拆卸地连接。

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