CN113040916A - 一种万向手术装置及医疗器械 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种万向手术装置及医疗器械，包括第一转臂和第二转臂，第二转臂一端与第一转臂转动连接，另一端与第三转臂转动连接，第一转臂和第二转臂的转盘配合面为垂于第一转臂、第二转臂轴线的圆环面，第二转臂和第三转臂的转动配合面为圆环面且与第二转臂、第三转臂轴线呈设定夹角，第二转臂与第一驱动管固定连接，第三转臂与第二驱动管固定连接，第三转臂末端转动连接有能够张开和闭合的第一夹钳和第二夹钳，采用本发明的万向手术装置，装置刚性好，自由度高。

Description

一种万向手术装置及医疗器械

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种万向手术装置及医疗器械。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

现有的多自由度手术机器人在器械终端的万向实现方式上多是以并行双向钢丝牵拉来控制一个自由度的活动，这样一个自由度的控制需要同步控制两根钢丝来实现，发明人发现，用钢丝牵拉的方案，钢丝会有弹性伸缩，不利于精准控制，而且若同一自由度的两根牵拉钢丝用两只电机同步控制，对控制的实时性和控制电机的性能有比较高的要求。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种万向手术装置，提高了系统的刚性，有更好的空间可达性。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

第一方面，本发明提供了一种万向手术装置，包括第一转臂和第二转臂，第二转臂一端与第一转臂转动连接，另一端与第三转臂转动连接，第一转臂和第二转臂的转动配合面为垂于第一转臂、第二转臂轴线的圆环面，第二转臂和第三转臂的转动配合面为圆环面且与第二转臂、第三转臂轴线呈设定夹角，第二转臂与第一驱动管固定连接，第三转臂与第二驱动管固定连接，第三转臂末端转动连接有能够张开和闭合的第一夹钳和第二夹钳。

进一步的，所述第三转臂用于与第二转臂转动配合的端面设有第一凸起，所述第二转臂的端面设有第一转动槽，所述第一凸起嵌入第一转动槽中；

进一步的，所述第一凸起设置有第一限位台，所述第二转臂端部设有多个第一限位销，所述第一限位销能够与第一限位台的内侧面接触，防止第三转臂和第二转臂的脱离。

进一步的，所述第二转臂用于与第三转臂转动配合的端面设有第二凸起，所述第一转臂的端面设有第二转动槽，所述第二凸起嵌入第二转动槽中；

进一步的，所述第二凸起上设有第二限位台，所述第一转臂设有多个第二限位销，所述第二限位销能够与第二限位台的内侧面接触，防止第一转臂和第二转臂脱离。

进一步的，所述第一驱动管和第二驱动管同轴设置，第一驱动管端部与第二转臂固定连接，第一驱动管穿过第二驱动管后与第三转臂固定连接。

进一步的，所述第一驱动管和第二驱动管均采用能够弯曲且传递扭矩的管状结构。

进一步的，所述第一夹钳和第二夹钳在交叉部位通过销轴与第三转臂转动连接，第一夹钳和第二夹钳伸入第三转臂的部分与夹持驱动机构连接。

进一步的，所述夹持驱动机构包括拉杆、拉头及线缆，所述第一夹钳和第二夹钳伸入第三转臂的部分均设有弧形槽，拉杆通过弧形槽穿过第一夹钳和第二夹钳，拉杆与驱动头固定连接，驱动头与线缆固定连接，其中弧形槽被配置为：拉杆沿第三转臂轴线方向的运动能够通过弧形槽带动第一夹钳和第二夹钳绕销轴的转动。

进一步的，所述第三转臂包括连接部和转动部，所述连接部和转动部转动连接，转动部能够绕连接部轴向转动，转动部与能够张开和闭合的第一夹钳和第二夹钳连接，所述连接部与第二转臂转动连接。

进一步的，所述第三转臂由依次设置的多个转臂部构成，相邻转臂部转动连接，且相邻转臂部的转动配合面为与转臂部轴线呈设定夹角的圆环面，每个转臂部均固定连接有一根第二驱动管；

进一步的，位于末端的转臂部包括连接部和转动部，所述连接部和转动部转动连接，转动部能够绕连接部轴向转动，转动部与能够张开和闭合的第一夹钳和第二夹钳连接，所述连接部与相邻的转臂部转动连接。

第二方面，本发明提供了一种医疗器械，设置有第一方面所述的万向手术装置。

本发明的有益效果：

1.本发明的手术装置，利用第一转臂与第二转臂、第二转臂和第三转臂之间形成的转动副替代了传统手术机器人的钢丝牵拉方式，增加了整个手术机器人的刚性，使得手术操作过程中手术机器人更加稳定。

2.本发明的手术装置，第三转臂末端在一个锥球面内任意角度的转动，具有较好的连续可达性，提高了手术机器人的自由度。

3.本发明的手术装置，多个转臂可沿轴向顺次排布而不必同钢丝牵拉方案一样集中排布，有利于控制手术装置尺寸减小，在多机械臂同时操作时空间干涉更少，且多个转臂外径从首端到末端顺次减小，中间无凸起，有利于器械经通道顺畅穿插至腹腔内。

4.本发明的手术装置，第一驱动管和第二驱动管分步工作，无需同时动作，降低了对控制实时性和控制元件性能的要求。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明实施例1整体结构示意图；

图2为本发明实施例1内部结构示意图；

图3为本发明实施例1整体结构爆炸示意图；

图4为本发明实施例1整体结构主视图；

图5为本发明图4中的A向截面示意图；

图6为本发明实施例1的第三转臂及第一夹钳、第二夹钳动作流程图；

图7为本发明实施例1第三转臂末端可到达的锥球面示意图；

其中，1.第一转臂，2.第二转臂，3.第三转臂，3-1.连接部，3-2.转动部，4.第一凸起，5.第一限位台，6.第一限位销，7.第二凸起，8.第二限位台，9.第二限位销，10.第一驱动管，11.固定套，12.固定板，13.第二驱动管，14.第一夹钳，14-1.第一夹持部，14-2.第一转动部，15.第二夹钳，15-1.第二夹持部，15-2.第二转动部，16.销轴，17.驱动头，18.拉杆，19.线缆，20.弧形槽。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅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设备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。

正如背景技术所介绍的，现有的手术机器人采用钢丝驱动，不利于精准控制，针对上述问题，本申请提出了一种万向手术装置。

本申请的一种典型实施方式实施例1中，如图1-图7所示，一种万向手术装置，包括依次设置的第一转臂1、第二转臂2及第三转臂3，所述第一转臂、第二转臂及第三转臂均为空心管状结构。

所述第一转臂端部与第二转臂的一端转动连接，第二转臂的另一端与第三转臂的一端转动连接，且第一转臂与第二转臂之间的转动配合面为垂直与第一转臂、第二转臂轴线的圆环面，即第一转臂和第二转臂同轴设置，所述第二转臂与第三转臂之间的转动配合面也为圆环面，且圆环面与第三转臂及第二转臂的轴线呈设定的夹角，使得第二转臂与第三转臂产生相对转动时，第二转臂和第三转臂轴线的夹角能够发生改变，且第一转臂、第二转臂和第三转臂构成的结构外径依次递减，中间无凸起，有利于器械经通道顺畅穿插至腹腔内。

优选的，所述夹角的度数为30°左右，当第三转臂相对于与第二转臂的转动配合面发生转动时，第三转臂及第二转臂的轴线夹角会从180°到120°范围之间变化。

本领域技术人员可根据实际需要确定夹角的度数，通过改变夹角的度数，能够调节第三转臂和第二转臂轴线夹角的变化范围。

优选的，所述第三转臂用于与第二转臂转动配合的端面设置有圆环状的第一凸起4，所述第二转臂用于与第三转臂转动配合的端面设置有与所述第一凸起相匹配的第一转动槽，所述第一凸起嵌入所述第一转动槽中，能够与第一转动槽发生相对运动。

所述第一凸起的外周面上设置有环状的第一限位台5，所述第一限位台的外周面与第一转动槽的槽面接触，所述第二转臂的端部插入有多个第一限位销6，所述第一限位销插入至第一限位台与第三转臂端面之间的空间，能够与第一限位台的内侧面接触，限制第三转臂和第二转臂在第二转臂、第三转臂轴线方向的运动，避免了第二转臂和第三转臂脱离。

优选的，所述第一限位销设置三个，三个第一限位销沿圆周均匀分布，可以理解的是，本领域技术人员可根据实际需要设置第一限位销的数量。

在其他一些实施方式中，所述第二转臂端部通过推力轴承与第三转臂连接，本领域技术人员可以根据需要选择第二转臂和第三转臂的转动连接方式，只要能够满足需求即可。

所述第二转臂用于与第一转臂转动配合的端面设置有环状的第二凸起7，所述第一转臂用于与第二转臂配合的端面开设有与所述第二凸起相配合的第二转动槽，所述第二凸起嵌入所述第二转动槽中，并且能够与第二转动槽的槽面发生相对运动。

所述第二凸起的外周面上设置有环状的第二限位台8，第二限位台的外周面与第二转动槽的槽面接触，所述第一转臂的端部插入有多个第二限位销9，所述第二限位销插入第二限位台与第二转臂端面之间的空间，第二限位销能够与第二限位台的内侧面接触，能够限制第二转臂和第一转臂相对于第二转臂、第一转臂轴线方向的运动，以避免第二转臂和第一转臂发生分离。

优选的，所述第二限位销设置三个，三个第二限位销沿圆周均匀分布，可以理解的是，本领域技术人员可根据实际情况设置第二限位销的数量。

本实施例中，所述第一转臂中伸入有第一驱动管10，所述第一驱动管延伸至第一转臂和第二转臂的连接位置处，且通过连接结构与第二转臂的端部刚性固定连接，优选的，所述连接结构包括与第二驱动管固定且套在第二驱动管外周的固定套，所述固定套11通过多个沿圆周均匀分布的固定板12与第二转臂的内侧面固定连接。

所述第一驱动管中穿过有第二驱动管13，所述第二驱动管延伸至第二转臂和第三转臂的连接位置处且通过连接结构与第三转臂的端部刚性固定连接。

优选的，所述连接结构包括套在第二驱动管外周且与第二驱动管固定连接的固定套，所述固定套通过多个沿圆周均匀分布的固定板与第三转臂的内侧面固定连接。

本实施例中，所述第一驱动管和第二驱动管均为管状结构且采用能够弯折且能够传递轴向力和扭矩的材料制成，优选的，所述第一驱动管和第二驱动管采用现有的钢丝缠绕管，能够随动弯曲且能够传递较大的双向扭矩。

所述第三转臂的一端与第二转臂转动连接，另一端设置有能够张开和闭合的第一夹钳14和第二夹钳15。

在其他一些实施例中，所述第三转臂由多个依次设置的转臂部构成，相邻转臂部转动连接，且相邻转臂部的转动配合面为与转臂部轴向呈设定夹角的圆环面，其转动配合方式可采用上述的凸起、转动槽、限位销的配合方式，也可采用推力轴承转动连接，每个转臂部均与一根第二驱动管的端部固定连接，由第二驱动管驱动其产生相对转动，通过将第三转臂设置为多个转臂部，能够增加整个手术装置前端的活动自由度。

所述第一夹钳包括一体式设置的第一夹持部14-1和第一转动部14-2，所述第二夹钳包括一体式设置的第二夹持部15-1和第二转动部15-2。

第一转动部和第二转动部伸入第三转臂内部且交叉设置，第一转动部和第二转动部在交叉位置处通过销轴16与第三转臂端部转动连接，第一夹钳和第二夹钳绕销轴转动，能够实现第一夹钳和第二夹钳的张开和闭合。

为了不妨碍第一转动部和第二转动部的转动，所述第三转臂设有开槽，留出第一转动部和第二转动部产生转动的空间。

所述第一转动部和第二转动部与夹持驱动机构连接，夹持驱动机构能够驱动第一转动部和第二转动部绕销轴转动。

优选的，所述夹持驱动机构包括驱动头17，所述驱动头采用U型结构，所述第三转臂内部设置有导向部，所述驱动头与导向部贴合，导向部用于对驱动头的运动进行导向，使得驱动头能够沿第三转臂的轴线方向运动。

所述驱动头固定有拉杆18，所述第一转动部和第二转动部上均开设有用于拉杆穿过的弧形槽20，设定第一夹钳和第二夹钳张开时形成一个尖角，所述第一转动部弧形槽远离第一夹持部的一端位于尖角的角平分线上，另一端位于角平分线的一侧，且位于靠近第二夹持部的一侧，第二转动部弧形槽远离第二夹持部的一端位于尖角的平分线上，另一端位于角平分线的另一侧，位于靠近第一夹持部的一侧，弧形槽采用此种配置，使得驱动头沿第三转臂做沿第三转臂轴线方向运动时，能够在弧形槽的作用下，实现第一夹钳和第二夹钳的张开和闭合。

具体的，当驱动头朝向第三转臂末端方向运动时，第一夹钳和第二夹钳张开，当驱动头朝下相反方向运动时，第一夹钳和第二夹钳闭合。

所述驱动头与线缆19的一端固定连接，线缆的另一端穿过第三转臂、第二驱动管后伸出至第二驱动管外部。

本实施例中，所述线缆采用能够弯曲且能够传递轴向力的材料制成，优选的，所述线缆采用钢丝材质制成。

优选的，所述第一夹钳和第二夹钳用于夹持的端面均设置有锯齿形结构，增强了第一夹钳和第二夹钳的咬断能力。

本实施例中，位于第三转臂末端的手术器械为钳头，可以理解的是，第三转臂末端可根据实际需要安装其他类型的手术器械例如抓取钳、剥离钳、直剪、能量器械、吸引冲洗装置等，本领域技术人员可根据实际需要进行选择。

本实施例的万向手术装置使用时，转动第二驱动管，能够带动第三转臂和第二转臂产生相对转动，进而调节第三转臂、第二转臂轴线之间的夹角，同时转动第一驱动管，能够使得第二转臂和第一转臂产生相对转动，进而调节第三转臂的朝向，通过第一驱动管和第二驱动管的配合，能够使得第三转臂末端在一个锥球面内任意角度的转动，具有较好的连续可达性，提高了手术机器人的自由度。

采用本实施例的手术装置，利用第一转臂与第二转臂、第二转臂和第三转臂之间形成的转动副替代了传统手术机器人的钢丝牵拉方式，增加了整个手术机器人的刚性，使得手术操作过程中手术机器人更加稳定。

在其他一些实施方式中，所述第三转臂由连接部3-1和转动部3-2构成，所述连接部和转动部转动连接，转动部能够绕连接部轴线转动，连接部与第二转臂转动连接，转动线缆，能够通过驱动头和销轴带动转动部和第一夹钳、第二夹钳转动，使得第一夹钳和第二夹钳能够夹持转动，使得末端的自由度达到了不小于4个，扩大了使用范围。当第三转臂由多节转臂部构成时，只需将最末端的转臂部设置为转动连接的转动部和连接部。

实施例2：

本实施例公开了一种医疗器械，包括实施例1所述的万向手术装置，本实施例中，所述医疗器械为手术机器人，所述第一驱动管与第一驱动机构连接，第二驱动管与第二驱动机构连接，所述第一驱动机构能够驱动第一驱动管的转动，优选的，所述第一驱动机构采用电机、传动机构等元件，所述第二驱动机构能够驱动第二驱动管的转动，优选的，所述第二驱动机构采用电机、传动机构等元件，可以理解的是，第一驱动机构只要采用能够实现第一驱动管转动的机构即可，第二驱动机构只要采用能够实现第二驱动管转动的机构即可，本领域技术人员可以根据实际需要进行设置。

所述线缆与线缆驱动机构连接，所述线缆驱动机构能够带动线缆做沿其轴线方向的运动及绕其轴线方向的转动。采用现有的手术机器人用线缆驱动机构即可，其具体结构在此不进行详细叙述。

可以理解是，所述万向手术装置也可应用于其他类型的医疗器械，本领域技术人员可根据实际需要进行选择。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种万向手术装置，其特征在于，包括第一转臂和第二转臂，第二转臂一端与第一转臂转动连接，另一端与第三转臂转动连接，第一转臂和第二转臂的转动配合面为垂于第一转臂、第二转臂轴线的圆环面，第二转臂和第三转臂的转动配合面为圆环面且与第二转臂、第三转臂轴线呈设定夹角，第二转臂与第一驱动管固定连接，第三转臂与第二驱动管固定连接，第三转臂末端转动连接有能够张开和闭合的第一夹钳和第二夹钳。

2.如权利要求1所述的一种万向手术装置，其特征在于，所述第三转臂用于与第二转臂转动配合的端面设有第一凸起，所述第二转臂的端面设有第一转动槽，所述第一凸起嵌入第一转动槽中；

进一步的，所述第一凸起设置有第一限位台，所述第二转臂端部设有多个第一限位销，所述第一限位销能够与第一限位台的内侧面接触，防止第三转臂和第二转臂的脱离。

3.如权利要求1所述的一种万向手术装置，其特征在于，所述第二转臂用于与第三转臂转动配合的端面设有第二凸起，所述第一转臂的端面设有第二转动槽，所述第二凸起嵌入第二转动槽中；

进一步的，所述第二凸起上设有第二限位台，所述第一转臂设有多个第二限位销，所述第二限位销能够与第二限位台的内侧面接触，防止第一转臂和第二转臂脱离。

4.如权利要求1所述的一种万向手术装置，其特征在于，所述第一驱动管和第二驱动管同轴设置，第一驱动管端部与第二转臂固定连接，第一驱动管穿过第二驱动管后与第三转臂固定连接。

5.如权利要求1所述的一种万向手术装置，其特征在于，所述第一驱动管和第二驱动管均采用能够弯曲且传递扭矩的管状结构。

6.如权利要求1所述的一种万向手术装置，其特征在于，所述第一夹钳和第二夹钳在交叉部位通过销轴与第三转臂转动连接，第一夹钳和第二夹钳伸入第三转臂的部分与夹持驱动机构连接。

7.如权利要求6所述的一种万向手术装置，其特征在于，所述夹持驱动机构包括拉杆、拉头及线缆，所述第一夹钳和第二夹钳伸入第三转臂的部分均设有弧形槽，拉杆通过弧形槽穿过第一夹钳和第二夹钳，拉杆与驱动头固定连接，驱动头与线缆固定连接，其中弧形槽被配置为：拉杆沿第三转臂轴线方向的运动能够通过弧形槽带动第一夹钳和第二夹钳绕销轴的转动。

8.如权利要求1所述的一种万向手术装置，其特征在于，所述第三转臂包括连接部和转动部，所述连接部和转动部转动连接，转动部能够绕连接部轴向转动，转动部与能够张开和闭合的第一夹钳和第二夹钳连接，所述连接部与第二转臂转动连接。

9.如权利要求1所述的一种万向手术装置，其特征在于，所述第三转臂由依次设置的多个转臂部构成，相邻转臂部转动连接，且相邻转臂部的转动配合面为与转臂部轴线呈设定夹角的圆环面，每个转臂部均固定连接有一根第二驱动管；

进一步的，位于末端的转臂部包括连接部和转动部，所述连接部和转动部转动连接，转动部能够绕连接部轴向转动，转动部与能够张开和闭合的第一夹钳和第二夹钳连接，所述连接部与相邻的转臂部转动连接。

10.一种医疗器械，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的万向手术装置。

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