CN114305591A - 一种钳类末端执行器组件及钳类外科手术器械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种钳类末端执行器组件及钳类外科手术器械，包括手术钳、柔性臂、第一导向机构、多个第二导向机构、第一传力部件以及多个第二传力部件，第一导向机构设于柔性臂的中心位置，多个第二导向机构围绕在第一导向机构的外侧，第一传力部件可往复移动的穿过所述第一导向机构，多根第二传力部件一一对应的穿过多个第二导向机构。本发明利用从柔性臂中心穿过的第一传力部件带动手术钳的开合，利用从柔性臂的偏心位置穿过的第二传力部件控制柔性臂的弯曲方向和幅度，从而实现弯曲臂的多自由度弯曲，使医生在进行微创手术的过程中完成复杂手术操作的难度可以得到有效降低。

Description

一种钳类末端执行器组件及钳类外科手术器械

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种钳类末端执行器组件及钳类外科手术器械。

背景技术

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

钳类外科手术器械是外科手术中必不可少的医疗手术器械，常用于牵拉、止血、缝合等基本手术操作。钳类外科手术器械有多种多样形状不一的末端结构用以满足各种手术需求，但不管其末端是何种结构，钳类器械均是通过器械口的开合来完成既定操作。随着微创手术的迅速发展，刚性的传统手术钳已无法满足临床需求。微创手术存在手术空间小、器械通道少、器械远心运动等条件的限制，刚性器械会使医生完成手术操作的难度显著增大，特别是对于本来就复杂的手术操作。现有技术主要是以预弯曲和单自由度的腕关节转动来使手术钳实现柔性弯曲。预弯曲的手术钳难以控制其末端执行器的姿态和位置。可实现单自由度弯曲的手术钳相较而言更容易调整器械末端的位置和姿态使其满足需求，但仍不够灵活，仍存在难以控制的问题。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于如何使医生在进行微创手术的过程中完成复杂手术操作的难度可以得到有效降低。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种钳类末端执行器组件，包括：

手术钳，所述手术钳包括底座和两个夹持部件，所述底座上设有支撑轴，所述两个夹持部件铰接连接于所述支撑轴上具有相互打开和相互关闭的自由度，

柔性臂，所述柔性臂具有向其不同侧向弯曲的自由度，所述柔性臂的远侧端连接所述底座；

第一导向机构，所述第一导向机构设于所述柔性臂的中心位置并用于导向穿过其的线材沿所述柔性臂的臂长方向移动，所述第一导向机构的导向方向具有随所述柔性臂弯曲的自由度；

多个第二导向机构，所述多个第二导向机构围绕在所述第一导向机构的外侧并用于各自导向穿过其的线材沿所述柔性臂的臂长方向移动，所述第二导向机构的导向方向具有随所述柔性臂弯曲的自由度；

第一传力部件，所述第一传力部件可往复移动的穿过所述第一导向机构，所述第一传力部件的远侧端连接所述两个夹持部件并向所述两个夹持部件传递使所述两个夹持部件相互打开和相互关闭的力，所述第一传力部件具有随所述柔性臂弯曲的自由度并能够传递推力和拉力；

多根第二传力部件，所述多根第二传力部件一一对应的穿过所述多个第二导向机构，所述多根第二传力部件的远侧端与所述底座相对固定并分别向所述柔性臂传递使所述柔性臂向不同侧向弯曲的力，所述第二传力部件具有随所述柔性臂弯曲的自由度并至少能够传递拉力。

本发明的一个实施例中，所述柔性臂包括依次连接的多个转动节，每个所述转动节包括关节筒、围绕所述关节筒的中心轴线均布于所述关节筒一端的两个第一接头和围绕所述关节筒的中心轴线均布于所述关节筒另一端的两个第二接头，相邻两个所述转动节中，其中一者的两个第一接头分别与另一者的两个第二接头配合后组成两个球面转动副。

本发明的一个实施例中，所述柔性臂为注塑一体结构，包括依次连接的多个转动节，每个所述转动节包括关节筒、围绕所述关节筒的中心轴线均布于所述关节筒一端的四个第一接头和围绕所述关节筒的中心轴线均布于所述关节筒另一端的四个第二接头，相邻两个所述转动节中，其中一者的四个第一接头分别与另一者的四个第二接头配合后组成四个弹性变形部。

本发明的一个实施例中，所述柔性臂的近侧端还连接有刚性臂，所述刚性臂为主轴筒。

本发明的一个实施例中，所述第一导向机构为软管。

本发明的一个实施例中，所述第二导向机构包括沿所述柔性臂的臂长方向依次间隔距离的固定在所述柔性臂的多个导向环，所述第二传力部件依次穿过所述多个导向环。

本发明的一个实施例中，所述第一传力部件为软轴。

本发明的一个实施例中，所述第二传力部件为牵引绳，所述钳类末端执行器组件包括围绕所述第一导向机构均布的偶数个所述第二导向机构和一一对应的穿过偶数个所述第二导向机构的偶数根所述牵引绳，每两根所述牵引绳位于所述柔性臂的同一纵截面上，且位于同一纵向截面的两根牵引绳的近侧端相互连接。

本发明的一个实施例中，所述底座上设有凸耳和导向通道，所述支撑轴连接于所述两个凸耳之间，所述导向通道中滑动连接有推拉杆，所述推拉杆的一端连接所述第一传力部件的远侧端，所述推拉杆的一端连接所述第一传力部件的远侧端，所述推拉杆的另一端铰接连接两根连杆，所述两根连杆分别连接两根摇杆，所述两根摇杆分别固定连接所述两个夹持部件。

本发明还提供另外一个技术方案：一种钳类外科手术器械，包括手柄组件和所述的钳类末端执行器组件。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明公开的钳类末端执行器组件及钳类外科手术器械，利用从柔性臂中心穿过的第一传力部件带动手术钳的开合，利用从柔性臂的偏心位置穿过的第二传力部件控制柔性臂的弯曲方向和幅度，从而实现弯曲臂的多自由度弯曲，使医生在进行微创手术的过程中完成复杂手术操作的难度可以得到有效降低。

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不当限定。

图1为本发明实公开的钳类末端执行器组件的总体示意图；

图2为本发明公开的柔性臂顺直状态的示意图；

图3为本发明公开的柔性臂弯曲状态的示意图；

图4为本发明公开的关节的主视图；

图5为图4中A-A截面的示意图；

图6为本发明公开的关节的俯视图；

图7为本发明公开的第一传力部件顺直状态的外观示意图；

图8为本发明公开的第一传力部件弯曲状态的外观示意图；

图9为本发明公开的第一传力部件的横截面示意图；

图10为本发明公开的第一导向机构顺直状态的外观示意图；

图11为本发明公开的第一导向机构弯曲状态的外观示意图；

图12为本发明公开的手术钳的打开状态的示意图；

图13为本发明公开的手术钳的关闭状态的示意图；

图14为本发明公开的钳类外科手术器械的示意图；

图15为本发明公开的柔性臂顺直状态的示意图；

图16为本发明公开的柔性臂弯曲状态的示意图；

图17为本发明公开的第一传力部件的横截面示意图；

图18为本发明公开的第一导向机构顺直状态的外观示意图；

图19为本发明公开的第一导向机构弯曲状态的外观示意图。

其中，10、钳类末端执行器组件；1、手术钳；11、底座；12、夹持部件；13、支撑轴；14、凸耳；15、推拉杆；16、连杆；17、摇杆；2、柔性臂；21、关节筒；22、第一接头；23、第二接头；3、刚性臂；4、第一导向机构；5、第二导向机构；51、导向环；6、第一传力部件；61、单股绳；62、多股绳；7、第二传力部件；8、手柄组件；81、外壳；82、扳机；83、第一转轮；84、第二转轮；101、第一轴线；102、第二轴线；103、俯仰方向；104、偏转方向。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供作为进一步改进说明。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、部件和/或它们的组合。在本公开中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”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，只是为了便于叙述本公开各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本公开中任一部件或元件，不能理解为对本公开的限制。本公开中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接,也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本公开中的具体含义，不能理解为对本公开的限制。

在本说明书中，术语“近侧”通常用于指靠近临床医生的装置部分，而术语“远侧”通常用于指远离临床医生的装置部分。本说明书所指的“手术钳”指的是通过器械口的开合来完成既定动作的钳类外科手术器械，为其简称，并非特指手术钳。

以下为用于说明本发明的较佳实施例，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

参见图1，如其中的图例所示，一种钳类钳类末端执行器组件10，包括：

手术钳1，上述手术钳1包括底座11和两个夹持部件12，上述底座11上设有支撑轴13，上述两个夹持部件12铰接连接于上述支撑轴13上具有相互打开和相互关闭的自由度；

柔性臂2，上述柔性臂2具有向其不同侧向弯曲的自由度，上述柔性臂2的远侧端连接上述底座11；

第一导向机构4，上述第一导向机构4设于上述柔性臂2的中心位置并用于导向穿过其的线材沿上述柔性臂2的臂长方向移动，上述第一导向机构4的导向方向具有随上述柔性臂2弯曲的自由度；

多个第二导向机构5，上述多个第二导向机构5围绕在上述第一导向机构4的外侧并用于各自导向穿过其的线材沿上述柔性臂2的臂长方向移动，上述第二导向机构5的导向方向具有随上述柔性臂2弯曲的自由度；

第一传力部件6，上述第一传力部件6可往复移动的穿过上述第一导向机构4，上述第一传力部件6的远侧端连接上述两个夹持部件12并向上述两个夹持部件12传递使上述两个夹持部件12相互打开和相互关闭的力，上述第一传力部件6具有随上述柔性臂2弯曲的自由度并能够传递推力和拉力；

多根第二传力部件7，上述多根第二传力部件7一一对应的穿过上述多个第二导向机构5，上述多根第二传力部件7的远侧端与上述底座11相对固定并分别向上述柔性臂2传递使上述柔性臂2向不同侧向弯曲的力，上述第二传力部件7具有随上述柔性臂2弯曲的自由度并至少能够传递拉力。

手术钳1的近侧端与柔性臂2的远侧端固定连接。第一导向机构4从柔性臂2的内部空腔穿过，其远侧端与手术钳1的近侧端固定连接。第二导向机构5从柔性臂2的内部空腔穿过，并固定于其中。第一传力部件6从第一导向机构4中穿过，其远侧端与手术钳1的近侧端固定相连，其近侧端与外科手术器械的手柄及其结合器件相连。第二传力部件7从第二导向机构5中穿过，其远侧端与手术钳1的近侧端固定连接，近侧端与外科手术器械的手柄及其结合器件相连。第一传力部件6可按需沿其第一轴线101朝着近侧或者远侧运动，第二传力部件7可按需沿第二轴线102朝着近侧运动，或者由于柔性臂2的弯曲而被动地朝着远侧运动。

当拉动图中穿过右侧走丝通道的第二传力部件7沿着第二轴线102朝着近侧运动时，柔性臂2的右侧受到使转动节相互靠近的力，因而柔性臂2整体向着右侧弯曲。柔性臂2的左侧受到使转动节相互远离的力。穿过左侧走丝通道的第二传力部件7沿着第二轴线102朝着远侧运动。穿过位于图中中间的第一导向机构的第一传力部件与中心轴线几乎是重合的，因而它的运动幅度很小，反之亦然。当柔性臂2在进行另外一个自由度的弯曲时也是同样的原理。

参见图2至图6，如其中的图例所示，本实施例中优选的实施方式，上述柔性臂2包括依次连接的多个转动节，每个上述转动节包括关节筒21、围绕上述关节筒21的中心轴线均布于上述关节筒21一端的两个第一接头22和围绕上述关节筒21的中心轴线均布于上述关节筒21另一端的两个第二接头23，相邻两个上述转动节中，其中一者的两个第一接头22分别与另一者的两个第二接头23配合后组成两个球面转动副。上述关节筒21具有轴向空腔。本实施例中，第一接头22和第二接头23分别为转动关节的球面结构和碗面结构，其相互配合后可枢转。第一接头22的中心连线和第二接头23的中心连线的夹角为180°/n(n≥2)，本实施例中，n＝2，即第一接头22的中心连线和第二接头23的中心连线垂直，多个转动节相连后可使柔性臂2实现相对于轴向的两自由度弯曲(俯仰、偏转)。

本实施例中优选的实施方式，上述柔性臂2的近侧端连接有刚性臂3，上述刚性臂3为主轴筒。

参见图7和图8，如其中的图例所示，本实施例中优选的实施方式，上述第一导向机构4为软管。上述软管可相对于轴向进行两自由度的弯曲(俯仰、偏转)且能保持内部空腔不会弯折闭合，为第一传力部件6提供良好的导向。其结构可为由钢丝绕轴螺旋盘绕而成的弹簧管。第一导向机构4的远侧端与手术钳1的近侧端固定的连接。

参见图2至图6，如其中的图例所示，本实施例中优选的实施方式，上述第二导向机构5包括沿上述柔性臂2的臂长方向依次间隔距离的固定在上述柔性臂2的多个导向环51，上述第二传力部件7依次穿过上述多个导向环51。上述第二导向机构5由多组导向环51组成，由导向环51组成的与轴向平行的走丝通道为三个及以上。本实施例中的走丝通道的数量为四个。关节筒21的内壁设置有导向环51，本实施例中，一组导向环51的数量为两个，当多个转动节首尾相连后，沿着轴向方向来看，导向环51组成的走丝通道的数量为四个。走丝通道实际上是经过导向环51的虚拟的通道，用以描述第二传力部件7受限于第二导向机构5时的大致形状。

参见图9至图11，如其中的图例所示，本实施例中优选的实施方式，上述第一传力部件6为软轴。第一传力部件6为线径较小的钢丝编织成的钢丝绳结构，本实施例中为由多股单绳61编织而成的多股结构。绳体本身柔软，可以在相对轴向两自由度(俯仰、偏转)上产生弯曲，仅有较小使其恢复自身初始状态的不良应力。在相对轴向方向上不会因受力产生轴向方向上的形变且可传递满足需求的轴向力(拉力、推力均可)。第一传力部件6通过第一导向机构4与手术钳1的近侧端固定连接。当传动轴由远侧端向近侧端运动时，带动手术钳1运动，使手术钳1能够在打开状态和闭合状态之间进行转换。

本实施例中优选的实施方式，上述第二传力部件7为牵引绳，上述牵引绳为钢丝或钢丝绳结构，上述钳类末端执行器组件包括围绕上述第一导向机构4均布的偶数个上述第二导向机构5和一一对应的穿过偶数个上述第二导向机构5的偶数根上述牵引绳，每两根上述牵引绳位于上述柔性臂2的同一纵截面上，且位于同一纵向截面的两根牵引绳的近侧端相互连接。

参见图12至图13，如其中的图例所示，本实施例中优选的实施方式，上述底座11上设有凸耳14和导向通道，上述支撑轴13连接于上述两个凸耳14之间，上述导向通道中滑动连接有推拉杆15，上述推拉杆15的一端连接上述第一传力部件6的远侧端，上述推拉杆15的另一端铰接连接两根连杆16，上述两根连杆16分别连接两根摇杆17，上述两根摇杆17分别固定连接上述两个夹持部件12。当推拉杆15轴向往复运动时，两根连杆16之间的夹角会发生改变，两根摇杆17之间的夹角也会发生变化，因而两根夹持部件12之间的夹角也会发生改变，从而使两根手术钳1能够在打开状态和闭合状态之间完成切换。

参见图14，如其中的图例所示，一种钳类外科手术器械，包括手柄组件8和上述的钳类末端执行器组件。

该外科手术器械的实施例由图1钳类末端执行器组件10和手柄组件8组成，本说明仅对与钳类末端执行器组件10的动力输入相关的主要功能部件进行说明。刚性臂3被设置于手柄组件8的外壳81的远侧端，外壳81对刚性臂3起着支撑的作用。手柄组件8需要带动第一传力部件6沿第一轴线101朝着近侧或者远侧运动，以及需要带动第二传力部件7沿第二轴线102朝着近侧运动，本实施例中，使用该外科手术器械的医护人员按动扳机82然后通过手柄组件8内部的传动链带动第一传力部件6运动，以及转动第一转轮83和第二转轮84带动第二传力部件7运动。该实施例的第二传力部件7有4个，可通过拉动不同的第二传力部件7使手术器械的末端相对于轴向两自由度弯曲，分别为图中的俯仰方向103和偏转方向104。第一转轮83与上下两个第二传力部件7相连，控制手术器械的末端在俯仰方向103方向上弯曲，图示的器械末端即为俯仰方向103方向上的向上弯曲状态。第二转轮84与左右两个第二传力部件7相连，控制手术器械的末端在偏转方向104方向上弯曲。该实施例是将手术器械的使用者的手部动作作为动力源，此外还可采用电机驱动的方式。沿第一轴线101的运动的具体实现方法不在此处做详细说明，可参考现有常规方案。

实施例2

参见图15和图16，如其中的图例所示，其余与实施例1相同，不同之处在于，上述柔性臂2为注塑一体结构，包括依次连接的多个转动节，每个上述转动节包括关节筒21、围绕上述关节筒21的中心轴线均布于上述关节筒21一端的四个第一接头22和围绕上述关节筒21的中心轴线均布于上述关节筒21另一端的四个第二接头23，相邻两个上述转动节中，其中一者的四个第一接头22分别与另一者的四个第二接头23配合后组成四个弹性变形部。

本实施例中，转动节为弹性材质，例如塑料、橡胶，任意两个相邻转动节之间为一体式设计。换句话说，该实施例的柔性臂2是一个独立的零件，转动节为其最小组成单元是从特征上进行的划分，并不是像实施例1中那样是结构上的最小组成单元。转动节之间仍为首尾相连，即一个转动节的第一接头22与上一个转动节的第二接头23相连，然后它的第二接头23与下一个转动节的第一接头22相连，以此类推。本实施例是依靠关节间的转动而实现柔性臂2的弯曲，该实施例的接头为固定连接，是依靠材料的弹性变形而实现组件的弯曲。第一接头22的中心连线和第二接头23的中心连线的夹角为180°/n(n≥2)，在图示实施例中，n＝2，即第一接头22的中心连线和第二接头23的中心连线垂直，多个转动节相连后可使柔性臂2实现相对于轴向的两自由度弯曲(俯仰、偏转)。

实施例3

参见图17，如其中的图例所示，其余与实施例1相同，不同之处在于，第一传力部件为由多根多股绳62编织在一起形成的。

实施例4

参见图18和图19，如其中的图例所示，其余与实施例1相同，不同之处在于，所述第一导向机构为波纹管。

以上为对本发明实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种钳类末端执行器组件，包括手术钳，所述手术钳包括底座和两个夹持部件，所述底座上设有支撑轴，所述两个夹持部件铰接连接于所述支撑轴上具有相互打开和相互关闭的自由度，

其特征在于，还包括：

柔性臂，所述柔性臂具有向其不同侧向弯曲的自由度，所述柔性臂的远侧端连接所述底座；

第一导向机构，所述第一导向机构设于所述柔性臂的中心位置并用于导向穿过其的线材沿所述柔性臂的臂长方向移动，所述第一导向机构的导向方向具有随所述柔性臂弯曲的自由度；

多个第二导向机构，所述多个第二导向机构围绕在所述第一导向机构的外侧并用于各自导向穿过其的线材沿所述柔性臂的臂长方向移动，所述第二导向机构的导向方向具有随所述柔性臂弯曲的自由度；

第一传力部件，所述第一传力部件可往复移动的穿过所述第一导向机构，所述第一传力部件的远侧端连接所述两个夹持部件并向所述两个夹持部件传递使所述两个夹持部件相互打开和相互关闭的力，所述第一传力部件具有随所述柔性臂弯曲的自由度并能够传递推力和拉力；

多根第二传力部件，所述多根第二传力部件一一对应的穿过所述多个第二导向机构，所述多根第二传力部件的远侧端与所述底座相对固定并分别向所述柔性臂传递使所述柔性臂向不同侧向弯曲的力，所述第二传力部件具有随所述柔性臂弯曲的自由度并至少能够传递拉力。

2.根据权利要求1所述的钳类末端执行器组件，其特征在于，所述柔性臂包括依次连接的多个转动节，每个所述转动节包括关节筒、围绕所述关节筒的中心轴线均布于所述关节筒一端的两个第一接头和围绕所述关节筒的中心轴线均布于所述关节筒另一端的两个第二接头，相邻两个所述转动节中，其中一者的两个第一接头分别与另一者的两个第二接头配合后组成两个球面转动副。

3.根据权利要求1所述的钳类末端执行器组件，其特征在于，所述柔性臂为注塑一体结构，包括依次连接的多个转动节，每个所述转动节包括关节筒、围绕所述关节筒的中心轴线均布于所述关节筒一端的四个第一接头和围绕所述关节筒的中心轴线均布于所述关节筒另一端的四个第二接头，相邻两个所述转动节中，其中一者的四个第一接头分别与另一者的四个第二接头配合后组成四个弹性变形部。

4.根据权利要求3所述的钳类末端执行器组件，其特征在于，所述柔性臂的近侧端还连接有刚性臂，所述刚性臂为主轴筒。

5.根据权利要求1所述的钳类末端执行器组件，其特征在于，所述第一导向机构为软管。

6.根据权利要求1所述的钳类末端执行器组件，其特征在于，所述第二导向机构包括沿所述柔性臂的臂长方向依次间隔距离的固定在所述柔性臂的多个导向环，所述第二传力部件依次穿过所述多个导向环。

7.根据权利要求1所述的钳类末端执行器组件，其特征在于，所述第一传力部件为软轴。

8.根据权利要求1所述的钳类末端执行器组件，其特征在于，所述第二传力部件为牵引绳，所述钳类末端执行器组件包括围绕所述第一导向机构均布的偶数个所述第二导向机构和一一对应的穿过偶数个所述第二导向机构的偶数根所述牵引绳，每两根所述牵引绳位于所述柔性臂的同一纵截面上，且位于同一纵向截面的两根牵引绳的近侧端相互连接。

9.根据权利要求1所述的钳类末端执行器组件，其特征在于，所述底座上设有凸耳和导向通道，所述支撑轴连接于所述两个凸耳之间，所述导向通道中滑动连接有推拉杆，所述推拉杆的一端连接所述第一传力部件的远侧端，所述推拉杆的另一端铰接连接两根连杆，所述两根连杆分别连接两根摇杆，所述两根摇杆分别固定连接所述两个夹持部件。

10.一种钳类外科手术器械，其特征在于，包括手柄组件和如权利要求1至9任一所述的钳类末端执行器组件。

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