CN114469202B - 一种偏摆控制机构及其应用的多自由度柔性器械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种偏摆控制机构及其应用的多自由度柔性器械，包括手柄、主框架、固定支架、轴管、蛇形关节、执行工具。手柄内设置有连杆滑块机构和柔性传动杆(钢丝束)，控制执行工具的开合。主框架中设有多自由度旋转轴，包括控制蛇形关节水平方向偏摆和竖直方向偏摆的两个旋转轴，主框架上还设有关节锁止机构，能够对执行工具相对于轴管在任意角度下进行锁定，并能随时进行解锁。固定支架内设有滑轮机构承接丝线。丝线的远端固定在执行工具上，穿过蛇形关节、轴管固定在多自由度旋转轴的绕线盘上。手柄处的水平和竖直方向的偏摆可经由多自由度旋转轴传递蛇形关节实现执行工具水平和竖直两个自由度的运动。

Description

一种偏摆控制机构及其应用的多自由度柔性器械

技术领域

本发明涉及外科手术器械技术领域，具体涉及一种偏摆控制机构及其应用的多自由度柔性器械。

背景技术

在微创手术操作过程中，外科医生在患者体表切开2～4个5～10mm的小切口，把所需手术器械通过患者体表的微小切口插入到腹腔内部，对病灶组织器官进行切割、夹持等手术操作，该操作方式使得手术器械只能在以切口为顶点的狭小倒锥子形工作空间内运动。当前微创手术器械以手控直杆式器械为主，器械的末端执行器只具有开合自由度，无关节偏摆功能，器械操作灵活度较低，增加了手术操作的难度。

如专利CN215534654U、CN215651296U、CN215534655U具有以下不足：1.通过抢把驱动摆动关节左右摆动牵拉丝线时，由于杠杆臂较小，导致驱动末端执行器左右偏摆时较费力；2.摆动关节上的球冠面在枪壳内仅在其圆孔对准插拔杆时，才能锁闭偏摆关节，因此末端执行器也仅在与轴管处于同一直线时能被锁定位置，而末端执行器相对轴管偏摆一定角度后不能被锁定位置，导致此时柔性传动杆的伸缩位移会改变末端执行器相对轴管的偏置角度，因此该手术器械在末端执行器转动方向后，再驱动柔性传动杆对组织实施抓取、切割、缝合等动作，会导致组织被末端执行器撕扯。

故医生使用该类手术器械时反馈还需改进以上问题。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的在于提供了一种偏摆控制机构，通过四股丝线在偏摆控制组件的作用下，实现多自由转动和转动一定角度后的自锁闭，利于增加手腕水平和竖直偏摆操作的力臂，更省力，操作更舒适。

本发明的另一个目的在于提供了一种包括上述偏摆控制机构的多自由度柔性器械，在外科手术过程中，器械可以像人体腕关节一样进行推拉、弯曲、扭转等多个自由度的活动。器械的柔性和操作准确性使得微创手术中抓取、切割、缝合等动作变得更为简单。

为进一步实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种偏摆控制机构，用于牵拉均匀分布在蛇形关节中心通道的左上/右上/左下/右下四角的通孔中的四股丝线，所述蛇形关节的近端连接轴管，而远端通过蛇形关节连接前端执行工具，四股丝线的远端分别穿过围绕蛇形关节中心通道四周均匀布置的通孔连接前端执行工具的四周，驱动其相对轴管自由摆动，所述四股丝线中互为对角关系的两组两股丝线各自组成组合一和组合二，组合一和组合二的丝线分别在偏摆控制组件二中缠绕固定在两个平行并排布置的绕线盘上，同一组合的两股丝线的绕线方向相反，两股丝线处于不同组合时，若互为上下位置关系，两股丝线的绕线方向相反，若互为左右位置关系，两股丝线的绕线方向相同；

偏摆控制组件二内设置有主框架和一对轴三、一对轴五，一对轴三可转动的对称布置在主框架上的一对对称的耳板上，且与公转轴心同心，一对轴五可转动的并排安装在主框架上，一对绕线盘分别套装在一对轴五上，并能随其转动，一对轴三相背的一端分别与一对轴五的下端通过相互耦合的传动件传动，一对轴三相向的一端分别套装随其转动的一对锥齿轮二，一对耳板之间的一对轴三还与偏摆控制组件一转动连接；

偏摆控制组件一内设置有相互垂直的自转轴二、自转轴一，自转轴二垂直于公转轴心且可旋转，自转轴一与偏摆控制组件一转动连接且垂直于公转轴心，自转轴二的一端与自转轴一相互靠近并安装相互耦合的传动部，自转轴二的另一端与一对轴三相对的一端安装相互耦合的传动部，自转轴一设置在手柄上端，手柄呈L型包括握持段和位于握持段上端的非握持段，自转轴一设置于非握持段远离握持段的一端，手柄绕自转轴一旋转能驱动自转轴二自转，使一对轴三反向旋转，或手柄绕公转轴心公转，能驱动一对轴三同向旋转。

有利地，手柄的该设计使握持部相对于非握持部的自转轴一形成了杠杆，通过杠杆驱动非握持部的自转和公转，使牵引丝线变得更加省力。将一对轴五设计成相对轴三垂直，使主框架的宽度可以缩短，使偏摆控制机构的体积减小，变的更精巧。上述构造实现了单手操作手柄，一次一个动作同时驱动两个绕线轮同向转动或反向转动，两个绕线盘同向旋转时使两个组合中上部的两股丝线松/紧，使两个组合中下部的两股丝线紧/松，使蛇形关节远端能上下偏摆；两个绕线盘反向旋转时使两个组合中左侧的两股丝线松/紧，使两个组合中右部的两股丝线紧/松，使蛇形关节远端能左右偏摆；实现用少量的控制组件控制多股丝线驱动蛇形关节能在两个自由度偏摆。

可选的，传动部包括相互啮合的伞齿轮、锥齿轮、盆齿轮与齿轮。

可选的，所述传动件包括设于一对轴三相背一端的一对盆齿轮，和设于一对轴五的下端的副齿轮，所述盆齿轮的齿朝向锥齿轮一，副齿轮与盆齿轮啮合。

有利地，盆齿轮的直径大于副齿轮的直径，因此一对轴三的角速度小于一对轴五，可将绕线盘的直径设计的比副齿轮大，这样绕线盘表面的线速度大于副齿轮的线速度，以上设计在传动级数少的同时，实现手腕的小幅摆动幅度能最大幅度的转变为丝线的大幅伸缩距离。

可选的，还包括：一对传动齿轮、一对关节齿轮以及主框架上对称布置且可转动的一对轴五、一对轴四、一对轴三，一对轴四分别平行于一对轴三，一对传动齿轮分别套装在共轴线的一对轴四上，且位于两个绕线盘的左右两侧，一对轴四与一对轴五上分别设置有相互耦合的传动件，一对关节齿轮分别套装在共轴线的一对轴三上，并分别与一对传动齿轮啮合。

有利地，增加一对轴四，增大了一对轴五下端到一对轴三之间的距离，因此手柄公转时，向上偏摆的空间更大。同时可通过将关节齿轮设计的比传动齿轮直径大，绕线盘直径大于传动件，这样通过大齿轮传动小齿轮时，小齿轮转速更快，小轴传动同心的大绕线盘时，绕线盘的线速度更大，可通过微幅的手柄偏摆可以大幅驱动蛇形关节偏摆。

优选的，所述的一对传动齿轮或一对关节齿轮相背的一侧分别固定有刹车盘，所述主框架上还设置有两个对称的关节锁止夹，关节锁止夹具有的可相对靠拢和分离的夹具之间收容所述刹车盘，关节锁止夹夹紧时限制一对关节齿轮或一对传动齿轮转动，关节锁止夹松开时不阻碍一对关节齿轮或一对传动齿轮转动。

优选的，所述的主框架在一对耳板之间设置有贯穿前后侧的方孔，方孔靠近耳板的边缘设置有平行于耳板的一对限位板，一对限位板远离锥齿轮一一侧设置有能绕平行于公转轴心的轴转动的扳机，扳机与一对限位板转动连接的一端的侧面设置有朝向限位板的凸起，限位板设置有能收容、卡接凸起的两个凹槽，凹槽位于凸起随扳机转动的轨迹上。

进一步地，所述的关节锁止夹为钳状的鼓式刹车，均具有弹簧和两组相互铰接的圆弧形摩擦片，弹簧布置在圆弧形摩擦片的非铰接端之间，导丝穿过弹簧布置，一端固定在一个圆弧形摩擦片的非铰接端，另一端穿过另一个圆弧形摩擦片的非铰接端、软管连接扳机远离轴的一端；软管的一端固定在关节锁止夹的圆弧形摩擦片上，另一端固定在限位板之间的方孔上；扳机绕限位板上的轴枢转，拉动导丝相对于软管伸缩从而压缩或释放弹簧。

有利地，医生仅用单手操作手柄，实现对蛇形关节和前端执行工具的控制。同时，关节锁止夹夹紧时限制关节齿轮或传动齿轮转动，锁住前端执行工具。而在关节锁止夹松开时不阻碍关节齿轮或传动齿轮转动时，执行工具相对轴管转动；即关节锁止机构能够对执行工具相对于轴管在任意角度下进行锁定，并能随时进行解锁；使得可以增加前端执行工具的功能，如利用柔性传动杆的伸缩驱动前端执行工具执行夹持、切割、缝合等动作，被锁住的蛇形关节的远端的前端执行工具能在柔性传动杆伸缩运动时，即使受到柔性驱动杆伸缩带来的推力和拉力，也不会改变蛇形关节的角度，避免前端执行工具撕扯被手术的组织。

相应地，本发明还提供了一种多自由度柔性器械，在前述的偏摆控制机构的基础上，所述前端执行工具包括至少一个工具瓣和工具支撑座，工具瓣与工具支撑座转动连接，工具瓣被柔性传动杆的远端驱动，能相对工具支撑座转动，柔性传动杆的远端穿过轴管、及形成在蛇形关节及工具支撑座中心的中心通道驱动工具瓣相对工具支撑座转动，四股丝线的远端分别穿过围绕蛇形关节中心通道四周均匀布置的通孔连接工具支撑座的四周，驱动工具支撑座相对轴管自由摆动。

进一步地，在所述轴管近端延长方向形成的第一平面内：轴管的近端安装有向上弯曲的固定支架和自固定支架的近端向下竖向布设的主框架，主框架内设置有控制蛇形关节水平方向偏摆和竖直方向偏摆的偏摆控制组件一和所述的偏摆控制组件二，偏摆控制组件二固定在主框架上，并与偏摆控制组件一的近端以垂直于第一平面的公转轴心为轴心转动连接，使偏摆控制组件一绕公转轴心转动时控制蛇形关节在竖直方向偏摆，在固定支架的下方设置有手柄，柔性传动杆的近端穿过固定支架远端后引出连接手柄中的滑块，手柄的上端能绕位于第一平面内且垂直公转轴心的自转轴心一与偏摆控制组件一的远端转动连接，使蛇形关节能在水平方向偏摆。

有利地，手柄处的水平和竖直方向的偏摆可经由多自由度旋转轴传递蛇形关节实现执行工具水平和竖直两个自由度的运动，多自由度柔性器械实现多自由转动和转动一定角度后可以自锁闭，并且比较省力，医生操作器械时，使器械的偏摆控制机构落在手臂的位置，手握手柄，手腕的转动使手柄在水平和竖直两个自由度的运动，器械的操作平衡感更好，更方便医生操作。

进一步地，所述的固定支架具有用以与轴管近端连接的安装段、从这个安装段上端面向上弯折的弯曲段以及从这个弯曲段近端朝向水平弯折的水平段，安装段、弯曲段以及水平段一体成型并具有相互连通的中空腔体，在中空腔体内设置有滑轮机构用以承接丝线。

进一步地，所述滑轮机构包括在位于安装段的这段腔体内上下相对设置有滑轮组a、滑轮组b，在弯曲段靠近水平段近端的这段腔体内朝下并排设置有两组滑轮组，以及在水平段的近端并排设置有两组滑轮组；四股丝线穿过轴心近端的孔分开成上下各两股，分别绕滑轮组a、滑轮组b布置，再经过滑轮组绕到滑轮组上。

有利地，丝线绕经固定支架内滑轮机构，有利于增加手腕水平和竖直偏摆操作的力臂，更省力，操作更舒适。

可选的，所述的手柄内设置有连杆滑块机构，包括安装在滑槽中可沿手柄轴向滑动的滑块，与手柄远端转动连接的操作扳机，与操作扳机及滑块转动连接的连杆，操作扳机转动连接手柄的一端设置有朝向手柄内的棘齿，手柄内还设置有被弹性体偏置向操作扳机上的棘齿偏移的棘爪。

有利地，控制前端执行工具开合的柔性传动杆的近端连接手柄内的滑块，按压操作扳机，与操作扳机连接的连杆推动滑块水平向手柄近端移动，带动柔性传动杆向近端拉动进而使前端执行工具闭合，操作扳机下压过程中棘齿与棘爪啮合，进而锁住前端执行工具。棘爪被弹性体偏置，下压棘爪的柄部可释放与棘齿的啮合，进而释放执行工具。

附图说明

图1为本发明多自由度的柔性微创外科器械实施例的整体图；

图2为本发明多自由度的柔性微创外科器械实施例的部分立体示意图；

图3为固定支架内部示意图；

图4为偏摆控制机构结构内部结构示意图；

图5为偏摆控制组件二内部结构示意图；

图6为绕线盘示意图；

图7为4股丝线绕滑轮组示意图；

图8为4股丝与绕线盘布设示意图；

图9为关节锁止结构示意图；

图10为关节锁止结构安装示意图；

图11为关节锁止结构外观示意图；

图12为关节锁止夹结构示意图

图13为手柄内部结构示意图；

图14为蛇形关节的结构示意图；

图15为偏摆控制组件二的另一实施例的平面结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”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，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装置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。此外，术语“一”、“二”用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。属于“近”、“远”用于描述器械相对操作者的距离。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1示出本发明的多自由度的柔性微创外科器械实施例的整体图，图2示出本发明多自由度的柔性微创外科器械实施例的部分立体示意图，具有中空的轴管50，轴管50的远端通过蛇形关节60连接前端执行工具70，在轴管50延长方向形成的第一平面内轴管50的近端安装有向上弯曲的固定支架40和自固定支架40的近端向下竖向布置的主框架，主框架内设置有控制蛇形关节60水平方向偏摆和竖直方向偏摆的偏摆控制组件一20和偏摆控制组件二30，偏摆控制组件二30固定在主框架上，并与偏摆控制组件一20的近端以垂直于第一平面的公转轴心为轴心转动连接，同时，在固定支架40的下方设置有手柄10，柔性传动杆52的远端穿过轴管50、及形成在蛇形关节60中心的中心通道92后牵引在前端执行工具70上，柔性传动杆52的近端穿过固定支架40远端后引出连接手柄10中的滑块12。手柄10的上端能绕位于第一平面内且垂直公转轴心的自转轴心一与偏摆控制组件一20的远端转动连接，其中，前端执行工具70包括但不限于持针钳、分离钳、抓钳、剪刀、钩子以及电凝等腹腔镜微创外科手术常用工具。前端执行工具70与蛇形关节60的连接方式可参考已公开的专利CN215534654U的0056～0059段及其对应的附图，蛇形关节60及与轴管50的连接方式可参考已公开的专利CN215534654U的0043～0044段及其对应的附图，需要说明的是，第一平面即图1的正视面。

本发明中，前端执行工具70包括至少一个工具瓣和工具支撑座，工具瓣与工具支撑座转动连接，柔性传动杆52的远端穿过50、及形成在蛇形关节60及工具支撑座中心的中心通道92驱动工具瓣相对工具支撑座转动，四股丝线的远端分别穿过围绕蛇形关节60中心通道92四周均匀布置的通孔连接工具支撑座的四周，驱动工具支撑座相对轴管50自由摆动。

图3示出了固定支架40内部示意图，固定支架40具有用以与轴管50近端连接的安装段、从这个安装段上端面向上弯折的弯曲段以及从这个弯曲段近端朝向水平弯折的水平段，安装段、弯曲段以及水平段一体成型并具有相互连通的中空腔体，在该中空腔体内设置有滑轮机构用以承接四股丝线；具体地，在位于安装段的这段腔体内上下相对设置有两组滑轮组，分别为滑轮组a41、滑轮组b42，在弯曲段靠近水平段近端的这段腔体内朝下并排设置有两组滑轮组43，在水平段的近端并排布设有两组滑轮组44。从前端执行工具70引过来的4股丝线穿过轴管50轴心51近端的孔进入固定支架40，丝线穿过轴心51近端的孔分开成上下各两股，分别绕滑轮组a41、滑轮组b42布置，再经过滑轮组43，绕到滑轮组44上。丝线绕经固定支架40有利于增加手腕水平和竖直偏摆操作的力臂，更省力，操作更舒适。

图4示出了偏摆控制机构结构示意图，偏摆控制机构包括图5示出的偏摆控制组件二30的内部结构以及图4示出的偏摆控制组件一20的内部结构，手柄10绕自转轴心一相对偏摆控制组件一20转动，控制蛇形关节60水平方向偏摆，偏摆控制组件一20在手柄10的驱动下绕公转轴心相对偏摆控制组件二30转动，控制蛇形关节60竖直方向偏摆，主框架上还设置有扳机80，能够对前端执行工具70相对于轴管50在任意角度下进行锁定，并能随时进行解锁。丝线的远端固定在前端执行工具70上，近端穿过蛇形关节60、轴管50固定在偏摆控制组件二30内的绕线盘上。其中，偏摆控制组件一20的壳体内具有的水平偏摆锥齿轮一21(传动部之一)套装在与自转轴心一同心的自转轴一21a上，自转轴一21a与设置在手柄10上端平台上的轴承23转动连接，使水平偏摆锥齿轮一21能够随着手柄10绕自转轴心一的水平偏摆而自转，偏摆控制组件一20的壳体远端下表面相应设置被自转轴一21a穿过的孔，偏摆控制组件一20的壳体内具有与水平偏摆锥齿轮一21啮合的水平偏摆锥齿轮二22(传动部之一)处于第一平面内，进而将水平偏摆锥齿轮一21的旋转传递给水平偏摆锥齿轮二22。水平偏摆锥齿轮二22套装在同时垂直于自转轴心一和公转轴心的自转轴二22a的远端，该自转轴二22a的近端套装的锥齿轮一31(传动部之一)与对称布置的锥齿轮二32a、32b(传动部之一)相互啮合，锥齿轮二32a、32b分别套装在与公转轴心同心的轴三32c、32d上，偏摆控制组件一20的壳体近端左右侧分别设置被轴三32c、32d穿过的孔。

本发明中，锥齿轮一31能够随水平偏摆锥齿轮二22的旋转而自转。锥齿轮一31的自转引起锥齿轮二32a、32b绕公转轴心向相反方向旋转，锥齿轮一31能随手柄10的竖直摆动绕锥齿轮二32a、32b公转，且不互相干扰。本发明中传动部还可替换为相互啮合的伞齿轮，及盆齿轮与齿轮。

作为一种优选的实施方式，轴三32c、32d背向锥齿轮一31的一端穿过主框架上对称设置的耳板85a、85b分别与关节齿轮33a、33b枢转连接，耳板85a、85b内收容有轴承，对称的关节齿轮33a、33b分别与其上方的传动齿轮36a、36b互相平行并啮合，传动齿轮36a、36b分别与设置在两者之间的斜齿轮34a、34b通过设置在主框架上可转动的轴四34d、34c同轴连接，斜齿轮34a、34b上方并排布置绕线盘38a、38b，并可绕垂直于轴四34d、34c的轴五39a、39b转动，绕线盘38a、38b通过与其同轴连接的斜齿轮37a、37b接收斜齿轮34a、34b的传动，轴五39a、39b可转动的安装在主框架上。

锥齿轮一31的自转通过一系列锥齿轮、斜齿轮的啮合传导，引起绕线盘38a、38b朝相反方向旋转，锥齿轮一31的公转通过一系列锥齿轮、斜齿轮的啮合传导，引起绕线盘38a、38b朝相同方向旋转。

由于存在一对轴四，增大了一对轴五下端到一对轴三之间的距离，因此手柄公转时，向上偏摆的空间更大。同时可通过将关节齿轮设计的比传动齿轮直径大，绕线盘直径大于传动件，这样通过大齿轮传动小齿轮时，小齿轮转速更快，小轴传动同心的大绕线盘时，绕线盘的线速度更大，可通过微幅的手柄偏摆可以大幅驱动蛇形关节偏摆。

作为另一种优选的实施方式，去掉了轴四34d、34c，如图15，一对轴三32d、32c相背一端可设置一对盆齿轮41a、41b，一对轴五39a、39b的下端可设置的一对副齿轮40a、40b，盆齿轮41a、41b的齿朝向锥齿轮一31，副齿轮与盆齿轮啮合。盆齿轮的直径大于副齿轮的直径，因此一对轴三的角速度小于一对轴五，可将绕线盘的直径设计的比副齿轮大，这样绕线盘表面的线速度大于副齿轮的线速度，以上设计在减少一对轴四后使传动级数减少的同时，实现手腕的小幅摆动幅度能最大幅度的转变为丝线的大幅伸缩距离。在该改进方式中，一对轴五39a、39b也可以被布置的垂直于主框架，布置在主框架背向手柄的一侧，使一对轴五39a、39b水平并排布置，且垂直于一对轴三32d、32c，一对轴五39a、39b穿过主框架靠近手柄的一端设置一对副齿轮40a、40b，一对轴三32d、32c相背一端可设置一对盆齿轮41a、41b，使盆齿轮41a、41b与副齿轮40a、40b分别啮合。一对轴五39a、39b远离手柄的一侧固定随其转动的绕线盘38a、38b。

绕线盘的结构如图6所示，绕线盘38a、38b各接收2股来自前端执行工具70的丝线。绕线盘38a通过轴五39a连接，分为上下两部分分别接收2股丝线，2股丝线的近端以相反的方向分别缠绕在绕线盘的上下两部分，并分别固定在孔38B、38A处，绕线盘旋转时保证2股丝线一拉一收。2股丝线的远端经滑轮组44、43、滑轮组a41、滑轮组b42穿过轴心51连接至前端执行工具70向左右摆动。绕线盘38b也通过轴五39b连接，分为上下两部分分别接收2股丝线，2股丝线的近端以相反的方向分别缠绕在绕线盘的上下两部分，并分别固定在孔38D、38C处，绕线盘旋转时保证2股丝线一拉一收。2股丝线的远端经滑轮组44、43、滑轮组a41、滑轮组b42穿过轴心51连接至前端执行工具70向上下摆动。

手腕水平方向的偏摆实现偏摆控制组件一20绕自转轴心一旋转，经锥齿轮一31的自传和齿轮传动机构驱动对称的绕线盘38a、38b反向旋转，使图7中4股丝线中的丝线8a、8b收紧而丝线8c、8d松弛，或丝线8a、8b松弛而丝线8c、8d收紧；手腕竖直方向的偏摆实现偏摆控制组件一20绕公转轴心旋转，经锥齿轮一31的公转和齿轮传动机构驱动对称的绕线盘38a、38b同向旋转，使图14中4股丝线中的丝线8a、8d收紧而丝线8c、8b松弛，或丝线8a、8d松弛而丝线8c、8b收紧；图14中蛇形关节60上设置的供丝线8a、8b、8c、8d穿过的通孔形成一个正方形，丝线8a、8d穿过正方形的上部水平边的左右两端，丝线8b、8c穿过正方形的下部水平边的左右两端，如图8所示，丝线8d绕过滑轮组44后从绕线盘38a的左侧上部分表面连接其孔38B，丝线8c绕过滑轮组44后从绕线盘38b的右侧绕下部分的表面连接其孔38C，丝线8a绕过滑轮组44后从绕线盘38b的左侧上部分表面连接其孔38D，丝线8b绕过滑轮组44后从绕线盘38a的右侧绕下部分的表面连接其孔38A，因此如表1所示，手柄10的动作对应各丝线的松紧和绕线盘的转动方向。

表1

自转轴心一和公转轴心中心点位置不重合，使水平和竖直方向的旋转不相互干扰。上述的结构使器械的控制重心落在手腕的位置，器械的操作平衡感更好，更方便医生操作。

图9示出了关节锁止结构示意图，图10示出了关节锁止结构安装示意图，图11关节锁止结构外观示意图，图12示出了关节锁止夹示意图，关节齿轮33a、33b相背的一侧分别固定有刹车盘，主框架上设置有两个对称的关节锁止夹35a、35b，关节锁止夹35a、35b具有的可相对靠拢和分离的夹具之间收容有刹车盘，关节锁止夹35a、35b夹紧时限制关节齿轮33a、33b转动，关节锁止夹35a、35b松开时不阻碍关节齿轮33a、33b转动。

主框架在一对耳板85a、85b之间设置有贯穿前后侧的方孔84，方孔84靠近耳板85a、85b的边缘设置有平行于耳板85a、85b的一对限位板88，一对限位板88远离锥齿轮一31一侧设置有能绕平行于公转轴心的轴85转动的扳机80，扳机80与一对限位板88转动连接的一端的侧面设置有朝向限位板88的凸起90，限位板88设置有能收容、卡接凸起90的两个凹槽91a、91b，凹槽91a、91b位于凸起90随扳机80转动的轨迹上，扳机80被拨动至凸起90嵌入凹槽91a、91b中时被限位。

作为一种优选的实施方式，关节锁止夹35a、35b为钳状的鼓式刹车，均具有弹簧81和两组相互铰接的圆弧形摩擦片，弹簧81布置在圆弧形摩擦片的非铰接端之间，导丝83穿过弹簧81布置，一端固定在一个圆弧形摩擦片的非铰接端，另一端穿过另一个圆弧形摩擦片的非铰接端、软管82连接扳机80远离轴85的一端；优选的，扳机80靠近轴85的一端设置有套在轴85外的套管，导丝83的另一端沿着套管上的轨道86绕过套管，固定在扳机80远离轴85的一端的孔87上。软管82的一端固定在关节锁止夹35a、35b的圆弧形摩擦片上，另一端固定在限位板88之间的方孔84上；扳机80绕限位板88上的轴85枢转，拉动导丝83相对于软管82伸缩从而压缩或释放弹簧81，使关节锁止夹抱紧或松开传动齿轮36a、36b，实现蛇形关节在任意角度下的锁止或解锁。

图14示出手柄10的内部结构示意图，手柄10呈L型包括握持段和位于握持段上端的非握持段，自转轴一21a设置于非握持段远离握持段的一端，手柄10内设置有连杆滑块机构，包括安装在滑槽16中可沿手柄10轴向滑动的滑块12，与手柄10远端转动连接的操作扳机11，与操作扳机11及滑块12转动连接的连杆13，操作扳机11转动连接手柄10的一端设置有朝向手柄10内的棘齿14，手柄10内还设置有被弹性体(图中未示出)偏置向操作扳机11上的棘齿14偏移的棘爪15。

控制前端执行工具70开合的柔性传动杆52(包括但不限于钢丝束等)的近端连接手柄10内的滑块12，按压操作扳机11，与操作扳机11连接的连杆13推动滑块12水平向手柄10近端移动，带动柔性传动杆向近端拉动进而使前端执行工具70闭合，操作扳机11下压过程中棘齿14与棘爪15啮合，进而锁住前端执行工具70。棘爪15被弹性体偏置，下压棘爪15的柄部可释放与棘齿14的啮合，进而释放执行工具70。

应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种偏摆控制机构，用于牵拉均匀分布在蛇形关节(60)中心通道(92)的左上/右上/左下/右下四角的通孔中的四股丝线，所述蛇形关节(60)的近端连接轴管(50)，而远端通过蛇形关节(60)连接前端执行工具(70)，四股丝线的远端分别穿过围绕蛇形关节(60)连接前端执行工具(70)的四周，驱动其相对轴管(50)自由摆动，其特征在于，所述四股丝线中互为对角关系的两股丝线(8a、8c)和两股丝线(8d、8b)各自组成组合一和组合二，组合一和组合二的丝线分别在偏摆控制组件二(30)中缠绕固定在两个平行并排布置的绕线盘(38b、38a)上，同一组合的两股丝线的绕线方向相反，两股丝线处于不同组合时，若互为上下位置关系，两股丝线的绕线方向相反，若互为左右位置关系，两股丝线的绕线方向相同；

偏摆控制组件二(30)内设置有主框架和一对轴三(32d、32c)、一对轴五(39a、39b)，一对轴三(32d、32c)可转动的对称布置在主框架上的一对对称的耳板(85a、85b)上，且与公转轴心同心，一对轴五(39a、39b)可转动的并排安装在主框架上，一对绕线盘(38a、38b)分别套装在一对轴五(39a、39b)上，并能随其转动，一对轴三(32d、32c)相背的一端分别与一对轴五(39a、39b)的下端通过相互耦合的传动件传动，一对耳板(85a、85b)之间的一对轴三(32d、32c)还与偏摆控制组件一(20)转动连接；

偏摆控制组件一(20)内设置有相互垂直的自转轴二(22a)、自转轴一(21a)，自转轴二(22a)垂直于公转轴心且可旋转，自转轴一(21a)与偏摆控制组件一(20)转动连接且垂直于公转轴心，自转轴二(22a)的一端与自转轴一(21a)相互靠近并安装相互耦合的传动部，自转轴二(22a)的另一端与一对轴三(32d、32c)相对的一端安装相互耦合的传动部，自转轴一(21a)设置在手柄(10)上端，手柄(10)呈L型包括握持段和位于握持段上端的非握持段，自转轴一(21a)设置于非握持段远离握持段的一端，手柄(10)绕自转轴一(21a)旋转能驱动自转轴二(22a)自转，使一对轴三(32d、32c)反向旋转，或手柄(10)绕公转轴心公转，能驱动一对轴三(32d、32c)同向旋转。

2.根据权利要求1所述的偏摆控制机构，其特征在于，所述传动件包括设于一对轴三(32d、32c)相背一端的一对盆齿轮，和设于一对轴五(39a、39b)的下端的副齿轮，所述盆齿轮的齿朝向自转轴二(22a)，副齿轮与盆齿轮啮合。

3.根据权利要求1所述的偏摆控制机构，其特征在于，还包括：一对传动齿轮(36a、36b)、一对关节齿轮(33a、33b)以及主框架上对称布置且可转动的一对轴五(39a、39b)、一对轴四(34d、34c)、一对轴三(32d、32c)，一对轴四(34d、34c)分别平行于一对轴三(32d、32c)，一对传动齿轮(36a、36b)分别套装在共轴线的一对轴四(34d、34c)上，且位于两个绕线盘(38b、38a)的左右两侧，一对轴四(34d、34c)与一对轴五(39a、39b)上分别设置有相互耦合的传动件，一对关节齿轮(33a、33b)分别套装在共轴线的一对轴三(32d、32c)上，并分别与一对传动齿轮(36a、36b)啮合。

4.根据权利要求3所述的偏摆控制机构，其特征在于，所述的一对传动齿轮(36a、36b)或一对关节齿轮(33a、33b)相背的一侧分别固定有刹车盘，所述主框架上还设置有两个对称的关节锁止夹(35a、35b)，关节锁止夹(35a、35b)具有的可相对靠拢和分离的夹具之间收容所述刹车盘，关节锁止夹(35a、35b)夹紧时限制一对关节齿轮(33a、33b)或一对传动齿轮(36a、36b)转动，关节锁止夹(35a、35b)松开时不阻碍一对关节齿轮(33a、33b)或一对传动齿轮(36a、36b)转动。

5.根据权利要求4所述的偏摆控制机构，其特征在于，所述的主框架在一对耳板(85a、85b)之间设置有贯穿前后侧的方孔(84)，方孔(84)靠近耳板(85a、85b)的边缘设置有平行于耳板(85a、85b)的一对限位板(88)，一对限位板(88)远离锥齿轮一(31)一侧设置有能绕平行于公转轴心的轴(85)转动的扳机(80)，扳机(80)与一对限位板(88)转动连接的一端的侧面设置有朝向限位板(88)的凸起(90)，限位板(88)设置有能收容、卡接凸起(90)的两个凹槽(91a、91b)，凹槽(91a、91b)位于凸起(90)随扳机(80)转动的轨迹上。

6.根据权利要求5所述的偏摆控制机构，其特征在于，所述的关节锁止夹(35a、35b)为钳状的鼓式刹车，均具有弹簧(81)和两组相互铰接的圆弧形摩擦片，弹簧(81)布置在圆弧形摩擦片的非铰接端之间，导丝(83)穿过弹簧(81)布置，一端固定在一个圆弧形摩擦片的非铰接端，另一端穿过另一个圆弧形摩擦片的非铰接端、软管(82)连接扳机(80)远离轴(85)的一端；

软管(82)的一端固定在关节锁止夹(35a、35b)的圆弧形摩擦片上，另一端固定在限位板(88)之间的方孔(84)上；扳机(80)绕限位板(88)上的轴(85)枢转，拉动导丝(83)相对于软管(82)伸缩从而压缩或释放弹簧(81)。

7.一种多自由度柔性器械，其特征在于，在权利要求1-6任一项所述的偏摆控制机构的基础上，所述前端执行工具(70)包括至少一个工具瓣和工具支撑座，工具瓣与工具支撑座转动连接，工具瓣被柔性传动杆(52)的远端驱动，能相对工具支撑座转动，柔性传动杆(52)的远端穿过轴管(50)、及形成在蛇形关节(60)及工具支撑座中心的中心通道(92)驱动工具瓣相对工具支撑座转动。

8.根据权利要求7所述的多自由度柔性器械，其特征在于，在所述轴管(50)近端延长方向形成的第一平面内：轴管(50)的近端安装有向上弯曲的固定支架(40)和自固定支架(40)的近端向下竖向布设的主框架，主框架内设置有控制蛇形关节(60)水平方向偏摆和竖直方向偏摆的偏摆控制组件一(20)和所述的偏摆控制组件二(30)，偏摆控制组件二(30)固定在主框架上，并与偏摆控制组件一(20)的近端以垂直于第一平面的公转轴心为轴心转动连接，使偏摆控制组件一(20)绕公转轴心转动时控制蛇形关节(60)在竖直方向偏摆，在固定支架(40)的下方设置有手柄(10)，柔性传动杆(52)的近端穿过固定支架(40)远端后引出连接手柄(10)中的滑块(12)，手柄(10)的上端能绕位于第一平面内且垂直公转轴心的自转轴心一与偏摆控制组件一(20)的远端转动连接，使蛇形关节(60)能在水平方向偏摆。

9.根据权利要求8所述的多自由度柔性器械，其特征在于，所述的固定支架(40)具有用以与轴管(50)近端连接的安装段、从这个安装段上端面向上弯折的弯曲段以及从这个弯曲段近端朝向水平弯折的水平段，安装段、弯曲段以及水平段一体成型并具有相互连通的中空腔体，在中空腔体内设置有滑轮机构用以承接丝线，所述滑轮机构包括在位于安装段的这段腔体内上下相对设置有滑轮组a(41)、滑轮组b(42)，在弯曲段靠近水平段近端的这段腔体内朝下并排设置有两组滑轮组(43)，以及在水平段的近端并排设置有两组滑轮组(44)；四股丝线穿过轴心(51)近端的孔分开成上下各两股，分别绕滑轮组a(41)、滑轮组b(42)布置，再经过滑轮组(43)绕到滑轮组(44)上。

10.根据权利要求7所述的多自由度柔性器械，其特征在于，所述的手柄(10)内设置有连杆滑块机构，包括安装在滑槽(16)中可沿手柄(10)轴向滑动的滑块(12)，与手柄(10)远端转动连接的操作扳机(11)，与操作扳机(11)及滑块(12)转动连接的连杆(13)，操作扳机(11)转动连接手柄(10)的一端设置有朝向手柄(10)内的棘齿(14)，手柄(10)内还设置有被弹性体偏置向操作扳机(11)上的棘齿(14)偏移的棘爪(15)。

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