CN114469268B - 外科手术器械驱动机构、超声刀及微创手术机器人 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种外科手术器械驱动机构、超声刀及微创手术机器人，包括底板，所述底板上活动设有用于耦合手术器械的转接头以及用于所述转接头自转的转动机构，本申请实施例中，采用上述的外科手术器械驱动机构，通过带动与手术器械耦合的转接头转动以实现超声刀的自转，通过呈折线状的杠杆机构实现转接头的升降以带动超声刀的开合，由于杠杆机构的输入端与输出端与其转动节点的力臂长度接近，故杠杆输入、输出端的行程接近，大大减小了整体驱动机构的尺寸，其折线型的结构便于底板的空间设计，同时杠杆结构的输出端与转接头采用环形凹槽与滑动件配合的耦接方式，使得转接头能够一体加工且与杠杆的装配更为简捷，降低了整体制造成本。

Description

外科手术器械驱动机构、超声刀及微创手术机器人

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种外科手术器械驱动机构、超声刀及微创手术机器人。

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。然而，微创手术中微创器械由于受到切口大小的限制，手术操作难度大为增加，且医生在长时间手术过程中的疲劳、颤抖等动作会被放大，这成为制约微创手术技术发展的关键因素。随着机器人技术的发展，一种可以克服缺点、继承优点的微创医疗领域新技术——微创手术机器人技术应运而生。

在机器人辅助微创外科手术过程中，通常通过套管建立专用通道，医生借助细长的微创手术器械进入该专用通道内，从而在人体腹腔内实施手术操作任务。微创手术器械中，超声刀是一种新型的手术用切割止血设备，由主机、手柄连接线、换能器、刀头、脚踏板等主要部件组成，主机将50Hz或60Hz的电流转换成55.5kHz的高频交流电，通过连接导线传给换能器。换能器内有几组压电晶体，压电晶体在高频电流的作用下产生同频振荡，也就是说将高频电能转换成高频机械能。然后通过机械装置将其传导至刀头，使金属刀头以超声频率进行机械振荡。大功率的超声波能够使与刀头接触的组织细胞在瞬间水分气化，蛋白质氢键断裂，细胞崩解，从而切开组织，由机械振动引起的摩擦热能在切开组织的同时进行凝固止血。

授权公告号为CN106659543B的中国发明专利中，公开了一种用于微创手术机器人的外科手术器械的力传递机构，包括蜗杆传动装置、杠杆臂以及致动元件，该杠杆臂包括位于该杠杆臂的第一端处的从动构件，该从动构件接合该蜗杆传动装置并且被构造成由该蜗杆传动装置驱动。该致动元件连接到该杠杆臂，该致动元件被构造成传递力以致动该外科手术器械的末端执行器。该蜗杆传动装置的旋转运动经由该杠杆臂使该致动元件具有平移运动。手术器械末端钳口可以是具有枢转钳口的超声刀，该枢转钳口被构造成将组织夹紧在钳口上。

然而，上述用于用于微创手术机器人的外科手术器械的力传递机构存在以下技术缺陷：

1、钳口和枢转钳口需要具备一定的开合角度，也就要求致动元件需要具有一定的垂直运动行程，而该致动元件位于杠杆臂的中部，就会造成从动构件的运动行程大(例如从动构件运动1cm，致动元件才运动0.2cm)，进而导致超声刀器械盒的竖向结构尺寸过大，不符合小型化的技术需求；

2、该超声刀器械盒的底盘是特殊布置的，只能适用于该超声刀，无法适用于其他的手术器械，且其他手术器械的底盘也无法适用于该超声刀，因此需要重新开模，造成生产成本高；

3、该超声刀使用耦接器将致动元件与杠杆相连，耦接器包括凸缘，这些凸缘限定凸缘之间的凹陷，杠杆的第二端包括设置在凹陷内的突起，以将第二端连接到耦接器，但是第二端整个包裹住凸缘的结构无法直接形成，必须将其做成两个部件，通过上下方向的装配来完成，提高了生产成本，并且在耦接器上下运动时，第二端还会绕着杠杆支点旋转运动，因此会很容易产生干涉。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了外科手术器械驱动机构、超声刀及微创手术机器人，解决了现有超声刀器械盒的竖向结构尺寸过大、适用性不佳、结构复杂以及生产成本高的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现。

首先，本申请提供了一种外科手术器械驱动机构，包括底板，所述底板上活动设有用于耦合手术器械的转接头以及用于驱动所述转接头自转的转动机构，所述底板顶部一侧安装设有上安装板，所述底板与所述上安装板之间设有供所述转接头实现升降的杠杆机构，所述杠杆机构输出端通过耦合机构与所述转接头连接且输入端通过升降机构实现垂向位移输入。

进一步限定，上述的外科手术器械驱动机构，其中，所述转动机构包括：

旋转齿轮，转动设置在所述底板与所述上安装板之间；

被动齿轮，转动设置在所述底板上且与所述旋转齿轮啮合；

其中，所述转接头与所述被动齿轮花键连接。

进一步限定，上述的外科手术器械驱动机构，其中，所述旋转齿轮动力输入端延伸至所述底板远离所述上安装板一侧。

进一步限定，上述的外科手术器械驱动机构，其中，所述杠杆机构包括：

轴安装架，设置在所述上安装板靠近所述底板一侧端面中部位置处；

杠杆轴，固定设置在所述轴安装架上；

杠杆，转动设置在所述杠杆轴上。

进一步限定，上述的外科手术器械驱动机构，其中，所述耦合机构包括：

叉架，设置在所述杠杆机构输出端上；

环形凹槽，设置在所述转接头外圆端面上；

滑动件，在所述叉架上对称设有两个且能够在所述环形凹槽内滑动；

其中，两个所述滑动件分别设置在所述叉架两个分叉端上。

进一步限定，上述的外科手术器械驱动机构，其中，所述升降机构包括：

齿部，设置在所述杠杆机构输入端上且呈弧状；

升降齿轮，转动设置在所述底板与所述上安装板之间；

其中，所述齿部与所述升降齿轮啮合。

进一步限定，上述的外科手术器械驱动机构，其中，所述升降齿轮设置在所述底板与所述上安装板之间远离所述转接头一侧边角位置处，所述杠杆机构输入端向靠近所述升降齿轮一侧偏置。

进一步限定，上述的外科手术器械驱动机构，其中，所述升降齿轮动力输入端延伸至所述底板远离所述上安装板一侧。

进一步限定，上述的外科手术器械驱动机构，其中，还包括壳体，所述壳体安装设置在所述底板上，所述壳体顶部关于所述转接头对应位置贯通设有用于所述手术器械能源输入的通孔，所述上安装板设置在所述壳体内且与所述底板卡接。

进一步限定，上述的外科手术器械驱动机构，其中，所述上安装板靠近所述底板一侧端面上设有支撑架，所述支撑架位于所述上安装架靠近所述转接头一侧边角位置处且远离所述上安装板一侧端与所述底板嵌接。

进一步限定，上述的外科手术器械驱动机构，其中，所述上安装板上贯通设有第一避让孔以及第二避让孔，所述第一避让孔设置在所述转接头对应位置且用于为所述转接头的行程提供空间，所述第二避让孔设置在所述杠杆机构输入端对应位置且用于为所述杠杆机构输入端垂向位移部分提供行程空间。

其次，本申请提供了一种超声刀，其特征在于，采用如上任一项所述的外科手术器械驱动机构，还包括与所述转接头耦合的细长轴，所述细长轴远离所述底板一侧端固定设有超声刀头。

最后，本申请提供了一种微创手术机器人，其特征在于，包括如上所述超声刀，还包括主控台以及从操作设备，所述从操作设备上安装设有所述超声刀，所述主控台用于操控所述从操作设备以及所述外科手术器械驱动机构以实现所述超声刀头的动作。

本发明至少具备以下有益效果：

通过旋转齿轮对被动齿轮提供动力输出带动与手术器械耦合的转接头转动，从而实现超声刀的自转，通过呈折线状的杠杆机构实现转接头的升降以带动超声刀的开合，由于杠杆机构的输入端与输出端与其转动节点的力臂长度接近，故杠杆输入、输出端的行程接近，大大减小了整体驱动机构的尺寸，其折线型的结构便于底板的空间设计，同时杠杆结构的输出端与转接头采用环形凹槽与滑动件配合的耦接方式，使得转接头能够一体加工且与杠杆的装配更为简捷，降低了整体制造成本。

附图说明

图1为本申请实施例超声刀具体结构示意图；

图2为本申请实施例超声刀具体结构示意图；

图3为本申请实施例外科手术器械驱动机构隐去“壳体14”时的结构示意图；

图4为本申请实施例外科手术器械驱动机构隐去“壳体14”时的结构示意图；

图5为本申请实施例外科手术器械驱动机构隐去“壳体14”、“上安装板21”部分时的结构示意图；

图6为本申请实施例外科手术器械驱动机构隐去“壳体14”、“上安装板21”部分时的结构示意图；

图7为本申请实施例外科手术器械驱动机构“上安装板21”部分的结构示意图；

图8为本申请实施例外科手术器械驱动机构“上安装板21”部分的结构示意图；

图9为本申请实施例外科手术器械驱动机构“杠杆31”部分的结构示意图。

附图标记

超声刀头-11、细长轴-12、通孔-13、壳体-14、支撑架-15、旋转齿轮-16、底板-17、升降齿轮-18、被动齿轮-19、转接头-20、上安装板-21、快换部件-22、固定板-23、环形凹槽-24、杠杆轴-25、轴安装架-26、支柱-27、连接臂-28、卡槽-29、固定销-30、杠杆-31、叉架-32、滑动件-33、齿部-34、第一避让孔-35、第二避让孔-36、快换支架-37、第一转轴-38、第二转轴-39。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施，且“第一”、“第二”等所区分的对象通常为一类，并不限定对象的个数，例如第一对象可以是一个，也可以是多个。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的伺服器进行详细地说明。

如图1-图9所示，本申请实施例提供了一种外科手术器械驱动机构，包括底板17，所述底板17上通过轴承转动设有被动齿轮19，所述被动齿轮19呈中空结构且内部花键滑动连接设有用于耦合手术器械的转接头20，所述底板17上关于三条边对应位置呈三角分布且贯通设有三个卡槽29，所述底板17上中部位置对称且固定设有两个支柱27，所述支柱27顶部嵌接设有上安装板21，所述上安装板21靠近底板17一侧端面上关于三个卡槽29对应位置一体成型设有三个连接臂28，三个所述连接臂28能够分别与对应位置卡槽29卡接，所述上安装板21靠近底板17一侧端面上还一体成型设有用于平衡上安装架的支撑架15，所述支撑架15位于上安装架靠近转接头20一侧边角位置处且远离上安装板21一侧端与底板17嵌接。

所述底板17上通过螺钉安装设有壳体14，所述上安装板21设置在壳体14内，所述壳体14顶部关于转接头20对应位置贯通设有用于手术器械能源输入的通孔13，所述上安装板21靠近底板17一侧端面上对称且一体成型设有两个快换支架37，所述快换支架37远离其对称中心线一侧端面上固定设有固定销30，所述底板17上关于两个快换支架37对应位置固定设有两个固定板23，所述固定板23上铰接设有快换部件22，所述上安装板21与底板17卡接后，所述固定销30与对应位置快换部件22之间安装设有弹簧，所述壳体14上关于快换部件22对应位置设有用于避让快换部件22的开口，当所述底板17远离上安装板21一侧安装外接组件时，所述快换部件22用于与外接组件上对应的安装机构配合实现外接组件的快速装卸。

所述底板17与上安装板21之间转动设有第一转轴38，所述第一转轴38上固定设有与被动齿轮19啮合的旋转齿轮16，所述第一转轴38远离上安装板21一侧端延伸至底板17远离上安装板21一侧且由此端实现动力输入，所述第一转轴38远离底板17一侧端与上安装板21嵌接，所述底板17与上安装板21之间还设有供所述转接头20实现升降的杠杆机构，所述杠杆机构输出端通过耦合机构与转接头20连接且输入端通过升降机构实现垂向位移输入。

本申请实施例中，采用上述的一种外科手术器械驱动机构，通过所述旋转齿轮16对被动齿轮19提供动力输出，所述被动齿轮19带动与手术器械耦合的转接头20转动，从而实现了手术器械的自转，通过对杠杆机构一端通过升降机构输入垂向位移，此时杠杆机构另一端输出对应的垂向位移，从而使得转接头20实现升降，进而使得与转接头20耦合的手术器械完成对应的如开合、俯仰、偏航等动作。

在一种较佳的实施方式中，所述杠杆机构包括一体成型设置在上安装板21靠近底板17一侧端面中部位置处的轴安装架26，所述轴安装架26上固定设有杠杆轴25，所述杠杆轴25上转动设有杠杆31。

在一种较佳的实施方式中，所述耦合机构包括一体成型设置在所述杠杆31输出端上且呈“U”型的叉架32，所述叉架32上一体成型且对称设有两个滑动件33，两个所述滑动件33同轴且分别位于叉架32两个分叉端上，所述转接头20外圆端面上设有环形凹槽24，两个所述滑动件33能够滑动设置在环形凹槽24内且由环形凹槽24限位。

在一种较佳的实施方式中，所述滑动件33靠近杠杆31一侧外端面为平面切面，便于所述滑动件33与叉架32的一体成型加工。

在一种较佳的实施方式中，所述上安装板21上关于转接头20对应位置贯通设有第一避让孔35，所述第一避让孔35能够为转接头20的升降行程提供空间。

本申请实施例中，采用上述的一种外科手术器械驱动机构，由于所述杠杆机构的转动节点位于上安装板21中部位置，所述杠杆机构的输入端与输出端与其转动节点距离接近，从而杠杆31两端的运动行程接近，即升降机构向杠杆机构输入端输入垂向行程时，所述杠杆机构输出端将通过耦合机构向转接头20输出接近的垂向行程，从而使得壳体14的竖向尺寸减小，更节省空间，符合小型化的技术需求，通过环形凹槽24与滑动件33的配合，使得叉架32不会与转接头20干涉，所述环形凹槽24的深度与杠杆机构输出端的垂向行程相关，当所述滑动件33随杠杆31摆动产生横向位移时，在杠杆31的预定摆动行程内其不会从环形凹槽24内脱离，该设计使得转接头20能够采用一整个零件，而且与滑动件33的安装简捷，生产成本低。

在一种较佳的实施方式中，所述升降机构包括转动设置在底板17与上安装板21之间的第二转轴39，所述第二转轴39远离上安装板21一侧端延伸至底板17远离上安装板21一侧且由此端实现动力输入，所述升降齿轮18远离底板17一侧端与上安装板21嵌接，所述第二转轴上固定设有升降齿轮18，所述升降齿轮18设置在底板17与上安装板21之间远离转接头20一侧边角位置处，所述杠杆31输入端向靠近升降齿轮18一侧偏置且一体成型设有与升降齿轮18啮合的齿部34，所述齿部34与升降齿轮18啮合一侧呈弧状。

所述上安装板21上关于齿部34对应位置贯通设有用于为齿部34垂向位移部分提供行程空间的第二避让孔36。

本申请实施例中，采用上述的一种外科手术器械驱动机构，当所述升降齿轮18转动时，所述齿部34将随着升降齿轮18的转动带动杠杆31绕杠杆轴25摆动，从而通过耦合机构带动转接头20实现升降，由于所述杠杆31输入端向靠近升降齿轮18一侧偏置，故由所述杠杆31、叉架32、滑动件33、齿部34组成的一体结构呈折线型，从而节省底板17上的安装空间，增大底板17的空间利用率。

如图1-图2所示，本申请实施例提供了一种超声刀，采用如上所述的外科手术器械驱动机构，还包括与被动齿轮19固定连接的细长轴12，所述细长轴12远离底板17一侧端固定设有超声刀头11。

本申请实施例提供了一种微创手术机器人，采用如上所述的超声刀，还包括主控台以及从操作设备，所述从操作设备上安装设有超声刀，所述主控台用于操控从操作设备以及外科手术器械驱动机构以实现超声刀头11的动作。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。此外，需要指出的是，本申请实施方式中的方法和装置的范围不限按示出或讨论的顺序来执行功能，还可包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序来执行功能，例如，可以按不同于所描述的次序来执行所描述的方法，并且还可以添加、省去、或组合各种步骤。另外，参照某些示例所描述的特征可在其他示例中被组合。

上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。

Claims (10)

1.一种外科手术器械驱动机构，其特征在于，包括底板，所述底板上活动设有用于耦合手术器械的转接头以及用于驱动所述转接头自转的转动机构，所述底板顶部一侧安装设有上安装板，所述底板与所述上安装板之间设有供所述转接头实现升降的杠杆机构，所述杠杆机构输出端通过耦合机构与所述转接头连接且输入端通过升降机构实现垂向位移输入；

所述杠杆机构包括：

轴安装架，设置在所述上安装板靠近所述底板一侧端面中部位置处；

杠杆轴，固定设置在所述轴安装架上；

杠杆，转动设置在所述杠杆轴上；

所述升降机构包括：

齿部，设置在所述杠杆机构输入端上且呈弧状；

升降齿轮，转动设置在所述底板与所述上安装板之间；

其中，所述齿部与所述升降齿轮啮合；

所述升降齿轮设置在所述底板与所述上安装板之间远离所述转接头一侧边角位置处，所述杠杆机构输入端向靠近所述升降齿轮一侧偏置。

2.根据权利要求1所述的外科手术器械驱动机构，其特征在于，所述转动机构包括：

旋转齿轮，转动设置在所述底板与所述上安装板之间；

被动齿轮，转动设置在所述底板上且与所述旋转齿轮啮合；

其中，所述转接头与所述被动齿轮花键连接。

3.根据权利要求2所述的外科手术器械驱动机构，其特征在于，所述旋转齿轮动力输入端延伸至所述底板远离所述上安装板一侧。

4.根据权利要求1所述的外科手术器械驱动机构，其特征在于，所述耦合机构包括：

叉架，设置在所述杠杆机构输出端上；

环形凹槽，设置在所述转接头外圆端面上；

滑动件，在所述叉架上对称设有两个且能够在所述环形凹槽内滑动；

其中，两个所述滑动件分别设置在所述叉架两个分叉端上。

5.根据权利要求1所述的外科手术器械驱动机构，其特征在于，所述升降齿轮动力输入端延伸至所述底板远离所述上安装板一侧。

6.根据权利要求1所述的外科手术器械驱动机构，其特征在于，还包括壳体，所述壳体安装设置在所述底板上，所述壳体顶部关于所述转接头对应位置贯通设有用于所述手术器械能源输入的通孔，所述上安装板设置在所述壳体内且与所述底板卡接。

7.根据权利要求1所述的外科手术器械驱动机构，其特征在于，所述上安装板靠近所述底板一侧端面上设有支撑架，所述支撑架位于所述上安装板靠近所述转接头一侧边角位置处且远离所述上安装板一侧端与所述底板嵌接。

8.根据权利要求1所述的外科手术器械驱动机构，其特征在于，所述上安装板上贯通设有第一避让孔以及第二避让孔，所述第一避让孔设置在所述转接头对应位置且用于为所述转接头的行程提供空间，所述第二避让孔设置在所述杠杆机构输入端对应位置且用于为所述杠杆机构输入端垂向位移部分提供行程空间。

9.一种超声刀，其特征在于，采用如权利要求1至8任一项所述的外科手术器械驱动机构，还包括与所述转接头耦合的细长轴，所述细长轴远离所述底板一侧端固定设有超声刀头。

10.一种微创手术机器人，其特征在于，包括如权利要求9所述的超声刀，还包括主控台以及从操作设备，所述从操作设备上安装设有所述超声刀，所述主控台用于操控所述从操作设备以及所述外科手术器械驱动机构以实现所述超声刀头的动作。