CN115040246A - 一次性灭菌的腹腔镜微创手术机器人手术钳 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗器械领域，具体地说是一种一次性灭菌的腹腔镜微创手术机器人手术钳，包括末端组件、支撑管和底座，末端组件安装在支撑管一端，末端组件为一次性经过灭菌处理的，支撑管另一端安装在底座内，末端组件包括可转动式连接在其端部的腕部，以及可转动式连接在腕部上的指A和指B，底座上安装有驱动盘A、驱动盘B和驱动盘C，驱动盘A、驱动盘B、驱动盘C通过传动机构分别控制末端组件绕旋转轴C转动、腕部绕旋转轴A转动、指A和指B绕旋转轴B转动以实现手术钳的夹持和张开；本发明同现有技术相比，采用一次性末端组件，使用后不需要再灭菌处理，解决了目前腹腔镜手术机器人末端器械灭菌成本高、使用次数限制的问题。

Description

一次性灭菌的腹腔镜微创手术机器人手术钳

[技术领域]

本发明涉及医疗器械领域，具体地说是一种一次性灭菌的腹腔镜微创手术机器人手术钳。

[背景技术]

腹腔镜微创手术机器人已被成功应用于胃、肝脏、肾脏等组织器官的外科手术，具有体表创口小、出血量相对小、术后恢复快等优势。腹腔镜手术机器人一般采用多自由度机械臂结合专用的机械臂末端手术器械这一方案，来进行微创外科手术。典型的末端手术器械包括各类手术钳、手术剪，以及能量型手术器械。

以专用的手术钳为例，通常包含驱动底座、圆柱形支撑杆、微型钳头。为了满足“微创”这一要求，钳头的“夹持”、“张开”动作通过钢索的牵拉完成。钢索内置在圆柱形支撑杆里，一端固定在钳头上，另一端固定在驱动底座内。在手术时，钳头以及部分支撑杆需要伸入到人体内，因此对末端手术钳的灭菌处理有较高的要求。然而，由于钢索的分布形势，导致了彻底灭菌成本的增加。

另外，钢索都由弹性材料生产制造，存在预拉伸应力。在驱动钳头动作时，钢索和钳头、支撑杆等结构之间总是存在磨损现象。为防止钢索出现断裂，保证手术安全，要求同一个手术钳使用不得超过十次。

以上灭菌成本高和使用次数限制这两点原因，造成腹腔镜微创手术机器人的使用成本相对传统腹腔镜手术极高。这严重阻碍了机器人微创手术的全面推广。

[发明内容]

本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种一次性灭菌的腹腔镜微创手术机器人手术钳，采用一次性末端组件，使用后不需要再灭菌处理，解决了目前腹腔镜手术机器人末端器械灭菌成本高、使用次数限制的问题，

为实现上述目的设计一种一次性灭菌的腹腔镜微创手术机器人手术钳，包括末端组件9、支撑管14和底座12，所述末端组件9可拆卸式安装在支撑管14一端，所述末端组件9为一次性经过灭菌处理的组件，所述支撑管14另一端安装在底座12内，所述末端组件9包括可转动式连接在其端部的腕部16，以及可转动式连接在腕部16上的指A 17和指B18，所述底座12上安装有驱动盘A 10、驱动盘B 11和驱动盘C 13，所述驱动盘A 10、驱动盘B 11、驱动盘C 13通过传动机构分别控制末端组件9绕旋转轴C 22转动、腕部16绕旋转轴A 15转动、指A 17和指B 18绕旋转轴B 19转动以实现手术钳的夹持和张开。

进一步地，所述末端组件9包括腕部16、指A 17、指B 18、中空管20、传动杆A 26、传动杆B 34、销轴A 24、销轴B 31、锥齿轮A 25、锥齿轮B 27、锥齿轮C 28和齿轮29，所述中空管20、传动杆A 26和传动杆B 34同轴设置且轴线为旋转轴C 22，并可相对独立转动，所述传动杆A 26的一端设计有锥齿轮B 27，所述锥齿轮B 27与传动杆A 26同步旋转，所述传动杆B34的一端设计有平面齿C 32，所述平面齿C 32与传动杆B 34同步旋转；所述腕部16一端通过销轴A 24连接在中空管20上，所述腕部16另一端通过销轴B 31连接指A 17和指B 18，所述腕部16上设计有圆柱齿33，所述圆柱齿33与平面齿C 32啮合连接；所述指A 17和指B 18上各设计有平面齿B 30和平面齿A 23，所述平面齿B 30、平面齿A 23分别与齿轮29啮合连接，所述齿轮29与锥齿轮C 28同轴且保持同步旋转，所述锥齿轮C 28与锥齿轮A 25啮合连接，所述锥齿轮A 25安装在销轴A 24上，并绕旋转轴A 15转动，所述锥齿轮A 25与锥齿轮B27啮合连接。

进一步地，所述末端组件9的指A 17和指B 18的夹持和张开运动的传动链由传动杆A 26、锥齿轮B 27、锥齿轮A 25、锥齿轮C 28、齿轮29、平面齿B 30和平面齿A 23构成，所述末端组件9的腕部16运动的传动链由传动杆B 34、平面齿C 32、圆柱齿33构成。

进一步地，所述支撑管14内安装有限位块39、驱动杆B 41和驱动杆A 43，所述限位块39与支撑管14同步旋转，所述支撑管14、驱动杆B 41、驱动杆A 43另一端分别连接驱动盘A 10、驱动盘B 11、驱动盘C 13，所述限位块39与中空管20配合连接并带动中空管20旋转，所述驱动杆B 41与传动杆B 34配合连接并带动传动杆B 34旋转，所述驱动杆A 43与传动杆A 26配合连接并带动传动杆A 26旋转。

进一步地，所述限位块39上加工有平面B 38，所述平面B 38与中空管20上的平面A21互相配合，以使得支撑管14的旋转运动传递给中空管20；所述驱动杆B 41的末端上加工有对接凸起B 42，所述对接凸起B 42与传动杆B 34上的对接凹槽B 45互相配合，以使得驱动杆B 41的旋转运动传递给传动杆B 34；所述驱动杆A 43的末端上加工有对接凸起A 44，所述对接凸起A 44与传动杆A 26上的对接凹槽A 37互相配合，以使得驱动杆A 43的旋转运动传递给传动杆A 26。

进一步地，所述中空管20上加工有锁紧孔A 35，所述支撑管14上加工有锁紧孔B40，所述中空管20和支撑管14在锁紧孔A 35、锁紧孔B 40对齐时使用锁紧钉36锁紧。

进一步地，所述手术钳安装在机械臂的末端，所述机械臂连接在控制柜上，并与控制柜内的控制器电连接，所述手术钳的位置和姿态通过控制柜内的控制器控制机械臂动作而完成。

进一步地，所述末端组件9采用医用硬质高分子材料或不锈钢金属材料制造而成。

本发明同现有技术相比，具有如下优点：

(1)本发明提供了一种一次性灭菌的腹腔镜微创手术机器人手术钳，采用一次性末端组件，使用后不需要再灭菌处理，避免了灭菌不彻底的现象；

(2)本发明采用齿轮传动替代钢索传动，突破了末端器械使用次数的限制，避免了器械磨损问题；

(3)本发明所述微创手术机器人手术钳有望降低末端器械的使用成本，对机器人微创手术的推广有积极作用；

(4)本发明解决了目前腹腔镜手术机器人末端器械灭菌成本高、使用次数限制的实际问题。

[附图说明]

图1为本发明微创手术机器人和手术钳实施例示意图；

图2为本发明一次性灭菌手术钳立体图；

图3为本发明一次性灭菌手术钳末端立体图；

图4为本发明手术钳末端开合运动的传动结构图；

图5为本发明手术钳末端腕部运动的传动结构图；

图6为本发明手术钳末端开合传动杆和旋转传动杆剖视图；

图7为本发明手术钳末端快速对接结构爆炸图；

图中：1、手术床 2、患者 3、控制柜A 4、机械臂A 5、手术钳A 6、手术钳B 7、机械臂B 8、控制柜B 9、末端组件 10、驱动盘A 11、驱动盘B 12、底座 13、驱动盘C 14、支撑管 15、旋转轴A 16、腕部 17、指A 18、指B 19、旋转轴B 20、中空管 21、平面A 22、旋转轴C 23、平面齿A 24、销轴A 25、锥齿轮A 26、传动杆A 27、锥齿轮B 28、锥齿轮C 29、齿轮 30、平面齿B31、销轴B 32、平面齿C 33、圆柱齿 34、传动杆B 35、锁紧孔A 36、锁紧钉 37、对接凹槽A38、平面B 39、限位块 40、锁紧孔B 41、驱动杆B 42、对接凸起B 43、驱动杆A 44、对接凸起A45、对接凹槽B。

[具体实施方式]

下面结合附图和具体实施例对本发明作以下进一步说明：

本发明提出一种一次性灭菌的腹腔镜微创手术机器人手术钳，采用一次性末端组件，使用后不需要再灭菌处理；采用齿轮传动避免了器械磨损问题。

如附图1中机器人微创手术为例，手术钳A 5和手术钳B 6分别安装在机械臂A 4和机械臂B 7的末端，手术钳A 5和手术钳B 6的位置和姿态通过控制柜A 3和控制柜B 8内的控制器控制机械臂A 4和机械臂B 7动作；手术钳A 5和手术钳B 6协调工作，可以完成腹腔镜手术。

该一次性灭菌的腹腔镜微创手术机器人手术钳，主要包括末端组件9、支撑管14和底座12，末端组件9可拆卸式安装在支撑管14一端，末端组件9为一次性经过灭菌处理的，支撑管14另一端安装在底座12内，支撑管14和底座12是可重复使用的；末端组件9包括可转动式连接在其端部的腕部16，以及可转动式连接在腕部16上的指A 17和指B 18，底座12上安装有驱动盘A 10、驱动盘B 11和驱动盘C 13，驱动盘A 10、驱动盘B 11、驱动盘C 13通过传动机构分别控制末端组件9绕旋转轴C 22转动、腕部16绕旋转轴A 15转动、指A 17和指B 18绕旋转轴B 19转动以实现手术钳的夹持和张开。

末端组件9包括腕部16、指A 17、指B 18、中空管 20、传动杆A 26、传动杆B 34、销轴A 24、销轴B 31、锥齿轮A 25、锥齿轮B 27、锥齿轮C 28和齿轮29，末端组件9具有三个运动自由度，分别为末端组件9绕旋转轴C 22的转动，腕部16绕旋转轴A 15的转动，指A 17和指B 18绕旋转轴B 19的转动；中空管20、传动杆A 26和传动杆B 34同轴设置且轴线为旋转轴C 22，中空管20、传动杆A 26和传动杆B 34的转动互不干涉，可相对独立转动；传动杆A26的一端设计加工有锥齿轮B 27，锥齿轮B 27与传动杆A 26保持同步旋转，传动杆B 34的一端设计加工有平面齿C 32，平面齿C 32与传动杆B 34保持同步旋转；腕部16一端通过销轴A 24连接在中空管20上，腕部16另一端通过销轴B 31同时连接指A 17和指B 18，腕部16上设计加工有圆柱齿33，圆柱齿33与平面齿C 32啮合连接，如附图5所示；指A 17和指B 18上各设计加工有平面齿B 30和平面齿A 23，平面齿B 30、平面齿A 23分别与齿轮29啮合连接，齿轮29与锥齿轮C 28同轴，且保持同步旋转，锥齿轮C 28与锥齿轮A 25啮合连接，锥齿轮A 25安装在销轴A 24上，可绕旋转轴A 15转动，锥齿轮A 25与锥齿轮B 27啮合连接。

末端组件9的指A 17和指B 18的夹持和张开运动的传动链由传动杆A 26、锥齿轮B27、锥齿轮A 25、锥齿轮C 28、齿轮29、平面齿B 30和平面齿A 23构成，如附图4所示。末端组件9的腕部16运动的传动链由传动杆B 34、平面齿C 32、圆柱齿33构成，如附图5所示。末端组件9为一次性组件，可以使用医用硬质高分子材料通过注塑或其他工艺生产制造，降低生产成本；在成本允许前提下，也可以使用包括不锈钢等金属材料通过注塑或其他工艺生产制造。

支撑管14和底座12是可重复使用的，支撑管14一端对接末端组件9，另一端安装在底座12内；底座12上设计安装了驱动盘A 10、驱动盘B 11和驱动盘C 13，驱动盘A 10、驱动盘B 11和驱动盘C 13通过底座12内的机械传动机构分别控制支撑管14和末端组件9绕旋转轴C 22的转动、腕部16绕旋转轴A 15的转动、指A 17和指B 18绕旋转轴B 19的转动。

支撑管14内安装有限位块39、驱动杆B 41和驱动杆A 43，限位块39与支撑管14保持同步旋转，支撑管14、驱动杆B 41、驱动杆A 43另一端分别连接驱动盘A 10、驱动盘B 11、驱动盘C 13，限位块39与中空管20配合连接并带动中空管20旋转，驱动杆B 41与传动杆B34配合连接并带动传动杆B 34旋转，驱动杆A 43与传动杆A 26配合连接并带动传动杆A 26旋转。具体地，限位块39上加工有平面B 38，平面B 38与中空管20上的平面A 21互相配合，保证支撑管14的旋转运动可以传递给中空管20；驱动杆B 41的末端上加工有对接凸起B42，对接凸起B 42与传动杆B 34上的对接凹槽B 45互相配合，保证驱动杆B 41的旋转运动可以传递给传动杆B 34；驱动杆A 43的末端上加工有对接凸起A 44，对接凸起A 44与传动杆A 26上的对接凹槽A 37互相配合，保证驱动杆A 43的旋转运动传递给传动杆A 26。中空管20上还设计加工有锁紧孔A 35，支撑管14上设计加工有锁紧孔B 40，当锁紧孔A 35和锁紧孔B 40对齐时，使用锁紧钉36锁紧中空管20和支撑管14。

本发明操作时，分别控制驱动盘A 10、驱动盘B 11和驱动盘C 13的转动角度和速度，可以控制末端组件9绕旋转轴C 22、旋转轴A 15、旋转轴B 19的转动角度和速度：

保持传动杆A 26和传动杆B 34固定不动，旋转支撑管14，可以实现末端组件9整体绕旋转轴C 22转动；

保持支撑管14和传动杆B 34固定不动，旋转传动杆A 26，运动通过锥齿轮B 27、锥齿轮A 25、锥齿轮C 28传递到齿轮29，再分别通过平面齿B 30和平面齿A 23传递到指A 17和指B 18，实现手术钳的夹持和张开；

保持支撑管14固定不动，同时旋转传动杆A 26和传动杆B 34，可以实现腕部16绕旋转轴A 15的转动，且保持指A 17和指B 18的相对位置关系；

通过调节传动杆A 26和传动杆B 34的转动速度，可以实现腕部16、指A 17和指B18的同时运动。

本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种一次性灭菌的腹腔镜微创手术机器人手术钳，其特征在于：包括末端组件(9)、支撑管(14)和底座(12)，所述末端组件(9)可拆卸式安装在支撑管(14)一端，所述末端组件(9)为一次性经过灭菌处理的组件，所述支撑管(14)另一端安装在底座(12)内，所述末端组件(9)包括可转动式连接在其端部的腕部(16)，以及可转动式连接在腕部(16)上的指A(17)和指B(18)，所述底座(12)上安装有驱动盘A(10)、驱动盘B(11)和驱动盘C(13)，所述驱动盘A(10)、驱动盘B(11)、驱动盘C(13)通过传动机构分别控制末端组件(9)绕旋转轴C(22)转动、腕部(16)绕旋转轴A(15)转动、指A(17)和指B(18)绕旋转轴B(19)转动以实现手术钳的夹持和张开。

2.如权利要求1所述的一次性灭菌的腹腔镜微创手术机器人手术钳，其特征在于：所述末端组件(9)包括腕部(16)、指A(17)、指B(18)、中空管(20)、传动杆A(26)、传动杆B(34)、销轴A(24)、销轴B(31)、锥齿轮A(25)、锥齿轮B(27)、锥齿轮C(28)和齿轮(29)，所述中空管(20)、传动杆A(26)和传动杆B(34)同轴设置且轴线为旋转轴C(22)，并可相对独立转动，所述传动杆A(26)的一端设计有锥齿轮B(27)，所述锥齿轮B(27)与传动杆A(26)同步旋转，所述传动杆B(34)的一端设计有平面齿C(32)，所述平面齿C(32)与传动杆B(34)同步旋转；所述腕部(16)一端通过销轴A(24)连接在中空管(20)上，所述腕部(16)另一端通过销轴B(31)连接指A(17)和指B(18)，所述腕部(16)上设计有圆柱齿(33)，所述圆柱齿(33)与平面齿C(32)啮合连接；所述指A(17)和指B(18)上各设计有平面齿B(30)和平面齿A(23)，所述平面齿B(30)、平面齿A(23)分别与齿轮(29)啮合连接，所述齿轮(29)与锥齿轮C(28)同轴且保持同步旋转，所述锥齿轮C(28)与锥齿轮A(25)啮合连接，所述锥齿轮A(25)安装在销轴A(24)上，并绕旋转轴A(15)转动，所述锥齿轮A(25)与锥齿轮B(27)啮合连接。

3.如权利要求2所述的一次性灭菌的腹腔镜微创手术机器人手术钳，其特征在于：所述末端组件(9)的指A(17)和指B(18)的夹持和张开运动的传动链由传动杆A(26)、锥齿轮B(27)、锥齿轮A(25)、锥齿轮C(28)、齿轮(29)、平面齿B(30)和平面齿A(23)构成，所述末端组件(9)的腕部(16)运动的传动链由传动杆B(34)、平面齿C(32)、圆柱齿(33)构成。

4.如权利要求2所述的一次性灭菌的腹腔镜微创手术机器人手术钳，其特征在于：所述支撑管(14)内安装有限位块(39)、驱动杆B(41)和驱动杆A(43)，所述限位块(39)与支撑管(14)同步旋转，所述支撑管(14)、驱动杆B(41)、驱动杆A(43)另一端分别连接驱动盘A(10)、驱动盘B(11)、驱动盘C(13)，所述限位块(39)与中空管(20)配合连接并带动中空管(20)旋转，所述驱动杆B(41)与传动杆B(34)配合连接并带动传动杆B(34)旋转，所述驱动杆A(43)与传动杆A(26)配合连接并带动传动杆A(26)旋转。

5.如权利要求4所述的一次性灭菌的腹腔镜微创手术机器人手术钳，其特征在于：所述限位块(39)上加工有平面B(38)，所述平面B(38)与中空管(20)上的平面A(21)互相配合，以使得支撑管(14)的旋转运动传递给中空管(20)；所述驱动杆B(41)的末端上加工有对接凸起B(42)，所述对接凸起B(42)与传动杆B(34)上的对接凹槽B(45)互相配合，以使得驱动杆B(41)的旋转运动传递给传动杆B(34)；所述驱动杆A(43)的末端上加工有对接凸起A(44)，所述对接凸起A(44)与传动杆A(26)上的对接凹槽A(37)互相配合，以使得驱动杆A(43)的旋转运动传递给传动杆A(26)。

6.如权利要求2所述的一次性灭菌的腹腔镜微创手术机器人手术钳，其特征在于：所述中空管(20)上加工有锁紧孔A(35)，所述支撑管(14)上加工有锁紧孔B(40)，所述中空管(20)和支撑管(14)在锁紧孔A(35)、锁紧孔B(40)对齐时使用锁紧钉(36)锁紧。

7.如权利要求1所述的一次性灭菌的腹腔镜微创手术机器人手术钳，其特征在于：所述手术钳安装在机械臂的末端，所述机械臂连接在控制柜上，并与控制柜内的控制器电连接，所述手术钳的位置和姿态通过控制柜内的控制器控制机械臂动作而完成。

8.如权利要求1所述的一次性灭菌的腹腔镜微创手术机器人手术钳，其特征在于：所述末端组件(9)采用医用硬质高分子材料或不锈钢金属材料制造而成。

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