CN115297787A - 用于内窥镜手术设备的末端执行器 - Google Patents

Abstract

一种用于内窥镜手术设备的末端执行器，该末端执行器包括：工具，工具被构造成与组织相互作用；主体，主体包括支承柱部，工具被连接到支承柱部；基部，基部包括面对支承柱部的表面，支承柱部和表面形成球形接头；以及多个筋部，多个筋部被连接到主体，以控制工具在两个自由度上的移动。

Description

用于内窥镜手术设备的末端执行器

技术领域

本发明总体涉及内窥镜手术，例如鼻内神经外科手术。更具体地，本发明涉及用于内窥镜手术设备的末端执行器、包括该末端执行器的内窥镜手术设备以及制造用于内窥镜手术设备的末端执行器的方法。

背景技术

微创手术(Minimally Invasive Surgery，MIS)自20世纪80年代初被首次引入以来，已经取得了巨大的成功。与常规手术相比，微创手术需要更小的切口，这相当于更小的创伤，从而减少痛苦和住院时间，使MIS在许多手术(例如腹腔镜手术)中成为标准和既定程序。尽管MIS程序有许多优点，但是由于使用刚性设备、视觉运动轴线不对准、有限的感觉反馈以及对高灵敏性的需求，MIS程序在人体工程学上很难执行。这些缺点导致了机器人手术装置的发展，机器人手术装置现在正在引起手术的范式转变。

机器人辅助微创手术(Robotic-Assisted Minimally Invasive Surgery，RAMIS)已经产生了巨大的影响，因为机器人辅助微创手术使得能够进行精确且准确的移动，同时减少了外科医生的学习曲线。这意味着更多的外科医生可以在他们以采用开放手术的情况下实施RAMIS。随着机器人被引入到手术室中，许多常规的专科(例如泌尿外科、妇科、腹部和心胸外科手术)已经将当前的机器人技术集成到这些专科的手术中，这增强了外科医生的能力，同时改善了患者的结果。最近，越来越多的外科手术已经使用或开始使用机器人装置，其中，神经外科手术是这些先进技术的前沿。

由于神经外科手术的复杂的情况和具有挑战性的操作，神经外科手术一直需要适应新的技术和科技。一个这种适应是在大脑和脊柱应用中的手术机器人。尽管大多数神经外科手术机器人是立体定向的，但是在图像引导、内窥镜和腹腔镜设备方面的技术进步导致了用于微创神经外科手术的机器人工具的发展。然而，机器人技术在“钥匙孔(keyhole)”神经外科手术路径中的应用仍然相当有限。

已经进行了许多研究来实现同心管机器人工具。在Burgner，J，Swaney，P.J.，Rucker，D.C.，Gilbert，H.B.，Nill，S.T.，Russell，P.T.，Weaver，K.D.，Webster，R.J.：“用于鼻内颅底手术的双手远程操作系统(A bimanual teleoperated system for endonasalskull base surgery)”中(在2011IEEE/RSJ智能机器人与系统国际会议(internationalconference on intelligent robots and systems)，pp.2517–2523.IEEE(2011)中)，开发了用于双手远程操作鼻内颅底手术的原型系统。然而，关于该操控器的远端灵敏性以及该操控器的抓取力和/或力感知能力仍然存在关注。

希望提供一种用于内窥镜手术设备的末端执行器，该末端执行器能够施加更大的力和/或更坚固和/或能够更灵敏地操作组织和/或具有比已知装置更小的尺寸。

发明内容

本发明旨在通过提供一种用于内窥镜手术设备的末端执行器、一种包括该末端执行器的内窥镜手术设备以及一种制造用于内窥镜手术设备的末端执行器的方法来实现该期望。

根据本发明，提供了一种用于内窥镜手术设备的末端执行器，该末端执行器包括：工具，工具被构造成与组织相互作用；主体，主体包括支承柱部，工具被连接到支承柱部；基部，基部包括面对支承柱部的表面，支承柱部和表面形成球形接头；以及多个筋部，多个筋部被连接到主体，以控制工具在两个自由度上的移动。

根据本发明，提供了一种内窥镜手术设备，该内窥镜手术设备包括该末端执行器。

根据本发明，提供了一种制造用于内窥镜手术设备的末端执行器的方法，该方法包括：提供被构造成与组织相互作用的工具；将工具连接到主体，主体包括球形接头的支承柱部；以及将多个筋部连接到主体，以允许工具在两个自由度上的受控制的移动。

附图说明

现在将参照附图仅以非限制性示例的方式来描述本发明，在附图中：

图1示出了根据本发明的用于内窥镜手术设备的末端执行器；

图2示出了在图1中示出的末端执行器的自由度的轴线；

图3是在图1中示出的末端执行器的分解视图；

图4至图6各自示出了筋部如何控制末端执行器的移动的相应自由度；

图7示出了末端执行器的基部的面对支承柱部的表面；

图8示出了支承柱部的近端端部，该近端端部面对在图7中示出的表面；

图9示出了支承柱部的远端端部，该远端端部面对末端执行器的工具；

图10至图16示出了用于筋部的通道的替代布置；

图17和图18示出了支承柱部的变型；

图19和图20示出了将末端执行器的基部连接到轴的替代方式；

图21示出了用于末端执行器的替代工具；

图22示出了用于将筋部连接到马达的变更路线机构；

图23和图24示出了末端执行器的主体的替代构型的不同视图，末端执行器的主体包括支承柱部。

图25和图26示出了末端执行器的主体的另外的替代构型的不同视图。

具体实施方式

图1示出了末端执行器10。末端执行器10用于内窥镜手术设备。如在图1中示出，末端执行器10包括工具11。工具11形成末端执行器10的尖端。工具11被构造成与组织相互作用。例如，工具11可以被构造成在外科手术期间夹持、刺穿、移动、切割和/或解剖组织。在图1中所示的示例中，工具11是夹持器11a。夹持器11a被构造成夹持组织。其他类型的工具与末端执行器10兼容，例如在图21中所示出的。

如在图1中示出，末端执行器10包括球形接头12。球形接头12包括支承柱部14和面对支承柱部14的表面15。球形接头12被构造成将内窥镜手术设备的控制装置连接到工具11。如在图1中示出，在末端执行器10的球形接头12中，支承螺柱14没有必须被封闭在壳体中。相反地，支承柱部14可以仅通过筋部13相对于面对表面15保持，这将在下面更详细地描述。球形接头12使得工具11能够相对于面对表面15移动(例如改变方向)。

如在图1中示出，工具11连接到支承柱部14。例如，工具11(或工具的至少一部分)可以相对于支承柱部14固定。如上所述，图1示出了工具11是夹持器11a的示例。夹持器11a可以包括上部件31和底部件32。上部件31和底部件32可以相对于彼此移动。这使得夹持器11a能够在使用期间夹持组织。可选地，上部件31和底部件32中仅一个相对于支承柱部14固定。例如，图1示出了底部件32连接到支承柱部14的实施例。上部件31仅通过夹持器11a的底部件32来连接到支承柱部14。通过上部件31和底部件32中的一个相对于支承柱部14固定的布置，仅需要控制另一个(非固定的)部件以完全激活夹持器11a。然而，不一定是这种情况。在替代实施例中，上部件31和底部件32都相对于支承柱部14被铰接，并且可以彼此独立地或一起地被致动。

通过将工具11连接到支承柱部14，支承柱部14相对于面对表面15移动导致工具11相对于面对表面15移动。通过控制球形接头12，在末端执行器10的尖端处的工具11的移动可以在两个自由度上被控制。

图4至图6示出了如何使用筋部13来控制工具11的移动。如在图4至图6中示出，末端执行器10包括多个筋部13。筋部13被连接到支承柱部14。筋部13被构造成控制工具11在至少两个自由度上的移动。

本发明采用筋部驱动的机构。通过使用筋部13来驱动机器人，末端执行器比同心管机器人具有更好的远端灵敏性和力感知能力。此外，断裂和疲劳受到更多限制。

图4至图6中的每一个示出了筋部13如何用于控制工具11在不同的自由度上的移动。图4和图5示出了工具11在通过球形接头12的移动实现的自由度上的移动。图6示出了与夹持器11a的上部件31和底部件32之间的相对移动相关联的进一步的自由度。在图4至图6中，箭头示出了筋部13的移动。

图2示出了在末端执行器10上的工具11的移动的自由度的坐标系。在图4和图5中示出的两个第一自由度具有位于球形接头12的基部处的中间点上的坐标系。这两个自由度由下标为0和1的轴线表示。第三自由度的坐标系位于夹持器11a的旋转轴线上，并且在图2中以下标2示出。在图2中，具有轴线x₃、y₃以及z₃的坐标系表示工具11的尖端的移动。可选地，工具11的尖端在被约束到固定点(如在图2中示出，固定点为坐标系0和1的原点)时能够覆盖的最大距离在y轴线和z轴线中的每一个上为至少约10mm，可选地，至少约20mm。

可选地，每个筋部13a至13d延伸穿过面对表面15以到达支承柱部14。如在图4中示出，可选地，每个筋部13a至13d延伸穿过支承柱部14。替代地，筋部13可以围绕支承柱部14的外侧通过。每个筋部13a至13d被连接到包括支承柱部14的主体18。

图4示出了工具11在可以被称为工具11的上下移动的自由度中的移动。如在图4中示出，该移动由筋部13a、13b控制。筋部13a、13b在不同的位置处终止。在图4中示出的筋部13a、13b致动上下自由度。可选地，筋部13a、13b在包括支承柱部14的主体18的远端表面20(在图9中示出)处终止。筋部13a、13b并非必须在远端表面20处终止。例如，筋部13a、13b可以在延伸穿过支承柱部14的通道19内终止。

图23和图24示出了包括支承柱部14的主体18的替代构型的不同视图。图25和图26示出了包括支承柱部14的主体18的其他替代构型的不同视图。如在图23至图26中示出的构型中所示，可选地，筋部13在主体18的外周壁21处具有终止点50。筋部13可以被固定到外周壁21，而不是固定到支承柱部14。筋部13可以从终止点50延伸到主体18的外部。终止点50可以形成为外周壁21中的孔，筋部13被固定到该孔中。

筋部13a至13d被固定到筋部的对应的终止位置的方式没有特别限制。作为一个示例，筋部13的松散的端部可以被打成结(例如，数字八形状的结)。替代地，一根管子可以在筋部13的端部卷曲(crimped)。

可选地，筋部13a至13d在筋部的对应的终止位置处卷曲。可选地，筋部13a至13d在筋部的对应的终止位置处与套管一起卷曲。套管可以是钢管套管。

可选地，筋部13a至13d通过将工具11抵靠主体18布置而被固定到筋部的对应的终止位置。可选地，套管通过工具11推压抵靠主体18而固定。套管可以不必被焊接到位。

如在图4中示出，筋部13a、13b以拮抗(antagonistic)的方式起作用。这意味着当筋部中的一个筋部13a拉拽时，另一个筋部13b已释放了张力(松开)。这意味着工具11具有双向致动能力(例如，在图4中示出的自由度上向上-向下)。在图4中示出的顶部图片示出了一个筋部13a被拉拽而另一个筋部13b被释放的情况。这引起工具11向上移动(在附图中所示出的方向上)。图4的底部图片示出了相反的情况，其中，一个筋部13a被释放，另一个筋部13被拉拽。这引起工具11向下移动。筋部13保持张紧，以相对于面对表面15保持支承柱部14。

如在图4中示出，图4中的筋部(筋部13a、13b)在上下方向上在不同位置处具有终止点。可选地，筋部13a、13b具有在左右方向上在相同位置处的终止点。可选地，筋部13a、13b具有在轴向方向上在相同位置处的终止点。

图5示出了另外两个筋部13c、13d如何以拮抗的方式起作用以控制工具11的移动。筋部13c、13d控制左右自由度。在图5的左侧的图片中，一个筋部13c被拉拽，另一个筋部13d被释放，导致工具11向右移动(当沿着末端执行器10的纵向方向从近端端部向远端端部(工具11被定位在远端端部)观察时)。在图5的右侧的图片中，一个筋部13c被释放，另一个筋部13d被拉拽。这导致工具11向左移动。

筋部13c、13d在左右方向的不同点处具有终止位置。可选地，筋部13c、13d具有在上下方向上在相同位置处的终止点。可选地，筋部13c、13d具有在轴向方向上在相同位置处的终止点。

如在图4和图5中示出，球形接头12使得工具11能够在两个自由度上移动。球形接头12仅关于两个轴线上旋转，俯仰轴线和摇摆轴线。球形接头12不需要关于翻滚轴线上旋转。可选地，筋部13a至13d以及拮抗运动约束了球形接头12关于翻滚轴线的旋转。

可选地，工具11的平移以及翻滚移动由机器人臂执行，设备被安装在机器人臂上。替代地，工具11的翻滚移动和/或平移可以由实施该手术的外科医生的手臂来执行。

如在图6中示出，可选地，末端执行器10包括至少一个另外的筋部13e、13f。另外的筋部13e、13f可以延伸穿过支承柱部14中的通道19。另外的筋部13e、13f不同于其他筋部13a至13d，因为另外的筋部未被固定到支承柱部14。另外的筋部13e、13f被连接到工具11，用于控制工具11在另外的自由度上的动作。

例如，图6示出了夹持器11a被用作工具11的示例。筋部13e、13f具有在夹持器11a的上部件31上的终止点34、35。夹持器11a的底部件32与包括支承柱部14的主体18联接。另外的筋部13e、13f以拮抗的方式起作用。在图6中所示的顶部图片中，一个筋部13e拉拽，并且另一个筋部13f松开，导致夹持器11a打开(即，上部件31的远端部分移动远离底部件32)。在图6的下侧图片中，一个筋部13e松开，另一个筋部13f拉拽。这导致夹持器12a闭合(即，上部件31的远端部分朝向底部件32移动)。可选地，当夹持器11a闭合时，上部件31的远端部分与下部件32发生接触。

图3示出了末端执行器10的分解视图。如在图3中示出，可选地，末端执行器10包括主体18，主体包括支承柱部14。主体18可以形成为一体的材料件。支承柱部14形成实心材料体。可选地，支承柱部14为一体的材料体。这意味着支承柱部形成为单个部件，而不是之后连接在一起的多个组件。如下面将另外详细说明的，支承柱部14包括用于容纳筋部13的多个通道19。除了通道19之外，支承柱部14是大致实心的材料件，没有其他明显的孔。支承柱部14相对致密，在相对较小的体积中具有相对大量的材料。支承柱部14是坚固的，并且能够用于在末端执行器10的尖端处施加更大的力。相反地，同心管机器人不能施加同样大的力，也不太坚固。

通过给末端执行器10提供球形接头12以使得工具11能够移动，末端执行器10与已知装置相比更加坚固，并且可以施加更大的力。能够施加更大的力对于用工具11操控组织和/或对于切割骨骼特别有用。例如，骨骼冲压器11b是可以用于切割骨骼的工具11的示例。

如在图1至图3中示出，支承柱部14面对着面对表面15。可选地，仅筋部13被构造成对支承柱部14的相对于面对支承柱部14的表面15的轴向位置进行约束。筋部13在使用期间保持张紧。这意味着不需要对支承柱部14进行封装。不需要在径向方向上包围支承柱部14，这有助于减小末端执行器10的总直径。这使得末端执行器10能够用于较小的空间，例如用于鼻内神经外科手术。

可选地，面对支承柱部14的表面15涂覆有涂层，该涂层被构造成影响支承柱部14的近端端部与面对支承柱部14的表面15之间的摩擦。另外地或替代地，支承柱部14的近端端部涂覆有涂层，该涂层被构造成影响支承柱部14的近端端部与面对支承柱部14的表面15之间的摩擦力。

可选地，末端执行器10包括在表面15与支承柱部14之间的摩擦组件，以影响支承柱部14与表面15之间的有效摩擦力。附图中没有示出这种摩擦组件。例如，组件可以被插入在支承柱部14与表面15之间，以减少或增大在不提供该组件的情况下将存在的摩擦力。摩擦组件可以用于控制摩擦力水平。

可以选择涂层或组件来控制支承柱部14与表面15之间的摩擦力的量。针对末端执行器10的不同用途(例如，当需要不同水平的精度时)，可能需要不同水平的摩擦力。为了控制末端执行器10的使用寿命，能够控制摩擦力的水平也是有帮助的。

如在图3中示出，可选地，末端执行器10包括基部16。基座16形成为从包括支承柱部14的主体18独立的组件。如在图3中示出，可选地，工具11最初被制造成从主体18独立的组件。因此，在制造过程期间，工具11可以被连接到主体18。例如，如在图3中示出，可选地，工具11包括将工具11连接到主体18的连接元件33。可选地，工具11被固定地连接到主体18。如在图3中的示例中示出，可选地，工具11包括能相对于彼此移动的部件。可选地，上部件31形成为从底部件32独立的组件。上部件31以使得上部件31的远端位置能够相对于底部件32移动的方式来连接到底部件32。如在图3中示出，可选地，上部件31的近端部分通过铰接部连接到底部件32。

如在图1至图3中示出，可选地，末端执行器10被附接到轴23。轴23具有内部通道，筋部23延伸穿过该内部通道。可选地，轴23从末端执行器10延伸到筋部13的另一端，在该筋部的另一端处，筋部被联接到设备的控制装置。

图7是基部16的当从远端端部观察时的近视图。面对支承柱部14的表面15被布置在末端执行器10的基部16的远端端部处。因此，在图7中可以看到该面对表面15。如在图7中示出，可选地，面对表面15包括多个通道17，筋部13延伸穿过这些通道17。如在图7中示出，可选地，对于每个筋部13提供有相应的通道17。通道17和筋部13之间的对应关系由附图标记的字母表示。如在图1、图3以及图7中示出，面对表面15是凹入的。

图8是主体18的当从近端端部观察时的近视图。支承柱部14在主体18的近端端部处。因此，在图8中可以看到支承柱部14的近端表面。如在图8中示出，可选地，支承柱部14包括多个通道19，筋部13从支承柱部14的近端端部穿过这些通道延伸到支承柱部14的远端端部。如在图8中示出，可选地，对于每个筋部13提供有相应的通道19。这由在附图标记中使用的字母表示。通道17、19降低了筋部13在使用期间缠结的可能性。

针对每个旋转自由度，有两个筋部13，这两个筋部以主动肌-拮抗肌(agonist-antagonist)的方式控制每个角度的移动。筋部13的长度是通过对每个筋部13的穿过通道17、19的3D位置进行定位，并且计算两个连续通道之间的距离来选择的。可选地，机器人具有被筋部13穿过的六个通道。可选地，筋部中的四个筋部13a至13d沿直径被定位在从中心起的相同半径上。可选地，通道17a至17d、19a至19d的中心被定位成距末端执行器的中心轴线至少0.5mm。可选地，通道17a至17d、19a至19d的中心被定位在距末端执行器的中心轴线至多2mm处。可选地，通道17a至17d、19a至19d的中心被定位成距末端执行器的中心轴线约1mm。

可选地，四个筋部13a至13d在主体18上(例如，在支承柱部14的远端端部上或在外周壁21处)终止并且控制两个第一自由度。其余两个筋部13e、13f用于控制夹持器11a的自由度。可选地，通道17e至17f、19e至19f的中心被定位成距末端执行器的中心轴线至少0.1mm。可选地，通道17e至17f、19e至19f的中心被定位成距末端执行器的中心轴线至多0.5mm。可选地，通道17e至17f、19e至19f的中心被定位成距末端执行器的中心轴线约0.35mm。筋部13e、13f在夹持器11a的上部件31处的附接部上终止。

在使用期间，筋部13在当前接头空间上的长度与在期望的接头空间上的长度之间的差值被转换成相应马达在位置控制中应该旋转的角度。

图9是主体18的当从远端端部观察时的近视图。因此，可以看到支承柱部14的远端端部表面。此外，外周壁21(也在图3中示出)是可见的。可选地，外周壁21在远端延伸超过支承柱部14。外周壁21可以与支承柱部14一体地形成。在替代实施例中，主体18不具有这种外周壁21。在这样的实施例中，主体18可以简单地由支承柱部14形成。

从图8和图9可以看出，通道19从支承柱部14的近端端部(在图8中示出)延伸到支承柱部14的远端端部(在图9中示出)。

通过图8与图9之间的比较可以看出，通道19a至19d在支承柱部14的近端端部处与在支承柱部14的远端端部处相比具有更大的尺寸。可选地，通道19a至19d朝向支承柱部14的远端端部逐渐变细。如在图9中示出，可选地，在远端端部处，通道19a至19d的横截面可以是大致圆形的。相反地，如在图8中示出，此外，在支承柱部14的近端端部处，通道19a至19d可以在支承柱部14的径向方向上进一步延伸。例如，通道19a至19d在支承柱部14的近端端部处的额外尺寸可以通过提供附加孔(例如，附加圆柱形孔)来实现，该附加孔在形成通道19a至19d时与主孔合并。通过使通道19a至19d朝向支承柱部14的远端端部变得更小，筋部13a至13d可以更容易地移动而不需要以极端角度弯曲。这提高了使用筋部13a至13d可以控制的、工具11的移动精度。

图10至图16示出了筋部13在通道17、19内的替代布置。图10至图16是基部16的近视图，示出了面对支承柱部14的表面15。然而，在图10至图16中示出的通道17的图案同样适用于延伸穿过支承柱部14的通道19。

如在图10、图11、图14、图15以及图16中示出，可选地，至少一对通道17被合并以形成用于相应的一对筋部13的共用通道22。例如，图10示出了通道17a、17e合并在一起以形成共用通道22的示例。类似地，另外两个通道17b、17f合并在一起以形成另一个共用通道22。通过将通道17合并在一起以形成共用通道22，可以减少容纳通道17所需的横截面空间的量。特别地，当工具11布置有需要筋部13来对移动部件进行控制的移动部件时，需要额外的通道17e、17f。通过使用共用通道22，可以减少容纳额外通道17e、17f所需的横截面区域中的额外空间的量。

对于没有移动部件的工具11，则可以不提供另外的筋部13e、13f以及另外的筋部的对应通道17e、17f、19e、19f。替代地，即使在使用不具有移动部件(使得不需要另外的筋部13e、13f)的工具11时，也可以提供通道17e、17f、19e、19f，使得同一主体18和基部16也可以用于需要另外的控制筋部13e、13f的工具11。例如，工具11可以从主体18拆卸，并且由需要不同数量的筋部13以进行控制的另一个工具11代替。

图11示出了如下的示例：在该示例中，用于对工具11的动作进行控制的另外的筋部13e、13f的附加通道17e、17f被合并以形成共用通道22。例如，如在图10和图11中示出，共用通道22可以具有数字8的形状。

如在图7至图11中示出，可选地，用于(对工具11的动作进行控制的)另外的筋部13e、13f的通道17e、17f、19e、19f在横截面上按照另外的移动度的移动方向对准。特别地，如在图1至图3中示出的夹持器11a的示例中，另外的自由度在上下方向上。这是因为如果夹持器11a在上下方向上，另外的自由度是上部件31的移动。另外的通道17e、17f在上下方向上布置。通过使通道17e、17f的布置按照自由度对准，另外的筋部13e、13f缠结的可能性降低。

然而，另外的通道17e、17f按照另外的自由度对准不是必须的。如在图13中示出，在替代实施例中，另外的通道17e、17f按照左右自由度的移动方向对准。这还在图14和图15中示出。可选地，另外的通道17e、17f在横截面上按照由球形接头12实现的两个自由度中的一个自由度的移动方向对准。在图1至图3中示出的示例中，由球形接头12实现的两个自由度中的一个自由度与和工具11的动作相关联的另外的自由度一致。然而，不一定是这种情况。例如，工具11的动作可以从与球形接头12相关联的两个自由度偏离。

如在图12和图16中示出，可选地，通道17e、17f在横截面视图中沿对角线对准。当与工具11的动作相关联的另外的自由度沿对角线方向对准时，这可能特别合适。替代地，另外的通道17e、17f可以在对角方向上布置(如在图12和图16中示出)，以增大通道17的边缘之间的距离。

如在图14中示出，可选地，与左右自由度相关联的通道17c、17d与另外的通道17e、17f合并以形成合并通道22。

图23和图24示出了包括支承柱部14的主体18的替代构型的不同视图。图23是透视图。图24是从主体18的远端侧观察的视图。如在图23和图24中示出，可选地，通道19a至19d继续穿过主体的外周壁21。这使得筋部13a至13d继续围绕主体18的外侧。筋部13a至13d可以在一个端部处固定到在终止点50处的外周壁21。

图25和图26示出了包括支承柱部14的主体18的其他替代构型的不同视图。图25是透视图。图26是从主体18的远端侧观察的视图。如在图25和图26中示出，可选地，主体18未布置有用于筋部13a至13d的通道。替代地，筋部13a至13d围绕支承柱部14的外侧延伸。这简化了支承柱部的设计。筋部13a至13d可以在一个端部处固定到在终止点50处的外周壁21。

可选地，通道17、19的内部宽度为筋部13的横截面尺寸的至少1.5倍。这降低了筋部13被卡在通道17、19内从而限制筋部的轴向移动的可能性。可选地，通道17、19的内部宽度为筋部13的横截面尺寸的至少两倍。

可选地，末端执行器10的直径使得末端执行器可以适合穿过鼻孔。可选地，末端执行器10的直径使得两个或三个这种末端执行器10可以适合同时穿过同一鼻孔。可选地，末端执行器10的最大外直径至多约7mm，可选地，至多约5mm。可选地，末端执行器10的最大外直径约3.6mm。可选地，末端执行器10的长度至多约20mm。

可选地，末端执行器10由医用级钢制成。可选地，筋部13由不锈钢制成。然而，其他材料是可能的。例如，工具11、主体18以及基部16可以由塑料制成。可选地，筋部13由钨制成。

可选地，筋部13的直径至多约0.5mm，可选地，至多约0.2mm。可选地，通道17、19的直径至多约1mm，可选地，至多约0.5mm。可选地，通道17、19的直径至少约0.2mm，可选地，至少约0.5mm。

可选地，末端执行器10被固定在轴23上。轴23可以是不锈钢级316无缝管状轴。可选地，轴23的外直径至多为7mm，可选地，至多为5mm。可选地，轴23的外直径为3mm。可选地，轴23包括线引导管，筋部13穿过该线引导管。可选地，线引导管的直径约0.5mm。

如在图9中示出，可选地，支承柱部14在支承柱部的远端端部处包括平坦的表面20。可选地，筋部13被附接在平坦的表面30处。可选地，支承柱部14具有大致半球形形状，在支承柱部的近端端部处具有凸出的表面(面对着面对表面15)并且在支承柱部的远端端部处具有平坦的表面20。通过将支承柱部14设置成大致半球形的物体，末端执行器10更易于制造。

然而，支承柱部14具有半球形形状不是必需的。图17示出了主体18的替代构型，其中，支承柱部14具有球形形状。支承柱部14的远端端部表面20是凸出的。

如上所述，可选地，通道19在支承柱部14的近端端部处比在支承柱部14的远端端部处更宽。然而，不一定是这种情况。图18示出了主体18的替代构型，其中，通道19从支承柱部14的近端端部到远端端部具有恒定的横截面或宽度。特别地，图18示出没有提供在图8中可以看到(也可以在图1至图6中看到)的附加孔。

如在图1至图3中示出，可选地，基部16被附接到轴23，筋部13延伸穿过该轴。图19和图20示出了将末端执行器10的基部16连接到轴23的替代方式。如在图19中示出，可选地，基部16在基部的近端端部处包括凸缘24。凸缘24围绕轴23配合以将基部16连接到轴23。可选地，末端执行器10与轴23之间的连接可以松开而不需要破坏末端执行器10。这使得能够替换末端执行器10(例如，如果需要不同的工具11)。替代地，末端执行器10与轴23之间的连接是永久性的(例如通过焊接)，使得在不破坏末端执行器10和/或轴23的情况下不能替换末端执行器10。

图20示出了替代构型，其中，基部16包括在轴23的内部通道内延伸的突出部分25。如在图20中可以看到，可选地，通道17一直延伸穿过包括突出部分25的基部16。突出部分25的总直径可以小到使得通道17a至17d暴露到轴23的内壁。

在替代构型中，基部16被直接地固定到轴23上，而不需要突出部分25。例如，可选地，基部16被焊接(例如激光焊接)到轴23。

如上所述，不同类型的工具11可以与末端执行器10一起使用。可选地，一个工具11可以被另一个工具替换，而不需要替换末端执行器10的其余部分(例如，主体18和基部16)。替代地，当期望使用不同的工具11时，整个末端执行器10可以被替换。

在图21中示出的最左侧的工具11是夹持器11a，如在图1至图6中示出。下一个工具11是骨骼冲压器11b。骨骼冲压器11b具有移动部件。特别地，骨骼冲压器11b需要在上部件36和底部件37之间相对地轴向移动。骨骼冲压器11b被构造成切割骨骼。骨骼冲压器11b的上部件36和底部件37之间的相对移动可以通过使用另外的筋部13e、13f来致动。可选地，骨骼冲压器11b是弹簧加压的。在图21中示出的中间工具11是扁长的压舌板状解剖器11c。在图21中示出的第四工具11是圆形的压舌板状解剖器11d。在图21中最右侧的工具是环形刮匙11e。

筋部13从筋部的终止点(在筋部的远端端部处)穿过轴23延伸到筋部的近端端部。在筋部的近端端部处，筋部13被附接使得筋部可以被马达控制。图22示出了在筋部的近端端部处的用于筋部13的变更路线机构40。

如在图22中示出，可选地，变更路线机构40包括壳体44。可选地，壳体44通过增材制造来制造。可选地，壳体44由聚乳酸(polylactic acid，PLA)塑料制成。壳体44包括用于连接到轴23的连接点41。筋部13延伸穿过轴23并且穿过连接点41进入变更路线机构40。

如在图22中示出，变更路线机构40包括多个绞盘，筋部13被连接到绞盘。绞盘又与不锈钢杆连接，然后不锈钢杆被连接到马达，以致动筋部13。如在图22中示出，可选地，变更路线机构40包括多个滑轮43。滑轮43使得筋部能够在绞盘42的不同轴向位置处变更路线。

本发明的末端执行器10可以应用于各种不同类型的手术。例如，末端执行器适合用于神经外科手术。然而，本发明不限于神经外科手术。末端执行器10可以用于其它类型的手术，例如脊柱手术。

以上主要在具有六个筋部13的末端执行器10的情况下描述了本发明。然而，可以提供不同数量的筋部13。例如，当工具11不需要激活时(例如，当工具11没有移动部件时)，则末端执行器10可以仅包括用于控制两个自由度的四个筋部。可选地，替代用于每个自由度的两个筋部13，末端执行器10包括用于每个自由度的一个筋部13。例如，筋部13可以成环形(例如围绕绞盘)，使筋部13的两个端部被附接在不同的终止点处，以控制在自由度上的移动。作为另一个示例，当具有上部件31和底部件32两者的夹持器11a能独立地致动时，则末端执行器10可以包括八个筋部13(用于上下自由度和左右自由度的两对筋部，以及用于夹持器11a的每个部件的一对筋部)。筋部13的数量没有特别的限制。

可选地，末端执行器10通过增材制造(例如立体光刻或直接激光金属烧结)来制造。可选地，打印材料是医用级钢或(用于流体、光学以及模具制造中的类型的)耐加压加热树脂。

附图和之前的描述仅通过说明而涉及优选特征。应当注意，在此公开的结构和方法的替代特征将容易地被识别为可能的替代方案。上述等价件仅为示例，并且应当理解，可以以多种不同的方式对等价件进行修改，同时仍保持在权利要求的范围内。不同实施例和布置的特征可以相互组合，除非这些特征是相互排斥的。

Claims (15)

1.一种用于内窥镜手术设备的末端执行器，所述末端执行器包括：

工具，所述工具被构造成与组织相互作用；

主体，所述主体包括支承柱部，所述工具被连接到所述支承柱部；

基部，所述基部包括面对所述支承柱部的表面，所述支承柱部和所述表面形成球形接头；以及

多个筋部，所述多个筋部被连接到所述主体，以控制所述工具在两个自由度上的移动。

2.根据权利要求1所述的末端执行器，其中，所述支承柱部为一体的材料体。

3.根据权利要求1或2所述的末端执行器，其中，面对所述支承柱部的所述表面和/或所述支承柱部的近端端部涂覆有涂层，所述涂层被构造成影响所述支承柱部的近端端部与面对所述支承柱部的所述表面之间的摩擦力。

4.根据前述权利要求中任一项所述的末端执行器，所述末端执行器包括在面对所述支承柱部的所述表面与所述支承柱部之间的摩擦组件，以影响所述支承柱部与面对所述支承柱部的所述表面之间的有效摩擦力。

5.根据前述权利要求中任一项所述的末端执行器，其中，仅所述筋部被构造成对所述支承柱部的相对于面对所述支承柱部的所述表面的轴向位置进行约束。

6.根据前述权利要求中任一项所述的末端执行器，其中，所述支承柱部包括多个通道，所述筋部从所述支承柱部的近端端部穿过所述多个通道延伸到所述支承柱部的远端端部。

7.根据权利要求6所述的末端执行器，其中，所述通道朝向所述支承柱部的远端端部逐渐变细。

8.根据前述权利要求中任一项所述的末端执行器，所述末端执行器包括至少一个另外的筋部，所述至少一个另外的筋部延伸穿过所述支承柱部中的通道并且被连接到所述工具，以控制所述工具在另一个自由度上的动作。

9.根据权利要求8所述的末端执行器，其中，所述另外的筋部中的至少两个另外的筋部被提供具有相应的通道，所述相应的通道在横截面上按照在所述另一个自由度上的移动方向对准和/或按照在所述两个自由度中的一个自由度上的移动方向对准。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的末端执行器，其中，所述通道中的至少一对通道被合并以形成用于所述筋部中的相应的一对筋部的共用通道。

11.根据权利要求6至10中任一项所述的末端执行器，其中，所述通道的内部宽度为所述筋部的横截面尺寸的至少一点五倍。

12.根据前述权利要求中任一项所述的末端执行器，其中，所述主体包括相对于所述支承柱部远端地延伸的外周壁，其中，所述筋部被附接到所述外周壁。

13.根据前述权利要求中任一项所述的末端执行器，其中，所述支承柱部包括在所述支承柱部的远端端部处的平坦的或凸出的表面，所述筋部被附接到所述平坦的或凸出的表面。

14.一种内窥镜手术设备，所述内窥镜手术设备包括根据前述权利要求中任一项所述的末端执行器。

15.一种制造用于内窥镜手术设备的末端执行器的方法，所述方法包括：

提供被构造成与组织相互作用的工具；

将所述工具连接到主体，所述主体包括球形接头的支承柱部；以及

将多个筋部连接到所述主体，以允许所述工具在两个自由度上的受控制的移动。

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