CN115607235A - 一种多自由度手术钳 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多自由度手术钳，包括：执行端和弯折端；执行端包括两个相互咬合的夹钳、与两个夹钳转动连接的夹钳支架、与夹钳支架远离夹钳的端部转动连接的轴转机构、以及用于驱使两个夹钳开合的开闭机构，轴转机构与弯折端连接；轴转机构用于驱使夹钳支架和夹钳轴向偏转，弯折端具有向不同侧向弯曲的自由度。本发明通过弯折端实现执行端的不同侧向弯曲自由度，通过开闭机构精准控制夹钳的开闭并实现精准夹持操作，通过轴转机构带动夹钳支架以及夹钳整体偏转，保证了执行端整体偏转的自由度，从而在单孔及多孔微创手术中，依靠多自由度，提高手术的空间，提升操作效率。

Description

一种多自由度手术钳

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种多自由度手术钳。

背景技术

本发明对于背景技术的描述属于与本发明相关的相关技术，仅仅是用于说明和便于理解本发明的发明内容，不应理解为申请人明确认为或推定申请人认为是本发明在首次提出申请的申请日的现有技术。

随着计算机科技的发展，为手术机器人的可控制性、安全性、以及手术精度做了保证，手术机器人已经是一个可以进入临床实验的辅助工具，引进微创手术机器人进入手术工作已经成为了一个必然趋势。

现有的外科手术机器人专用器械中，其末端执行器一般具有三个姿态自由度及一个操作自由度(例如开合夹钳)。在常规多孔腔镜手术中，机器人器械末端执行器进入人体，配合机器人体外操作臂为其提供的三个移动自由度，以腔壁切口作为不动点，对位于病人腔内的目标病灶进行全自由度外科手术操作。

然而随着外科医学发展，减孔、单孔腔镜手术以其微创、术后恢复更快等显著临床优势被迅速推广。对满足减孔、单孔腔镜术式的手术机器人的特殊需求也日渐明确。现有的手术机器人包含单孔和多孔操作，单孔意味着开一个手术窗口，通过管道束缚多个器械一同操作；多孔术意味着开几个手术窗口，每个窗口放一个器械进行操作。目前用于单孔及多孔腔镜手术的机器人在应对入路深且狭窄、操作灵巧度要求高的操作场景时，其灵巧工作空间小，自由度退化等问题尤其明显，不能满足临床需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多自由度手术钳，以解决现有用于单孔或者多孔腔镜手术的机器人其执行器操作自由度不够灵活的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种多自由度手术钳，包括：执行端和弯折端；

执行端包括两个相互咬合的夹钳、与两个夹钳转动连接的夹钳支架、与夹钳支架远离夹钳的端部转动连接的轴转机构、以及用于驱使两个夹钳开合的开闭机构，轴转机构与弯折端连接；

轴转机构用于驱使夹钳支架和夹钳轴向偏转，弯折端具有向不同侧向弯曲的自由度。

本发明通过弯折端实现执行端的不同侧向弯曲自由度，通过开闭机构精准控制夹钳的开闭并实现精准夹持操作，通过轴转机构带动夹钳支架以及夹钳整体偏转，保证了执行端整体偏转的自由度，从而在单孔及多孔微创手术中，依靠多自由度，提高手术的空间，提升操作效率。

进一步地，轴转机构包括轴转支架、对称设置在轴转支架两侧的连接耳、以及连接在轴转支架远离连接耳一端的螺纹部；

连接耳与夹钳支架转动连接，螺纹部上对称开设有两个固定孔，两个固定孔中连接有牵动件，牵动件远离固定孔的端部沿螺纹部的螺旋槽绕设并向外延伸，通过拉动牵动件带动夹钳转动。

本发明的两个固定孔内连接有牵动件，牵动件的数量与固定孔的数量对应，且牵动件绕设在螺纹部的螺旋槽内，拉动一根牵动件可以驱使螺纹部旋转，螺纹部旋转带动轴转支架、连接耳、以及夹钳支架和夹钳均随之转动，从而实现夹钳的偏转，拉动另一跟拉动件可驱使螺纹部反向旋转复位，从而实现轴向正反两个方向的旋转自由度。

进一步地，轴转机构还包括设置在螺纹部外壁的轴转关节内壳，轴转关节内壳通过转动件与螺纹部转动连接，轴转关节内壳远离螺纹部的端部与弯折端连接，轴转关节内壳的侧壁对称设置有对牵动件进行牵引限位的牵引限位件。

本发明在拉动牵动件时，螺纹部在转动件的作用下可以顺利绕轴转关节内壳转动，进而实现夹钳的偏转；牵引限位件用于确保牵动件的旋转角度。

进一步地，牵引限位件包括限位槽、以及过线窗口块，过线窗口块连接在轴转关节内壳的窗口上，限位槽轴向开设在轴转关节内壳的外壁并与过线窗口块对应，牵动件穿过过线窗口块并从限位槽中穿出。

本发明的牵动件穿过过线窗口块并沿限位槽的方向穿出，过线窗口块使牵动件能够穿出，便于拉动牵动件而实现正反向的旋转，且不会对螺纹部造成干涉，限位槽用于为牵动件进行导向并限位。

进一步地，转动件包括设置在螺纹部内的轴承挡环、以及嵌设在轴转关节内壳内壁的轴承，螺纹部远离轴转支架的端部与轴承转动配合，轴承挡环的另一端伸出至螺纹部外并对轴承进行限位。

本发明的通过轴转关节内壳内部的轴承，使得在拉动牵动件时螺纹部整体能够在牵引力的作用下绕轴承转动，并最终实现夹钳的偏转；轴承挡环的主要目的是避免螺纹部和轴承之间出现松动和移位，避免螺纹部整体或者轴转关节内壳发生上下移动，确保螺纹部的转动，提高了转动的稳定性。

进一步地，轴转机构还包括轴转关节套筒，轴转关节套筒连接在轴转关节内壳的外壁。

本发明的轴转关节套筒用于保护轴转关节内壳等部件。

进一步地，夹钳通过销柱一与夹钳支架转动连接，夹钳支架的两侧设有凸杆，凸杆上设置有导向轮一，开闭机构为传动钢丝，传动钢丝的一端穿过夹钳上的线束孔与夹钳连接，传动钢丝的另一端依次穿过导向轮一、轴转机构并从弯折端中穿出。

本发明的传动钢丝分别通过两个夹钳上的线束孔与夹钳连接，通过拉动传动钢丝驱使两个夹钳分别绕夹钳支架转动，从而使两个夹钳实现张开和咬合。

进一步地，夹钳支架远离夹钳的端部通过销柱二与连接耳转动连接，销柱二上设有导向轮二，导向轮二位于夹钳支架的两侧。

本发明通过在夹钳支架与连接耳连接的销柱二上设置导向轮二，用于限制传动钢丝的位置，防止传动过程中出现交织。

进一步地，轴转支架靠近连接耳的端部具有连接平台，连接平台上设置有至少两个支撑柱，支撑柱上设有导向轮三，传动钢丝依次穿过导向轮一、导向轮二、导向轮三、以及连接平台最终从弯折端中穿出。

本发明通过支撑柱以及导向轮三，导向轮三将自前端引出得传动钢丝进行限位，并穿过轴转支架上的连接平台，最终从弯折端中穿出。

进一步地，弯折端包括多个依次轴向连接的蛇骨管、以及穿设在多个蛇骨管中的拉力件，第一个蛇骨管与轴转机构连接，蛇骨管的管壁上向内凹陷设置有限位块，限位块与蛇骨管的管壁形成有用于拉力件通过和限位的限位孔，通过拉动拉力件传递周向拉力，带动蛇骨管多自由度弯曲。

本发明的弯折端由多个蛇骨管连接而成，通过拉动拉力件控制蛇骨管的多自由度弯曲，从而改变夹钳的位置，其与轴转机构结合实现了手术钳的多自由度操作。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的执行端通过导向轮一、导向轮二和导向轮三，多个导向轮将前端传动钢丝的传动位置限定，避免传动钢丝交叉磨损，提高使用流畅度，精准控制夹钳操作；

2、本发明的轴转支架后端的螺纹部上，牵动件自螺纹部上的固定孔中引出，且牵动件的两端向螺纹部的螺纹槽内绕线，绕线后牵动件的自由端经轴转关节内壳外侧的牵引限位件引出，由此实现轴转支架的正反向转动，保证执行端自由度；

3、本发明的弯折端采用多段柔性蛇骨管，一方面可弯折扩展手术操作空间，另一方面补充器械操作自由度；

4、本发明的手术钳保证了执行端整体偏转的自由度，且适同时适用于单孔和多孔微创手术，依靠多自由度，提高手术的空间，提升操作效率。

附图说明

图1为多自由度手术钳的整体结构示意图；

图2为执行端的具体结构示意图；

图3为牵引限位件与轴转关节内壳的结构示意图；

图4为轴转机构的剖视结构示意图；

图5为夹钳的具体结构示意图；

图6为夹钳支架的具体结构示意图；

图7为轴转机构的结构示意图；

图8为弯折端的结构示意图；

图9为限位块的结构示意图。

图中：1-执行端、11-夹钳、111-线束孔、12-夹钳支架、121-凸杆、122-导向轮一；

13-轴转机构、131-轴转支架、1311-连接平台、1312-支撑柱、1313-导向轮三、132-连接耳、1321-导向轮二、133-螺纹部、134-固定孔、135-牵动件、136-轴转关节内壳、137-轴转关节套筒、14-开闭机构；

2-弯折端、21-蛇骨管、22-拉力件、23-限位块；

3-转动件、31-轴承挡环、32-轴承；

4-牵引限位件、41-限位槽、42-过线窗口块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明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，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的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。

如图1和图2所示，一种多自由度手术钳，其特征在于，包括：执行端1和弯折端2；

执行端1包括两个相互咬合的夹钳11、与两个夹钳11转动连接的夹钳支架12、与夹钳支架12远离夹钳11的端部转动连接的轴转机构13、以及用于驱使两个夹钳11开合的开闭机构14，轴转机构13与弯折端2连接；通过开闭机构14控制两个夹钳11的开合，用于精准夹持。

轴转机构13用于驱使夹钳支架12和夹钳11轴向偏转，弯折端2具有向不同侧向弯曲的自由度；轴转机构13能够轴向转动，从而能够驱使夹钳支架12和夹钳11轴向偏转，其保证了执行端1的正反向偏转自由度，然后在结合弯折端2的不同侧向弯曲自由度，实现了手术钳的多自由度。

如图2至图7所示，轴转机构13包括轴转支架131、对称设置在轴转支架131两侧的连接耳132、以及连接在轴转支架131远离连接耳132一端的螺纹部133；

夹钳11通过销柱一与夹钳支架12转动连接，夹钳支架12的两侧设有凸杆121，凸杆121上设置有导向轮一122，在本实施例中导向轮一122设置有两个，在本发明的其他实施例中导向轮一122的数量根据实际使用进行调整，可以为一个也可以为多个，在此不做具体限制。开闭机构14为传动钢丝，传动钢丝的一端穿过夹钳11上的线束孔111与夹钳11连接，传动钢丝连接在夹钳11的线束孔111内，传动钢丝的另一端依次穿过导向轮一122、轴转机构13并从弯折端2中穿出。传动钢丝设置有两组，其数量与夹钳11的数量匹配，通过传动钢丝控制夹钳11的开合。

夹钳支架12远离夹钳11的端部通过销柱二与连接耳132转动连接，销柱二上设有导向轮二1321，导向轮二1321位于夹钳支架12的两侧。本实施例中导向轮二1321设有四个，其均匀位于夹钳支架12的两侧，用于限制传动钢丝的位置，防止两组传动钢丝在传动过程中出现交织，在本发明的其他实施例中，导向轮二1321可以设置为两个、六个等偶数个，其具体数量可根据实际使用情况进调整。

连接耳132与夹钳支架12转动连接，螺纹部133上对称开设有两个固定孔134，两个固定孔134中连接有牵动件135，牵动件135的数量与固定孔134的数量对应，牵动件135连接在固定孔134内，牵动件135远离固定孔134的端部沿螺纹部133的螺旋槽绕设并向外延伸，通过拉动牵动件135带动夹钳11转动。

其中，牵动件135带动夹钳11的转动角度为0°至180°，提高使用流畅度，精准控制夹钳操作。本实施例中的牵动件135采用牵引钢丝，牵动件135的数量与固定孔134的数量对应，其中拉动其中一个牵引钢丝用于驱动螺纹部133旋转，再拉动另一个牵引钢丝驱使螺纹部133转动复位，通过螺纹部133旋转驱使轴转支架131以及支耳132转动，支耳132带动夹钳支架12转动，最终通过夹钳支架12带动夹钳11的转动，实现了夹钳11的偏转。

如图3和图4所示，轴转机构13还包括设置在螺纹部133外壁的轴转关节内壳136，轴转关节内壳136通过转动件3与螺纹部133转动连接，转动件3用于确保螺纹部133与轴转关节内壳136之间转动的稳定性。轴转关节内壳136远离螺纹部133的端部与弯折端2连接，轴转关节内壳136的侧壁对称设置有对牵动件135进行牵引限位的牵引限位件4，牵引限位件4对牵动件135进行牵引和限位，节约了工艺成本，同时保证了传动的稳定性，避免牵动件135之间发生干涉。

牵引限位件4包括限位槽41、以及过线窗口块42，过线窗口块42连接在轴转关节内壳136的窗口上，过线窗口块42通过销柱与窗口连接；限位槽41轴向开设在轴转关节内壳136的外壁并与过线窗口块42对应，牵动件135穿过过线窗口块42并从限位槽41中穿出。

转动件3包括设置在螺纹部133内的轴承挡环31、以及嵌设在轴转关节内壳136内壁的轴承32，螺纹部133远离轴转支架131的端部与轴承32转动配合，螺纹部133远离轴转支架131的端部设有与轴承32配合的转动部，实现顺利转动。轴承挡环31的一端嵌设在螺纹部133内，轴承挡环31的另一端伸出至螺纹部133外并对轴承32进行限位；轴承挡环31的主要目的是主要目的是避免螺纹部133和轴承32之间出现松动和移位，避免螺纹部133整体或者轴转关节内壳136发生上下移动，最终确保在拉动牵动件135时螺纹部133能顺利转动。

优选地，为了保护保护轴转关节内壳136等部件，轴转机构13还包括轴转关节套筒137，轴转关节套筒137连接在轴转关节内壳136的外壁。

优选地，轴转支架131靠近连接耳132的端部具有连接平台1311，连接平台1311上设置有至少两个支撑柱1312，在本实施例中，支撑柱1312有四个，连接平台1311上设有插口，支撑柱1312插接在插口中，且连接平台1311上还设有多个便于传动钢丝通过的通孔，在本发明的其他实施例中，支撑柱1312的数量可根据实际使用情况进行调整；支撑柱1312上设有导向轮三1313，传动钢丝依次穿过导向轮一122、导向轮二1321、导向轮三1313、以及连接平台1311最终从弯折端2中穿出。通过导向轮三1313将自导向轮二1321引出得传动钢丝进行限位，并穿过连接平台1311上的通孔，最终从弯折端2中穿出。

如图8和图9所示，弯折端2包括多个依次轴向连接的蛇骨管21、以及穿设在多个蛇骨管21中的拉力件22，第一个蛇骨管21与轴转机构13连接，通过拉动拉力件22传递周向拉力，拉力件22采用拉绳或者钢丝，带动蛇骨管21多自由度弯曲。本实施例中的弯折端2采用现有的多段蛇骨管21以及配合拉力件22实现多自由度弯曲。本实施例中的蛇骨管21设置有三段，每段蛇骨管21均由若干节骨管组成，每个骨管均由具备圆周配合的轴和孔，若干个骨管轴孔相互配合，构成可弯曲一定角度的蛇骨管21，通过拉动拉力件22实现蛇骨管21的多自由度弯曲。

蛇骨管21的管壁上向内凹陷设置有限位块23，限位块23与蛇骨管21的管壁形成有用于拉力件22通过和限位的限位孔，限位块23用于将控制各段蛇骨管21弯曲的拉力件22束缚在各段蛇骨管21的限位孔中。

本发明的一种多自由度手术钳，在使用时，弯折端2远离执行端1的端部可以与外部手柄连接，通过开闭机构14驱使夹钳11的开合，并实现精准夹持；通过蛇骨管21以及拉力件22配合使用，用于实现弯折端2的侧向弯曲自由度；通过拉动牵动件135，驱使螺纹部133正反转动，进而最终带动夹钳11的正反转动，实现了夹钳11的轴向偏转自由度，进而实现多自由度操作，扩展了手术操作空间，补充了器械的操作自由度。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多自由度手术钳，其特征在于，包括：执行端(1)和弯折端(2)；

所述执行端(1)包括两个相互咬合的夹钳(11)、与两个所述夹钳(11)转动连接的夹钳支架(12)、与所述夹钳支架(12)远离所述夹钳(11)的端部转动连接的轴转机构(13)、以及用于驱使两个所述夹钳(11)开合的开闭机构(14)，所述轴转机构(13)与所述弯折端(2)连接；

所述轴转机构(13)用于驱使所述夹钳支架(12)和夹钳(11)轴向偏转，所述弯折端(2)具有向不同侧向弯曲的自由度。

2.根据权利要求1所述的多自由度手术钳，其特征在于，所述轴转机构(13)包括轴转支架(131)、对称设置在所述轴转支架(131)两侧的连接耳(132)、以及连接在所述轴转支架(131)远离所述连接耳(132)一端的螺纹部(133)；

所述连接耳(132)与所述夹钳支架(12)转动连接，所述螺纹部(133)上对称开设有两个固定孔(134)，两个所述固定孔(134)中连接有牵动件(135)，所述牵动件(135)远离所述固定孔(134)的端部沿所述螺纹部(133)的螺旋槽绕设并向外延伸，通过拉动所述牵动件(135)带动所述夹钳(11)转动。

3.根据权利要求2所述的多自由度手术钳，其特征在于，所述轴转机构(13)还包括设置在所述螺纹部(133)外壁的轴转关节内壳(136)，所述轴转关节内壳(136)通过转动件(3)与所述螺纹部(133)转动连接，所述轴转关节内壳(136)远离所述螺纹部(133)的端部与所述弯折端(2)连接，所述轴转关节内壳(136)的侧壁对称设置有对所述牵动件(135)进行牵引限位的牵引限位件(4)。

4.根据权利要求3所述的多自由度手术钳，其特征在于，所述牵引限位件(4)包括限位槽(41)、以及过线窗口块(42)，所述过线窗口块(42)连接在所述轴转关节内壳(136)的窗口上，所述限位槽(41)轴向开设在所述轴转关节内壳(136)的外壁并与所述过线窗口块(42)对应，所述牵动件(135)穿过所述过线窗口块(42)并从所述限位槽(41)中穿出。

5.根据权利要求3所述的多自由度手术钳，其特征在于，所述转动件(3)包括设置在所述螺纹部(133)内的轴承挡环(31)、以及嵌设在所述轴转关节内壳(136)内壁的轴承(32)，所述螺纹部(133)远离所述轴转支架(131)的端部与所述轴承(32)转动配合，所述轴承挡环(31)的另一端伸出至所述螺纹部(133)外并对所述轴承(32)进行限位。

6.根据权利要求3所述的多自由度手术钳，其特征在于，所述轴转机构(13)还包括轴转关节套筒(137)，所述轴转关节套筒(137)连接在所述轴转关节内壳(136)的外壁。

7.根据权利要求2所述的多自由度手术钳，其特征在于，所述夹钳(11)通过销柱一与所述夹钳支架(12)转动连接，所述夹钳支架(12)的两侧设有凸杆(121)，所述凸杆(121)上设置有导向轮一(122)，所述开闭机构(14)为传动钢丝，所述传动钢丝的一端穿过所述夹钳(11)上的线束孔(111)与夹钳(11)连接，所述传动钢丝的另一端依次穿过所述导向轮一(122)、所述轴转机构(13)并从所述弯折端(2)中穿出。

8.根据权利要求7所述的多自由度手术钳，其特征在于，所述夹钳支架(12)远离所述夹钳(11)的端部通过销柱二与所述连接耳(132)转动连接，所述销柱二上设有导向轮二(1321)，所述导向轮二(1321)位于所述夹钳支架(12)的两侧。

9.根据权利要求8所述的多自由度手术钳，其特征在于，所述轴转支架(131)靠近所述连接耳(132)的端部具有连接平台(1311)，所述连接平台(1311)上设置有至少两个支撑柱(1312)，所述支撑柱(1312)上设有导向轮三(1313)，所述传动钢丝依次穿过所述导向轮一(122)、导向轮二(1321)、导向轮三(1313)、以及所述连接平台(1311)最终从所述弯折端(2)中穿出。

10.根据权利要求1至9任一项所述的多自由度手术钳，其特征在于，所述弯折端(2)包括多个依次轴向连接的蛇骨管(21)、以及穿设在多个所述蛇骨管(21)中的拉力件(22)，第一个所述蛇骨管(21)与所述轴转机构(13)连接，所述蛇骨管(21)的管壁上向内凹陷设置有限位块(23)，所述限位块(23)与所述蛇骨管(21)的管壁形成有用于所述拉力件(22)通过和限位的限位孔，通过拉动所述拉力件(22)传递周向拉力，带动蛇骨管(21)多自由度弯曲。

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