CN115778556A - 用于手术器械的传动机构、手术器械及手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于手术器械的传动机构、手术器械及手术机器人。手术机器人包括手术器械，手术器械包括传动机构，传动机构包括器械盒，器械盒具有自转轴和器械盒动力轴，自转轴用于连接手术器械的器械末端，器械盒动力轴与自转轴形成至少一个传动链路，以使器械末端能够进行多自由度运动，每个传动链路的传动比配置为能使器械末端在安装至器械盒时自动回归至一零位，使得在将器械末端安装至手术器械时，实现了器械末端在安装时即回零的功能，节省了手术器械安装调整时间，保证了手术过程中的安全性，还简化了控制算法的复杂度，提高了手术器械归零能力的可靠性。

Description

用于手术器械的传动机构、手术器械及手术机器人

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种用于手术器械的传动机构、手术器械及手术机器人。

背景技术

近年来，随着机器人技术的应用和发展，特别是计算机技术的发展，微创伤手术机器人在临床中的作用越来越受到人们的重视。这是因为微创伤手术机器人一方面可以减轻医生在手术过程中的体力消耗，另一方面还能够通过远程控制达到精准手术的目的，从而具有使患者伤口小、失血少、术后感染少、恢复快的优点。与手动进行微创伤手术相比，通过远程操作的手术机器人进行微创伤手术允许外科医生以更直观的控制和更高的精度实现手术操作，手术成功率和手术效率更高。

为了执行由外科医生远程控制的动作，手术器械需要安装到驱动手术器械运动的传动机构上，并且手术器械的各个运动自由度(例如，自转、俯仰、偏摆，开合，或其他沿轴向的运动)在安装到手术器械上时都有一个规定的归零位，医生依据该归零位对控制台的医生控制台主手或脚踏进行操作，以实现对各个运动自由度的控制。目前器械安装回零常见的方式为利用复位弹簧将动力轴复位到零位附近进行安装或者手动将动力轴调整到零位附近进行安装。但以上复位方式存在如下缺陷，例如通过弹簧复位会存在弹簧失效或脱落的风险；并且弹簧复位限制了手术器械动力轴的旋转角度，使得动力轴如自转轴无法做到无限自转或十圈以上较大的自转；同时手动复位还增加了医生的工作步骤，导致医生容易忘记复位，存在非零位安装的风险。

发明内容

基于此，有必要针对现有的手术机器人中手术器械使用复位弹簧复位导致弹簧容易失效及医生容易忘记复位等的问题，提供一种用于手术器械的传动机构、包括该传动机构的手术器械，及包括该手术器械的手术机器人。该传动机构可在安装时即能复位回到归零位，避免了手术器械出现非零位安装的问题。

根据本申请的一个方面，提供一种用于手术器械的传动机构，包括：

器械盒，具有至少一根自转轴和至少一根器械盒动力轴，所述自转轴用于连接手术器械的器械末端，所述器械盒动力轴传动连接于所述自转轴，以形成至少一个传动链路，所述至少一个传动链路包括用于控制所述器械末端进行的自转运动的第一传动链路、用于控制所述器械末端进行俯仰运动的第二传动链路、用于控制所述器械末端进行偏摆运动的第三传动链路、用于控制所述器械末端进行开合运动的第四传动链路及用于控制所述器械末端进行直线进退运动的第五传动链路中的任意一种或两种以上的传动链路；

每个所述传动链路配置有一传动比，以使所述器械末端在安装至所述手术器械时自动回归至一零位。

在其中一个实施例中，所述第一传动链路的传动比为：N×360°/X；

其中，N为正整数，X为所述器械盒动力轴在安装时的容错角度，且X小于360°。

在其中一个实施例中，其中一个所述器械盒动力轴与所述自转轴通过齿轮相互啮合连接，和/或通过同步带相互传动连接，以形成所述第一传动链路。

在其中一个实施例中，所述第二传动链路、所述第三传动链路、所述第四传动链路及所述第五传动链路的传动比大于或等于2×A/X；

其中，A为所述器械末端朝一方向运动的运动行程，X为所述器械盒动力轴在安装时的容错角度，且X小于360°。

在其中一个实施例中，所述器械盒动力轴与所述自转轴通过传动丝相互传动连接，以形成所述第二传动链路、所述第三传动链路或所述第四传动链路，和/或，所述器械盒动力轴与所述自转轴通过一连接板相互传动连接，以形成所述第四传动链路或所述第五传动链路。

在其中一个实施例中，当所述器械盒动力轴与所述自转轴通过所述传动丝相互传动连接时，所述传动丝包括第一传动丝、第二传动丝、第三传动丝和第四传动丝，所述第一传动丝和所述第二传动丝分别以相反方向绕设于一根所述器械盒动力轴的外周，所述第三传动丝和所述第四传动丝分别以相反方向绕设于另一根所述器械盒动力轴的外周，且两根所述器械盒动力轴相互平行；

两根所述器械盒动力轴能够分别绕自身轴线方向以相反方向相向转动，以带动所述传动丝拉动所述器械末端进行所述俯仰运动、所述偏摆运动或所述开合运动。

在其中一个实施例中，当所述器械盒动力轴与所述自转轴通过所述连接板相互传动连接时，所述器械盒动力轴的外周面设有螺旋环绕于所述器械盒动力轴的螺旋齿，所述连接板开设有贯穿所述连接板相对两侧的通孔，所述通孔的内周面开设有与所述螺旋齿配合的螺纹；

所述器械盒动力轴能够绕自身轴线方向转动，以带动所述连接板拉动所述器械末端沿所述自转轴的轴线相对所述器械盒动力轴进行所述直线进退运动。

在其中一个实施例中，所述传动机构还包括无菌隔离板，所述无菌隔离板上设有至少一个第一转盘，每个所述第一转盘能够可受控地绕自身轴线方向转动并转动至一初始位，且每个所述第一转盘上具有归零位；所述传动比配置为能使所述器械盒动力轴在与处于所述初始位的所述第一转盘对接时具有卡接至所述归零位的趋势。

在其中一个实施例中，所述第一转盘具有导向部和锁定部，所述锁定部与所述导向部在沿所述第一转盘的周向上相邻设置，且所述归零位位于所述锁定部，所述器械盒动力轴设有与所述锁定部卡接的配合部，所述配合部配置为当所述第一转盘处于所述初始位时，所述配合部能够在所述导向部的导向作用下使所述器械盒动力轴相对所述第一转盘转动，以使所述配合部卡接于所述锁定部。

在其中一个实施例中，所述导向部包括第一导向面和第二导向面，所述第一导向面和所述第二导向面以一条沿所述第一转盘的直径延伸的第一对称轴为对称轴对称设置；所述锁定部包括第一卡槽和第二卡槽，所述第一卡槽开设于所述第一导向面上，所述第二卡槽开设于所述第二导向面上，所述第一卡槽和所述第二卡槽在所述第一对称轴上以垂直于所述第一对称轴的第二对称轴为对称轴间隔对称设置；所述配合部包括与所述第一卡槽和第二卡槽分别相对应的第一卡接部和第二卡接部；

当所述器械盒动力轴与所述自转轴形成所述第一传动链路时，所述第一卡槽和所述第二卡槽为所述归零位，所述第一卡接部卡接于所述第一卡槽，且所述第二卡接部卡接于所述第二卡槽；或所述第一卡接部卡接于所述第二卡槽，且所述第二卡接部卡接于所述第一卡槽；

当所述器械盒动力轴与所述自转轴形成所述第二传动链路、所述第三传动链路、所述第四传动链路或所述第五传动链路时，所述第一卡槽为所述归零位，所述第一卡接部卡接于所述第一卡槽，且所述第二卡接部卡接于所述第二卡槽。

在其中一个实施例中，所述第一导向面和所述第二导向面倾斜设置，所述第一导向面和所述第二导向面相交于所述第一对称轴，且所述第一导向面与所述第二导向面形成有凸缘，所述凸缘与所述第一对称轴相互重合；

自所述器械盒动力轴指向所述无菌隔离板的方向上，所述第一导向面和所述第二导向面之间的距离逐渐增大。

在其中一个实施例中，所述器械盒动力轴靠近所述第一转盘的一端开设有避让槽，所述凸缘收容于所述避让槽中。

根据本申请的另一方面，提供一种手术器械，包括如上所述的传动机构、器械杆和器械末端，所述传动机构与所述器械末端分别连接于所述器械杆的相对两端，所述器械末端用于所述传动机构的驱动下执行手术操作。

根据本申请的又一方面，提供一种手术机器人，包括：

手术执行平台，具有如上所述的手术器械；

手术控制平台，通信连接所述手术执行平台，所述手术控制平台用于控制所述手术器械执行对应的手术操作。

上述用于手术器械的传动机构、手术器械及手术机器人，通过在传动机构中使器械盒动力轴与自转轴形成至少一个传动链路，至少一个传动链路包括用于控制手术器械的器械末端进行自转运动、偏摆运动、俯仰运动、开合运动及直线进退运动中任意一种或两种以上运动的传动链路，同时通过在上述每个传动链路设置一传动比，该传动比配置为能使使所述器械末端在安装至手术器械时自动回归至一零位，实现了手术器械在安装时即回零的功能，同时使得该传动机构结构紧凑，简单可靠，提高了手术器械安装的方便性，节省了调整时间，并简化了控制算法的复杂度，提高了手术器械归零能力的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一种实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。

图1为本发明的实施例提供的手术机器人在进行手术时的示意图；

图2为本发明的实施例提供的手术器械的示意图；

图3为本发明的实施例提供的器械末端的正视图；

图4为本发明的实施例提供的器械末端的侧视图；

图5为本发明的实施例提供的器械末端为非对称钳头时的示意图；

图6为本发明的实施例提供的手术控制平台的示意图；

图7为本发明的实施例提供的医生控制台主手的示意图；

图8为本发明的实施例提供的手术器械中传动机构的爆炸示意图；

图9为本发明的实施例提供的器械盒的仰视图及器械盒动力轴处于归零位的示意图；

图10为本发明提供的器械盒动力轴与自转轴形成第一传动链路的示意图一；

图11为本发明提供的器械盒动力轴与自转轴形成第一传动链路的示意图二；

图12为本发明提供的器械盒动力轴与自转轴形成第一传动链路的示意图三；

图13为本发明提供的器械盒动力轴与自转轴形成第一传动链路的示意图四；

图14为本发明提供的器械盒动力轴与自转轴形成第一传动链路的示意图五；

图15为本发明提供的器械末端与传动丝连接的一个实施例的示意图；

图16为本发明提供的器械末端与传动丝连接的另一实施例的示意图；

图17为本发明提供的器械盒动力轴与自转轴形成第二传动链路、或第三传动链路、或第四传动链路的示意图；

图18为本发明提供的器械盒动力轴与自转轴形成第五传动链路的示意图；

图19为本发明的实施例提供的第一转盘的示意图；

图20为本发明的实施例提供的器械盒动力轴的示意图；

图21为本发明的实施例提供的器械盒动力轴中第一卡接部卡接到第一转盘中第一卡槽的示意图；

图22为本发明的实施例提供的器械盒动力轴中第一卡接部卡接到第一转盘中第二卡槽的示意图；

图23为本发明的实施例提供的第二传动链路控制器械末端进行偏摆运动的示意图；

图24为本发明的实施例提供的第四传动链路控制器械末端进行直线进退运动的示意图；

图25为本发明的实施例提供的第五传动链路控制器械末端进行开合运动的示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“液平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征液平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征液平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“液平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

本发明一实施例提供了一种用于手术器械的传动机构、手术器械及手术机器人。其中手术机器人系统包括手术器械，手术器械包括传动机构，手术机器人用于使医生能够对患者进行复杂的手术操作，手术器械用于执行具体的手术操作，传动机构用于驱动手术器械的器械末端执行多自由度的运动，从而能够完成复杂的手术操作。

下面以在手术机器人中用于手术器械的传动机构为例，对本申请中手术机器人、手术器械及其传动机构的结构进行说明。本实施例仅用以作为范例说明，并不会限制本申请的技术范围。可以理解，在其它实施例中，本申请的传动机构不限于用在手术机器人的手术器械，还可以用于其它任何类型的手术器械中，在此不作限定。

以下结合图1至图25，介绍本申请所提供的传动机构、手术器械及手术机器人的较佳实施方式。

如图1所示，为一种手术机器人1，包括手术执行平台10和手术控制平台20，其中手术执行平台10通信连接手术控制平台20，手术执行平台10作为手术机器人1的从端，具有手术器械11，手术器械11用于代替医生把持手术刀或内窥镜等工具对病床上的患者执行手术操作；手术控制平台20作为手术机器人1的主端，医生通过在手术控制平台20发出控制指令，以远程控制位于从端的手术器械11执行手术操作。

在一些实施例中，如图2所示，手术器械11包括传动机构110、器械杆120和器械末端130，传动机构110与器械末端130分别连接于器械杆120的相对两端，传动机构110能够接收手术控制平台20发出的控制指令，并根据控制指令驱动器械末端130进行自转运动、偏摆运动、俯仰运动、开合运动或直线进退运动。

在一些实施例中，如图3和图4所示，器械末端130泛指腕部基座131、器械腕部132、钳头133组件和伸缩杆134等零部件中的任意一个或多个零部件。腕部基座131可转动地连接于器械杆120，器械腕部132可转动地连接腕部基座131、钳头组件可活动地连接器械腕部132，并且钳头组件包括两个以器械杆120的中心轴线(即在图中沿竖直方向的轴线)为对称轴对称设置的钳头133或两个非对称设置的钳头133(如图5所示)，伸缩杆134可伸缩地连接于器械腕部132。在传动机构110的驱动下，器械杆120可带动钳头组件以器械杆120的中心轴线为旋转轴进行自转运动；器械腕部132能够以垂直于器械杆120的中心轴线的第一轴线135(即在图3中垂直于纸面方向的轴线及图4中沿水平方向的轴线)为旋转轴相对腕部基座131进行偏摆运动(即在图3中进行左右摆动，图4中进行前后摆动)；钳头组件能够以同时垂直于第一轴线135和器械杆120的中心轴线的第二轴线136(即在图3中沿水平方向的轴线及图4中垂直于纸面方向的轴线)进行俯仰运动(即在图3中进行前后摆动，图4中进行左右摆动)；钳头组件的两个钳头133能够以一平行于第一轴线135的轴线同时沿相反方向转动张开一个角度或相互闭合以进行开合运动；伸缩杆134能够沿器械杆120的中心轴线进行直线进退运动。

如此，通过使器械末端130能够进行上述运动，使得器械末端130能够进行剪切、夹取，翻转等复杂的手术操作，完美地替代了医生自己亲自手握手术工具进行手术操作的过程。

如图6和图7所示，示例性的，器械末端130的上述动作均由医生在手术控制平台20通过用手操作医生控制台主手21和脚踩脚踏机构22完成，医生控制台主手21包括依次首尾连接的第一机械臂210、第二机械臂220、第三机械臂230和主手操作装置240，通过操作第一机械臂210绕一轴线转动可使器械末端130实现有限角度的俯仰运动，通过操作第二机械臂220相对第一机械臂210的一端转动可使器械末端130实现有限角度的偏摆运动，通过操作第三机械臂230相对第二机械臂220的一端转动可使器械杆120实现有限角度的自转和无限角度的自转运动，通过手指捏合主手操作装置240的开合瓣可使器械末端130的两钳头133实现开合运动，通过脚踩脚踏机构22可实现控制伸缩杆134的直线伸缩运动。

进一步地，如图8所示，传动机构110包括器械盒111和动力盒组件112，器械盒111设置于动力盒组件112的上方，并传动连接于动力盒组件112，器械杆120远离器械末端130的一端穿设于动力盒组件112，并传动连接于器械盒111的下侧。动力盒组件112包括动力盒1121和无菌隔离板1122，动力盒1121内设有电机，且动力盒1121具有多个第二转盘1121a，第二转盘1121a能够可受控地绕自身轴线转动，无菌隔离板1122开设有多个动力接口1122a，每个动力接口1122a内对应设有一个第一转盘1122b，每个第一转盘1122b对应地安装在一个第二转盘1121a上，第二转盘1121a可在电机驱动下转动，第一转盘1122b可跟随第二转盘1121a一同绕自身轴线方向转动。

器械盒111包括支架1111、多根器械盒动力轴1112和至少一根自转轴1113，多根器械盒动力轴1112和自转轴1113相互平行且可转动地安装在支架1111上，每根器械盒动力轴1112卡接安装在一个对应的第一转盘1122b上，作为器械盒111的动力输入轴，自转轴1113同轴连接于器械杆120，用于连接器械末端130，作为器械盒111的动力输出轴。器械盒动力轴1112分别和自转轴1113传动连接而形成多个传动链路，传动方式可为齿轮传动、带传动、丝传动、丝杠螺母传动等，使得每根器械盒动力轴1112在动力盒组件112的驱动下，跟随第一转盘1122b和第二转盘1121a一同转动，器械杆120可以绕自身轴线方向自转，并且器械杆120内设置有连接于器械盒动力轴1112的传动元件，例如传动丝及能够穿过器械腕部132的软轴等，从而使得器械末端130能够在器械杆120的带动下完成自转运动、偏摆运动、俯仰运动、开合运动或直线进退运动中的其中一种或两种以上的运动，并且器械末端130也能被器械杆120限定手术范围。具体地，如图9所示，器械盒动力轴1112可以有五根，控制器械末端130进行自转运动的器械盒动力轴1112与自转轴1113形成的传动链路为第一传动链路；控制器械末端130进行俯仰运动的传动链路为第二传动链路；控制器械末端130进行偏摆运动的传动链路为第三传动链路；控制器械末端130进行开合运动的传动链路为第四传动链路；控制器械末端130进行直线进退运动的传动链路为第五传动链路。

具体到各个传动链路的结构上，器械盒动力轴1112与自转轴1113可通过齿轮相互啮合形成第一传动链路，例如图10所示，器械盒动力轴1112上具有齿轮，自转轴1113上也具有齿轮，器械盒动力轴1112的齿轮与自转轴1113的齿轮可直接相互啮合连接，也可如图11所示通过一个齿轮啮合连接，还可如图12所示通过两个齿轮啮合连接。器械盒动力轴1112与自转轴1113也可通过带传动，或齿轮传动与带传动结合的方式相互传动连接，例如图13所示，器械盒动力轴1112的齿轮与自转轴1113的齿轮通过一同步带传动连接而联动，如图14所示，器械盒动力轴1112的齿轮通过与另一根传动轴上的齿轮啮合传动，同时该另一根传动轴上的另一齿轮又通过同步带与自转轴1113的齿轮传动连接而联动。

如此，器械盒动力轴1112绕自身轴线方向旋转一个角度时，自转轴1113也能绕自身轴线方向旋转一个角度，从而能够带动器械末端130绕器械杆120的轴线方向进行自转运动。

在一些实施例中，器械盒动力轴1112与自转轴1113通过传动丝相互传动连接，以形成第二传动链路、第三传动链路或第四传动链路，或者，器械盒动力轴1112与自转轴1113通过一连接板1118以丝杆螺母的传动连接方式连接，以形成第四传动链路或第五传动链路。

当器械盒动力轴1112与自转轴1113通过传动丝相互传动连接时，如图15所示，传动丝具有多根，多根传动丝包括间隔设置的第一传动丝1114、第二传动丝1115、第三传动丝1116和第四传动丝1117，在一实施方式中，每根传动丝远离器械盒111的一端直接连接于器械末端130。在另一实施方式中，如图16所示，每根传动丝绕设于导轮1119后再连接器械末端130，从而实现拉动器械末端130实现偏摆运动、俯仰运动或开合运动。如图17所示，第一传动丝1114和第二传动丝1115分别以相反方向绕设于一根器械盒动力轴1112的外周，第三传动丝1116和第四传动丝1117分别以相反方向绕设于另一根器械盒动力轴1112的外周，两根器械盒动力轴1112相互平行。

如此，当两根器械盒动力轴1112各自以自身的中心轴线为旋转轴绕相反方向相向转动时，第一传动丝1114和第三传动丝1116同时向下传动，第二传动丝1115和第四传动丝1117同时向上传动，从而可以拉动器械末端130绕器械杆120的一端转动以实现偏摆运动、俯仰运动或开合运动。

如图18所示，当器械盒动力轴1112与自转轴1113通过连接板1118以丝杠螺母的传动连接方式连接时，器械盒动力轴1112的外周面设有螺旋环绕于器械盒动力轴1112的螺旋齿，连接板1118开设有贯穿连接板1118厚度方向相对两侧的通孔，通孔的内周面开设有与螺旋齿配合的螺纹，连接板1118的通孔套设于器械盒动力轴1112，且通孔的螺纹与器械盒动力轴1112的螺旋齿相互啮合，并且连接板1118通过传动丝连接于器械末端130，使连接板1118可以与器械末端130一同沿器械杆120的轴线移动。

如此，当器械盒动力轴1112绕自身轴线方向旋转时，连接板1118可在其螺纹与器械盒动力轴1112上螺旋齿的啮合作用下沿器械盒动力轴1112的轴线相对器械盒动力轴1112作直线移动，从而通过传动丝拉动器械末端130进行直线进退运动。

需要说明的是，动力盒组件112中动力接口1122a及第一转盘1122b的数量、以及器械盒111中器械盒动力轴1112的数量可根据器械末端130需要驱动的自由度而定，其数量可以根据需要选择，即第一转盘1122b的数量及器械盒动力轴1112的数量可为一个或两个以上，且用于控制器械末端130不同自由度的器械盒动力轴1112的安装位置顺序不限，即任意器械盒动力轴1112可以与自转轴1113形成第一传动链路、第二传动链路、第三传动链路、第四传动链路或第五传动链路中的一个传动链路或两个以上的传动链路。且任一传动链路均可以有重合，即器械末端130的运动自由度可以包含重复的运动，例如可以由其中一个传动链路控制器械末端130中其中一个钳头133的开合运动，另一个传动链路控制器械末端130中另一个钳头133的开合运动，剩余三个传动链路分别控制自转运动、偏摆运动和俯仰运动，而无直线进退运动。同时各个传动链路也可以有其它的搭配方式，在此不作限定。

对于不同传动链路的组合，器械盒动力轴1112与自转轴1113的传动方式也可以根据不同传动链路的搭配而具有不同的组合方式，例如只有第一传动链路、第二传动链路和第三传动链路时，器械盒动力轴1112与自转轴1113的传动方式为齿轮传动与丝传动的组合，或只有第二传动链路、第四传动链路和第五传动链路时，器械盒动力轴1112与自转轴1113的传动方式为丝传动与丝杠螺母传动的组合。

在器械盒动力轴1112和第一转盘1122b的安装结构上，如图19所示，第一转盘1122b在靠近器械盒动力轴1113的一侧具有导向部1123和锁定部1124，导向部1123和锁定部1124在沿第一转盘1122b的周向上相邻设置，且归零位位于锁定部1124，如图20所示，器械盒动力轴1113在靠近第一转盘1122b的一侧设有与锁定部1124卡接的配合部1125，配合部1125配置为当第一转盘1122b处于初始位时，配合部1125能够在导向部1123的导向作用下使器械盒动力轴1112相对第一转盘1122b转动，以使配合部1125卡接于锁定部1124。

在一具体的实施方式中，如图19和图20所示，导向部1123包括第一导向面1122e和第二导向面1122f，第一导向面1122e和第二导向面1122f以一条沿第一转盘1122b的直径延伸的第一对称轴1126为对称轴对称设置；锁定部1124包括第一卡槽1122c和第二卡槽1122d，第一卡槽1122c开设于第一导向面1122e上，第二卡槽1122d开设于第二导向面1122f上，第一卡槽1122c和第二卡槽1122d在第一对称轴1126上以垂直于第一对称轴1126的第二对称轴1127为对称轴间隔对称设置，即可使导向部1123和锁定部1124在沿第一转盘1122b的周向上相邻设置。配合部1125包括与第一卡槽1122c和第二卡槽1122d分别相对应的第一卡接部1112a和第二卡接部1112b；

如此，通过将第一卡接部1112a卡接于第一卡槽1122c中或第二卡槽1122d中，将第二卡接部1112b卡接于第一卡槽1122c中或第二卡槽1122d中，可实现器械盒动力轴1112与第一转盘1122b的牢固连接，从而可使器械盒111和动力盒组件112能够牢固连接。

需要说明的是，第一转盘1122b可开设有多个卡槽，相对应地，器械盒动力轴1112的端部可设有多个卡接部。并且器械盒动力轴1112卡接于第一转盘1122b的归零位不限于为卡接部卡接于卡槽的结构，也可以是相互磁吸的形式等，具体不作限定。

较佳地，为了使器械盒动力轴1112的卡接部能够更为容易地卡接入第一转盘1122b上的卡槽中，第一导向面1122e和第二导向面1122f相互倾斜设置，第一导向面1122e和第二导向面1122f相交于第一对称轴1126，自器械盒动力轴1112指向动力盒组件112的方向上，第一导向面1122e与第二导向面1122f之间的距离逐渐增大。使得第一导向面1122e和第二导向面1122f之间形成有凸缘1122g，凸缘1122g与第一对称轴1126重合。

并且，更佳地，第一导向面1122e和第二导向面1122f的形状和面积相同，以凸缘1122g为对称轴相互对称，且第一导向面1122e和第二导向面1122f均为一凹陷的圆弧曲面。相对应地，器械盒动力轴1112靠近第一转盘1122b一端的表面的形状也为与第一导向面1122e和第二导向面1122f形状匹配的圆弧曲面。

进一步地，如图20所示，器械盒动力轴1112靠近第一转盘1122b的一端开设有避让槽1112c，器械盒动力轴1112与第一转盘1122b相互连接时，凸缘1122g限位于避让槽1112c中。这样使得器械盒动力轴1112在与第一转盘1122b能够更为牢固地相互连接。

如此，当需要将器械盒动力轴1112安装至动力盒组件112的第一转盘1122b中时，例如需要将第一卡接部1112a卡接于第一卡槽1122c中，且第二卡接部1112b卡接于第二卡槽1122d中时，只需要将第一卡接部1112a抵持于第一导向面1122e(此时第二卡接部1112b也抵持于第二导向面1122f)，然后将器械盒动力轴1112绕自身轴线方向转动一角度，第一卡接部1112a即可在第一导向面1122e的辅助作用下卡接入第一卡槽1122c中，第二卡接部1112b即可在第二导向面1122f的辅助作用下卡接入第二卡槽1122d中。

然而，值得注意的是，但在将器械盒动力轴1112安装在自转轴1113上时，不但要考虑安装稳固的问题，还要考虑手术器械11的器械末端130在工作前的初始状态下是否处于零位(例如如图3所示，当器械末端130为伸缩杆134时，伸缩杆134缩回的位置，或如图4所示，当器械末端130为钳头组件时，两钳头闭合的位置)，如果器械末端130在非零位状态下开始工作，则不利于保证手术过程中的安全性。

因此，第一转盘1122b靠近器械盒动力轴1112的一侧须具有归零位，手术器械11正常工作前，第一转盘1122b在动力盒组件112工作前须由动力盒1121内的电机带动转至一个初始位并静止，同时器械盒动力轴1112的卡接部须卡接于第一转盘1122b的归零位，如图8所示，只有满足以上条件才可使手术器械11的器械末端130以零位状态开始进行手术操作。

但正如背景技术所述，如果采用弹簧手动复位的方式有可能会使弹簧存在失效或脱落的风险，并且弹簧复位限制了器械盒111中自转轴1113的旋转角度，使自转轴1113无法做到无限自转或十圈以上较大的自转；同时手动复位也容易导致医生忘记复位，存在非零位安装的风险。

基于以上问题，本申请发明人经过深入研究，将本申请中手术器械11的传动机构110设计为具有器械盒111与动力盒组件112安装即自动归零(即器械盒动力轴1112与第一转盘1122b对接时即自动归零)的特性，具体方案如下：

当器械盒动力轴1112与自转轴1113形成第一传动链路时，且第一转盘1122b处于初始位时，第一卡槽1122c和第二卡槽1122d均为归零位，假设图21和图22中第一转盘1122b均处于初始位，则如图21所示，第一卡接部1112a卡接于所述第一卡槽1122c，且第二卡接部1112b卡接于所述第二卡槽1122d；或如图22所示，第一卡接部1112a卡接于所述第二卡槽1122d，且第二卡接部1112b卡接于所述第一卡槽1122c，在这两种情况下，均能使手术器械11的器械末端130在自转的自由度上以零位状态开始进行手术操作，即只要将用于控制自转运动的器械盒动力轴1112卡接固定在第一转盘1122b上即为归零状态。这是由于器械杆120在周向上的结构具有一致性，及钳头组件在沿器械杆120径向方向上的对称性，器械杆120连同器械末端130自转180°的整数倍时，均能使器械末端130在自转的自由度上处于相同的状态，因此，第一卡槽1122c和第二卡槽1122d均可为归零位。

较佳地，第一传动链路的传动比为：N×360°/X；该传动比为器械末端130的转动角度(即自转轴1113的转动角度)与器械盒动力轴1112的转动角度的比值。

其中，N为正整数，X为器械盒动力轴1112与第一转盘1122b连接时的容错角度，且X小于360°。容错角度即为器械盒动力轴1112的卡接部相对于其对应的归零位安装的偏差范围。

如此，只要满足上述条件，则自转轴1113绕自身轴线转动的角度是器械盒动力轴1112绕自身轴线转动旋转的360°/X倍，当器械盒动力轴1112与第一转盘1122b在对接前在容错角度范围内存在偏差时，器械盒动力轴1112的配合部1125可在第一转盘1122b的导向部1123的导向下自动卡接至锁定部1124，从而可实现器械盒动力轴1112与动力盒1121的第一转盘1122b连接时自动处于归零位，X可优选的值为180°，此时器械盒动力轴1112的第一卡接部1112a相对于其对应的归零位安装的偏差范围设置为180°，N可优选的值为1。举例说明如下，当器械盒动力轴1112旋转半圈即旋转180°，此时器械盒动力轴1112与自转轴1113的传动比为2N，即当N＝1时,传动比为2，器械盒动力轴1112旋转180°，则自转轴1113转动的角度需为器械盒动力轴1112转动的角度的2倍(即旋转360°)，例如第一卡接部1112a相对于其对应的归零位(即第一卡槽1122c)安装的偏差为30°，此时第一卡接部1112a就位于在第一导向面1122e的上方，从而使得第一卡接部1112a抵持于第一导向面1122e时，即可由呈倾斜圆弧面的第一导向面1122e导向后转动30°后滑动至第一卡槽1122c中，安装时即可使器械盒动力轴1112的卡接部卡接于第一转盘1122b时自动处于归零位，此时自转轴1113需绕自身的中心轴线转动60°而使器械末端130回到零位。又如，第一卡接部1112a相对于其对应的归零位(即第一卡槽1122c)安装的偏差为140°，此时第一卡接部1112a就位于在第二导向面1122f的上方，从而使得第一卡接部1112a抵持于第二导向面1122f时，即可由呈倾斜圆弧面的第一导向面1122f导向后转动40°后滑动至第二卡槽1122d中，安装时也可使器械盒动力轴1112的卡接部卡接于第一转盘1122b时自动处于归零位，此时自转轴1113需绕自身的中心轴线转动80°而使器械末端130回到零位。再如，第一卡接部1112a相对于其对应的归零位(即第一卡槽1122c)安装的偏差为180°，此时第一卡接部1112a正好位于在第二卡槽1122d的上方，器械动力轴1112无需转动即可使第一卡接部1112a卡接于第一卡槽1122中，安装时即可使器械盒动力轴1112的卡接部卡接于第一转盘1122b时自动处于归零位，从而使自转轴1113也无需转动即可使器械末端130处于零位。而当N＝2时，传动比为4，器械盒动力轴1112旋转180°，则自转轴1113转动的角度需为器械盒动力轴1112转动的角度的4倍(即旋转720°)，情形与上述举例类似，在此不再赘述。

而当器械盒动力轴1112与自转轴1113形成第二传动链路、第三传动链路、第四传动链路或第五传动链路时，与第一传动链路不同，如图21和图22所示，此时第一转盘1122b只能有一个归零位，即第一卡槽1122c或第二卡槽1122d为归零位，第一卡接部1112a卡接于第一卡槽1122c，且第二卡接部1112b卡接于第二卡槽1122d。这是因为无论是偏摆运动、俯仰运动、开合运动还是直线伸缩运动，器械末端130均具有一个行程范围，在该行程范围中，器械末端130的初始状态和最终状态并不相同，以偏摆运动为例，器械末端130在零位时，器械末端130与器械杆120的中心轴线重合，即两者位于同一条直线，在器械末端130在最大行程位时，器械末端130相对器械杆120偏转有一角度；以开合运动为例，器械末端130的零位时，器械末端130的两个钳头133闭合，在器械末端130的最大行程位，器械末端130的两个钳头133张开。因此，在用于控制俯仰运动的第二传动链路、控制偏摆运动的第三传动链路、控制开合运动的第四传动链路、或控制直线进退运动的第五传动链路中，第一转盘1122b只能有一个归零位，即器械盒动力轴1112的第一卡接部1112a卡接于第一卡槽1122c，且第二卡接部1112b卡接于第二卡槽1122d才能使器械末端130在上述运动开始前处于零位。

请继续参阅图21和图22，为了能使器械盒动力轴1112在与第一转盘1122b安装时具有卡接至归零位的趋势，本申请提供的传动机构110中第二传动链路至第五传动链路均配置有特定的传动比，该传动比只要满足一定条件，器械盒动力轴1112在与第一转盘1122b安装时，器械盒动力轴1112的第一卡接部1112a就只可能在第一导向面1122e的上方转动，而不可能转动至第二导向面1122f的上方，从而使得第一卡接部1112a抵持于第一导向面1122e时，即可由呈倾斜圆弧面的第一导向面1122e滑动至第一卡槽1122c中；第二卡接部1112b抵持于第二导向面1122f时，即可由呈倾斜圆弧面的第二导向面1122f滑动至第二卡槽1122d中，从而使得器械盒动力轴1112安装至第一转盘1122b时有装至归零位的趋势，而不会装至非归零位(即第一卡接部1112a装至第二卡槽1122d中，第二卡接部1112b装至第一卡槽1122c中)，该传动比为器械末端130从初始位置朝一方向运动的运动行程A与器械盒动力轴1112的转动角度D的比值A/D。

以下对该传动比所需满足的条件进行说明，即只要该传动比A/D≥2×A/X；其中X仍为器械盒动力轴1112与第一转盘1122b连接时的容错角度，且X小于360°。即可使器械盒动力轴1112安装至第一转盘1122b时有装至零位的趋势，而不会装至非零位。该条件的实质是在传动比设计中，使器械末端130从其零位朝一方向运动至最大行程时对应的器械盒动力轴1112的转动角度D需小于或等于容错角度X的1/2。

例如，以器械末端130进行俯仰运动为例，如图23所示，器械末端130从零位朝一方向俯仰转动的最大行程为A为80°，使器械末端130转动该最大行程80°时对应的器械盒动力轴1112的转动角度D也为80°，则此时传动比A/D＝1，若设定X＝180°，则2×A/X＝2×80°/180°＝8/9＜1。在这种情况下，无论器械末端130俯仰的角度如何，当安装器械盒动力轴1112至第一转盘1122b上时，器械盒动力轴1112的第一卡接部1112a始终位于第一导向面1122e的上方，而不会位于第二导向面1122f的上方，第一卡接部1112a即可由呈倾斜圆弧面的第一导向面1122e滑动至第一卡槽1122c中，始终保持安装即回零。

若传动机构110设计的传动比A/D＜2×A/X，如图所示，器械盒动力轴1112的第二卡接部1112b会存在位于第一导向面1122e上方的情形，此时第二卡接部1112b被卡止，无法安装至第一卡槽1122c中。

再以器械末端130进行开合运动为例，如图24所示，开合运动由两个器械盒动力轴1112与自转轴1113通过丝传动共同形成第四传动链路，其中一个器械盒动力轴1112通过传动丝连接器械末端130的其中一个钳头133，另一个器械盒动力轴1112通过传动丝连接器械末端130的其中一个钳头133，每个钳头133从零位朝一方向进行直线进退运动的最大行程依然为A，使每个钳头133完成该最大行程A对应的器械盒动力轴1112转动的角度为D，只要满足传动比A/D≥A/X/2的条件，依然可使器械盒动力轴1112的第一卡接部1112a始终位于第一导向面1122e的上方，而不会位于第二导向面1122f的上方，从而同样可使第一始终保持安装即回零。

又以器械末端130进行直线进退运动为例(即器械盒动力轴1112与自转轴1113形成第五传动链路时)，如图25所示，器械末端130从零位朝一方向进行直线进退运动的最大行程为A＝16mm，使器械末端130完成该最大行程16mm时对应的器械盒动力轴1112的转动角度D为80°，则此时传动比A/D＝16/80°＝1/5，若设定X＝180°，则2×A/X＝2×16/180°＝8/45＜1/5。在这种情况下，无论器械末端130进行直线进退运动移动的距离如何，当安装器械盒动力轴1112至第一转盘1122b上时，也可使器械盒动力轴1112的第一卡接部1112a始终位于第一导向面1122e的上方，而不会位于第二导向面1122f的上方，从而也可使第一始终保持安装即回零。

而当传动机构110设计的传动比A/D＜2×A/X，例如A＝16mm，使器械末端130完成该最大行程16mm时对应的器械盒动力轴1112的转动角度D为91°，则此时传动比A/D＝16/91°＝0.1758，若设定X＝180°，则2×A/X＝2×16/180°＝0.1778＞A/D。如图19和图20所示，器械盒动力轴1112的第二卡接部1112b会存在位于第一导向面1122e上方的情形，此时第二卡接部1112b同样会被卡止，无法安装至第一卡槽1122c中。

如此，通过在传动机构110中使器械盒动力轴1112与自转轴1113形成至少一个传动链路，同时通过在上述每个传动链路设置一传动比，该传动比满足一定条件，即配置为能使器械盒动力轴1112与第一转盘1122b安装时即具有卡接至归零位的趋势，使得器械盒动力轴1112能够很容易地卡接至归零位中，实现了手术器械11在安装时即回零的功能，克服了传统的传动机构110中需通过弹簧手动复位的缺陷，同时使得该传动机构110结构紧凑，简单可靠，简化了控制算法，节省了手术器械11安装调整时间，保证了手术过程中的安全性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的其中一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (14)

1.一种用于手术器械的传动机构，其特征在于，包括：

器械盒，具有至少一根自转轴和至少一根器械盒动力轴，所述自转轴用于连接手术器械的器械末端，所述器械盒动力轴传动连接于所述自转轴，以形成至少一个传动链路，所述至少一个传动链路包括用于控制所述器械末端进行的自转运动的第一传动链路、用于控制所述器械末端进行俯仰运动的第二传动链路、用于控制所述器械末端进行偏摆运动的第三传动链路、用于控制所述器械末端进行开合运动的第四传动链路及用于控制所述器械末端进行直线进退运动的第五传动链路中的任意一种或两种以上的传动链路；

每个所述传动链路配置有一传动比，以使所述器械末端在安装至所述手术器械时自动回归至一零位。

2.根据权利要求1所述的传动机构，其特征在于，所述第一传动链路的传动比为：N×360°/X；

其中，N为正整数，X为所述器械盒动力轴在安装时的容错角度，且X小于360°。

3.根据权利要求2所述的传动机构，其特征在于，其中一个所述器械盒动力轴与所述自转轴通过齿轮相互啮合连接，和/或通过同步带相互传动连接，以形成所述第一传动链路。

4.根据权利要求1所述的传动机构，其特征在于，所述第二传动链路、所述第三传动链路、所述第四传动链路及所述第五传动链路的传动比大于或等于2×A/X；

其中，A为所述器械末端朝一方向运动的运动行程，X为所述器械盒动力轴在安装时的容错角度，且X小于360°。

5.根据权利要求4所述的传动机构，其特征在于，所述器械盒动力轴与所述自转轴通过传动丝相互传动连接，以形成所述第二传动链路、所述第三传动链路或所述第四传动链路，和/或，所述器械盒动力轴与所述自转轴通过一连接板相互传动连接，以形成所述第四传动链路或所述第五传动链路。

6.根据权利要求5所述的传动机构，其特征在于，当所述器械盒动力轴与所述自转轴通过所述传动丝相互传动连接时，所述传动丝包括第一传动丝、第二传动丝、第三传动丝和第四传动丝，所述第一传动丝和所述第二传动丝分别以相反方向绕设于一根所述器械盒动力轴的外周，所述第三传动丝和所述第四传动丝分别以相反方向绕设于另一根所述器械盒动力轴的外周，且两根所述器械盒动力轴相互平行；

两根所述器械盒动力轴能够分别绕自身轴线方向以相反方向相向转动，以带动所述传动丝拉动所述器械末端进行所述俯仰运动、所述偏摆运动或所述开合运动。

7.根据权利要求5所述的传动机构，其特征在于，当所述器械盒动力轴与所述自转轴通过所述连接板相互传动连接时，所述器械盒动力轴的外周面设有螺旋环绕于所述器械盒动力轴的螺旋齿，所述连接板开设有贯穿所述连接板相对两侧的通孔，所述通孔的内周面开设有与所述螺旋齿配合的螺纹；

所述器械盒动力轴能够绕自身轴线方向转动，以带动所述连接板拉动所述器械末端沿所述自转轴的轴线相对所述器械盒动力轴进行所述直线进退运动。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的传动机构，其特征在于，所述传动机构还包括无菌隔离板，所述无菌隔离板上设有至少一个第一转盘，每个所述第一转盘能够可受控地绕自身轴线方向转动并转动至一初始位，且每个所述第一转盘上具有归零位；所述传动比配置为能使所述器械盒动力轴在与处于所述初始位的所述第一转盘对接时具有卡接至所述归零位的趋势。

9.根据权利要求8所述的传动机构，其特征在于，所述第一转盘具有导向部和锁定部，所述锁定部与所述导向部在沿所述第一转盘的周向上相邻设置，且所述归零位位于所述锁定部，所述器械盒动力轴设有与所述锁定部卡接的配合部，所述配合部配置为当所述第一转盘处于所述初始位时，所述配合部能够在所述导向部的导向作用下使所述器械盒动力轴相对所述第一转盘转动，以使所述配合部卡接于所述锁定部。

10.根据权利要求9所述的传动机构，其特征在于，所述导向部包括第一导向面和第二导向面，所述第一导向面和所述第二导向面以一条沿所述第一转盘的直径延伸的第一对称轴为对称轴对称设置；所述锁定部包括第一卡槽和第二卡槽，所述第一卡槽开设于所述第一导向面上，所述第二卡槽开设于所述第二导向面上，所述第一卡槽和所述第二卡槽在所述第一对称轴上以垂直于所述第一对称轴的第二对称轴为对称轴间隔对称设置；所述配合部包括与所述第一卡槽和第二卡槽分别相对应的第一卡接部和第二卡接部。

11.根据权利要求10所述的传动机构，其特征在于，所述第一导向面和所述第二导向面倾斜设置，所述第一导向面和所述第二导向面相交于所述第一对称轴，且所述第一导向面与所述第二导向面形成有凸缘，所述凸缘与所述第一对称轴相互重合；

自所述器械盒动力轴指向所述无菌隔离板的方向上，所述第一导向面和所述第二导向面之间的距离逐渐增大。

12.根据权利要求11所述的传动机构，其特征在于，所述器械盒动力轴靠近所述第一转盘的一端开设有避让槽，所述凸缘收容于所述避让槽中。

13.一种手术器械，其特征在于，包括如权利要求1-12中任一项所述的传动机构、器械杆和器械末端，所述传动机构与所述器械末端分别连接于所述器械杆的相对两端，所述器械末端用于在所述传动机构的驱动下执行手术操作。

14.一种手术机器人，其特征在于，包括：

手术执行平台，具有如权利要求13所述的手术器械；

手术控制平台，通信连接所述手术执行平台，所述手术控制平台用于控制所述手术器械执行对应的手术操作。

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