CN117017375A - 一种多自由度关节组件及腔镜器械 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多自由度关节组件,包括执行终端、转动部件和基座，所述转动部件一侧与所述执行终端连接，所述转动部件另一侧与所述基座连接，还包括限位部件，所述限位部件用于限制所述转动部件转动。本发明设计的多自由度关节，有效缩小了多自由度腔镜器械关节的尺寸；减小关节各方向旋转的应力偏差，提高使用者的操作控制精度，并让使用者的操作更顺畅自然。

Description

一种多自由度关节组件及腔镜器械

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，特别涉及一种多自由度关节组件及腔镜器械。

背景技术

多自由度关节组件，可以用于腔镜器械手术过程中，基于线驱动原理的腔镜手术器械，为腔镜手术器械提供可控制的多自由度运动，线驱动原理的腔镜手术器械，一共有三个旋转自由度：偏转旋转自由度、俯仰旋转自由度，以及固定偏转俯仰角度的自转自由度。

目前的多自由度关节组件，主要是采用滑轮和轴实现关节的偏转运动和俯仰运动，这种关节组件，一方面，每个旋转轴之间必须有很大距离，同时考虑驱动线为钢丝绳的最小转向曲率，滑轮尺寸也不会小，所以此类型的关节难以应用在小尺寸腔镜器械上，另一方面，偏转轴和俯仰轴的距离太长，会导致其关节的运动不符合人机工学，需要操作者更多的训练时间以适应器械，并且，该类型的滑轮和轴原理关节，无法实现固定偏转俯仰角度的自转运动。

市面上还有有一种类型的关节组件是多铰链结构，如图1所示，此类型铰链由多个互相垂直的等距旋转轴组成，这种类型的关节组件每个旋转轴之间都有距离，并且距离决定了每个轴的最大选择角度，所以当腔镜器械需要输出角度较大时，此类型的多铰链关节的长度尺寸会相对较大。另一方面，这种类型的关节组件若做偏转俯仰运动，由于驱动线进出行程不同，每个铰链都会有驱动线行程差，导致驱动线松弛。从而导致关节组件中的铰链越多，关节整体长度越长，驱动线的形成差就会越大，驱动线松弛量会更大，导致偏转俯仰运动控制的精度会越低。

如何解决现有技术中实现腔镜手术器械旋转自由度技术问题，是目前迫切需要解决的技术难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是解决现有技术中实现腔镜手术器械旋转自由度的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案如下：

一种多自由度关节组件,包括执行终端、转动部件和基座，所述转动部件一侧与所述执行终端连接，所述转动部件另一侧与所述基座连接，其特征在于，还包括限位部件，所述限位部件用于限制所述转动部件转动。

进一步地，执行终端近端固定设有一万向节叉，所述万向节叉两端分别设有万向节叉半孔，所述万向节叉一端的万向节叉半孔固定于所述执行终端上。

进一步地，所述转动部件包括一万向节和所述万向节叉，所述万向节侧壁设有万向节第一轴和万向节第二轴，所述万向节第一轴卡入所述执行终端的万向节叉的万向节叉半孔，所述万向节第二轴卡入所述转动部件的所述万向节叉半孔。

进一步地，所述万向节为十字万向节，所述万向节叉为十字万向节叉。

进一步地，所述万向节为N个，所述万向节叉为N+1个，(N为正数)。

进一步地，所述万向节叉表面呈斜坡状。

进一步地，所述限位部件为弹性龙骨，所述弹性龙骨为圆管结构。

进一步地，所述弹性龙骨由低摩擦系数材料制作。

进一步地，所述多自由度关节组件还包含有4根驱动线，所述4根驱动线的末端分别固定于所述执行终端，所述万向节叉和所述基座上均分别设有4个驱动线孔，所述4根驱动线分别穿过所述4个驱动线孔。

本发明还包括一种腔镜器械，包括如上任一所述的多自由度关节组件。

采用这样的设计后，本发明至少具有以下优点：

(1)本发明设计的多自由度关节，有效缩小了多自由度腔镜器械关节的尺寸；减小关节各方向旋转的应力偏差，提高使用者的操作控制精度，并让使用者的操作更顺畅自然。

(2)本发明设计的多自由度关节，应用交替垂直的关节旋转轴，让关节旋转能更顺畅。

(3)本发明设计的多自由度关节，应用内嵌的圆形弹性龙骨，支撑关节不塌陷，保证关节各个方向旋转的内应力都均匀，避免机械急回特性，应力集中。

(4)本发明结构简单，效果好，且成本低，易工艺实现。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是现有技术中链式关节组件结构框图；

图2是本发明一实施例的关节组件的结构示意图；

图3是本发明一实施例的万向节与万向节叉的结构示意图；

图4是本发明一实施例的万向节与万向节叉组装示意图；

图5是本发明一实施例万向节与万向节叉组装结构示意图；

图6是本发明一实施例万向节与万向节叉弯转结构示意图；

图7是本发明一实施例关节组件弯转状态示意图；

附图标记中，1为执行终端，2为第一万向节，201为第一万向节第一轴，202为第一万向节第二轴，3为第二万向节叉，301为第二万向节叉第一半孔，302为第二万向节叉第二半孔，4为第二万向节，5为第三万向节叉，6为第三万向节，7为基座，8为弹性龙骨，

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，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，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

在本文中，“上”、“下”“俯仰”、“偏转”等仅用于表示相关部分之间的相对位置关系，而非限定这些相关部分的绝对位置。

除非另有说明，本文中的数值范围不仅包括其两个端点内的整个范围，也包括含于其中的若干子范围。

以下每个部件靠近操作者的一端定义为近端，远离操作者的一端定义为远端。该近端、远端的表达只用于使描述简单、清楚，不应该理解为对本发明的任何限定。

如图1-7所示，本发明一实施例提供一种多自由度关节组件，包括执行终端1、转动部件和基座，转动部件一侧与执行终端连接，转动部件另一侧与基座连接，还包括限位部件，限位部件用于限制转动部件转动。

执行终端1近端固定设有万向节叉，万向节叉为十字万向节叉。万向节叉两端分别设有万向节叉半孔，万向节叉一端的万向节叉半孔固定于执行终端上。

转动部件包括万向节和万向节叉，万向节设有万向节第一轴和万向节第二轴，万向节叉对应设有万向节叉第一半孔和万向节叉第二半孔，万向节第一轴卡入万向节叉第一半孔中，万向节第二轴卡入执行终端1近端万向节叉另一端的半孔中。

这里，万向节2为十字万向节，万向节叉3为十字万向节叉。

具体的，万向节为N个，万向节叉为N+1个，(N为正数)，可以根据需要设置万向节的个数和万向节叉的个数，本发明中，N取值为3，因执行终端近端固定有1个第一万向节叉，因此，本发明实施例中的关节组件包含3个万向节和4个万向节叉，为了便于说明，这里采用第一万向节、第二万向节、第三万向节、第一万向节叉、第二万向节叉、第三万向节叉和第四万向节叉进行具体描述。

具体的，包含有第一万向节叉的执行终端1串联在第一万向节2的一端，第一万向节2的另一端和第二万向节叉3的一端串联，第二万向节叉3的另一端和第二万向节4的一端串联，第二万向节4的另一端和第三万向节叉5的一端串联，第三万向叉5的另一端和第三万向节6一端串联，第三万向节6的另一端和基座7上的第四万向节叉一端串联。

第一万向节叉第一半孔固定在执行终端1近端，第一万向节叉的另一半孔与第一万向节第一轴201卡接，第一万向节第二轴202与第二万向节叉3的万向节叉第一半孔301卡接，第二万向节叉第二半孔302与第二万向节4的第一轴卡接，第二万向节4的第二轴与第三万向节叉5的第一半孔卡接，第三万向节叉5的第二半孔与第三万向节6的第一轴卡接，以此类推，使万向节和万向节叉交互串接。这里，第二万向节叉3的两个旋转中心互相垂直，第三万向节叉5的两个旋转中心互相垂直，第四万向节叉7的两个旋转中心互相垂直。

串联连接起来的各万向节与各万向节叉的中空中心，插入弹性龙骨8。

弹性龙骨8为圆管状结构，弹性龙骨由低摩擦系数材料制作。

弹性龙骨8与执行终端1，第二万向节叉3，第三万向节叉5和基座7的中心孔过渡配合，从而使弹性龙骨8的进行弯曲或者自转动作时，可以直接同步驱动执行终端1，第二万向节叉3，第三万向节叉5和基座7一起进行旋转和自转运动；因为执行终端1，第二万向节叉3，第三万向节叉5和基座7上分别都设有4个驱动线孔，多自由度关节组件还包含有4根驱动线，4根驱动线的末端分别固定于执行终端1，4根驱动线分别穿过4个驱动线孔。

这里，弹性龙骨中作用一是支撑关节，二是允许穿过控制终端执行部操作的驱动线。

所以4根驱动线的运动也可以同步驱动执行终端1，第二万向节叉3，第三万向节叉5和基座7这四个零件的旋转和自转运动；4根驱动线与弹性龙骨8作为动力源，联合控制执行终端1，第二万向节叉3，第三万向节叉5和基座7这四个零件的旋转和自转运动，而单个十字万向节仅通过轴与万向节叉的轴孔配合，做辅助配合运动，其中心孔与弹性龙骨8之间是间隙配合，使单个十字万向节的旋转不会影响动力源(4根驱动线和弹性龙骨8)的任何运动。

具体的，当器械操作者在拉动4根驱动线进行偏转俯仰操作时，驱动线的进出运动，带动执行终端1的偏转俯仰运动，由于执行终端1和弹性龙骨8之间是过渡配合，所以弹性龙骨8会被带动同步进行偏转俯仰运动；此时因为弹性龙骨8各向同性强，所以当它偏转俯仰时，能够自己保持等曲率弯曲；此时，由于第二万向节叉3，第三万向节叉5和基座7与弹性龙骨8有过渡配合，且两个万向节之间的同方向旋转运动的旋转轴等距，所以上述四个零件能配合弹性龙骨8做等曲率弯曲。当器械操作者在拉动四根驱动线进行偏转俯仰操作时，本发明实施例的器械关节组件能做精准的等曲率偏转俯仰运动。

进一步地，当器械操作者想固定偏转俯仰角度的同时做自转操作时，通过上述动力源驱动线和弹性龙骨8，操作者会同时做拉动驱动线操作和弹性龙骨8自转操作。此时，弹性龙骨8驱动自转，若无驱动线操作，整个器械关节会整体被驱动自转；反之，在弹性龙骨8自转的同时，拉动四根驱动线，可以让器械关节固定偏转俯仰角度下进行自转，而不是整体变角度自转。在这个固定偏转俯仰角度的自转运动中，动力源弹性龙骨8与执行终端1，第二万向节叉3，第三万向节叉5和基座7的中心孔都有过渡配合，同时动力源四根驱动线与上述四个零件也有配合，这样的设计，能保证弹性龙骨8在运动中保持等曲率自转，从而减少该自转运动时关节塌陷的可能，减少万向节关节旋转的急回特性，让该自转运动稳定性更强，同时提高操作者控制精度。

本发明一实施例还公开了一种腔镜器械，包括上述任一所述的多自由度关节组件。

本领域技术人员在考虑说明书及实施例公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种多自由度关节组件,包括执行终端、转动部件和基座，所述转动部件一侧与所述执行终端连接，所述转动部件另一侧与所述基座连接，其特征在于，还包括限位部件，所述限位部件用于限制所述转动部件转动。

2.如权利要求1所述的多自由度关节组件，其特征在于，所述执行终端近端固定设有一万向节叉，所述万向节叉两端分别设有万向节叉半孔，所述万向节叉一端的万向节叉半孔固定于所述执行终端上。

3.如权利要求2所述的多自由度关节组件，其特征在于，所述转动部件包括一万向节和一所述万向节叉，所述万向节侧壁设有万向节第一轴和万向节第二轴，所述万向节第一轴卡入所述执行终端的万向节叉的万向节叉半孔，所述万向节第二轴卡入所述转动部件的所述万向节叉半孔。

4.如权利要求3所述的多自由度关节组件，其特征在于，所述万向节为十字万向节，所述万向节叉为十字万向节叉。

5.如权利要求4所述的多自由度关节组件，其特征在于，所述万向节为N个，所述万向节叉为N+1个，N为正数。

6.如权利要求5所述的多自由度关节组件，其特征在于，所述万向节叉表面呈斜坡状。

7.如权利要求1或6所述的多自由度关节组件，其特征在于，所述限位部件为弹性龙骨，所述弹性龙骨为圆管结构。

8.如权利要求7所述的多自由度关节组件，其特征在于，所述弹性龙骨由低摩擦系数材料制作。

9.如权利要求8所述的多自由度关节组件，其特征在于，所述多自由度关节组件还包含有4根驱动线，所述4根驱动线的末端分别固定于所述执行终端，所述万向节叉和所述基座上均分别设有4个驱动线孔，所述4根驱动线分别穿过所述4个驱动线孔。

10.一种腔镜器械，包括如权利要求1-9任一所述的多自由度关节组件。