CN117100409B - 驱动装置、手术器械及手术机器人 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供了驱动关节转动的驱动装置、具有该驱动装置的手术器械及手术机器人，驱动装置包括第第一绞盘、与第一绞盘非同轴设置第二绞盘以及第一缆绳和第二缆绳，所第一缆绳的一端与第一绞盘相连接，另一端与第二绞盘相连接；所第一缆绳的中间部分经过滑轮的导向，第二缆绳一端与滑轮相连接，其另一端连接于关节的第一端。

Description

驱动装置、手术器械及手术机器人

技术领域

本申请涉及医疗领域，特别是涉及一种手术器械的关节的驱动装置，以及具有该驱动装置的手术器械，具有该手术器械的手术机器人。

背景技术

微创医疗技术是指利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械及相关设备在人体腔体内部施行手术或进行活检的一种医疗方式。相比传统手术方式，微创医疗技术具有创伤小、疼痛轻、恢复快，减轻患者的不适并且减少有害的副作用等优势。

随着科技的进步，微创医疗手术机器人技术逐渐成熟，并被广泛应用。微创手术医疗机器人通常包括主控制台及从操作设备，医生通过控制主控制台的输入装置控制从操作设备，从操作设备用于响应主控制台发送的控制命令，并执行相应的手术操作。器械与从操作设备的驱动装置连接，用于执行外科手术，器械的远端包括用于执行手术操作的末端执行器和与末端执行器连接的可以多个自由度动作的关节组件。

目前手术器械的关节类型比较单一，无法实现大角度运动，限制了手术器械的工作范围，手术器械的驱动方式也比较单一，无法适应不同类型关节的驱动。

发明内容

基于此，本申请在第一方面一种用于驱动关节转动的驱动装置，其特征在于，包括：第一绞盘；第二绞盘，其与所述第一绞盘非同轴设置；第一滑轮；第一缆绳和第二缆绳，所述第一缆绳的一端与所述第一绞盘相连接，另一端与所述第二绞盘相连接；所述第一滑轮用于为所述第一缆绳的中间部分导向；所述第二缆绳一端与所述第一滑轮相连接，另一端连接于所述关节的第一端。

在一个具体的实施例中，所述驱动装置还包括第三缆绳、第四缆绳和第二滑轮，所述第二缆绳的两端分别与所述第一绞盘和第二绞盘相连接，所述第二滑轮用于为所述第三缆绳的中间部分导向，所述第四缆绳的一端与所述第二滑轮相连接，所述第四缆绳的另一端连接于所述关节的第二端。

本申请在第二方面提供一种手术器械，所述手术器械包括上述的驱动装置和关节，及远端部，所述远端部包括第一U型夹和末端执行器，所述末端执行器转动连接于所述第一U型夹；所述驱动装置还包括：第三绞盘，其与所述第一绞盘同轴设置；第四绞盘，其与所述第二绞盘同轴设置；第一缆绳组，其近端连接于所述第三绞盘和第四绞盘，其远端连接于所述末端执行器。

在一个具体的实施例中，所述远端部还包括第二U型夹角，所述第一U型夹与所述第二U型夹转动连接，所述手术器械还包括同轴设置的第五绞盘和第六绞盘，以及第三缆绳组和第四缆绳组，所述第三缆绳组的近端连接于所述第五绞盘，所述第三缆绳组的远端连接于所述第二U型夹，所述第四缆绳组的近端连接于所述第六绞盘，所述第四缆绳组的远端连接于所述关节。

在一个具体的实施例中，所述手术器械还包括解耦部，所述第一缆绳组包括第一偏摆缆绳和第二偏摆缆绳，所述第一偏摆缆绳和所述第二偏摆缆绳经过所述解耦部的导向后连接到所述末端执行器，所述解耦部用于改变所述第一缆绳和所述第二缆绳在器械盒内的长度。

在一个具体的实施例中，所述第二U型夹上设置有用于所述第一偏摆缆绳和第二偏摆缆绳导向的第一滑轮组和第二滑轮组，所述第一滑轮组的转轴平行于所述第二滑轮组的转轴,所述第一偏摆缆绳和所述第二偏摆缆绳均经过所述解耦部的同一端的导向。

在一个具体的实施例中，所述第一U型夹上设置有第一滑轮组，所第二U型夹上设置有第二滑轮组，所述第一滑轮组和所述第二滑轮组用于所述第一偏摆缆绳和第二偏摆缆绳导向，所述解耦部的一端用于所述第一偏摆缆绳的导向，其另一端用于所述第二偏摆缆绳的导向。

在一个具体的实施例中，所述手术器械还包括解耦驱动部，所述解耦驱动部与所述第五绞盘同轴设置，所述解耦驱动部通过解耦缆绳与解耦部连接。

在一个具体的实施例中，所述手术器械还包括平行关节，其被配置为改变所述末端执行器的位置而维持所述末端执行器的姿态不变。

本申请在第三方面提供一种用于驱动关节转动的驱动装置，包括：第一绞盘；第二绞盘，其与所述第一绞盘非同轴设置；第一缆绳组，其包括第一缆绳和第二缆绳，所述第一缆绳的一端与所述第一绞盘相连接，另一端与所述第二绞盘相连接；传动机构，所述传动机构的一端与所述关节连接，另一端与所述第一缆绳相连接，在所述第一绞盘和所述第二绞盘以第一运动方式运动时，所述第一缆绳空转不带动所述传动机构运动，在所第一绞盘和所述第二绞盘以第二运动方式运动时，所第一缆绳带的所述传动机构运动，以驱动所述关节转动。

本申请在第四方面提供一种手术机器人，其包括主操作设备和从操作设备，所述从操作设备根据所述主操作设备的指令执行相关操作，所述从操作设备包括至少一个上述的手术器械。

附图说明

图1为本申请一个实施例的手术机器人系统在手术室中布置的俯视示意图；

图2A为本申请一个实施例的手术机器人系统的主控制台的示意图；

图2B为本申请一个实施例的手术机器人系统的从操作设备的示意图；

图3为本申请一个实施例的手术器械示意图；

图4A为本申请又一个实施例的手术器械的示意图；

图4B为本申请一个实施例的手术器械的远端部示意图；

图5为本申请一个实施例的手术器械的器械盒的示意图，该器械盒用于解除具有图4B所示的远端部的手术器械的耦合关系；

图6为本申请又一个实施例的手术器械的远端部的示意图；

图7为本申请一个实施例的手术器械的器械盒的示意图，该器械盒用于解除具有图4B所示的远端部的手术器械耦合关系；

图8为本申请一个实施例的具有耦合关节的手术器械示意图；

图9为本申请一个实施例的用于驱动手术器械的耦合关节和偏摆关节联动的器械盒示意图；

图10为本申请一个实施例的用于驱动手术器械的耦合关节和俯仰关节联动的器械盒示意图；

图11为本申请一个实施例的器械盒，该器械盒用于解除具有图4B所示的远端部的手术器械的耦合关系；

图12为本申请一个实施例的器械盒，该器械盒用于解除具有图6所示的远端部的手术器械的耦合关系。

实施方式

为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面，并非对本申请的限制。

需要说明的是，当元件被称为“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，也可指两个元件通过信号进行交互相连。当一个元件被认为是“耦合”/“耦接”另一个元件，它可以是直接耦合到另一个元件或者可能同时存在居中元件，也可指两个元件通过信号进行交互。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上方”、“下方”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，应理解的是，这些与空间相关的术语旨在除了附图中描绘的取向之外还涵盖设备在使用中或在操作中的不同取向，例如，如果设备在附图中被翻转，则描述为在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件或特征将被取向为在其他元件或特征“上方”。因此，示例术语“下方”可以包括上方和下方两种取向。

本文所使用的术语“远端”、“近端”作为方位词，该方位词为介入医疗器械领域惯用术语，其中“远端”表示手术过程中远离外科医生的一端，“近端”表示手术过程中靠近外科医生的一端。本文所使用的术语“多个”包括两个及两个以上。

术语“器械”在文中被用来描述医疗设备，该医疗设备用于插入患者身体并用于执行外科手术或诊断程序，该器械包括末端执行器，末端执行器可以是用于执行外科手术相关的外科手术器械，例如活检针、电烧灼器、钳夹器、吻合器、剪割器、成像设备（例如内窥镜或超声探头）以及类似物。本申请实施例中使用的一些器械进一步包括为末端执行器提供了铰接部件（例如关节组件），使得末端执行器的位置和取向能够以相对于器械轴一个或多个机械自由度被操控而运动。进一步地，末端执行器包括还包括功能性机械自由度，例如打开和闭合的钳夹。器械还可以包括可以被外科手术系统更新的存储信息，借此该存储系统可以提供器械与一个或多个系统元件之间的单向或双向通信。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及／或”和“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本申请一个实施例的手术机器人系统如图1所示，手术机器人系统包括主控制台20和从操作设备10，主控制台20远程通信地连接到从操作设备10，外科医生S可在主控制台20上远程操作控制从操作设备10。主控制台20被配置为根据外科医生S的操作向从操作设备10发送控制信号和显示从操作设备10获取的影像，外科医生S通过主控制台10可以观察到影像系统提供的患者体内的三维立体成像，外科医生S通过观察患者体内三维的影像，能以沉浸式的感觉控制从操作设备10执行相关操作（例如执行手术或获取患者体内影像）。

从操作设备10包括控制装置、机械臂11以及持械装置12，控制装置可以设置在从操作设备10的底座中，也可以设置在机械臂11上，在一个实施例中，控制装置用于控制驱动机械臂11的关节运动以及持械装置12中的驱动装置的运动。持械装置12上可以安装多个手术器械，持械装置12的驱动装置用于驱动手术器械动作以执行各种手术。

在一个实施例中，手术机器人系统还包括气体吹入装置、管腔组(图未示出)以及套管13，管腔组将套管13与气体吹入装置流体连通。套管13连接于持械装置12的远端，套管插入躺在手术床T的患者P的体腔上，多个手术器械的末端执行器或内窥镜远端的相机穿过套管13伸入患者P体腔内，以执行手术相关的操作，或获取患者P体内的环境影像。

在一个实施例中，外科医生S通过主控制台10可控制气体吹入装置的工作模式，例如将气源中的气体注入患者P的体腔中，以形成人工气腹，或从患者P的体腔中抽吸气体。助手A根据手术状况将手术器械40安装到持械装置12上，或从持械装置12更换手术器械40。外科医生S、助手A以及麻醉师B组成基本的外科手术团队。手术器械40可以是用于执行手术操作的电烧灼器、钳夹器、吻合器、超声刀等手术器械，也可以是获取影像的图像装置(例如内窥镜)或者其他外科工具。

主控制台10还远程通信地与电子设备推车30连接，电子设备推车30远程通信地与从操作设备10，电子设备推车30可包括能量发生装置、图像信号处理装置及上述气体吹入装置等设备。本实施例中，主控制台10、从操作设备10和电子设备推车30之间采用有线以太网通讯方式进行远程通信，但远程通信并不限于有线以太网通讯，也可以是其他有线方式，例如包括但不限于串口、CAN、RS485、RS232、USB、SPI等，或者以及无线通讯方式，例如包括但不限于5G、WiFi、NB、Zigbee、蓝牙、RFID等。

在一个实施例中，如图2A所示，主控制台20包括显示装置21、扶手22、输入装置23、观察装置24及控制信号处理系统25，其中，显示装置21用于显示上述影像系统所获取图像。扶手22用于放置医生S(例如，外科医生S)的胳膊及/或手部，以使医生S更舒适地操作输入装置23，观察装置24用于观察显示装置所显示的所述图像。根据实际需要，也可以省略扶手；或省略观察装置24，此时可直接观察。医生S通过操作输入装置23操纵从操作设备10的手术器械运动，主控制台20的控制信号处理系统处理输入装置23的输入信号后向从操作设备发出控制命令，从操作设备10响应主控制台20的控制命令，并进行相应的操作，在一些实施例中，控制信号处理系统25也可以设置在从操作设备10中，例如设置在从设操作设备10的底座中。控制信号处理系统25可以和上述的控制装置是一个装置。

手术机器人系统通常还包括使医生S能够从患者身体外部观察手术部位的影像系统部分(未示出)。该影像系统部分通常包括具有视频图像采集功能(例如具有图像获取功能的手术器械40)和用于显示被采集图像的一个或多个视频显示设备。一般地，具有图像获取能功能的手术器械40包括将获取患者身体内图像的一个或多个成像传感器(例如CCD或CMOS传感器)的光学器件。该一个或多个成像传感器可以被放置在的具有图像获取能的手术器械40远端处，并且该一个或多个传感器产生的信号可以沿电缆或通过无线传输以在视频显示设备上处理和显示。

在一个实施例中，如图2B所示，手术机器人系统的从操作设备10的机械臂11包括底座110，与底座110连接的立柱120，依次连接的大臂130，小臂140以及竖臂150。机械臂还包括多个用于连接立柱120、大臂160、小臂140以及竖臂150的关节J1-J5。具体的，立柱120包括支撑柱121和升降柱122，支撑柱121与底座110固定连接，升降柱122与支撑柱121通过第一关节J1连接，第一关节J1为直线运动关节，升降柱122可沿第一关节J1的轴线101直线运动，以改变与立柱120远端连接的机械臂11的部分的高度。升降柱122与大臂130通过第二关节J2连接，大臂130与小臂140通过第三关节J3连接，小臂140与竖臂150通过第四关节J4连接，第二关节J2、第三关节J3以及第四关节J4均为旋转关节，且这3个旋转关节的转动轴线102,103,104都垂直水平面。竖臂150与持械装置112通过第五关节J5，第五关节J5的轴线105垂直于轴线101-104。

控制装置160被配置为控制多个关节J1-J5联动，以实现整条机械臂11的各种摆位，调整持械装置112的位置和姿态以及实现持械装置112围绕其远端的远程运动中心116的旋转运动，控制装置160可以设置在底座110中，也可以设置在主控制台20中。

在一个实施例中，持械装置112还包括套管115,套管115通过对接装置114与持械装置112可拆卸连接，持械装置112的中心轴线106与套管115的轴线118基本重合，持械装置112带动套管115围绕远程运动中心116转动，由于远程运动中心116位于切口117处，因此在套管115围绕远程运动中心116转动时，不会损伤患者P。

在一个实施例中，从操作设备10还包括设在支撑柱121上的控制面板170，控制面板170包括至少一个开关171，开关171用于输入摆位指令给控制装置160，控制装置160响应开关171的动作，控制机械臂11运动，以快速实现机械臂11的各种预定姿势的摆位，例如展开成布置无菌帷帘的姿势。

在一个实施例中，持械装置112上可以装载多个手术器械40，多个手术器械40穿过同一个套管115从切口117进入体内。如图3所示，手术器械40包括器械盒41、长轴42、关节组件43、末端执行器44，手术器械40可拆卸的安装在从操作设备10的持械装置112上的驱动系统上，器械盒41内具有传动装置(图未示出)，传动装置包括多个传动单元（例如绞盘），传动单元通过多个缆绳与关节组件43及末端执行器44相连接，多个传动单元分别耦合到所述驱动系统内的多个致动器（例如马达），并被致动器所驱动。多个致动器接收来自控制装置的控制指令，并根据该控制指令通过驱动传动单元运动从而驱动末端执行器44运动。例如，驱动单元通过驱动传动单元转动从而对缆绳进行收/拉以对末端执行器进行运动控制。末端执行器44通过关节组件43能够能执行多个笛卡尔自由度的动作，例如改变末端执行器44位置的平移运动(包括横移和/或纵移)和改变模式装置44姿态的俯仰、偏摆及滚转自动度运动等，可以理解的是，平移和俯仰、平移、偏摆以及滚转自动度运动即可以独立运动也同时运动。末端执行器44用于执行与外科手术相关的操作，根据手术操作的需求不同，末端执行器44可以是电烧灼器、钳夹器、吻合器、剪刀、超声刀、相机、成像装置等，其中相机或成像装置用于获取人体内部影像。

在一个实施例中，如图4A所示，手术器械40包括平行关节431和远端部430，远端部430包括第一U型夹4321、第二U型夹4322以及末端执行器4323，其中平行关节431包括近端关节4311、中间段4312以及远端关节4313，近端关节4311和远端关节4313相互耦合，平行关节431的运动可以改变末端执行器4323的位置，而维持末端执行器4323的姿态不变，平行关节422详细运动原理请参看中国专利申请CN202111604327.6(具有平行关节的器械、手术机器人)和CN202111604322.3(具有平行关节的器械、手术机器人)。

末端执行器4323通过第一轴4341与第一U型夹4321转动连接，第一U型夹4321通过第二轴4342与第二U型夹4322转动连接，第一轴4341与第二轴4342相互垂直，第二U型夹4322与远端关节4313的远端固定连接。末端执行器4323与第一U型夹4321构成偏摆关节433a，第一U型夹4321与第二U型夹4322构成俯仰关节433b。

在一个实施例中，如图4B所示，手术器械包括第一组缆绳，第一组缆绳包括第一偏摆缆绳对151A,151B和第二偏摆缆绳对152A，152B,第二轴4342上设有第一滑轮组4351，第二U型夹4322还具有第三轴4343，第三轴4343上设有第二滑轮组4352，第一偏摆缆绳对151A，151B和第二偏摆缆绳对152A,152B通过第一、第二滑轮组4351，4352的导向后连接到末端执行器4323，其中第一偏摆缆绳对151A，151B的末端连接于末端执行器4323的第一夹瓣4323a，第一偏摆对缆绳151A，151B驱动第一夹瓣4323a围绕第二轴4342转动，第二偏摆对缆绳152A，152B的末端连接于末端执行器4323的第二夹瓣4323b，第二偏摆缆绳对152A,152B驱动第二夹瓣4323b围绕第一轴4341转动，第一夹瓣4323a和第二夹瓣4323b围绕第一轴4341转动实现末端执行器4323的开合和偏摆运动，其中，由于，第一夹瓣4323a和第二夹瓣4323b是围绕固定的第一轴4341旋转，使得末端执行器4323的单侧偏摆角度可到达90度，甚至超过90度。第一偏摆缆绳对151A，151B在第一滑轮组4351和第二滑轮组4352绕线方式与第二偏摆缆绳对152A，152B绕线方式相反，第一偏摆缆绳151A和第二偏摆缆绳151B在第一滑轮组4351和第二滑轮组4352绕线方式相同，第三偏摆缆绳152A和第四偏摆缆绳152B在第一滑轮组4351和第二滑轮组4352绕线方式相同，使得偏摆缆绳151A,151B,152A,152B的绕线比较简单、工整，装配时也较容易，且不易从第一、第二滑轮组4351，4352脱落。

在一个实施例中，手术器械还包括第三缆绳组，第三缆绳组包括俯仰缆绳对153A，153B，俯仰缆绳对153A，153B的末端固定在第一U型夹4321上，俯仰缆绳对153A，153B驱动第一U型夹4321围绕第二轴4342相对于第二U型夹4322转动，实现末端执行器4323的俯仰运动，由于第一U型夹4321直接围绕固定的第二轴4342转动，末端执行器4323的单侧俯仰角度可到达90度，甚至超过90度。相比较传统的单个蛇骨关节偏摆自动度和俯仰自由度角度都小于45度，本申请的第一U型夹4321和第二U型夹4322构成的俯仰关节433b的俯仰角度基本等于或大于180度，末端执行器4323和第一U型夹4321构成的偏摆关节433a的偏摆自由运动度角度基本等于或大于180度，从而使用更少的关节实现更大的运动范围。

如图4B所示，在俯仰缆绳对153A，153B驱动第一U型夹4321围绕第二轴4342相对于与第二U型夹4322转动时，会引起偏摆缆绳151A,151B,152A,152B在第一、第二滑轮组4351，4352上的包角长度改变，从而会引起第一夹瓣4323a和第二夹瓣4323b的不期望运动。为了解除缆绳153A，153B和缆绳151A,151B,152A,152B之间的这种运动耦合关系，本申请实施例还提供一种解耦装置。

如图5所示，在一个实施例中，手术器械的器械盒410包括多个绞盘171,172,173，第一偏摆缆绳对151A,151B的近端绕在绞盘171上，第二偏摆缆绳对152A,152B的近端绕在绞盘172上，俯仰缆绳对153A，153B的近端绕在绞盘173上。器械盒410还包括解耦装置176，解耦装置176包括解耦驱动部1761和解耦部1762，解耦驱动部1761与绞盘173安装在同一转轴上，解耦部1762包括导向轮1763，1764，导向轮1763，1764分别固定在滑架1765的两端，第一偏摆缆绳对151A，151B经过导向轮1763的导向后延伸至长轴42内，第二偏摆缆绳对152A，152B经过导向轮1764的导向后延伸至长轴42内。

在绞盘173转动时，绞盘173转动以收拉/释放第一俯仰缆绳153A并释放/收拉第二俯仰缆绳对153B，从而驱动第一U型夹4321绕第二轴4342相对于第二U型夹4322转动，实现末端执行器4323的俯仰运动，在绞盘173转动的同时，解耦驱动部1761与绞盘173同轴旋转，解耦驱动部1761通过解耦缆绳1767,1768驱动解耦部1762沿直线运动，解耦部1762的直线运动使得第一偏摆缆绳对151A，151B在器械盒410内的长度同时增加或减少，相应地，第二偏摆缆绳对152A，152B在器械盒410内的长度同时减少或增加，偏摆缆绳151A,151B，152A，152B在器械盒410内的长度改变量刚好补偿偏摆缆绳151A,151B，152A，152B在第一、第二滑轮组4351，4352上的包角长度改变量，从而使得在俯仰缆绳对153A,153B驱动末端执行器4323俯仰运动时，第一夹瓣4323a和第二夹瓣4323b相对于第一U型夹4321保持不动。

在一个实施例中，如图6所示，手术器械具有远端部530，远端部530包括第一U型夹5321和第二U型夹5322，第一滑轮组5351设置在第一U型夹5321上，第二滑轮组5322设置在第二U型夹5322上的第二轴5342上，第一、第二滑轮组5351,5352用于给偏摆缆绳151A，151B，152A，152B导向，其中第一缆绳对151A，151B用于驱动第一夹瓣5323a围绕第一轴5341转动，第二偏摆缆绳对152A，152B用于驱动第二夹瓣5323b围绕第一轴341转动，第一夹瓣5323a和第二夹瓣5323b围绕第一轴5341实现末端执行器5323的开合和偏摆运动。俯仰缆绳对153A,153B驱动第一U型夹5321绕第二轴5342相对于第二U型夹5322转动，从而实现末端执行器5323的俯仰自由度运动。其中，第一偏摆缆绳151A和第三偏摆缆绳152A在第一、第二滑轮组5351,5352上的绕线方式相同，第二偏摆缆绳151B和第四偏摆缆绳152B在第一、第二滑轮组5351,5352上的绕线方式相同，并且第一偏摆缆绳151A、第三偏摆缆绳152A与第二偏摆缆绳151B、第四偏摆152B在第一、第二滑轮组5351,5352上的绕线方式相反。

同样的，在末端执行器5323俯仰运动时，会引起偏摆缆绳151A,151A,151B,152B在第二滑轮组5352上的包角长度增加或减少，从而引起第一夹瓣5323a和第二夹瓣5323b不期望的运动。因此，如图7所示，本申请一个实施例还提供一种器械盒510，其用于解除远端装置530的俯仰运动与偏摆运动之间的耦合关系，和图5所示的器械盒410不同的是，器械盒510的驱动同一夹瓣的两根缆绳分别绕于解耦部1762的两端。具体地，第一偏摆缆绳151A和第二偏摆缆绳151B的近端固定于绞盘171上，第一偏摆缆绳151A经过解耦部1762的滑架1765一端的导向轮1763的导向后延伸至长轴42内，第二偏摆缆绳151B经过滑架1765上另一端的导向轮1764的导向后延伸至长轴42内。第三偏摆缆绳152A和第四偏摆152B的近端固定于绞盘172上，第三偏摆缆绳152A经过滑架1765一端的导向轮1763的导向后延伸至长轴42内，第四偏摆缆绳152B经过滑架1765上另一端的导向轮1764的导向后延伸至长轴42内。

当解耦驱动部1761与绞盘173同轴旋转时，第一偏摆缆绳151A和第三偏摆缆绳152A在器械盒510内的长度减少或增加，同时第二偏摆缆绳151B和第四偏摆缆绳152B在器械盒510内的长度增加或减少，从而补偿偏摆缆绳151A,151B,152A,152B因末端执行器5323俯仰运动在第二滑轮组5322上包角的改变，使得在末端执行器5323俯仰运动时，第一夹瓣5323a和第二夹瓣5323b相对于第一U型夹5321的位置保持不变。

在一个实施例中，如图8所示，手术器械的关节组件还包括位于远端部430和平行关节431之间的耦合关节组441，耦合关节组441包括第一盘4411和第二盘4412，第一盘4411的近端与平行关节431的远端关节4313转动连接，第一盘4411的远端与第二盘4412的近端转动连接，第二盘4412的远端与第二U型夹4322固定连接。

第一盘4411与远端关节4313构成耦合关节组件441的第一耦合关节441a, 第一耦合关节441a具有旋转轴线4415，第一盘4341与第二盘4342构成耦合关节组441的第二耦合关节441b，第二耦合关节441b具有旋转轴线4364，旋转轴线4315和旋转轴线4316相互垂直，其中，第一耦合关节441a与偏转关节433a耦合，第二耦合关节441b与俯仰关节433a耦合，即第一耦合关节441a与偏转关节433a联动，第二耦合关节441b与俯仰关节433b联动。耦合关节组441与远端部件430耦合可以使末端执行4323具有更大的运动范围，例如使末端执行器4323的俯仰自由度运动或偏摆自由度运动角度超过180度，使手术器械的关节组件形成环抱式姿势。

在一个实施例中，如图9所示，手术器械60包括器械盒610、远端部630、第一耦合关节632a以及多个缆绳，远端部630包括第一U型夹6321，末端执行器6323转动设置在第一U型夹5321上，末端执行器630与第一U型夹6321构成远端部630的偏摆关节631a，第一耦合关节632a与偏摆关节631a耦合。

器械盒610还包括第一驱动装置和/或第二驱动装置，第一驱动装置包括第三绞盘273和第四绞盘274，第二驱动装置包括第一绞盘271和第二绞盘272，第一缆绳组的第一偏摆缆绳对251A，251B的近端缠绕于第三绞盘273上，其远端固定于末端执行器6323的第一夹瓣6323a上，第一偏摆缆绳对251A，251B用于驱动第一夹瓣5323a相对于第一U型夹5321转动，第一缆绳组的第二偏摆缆绳对252A，252B的近端缠绕于第四绞盘274上，其远端固定于末端执行器6323的第二夹瓣6323b,第二偏摆缆绳对252A，252B用于驱动第二夹瓣6323b相对第一U型夹5321转动，第一夹瓣6323a和第二夹瓣6323b相对第一U型夹5321转动构成末端执行器6323的偏摆/开合运动。

在一个实施例中，如图9所示，第一绞盘271与第三绞盘273安装在同一转轴上且同轴同步旋转，第二绞盘272与第四绞盘274安装在同一转轴上且同轴同步旋转。手术器械60还包括第二缆绳组251C,251E,252C,252E，第二缆绳组的第一缆绳251C的第一端连接于第一绞盘271，其第二端连接于第二绞盘272上；第一缆绳251C的中间部分经过第一滑轮2511的导向。第二缆绳组的第二缆绳251E的近端与连接于第一滑轮2511，例如缆绳251E与第一滑轮2511的支撑座(图未示出)固定连接，该支撑座可直线运动，第二缆绳251E的远端固定于第一耦合关节632a的远侧盘6322的第一端上。第二缆绳组的第三缆绳252C的第一端连接于第一绞盘271上，其第二端连接于第二绞盘272上，第一缆绳251C的第一端和第三缆绳252C的第一端分别以相反的方向缠绕于第一绞盘271上，第一缆绳251C的第二端和第三缆线252C的第二端以相反的方向缠绕于第二绞盘272上。第三缆绳252C的中间部分经过第二滑轮2512导向，第四缆绳252E的近端连接于第二滑轮2512，其远端连接于远侧盘6322的第二端上。收拉/释放第二缆绳251E和第四缆绳252E使得远侧盘6322相对于近侧盘6321转动，从而实现第一耦合关节632a运动。

在第三绞盘273和第四绞盘274通过第一缆绳组251A,251B,252A,252B驱动末端执行器6323a偏摆时，第一绞盘271和第二绞盘272同时通过第二缆绳组251C,252C,251E,252E驱动第一耦合关节632a转动，以实现偏摆关节531a和第一耦合关节532a的联动。具体地，在第三绞盘273和第四绞盘274以第一运动方式运动时，例如第三绞盘273和第四绞盘274均逆时针旋转时，第三绞盘273和第四绞盘274收拉第一偏摆缆绳251A和第四偏摆252B并释放缆绳第二偏摆缆绳251B和第三偏摆252A，从而驱动末端执行器5323沿A1方向偏摆。与此同时，由于第一绞盘271与第三绞盘273同轴设置，第二绞盘272与第四绞盘同轴设置，故第一绞盘271和第二绞盘272也以第一运动方式运动，即第一绞盘271与第三绞盘273同轴逆时针旋转，第二绞盘272与第四绞盘274同轴逆时针旋转，第一绞盘271收拉第一缆绳251C并释放第三缆绳252C，第二绞盘272收拉第一缆绳251C并释放第三缆绳252C，由此，第一绞盘271和第二绞盘272同时收拉第一缆绳251C和同时释放第三缆绳252C，从而第一缆绳251C拉着第一滑轮2511朝近端运动进而收拉第二缆绳251E；并且第三缆绳252C被释放，第二滑轮2512朝远端运动进而释放第四缆绳252E，使得第一耦合关节632a向A1方向转动。

如果第三绞盘273和第四绞盘274,273，274顺时针转动，则第一耦合关节632a沿A2方向转动。第一耦合关节632a和偏摆关节531a一起联动，可以使末端执行器6323偏摆角度更大，从而使末端执行器6323能到达更大工作范围，也可以使偏摆关节631a单侧偏摆小于90度（例如50度），配合第一耦合关节632a的偏摆角度，实现末端执行器5323单侧偏摆等于或大于90度。

在一些实施例中，手术器械60也可以只设置第一缆绳251E而不设置第二缆绳252E，第一缆绳251E如上所述驱动第一耦合关节632a朝A1方向转动，第一耦合关节632a超A2方向转动由其他驱动机构来实现，例如由弹性机构实现。

在第三绞盘273和第四绞盘274以与第一运动方式不同的第二运动方式运动时，例如在第三绞盘273和第四绞盘274旋转方向相反时，末端执行器6323可以实现开合运动，而第一耦合关节632a可以维持不动。具体地，例如第三绞盘273逆时针转动，而第四绞盘274顺时针转动，第三绞盘273收拉第一偏摆缆绳251A并释放第二偏摆缆绳251B，使得第一夹瓣6323a沿A1方向转动，第四绞盘274收拉第三偏摆缆绳252A并释放第四偏摆缆绳252B，使得第二夹瓣6323b沿A2方向转动，从而现行末端执行器6323张开的动作，反之，若第三绞盘273顺时针运动，而第四绞盘274逆时针运动，则实现末端执行器5323闭合的动作。

由于第一绞盘271和第三绞盘273同轴设置，第二绞盘272和第四绞盘274同轴设置，故第一、第二绞盘271，272也以第二运动方式运动，故在第三绞盘273逆时针转动时，第一绞盘271也逆时针转动，第四绞盘274顺时针转动时，第二绞盘272也顺时针转动。第一绞盘271逆时针转动时，第一绞盘271收拉第一缆绳251C并释放第三缆绳252C，第二绞盘272收拉第三缆绳252C并释放第一缆绳251C，由于第一绞盘271收拉第一缆绳251C的长度和第二绞盘272释放第一缆绳251C长度相等，相当于缆绳251C在第一绞盘271和第二绞盘272之间空转，因此第一缆绳251C不会改变第一滑轮2511的位置，第一滑轮2511的位置维持不变，同样的，第一绞盘271释放第三缆绳252C的长度和第二绞盘272收拉第三缆绳252C长度相等，第三缆绳252C也空转,第二滑轮2512的位置也维持不变，这样使得第二缆绳251E和第四缆绳252E不会被收拉或释放，从而第一耦合关节632a保持不动。

同样地，在第三绞盘273顺时针转动第四绞盘274逆时针转动，末端执行器6323张开时，第一耦合关节632a保持不动。因此，器械盒610可以使得末端执行器6323在偏摆运动时，第一耦合关节632a与偏摆关节631a联动，而当末端执行器6323在开合运动时，第一耦合关节632a保持不动，从而避免在开合运动时，第一耦合关节632a运动干扰手术执行。

在一些实施例中，可以使用其他的传动机构替代第一滑轮2511和/或第二滑轮2512，例如传动机构为具有引导第一缆绳251C和第二缆绳251C的导向槽。在一些实施例中，第一绞盘271和第三绞盘273可以不同轴设置，和/或第二绞盘272和第四绞盘274不同轴设置，例如控制装置通过检测装置(如编码器)检测第三、第四绞盘373，274的转动角度，进而控制第一、第二绞盘271与第三、第四绞盘273,274同步转动

在一个实施例中，如图10所示，手术器械70包括远端部430、第一耦合关节632a和第二耦合关节632b以及器械盒710，其中远端部430是如图4B所示的远端部,第一耦合关节632a与偏摆关节433a耦合，第二耦合关节632b与俯仰关节433b耦合，第一耦合关节632a与第二耦合关节632b的转动轴线相互垂直，第一耦合关节632a的驱动方式与图9所示的实施例中的一样，不再赘述。

器械盒710的第一驱动装置还包括第六绞盘276，第二驱动装置还包括第五绞盘275，第五绞盘275通过俯仰缆绳对253A，253B（第三缆绳组）驱动第一U型夹4321相对于第二U型夹4322转动，以实现末端执行器4323的俯仰运动。第五绞盘275与第六绞盘276同轴设置，第四缆绳组253C，253D的近端连接于第六绞盘276上，第四缆绳组253C，253D的远端连接于第二耦合关节632b的远侧盘6324，远侧盘6324可相对于近侧盘6323转动。在第五绞盘275转动以驱动末端执行器4323俯仰运动时，第六绞盘276与第五绞盘275同轴转动，第六绞盘276通过第四缆绳组253C,253D驱动第二耦合关节632b转动，以实现末端执行器更大的俯仰角度。例如，第五绞盘275逆时针转动时，收拉第一俯仰缆绳253A并释放第二俯仰缆绳253B，以使第一U型夹4321以及末端执行器4323沿B1方向俯仰运动，由于第六绞盘276与第五绞盘275同轴设置，因此第六绞盘276也逆时针转动，从而收拉第五缆绳253C和释放第六缆绳253D，使得第二耦合关节632也沿B1方向转动，从而使得末端执行器4323在B1方向上具有更大地俯仰角度。反之如果绞盘275,276顺时针转动，则末端执行器4323与第二耦合关节632b沿B2方向俯仰运动。

在一个实施例中，如图11所示，手术器械的远端部430为图4B所示的远端部时，器械盒810还包括解耦装置，解耦装置用于解除远端部430的俯仰运动和偏摆运动之间的耦合关系。解耦装置包括解耦驱动部2761和解耦部2762，解耦部2762包括滑架2765以及设置在滑架2765两端导向轮2763,2764，第一偏摆缆绳251A和第二偏摆缆绳251B经过导向轮2763的导向后连接到末端执行器4323的第一夹瓣4323a上，第三偏摆缆绳252A和第四偏摆缆绳252B经过导向轮2764的导向后连接到末端执行器4323的第二夹瓣4323b，解耦驱动部2761与第五、第六绞盘275绞盘276同轴设置，解耦驱动部2761通过缆绳2767,2768与滑架2765连接。

在第五绞盘275通过俯仰缆绳对253A,253B驱动末端执行器4323俯仰运动，解耦驱动部2761通过缆绳2767,2768驱动解耦部2762左右移动，以同时增加第一偏摆缆绳对251A,251B在器械盒810内的长度，减少第二偏摆缆绳对252A,252B在器械盒810内的长度；或者减少第一偏摆缆绳对251A,251B在器械盒810内的长度，增加第二偏摆缆绳对252A,252B在器械盒810的长度，从而补偿偏摆缆绳251A,251B,252A,252B因末端执行器4323和第一U型夹4321俯仰运动时在远端部430上的长度变化，使得末端执行器4323和第一U型夹4321能顺利执行俯仰运动，解除了远端部430俯仰和偏摆/开合的运动耦合关系。

在一个实施例中，如图12所示，在远端部530为图6所示的远端部时，第一偏摆缆绳251A经过解耦部2762一端的导向轮2763的导向后连接到第一夹瓣5323a,第二偏摆缆绳251B经过解耦部2762另一端的导向轮2764的导向后连接到第一夹瓣5323a；第三偏摆缆绳252A经过导向轮2764的导向后连接到第二夹瓣5323b,第四偏摆缆绳252B经过导向轮2763的导向后连接第二夹瓣5323b。第一缆绳组251A,251B,252A,252B和俯仰缆绳对253A,253B在远端部530的布线和图6所示的实施例中的第一缆绳组151A,151B,152A,152B和俯仰缆绳对153A,153B在远端部530的布线一样，本实施例中与图11所示的实施例中相同的部分不再赘述。

在第五绞盘275通过俯仰缆绳对253A,253B驱动末端执行器5323和第一U型夹5321相对于第二U型夹5322俯仰运动时，解耦驱动部2761与第五绞盘275同轴旋转，解耦驱动部2761通过解耦缆绳2767,2768驱动解耦部2762平移，以增加或减少第一偏摆缆绳251A和第四偏摆缆绳252B在器械盒910内的长度，并减少或增加第二偏摆缆绳251B和第三偏摆缆绳252A在器械盒910内的长度，从而补偿偏摆缆绳251A,251B,252A,252B因远端部530俯仰运动而产生的长度变化。从而解除远端部530俯仰运动与偏摆/开合运动之间的运动耦合关系。

在一些实施例中，也可以不设置解耦驱动部2761和用于带动解耦部2762运动的缆绳2767,2768，而通过偏摆缆绳251A,251B,252A,252B的自身张力变化来带动解耦部2762的运动。在一些实施例中，末端执行器也可以只有一个夹瓣，例如电钩，此时将手术器械保留驱动一个夹瓣运动的驱动装置即可。

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申请的几种实施方式，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，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种手术器械，其特征在于，包括驱动装置、耦合关节，所述驱动装置用于驱动所述耦合关节运动，所述驱动装置包括：

第一绞盘；

第二绞盘，其与所述第一绞盘非同轴设置；

第一滑轮；

第一缆绳和第二缆绳，所述第一缆绳的一端与所述第一绞盘相连接，另一端与所述第二绞盘相连接；所述第一滑轮用于为所述第一缆绳的中间部分导向，所述第二缆绳连接于所述第一滑轮和所述耦合关节之间，所述第二缆绳一端与所述第一滑轮相连接，另一端连接于所述耦合关节的第一端；

第二滑轮；

第三缆绳和第四缆绳，所述第三缆绳的两端分别与所述第一绞盘和第二绞盘相连接，所述第二滑轮用于为所述第三缆绳的中间部分导向，所述第四缆绳的一端与所述第二滑轮相连接，另一端连接于所述耦合关节的第二端；

在所述第一绞盘和所述第二绞盘以第一运动方式运动时，所述第一缆绳、所述第三缆绳在所述第一绞盘和所述第二绞盘之间空转从而不带动所述第二缆绳、所述第四缆绳运动，在所第一绞盘和所述第二绞盘以第二运动方式运动时，所第一缆绳带动所述第二缆绳运动，或者所述第三缆绳带动所述第四缆绳运动，以驱动所述耦合关节转动，其中所述第一运动方式和所述第二运动方式不同。

2.如权利要求1所述的手术器械，其特征在于，所述手术器械还包括远端部，所述远端部包括第一U型夹和末端执行器，所述末端执行器转动连接于所述第一U型夹；所述驱动装置还包括：

第三绞盘，其与所述第一绞盘同轴设置；

第四绞盘，其与所述第二绞盘同轴设置；

第一缆绳组，其近端连接于所述第三绞盘和第四绞盘，其远端连接于所述末端执行器；

在所述第三绞盘和所述第四绞盘通过所述第一缆绳组驱动所述末端执行器相对于所述第一U型夹执行偏摆自由度运动时，所述第一绞盘和第二绞盘同时通过所述第一缆绳和第二缆绳驱动所述耦合关节转动；在所述第三绞盘和所述第四绞盘通过所述第一缆绳组驱动所述末端执行器开合运动时，所述第一缆绳在所述第一绞盘和所第二绞盘之间空转以使所述耦合关节保持不动。

3.如权利要求2所述的手术器械，其特征在于，所述远端部还包括第二U型夹角，所述第一U型夹与所述第二U型夹转动连接，所述手术器械还包括同轴设置的第五绞盘和第六绞盘，以及第三缆绳组和第四缆绳组，所述第三缆绳组的近端连接于所述第五绞盘，所述第三缆绳组的远端连接于所述第二U型夹，所述第四缆绳组的近端连接于所述第六绞盘，所述第四缆绳组的远端连接于所述关节。

4.如权利要求3所述的手术器械，其特征在于，所述手术器械还包括解耦部，所述第一缆绳组包括第一偏摆缆绳和第二偏摆缆绳，所述第一偏摆缆绳和所述第二偏摆缆绳经过所述解耦部的导向后连接到所述末端执行器，所述解耦部用于改变所述第一偏摆缆绳和所述第二偏摆缆绳在器械盒内的长度。

5.如权利要求4所述的手术器械，其特征在于，所述第二U型夹上设置有用于所述第一偏摆缆绳和所述第二偏摆缆绳导向的第一滑轮组和第二滑轮组，所述第一滑轮组的转轴平行于所述第二滑轮组的转轴,所述第一偏摆缆绳和所述第二偏摆缆绳均经过所述解耦部的同一端的导向。

6.如权利要求4所述的手术器械，其特征在于，所述第一U型夹上设置有第一滑轮组，所第二U型夹上设置有第二滑轮组，所述第一滑轮组和所述第二滑轮组用于所述第一偏摆缆绳和所述第二偏摆缆绳导向，所述解耦部的一端用于所述第一偏摆缆绳的导向，其另一端用于所述第二偏摆缆绳的导向。

7.如权利要求4所述的手术器械，其特征在于，所述手术器械还包括解耦驱动部，所述解耦驱动部与所述第五绞盘同轴设置，所述解耦驱动部通过解耦缆绳与所述解耦部连接。

8.如权利要求2所述的手术器械，其特征在于，所述手术器械还包括平行关节，其被配置为改变所述末端执行器的位置而维持所述末端执行器的姿态不变。

9.一种手术机器人，其特征在于，包括主操作设备和从操作设备，所述从操作设备根据所述主操作设备的指令执行相关操作，所述从操作设备包括至少一个权利要求1-8任一项所述的手术器械。