CN117918960A - 末端执行装置、手术器械、从操作设备以及手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种末端执行装置、手术器械、从操作设备以及手术机器人。本发明包括执行件、中间支撑件、端部支撑件以及四根驱动丝，执行件通过第一转轴与中间支撑件转动连接，中间支撑件通过第二转轴与端部支撑件转动连接；第一转轴的轴线和第二转轴的轴线空间垂直；各驱动丝的末端依次经过端部支撑件和中间支撑件导向至执行件后与执行件固定连接；通过拉动一根或多根驱动丝的近端来驱动执行件，由此实现执行件相对于中间支撑件绕第一转轴转动的仰俯动作，以及实现执行件和中间支撑件一起相对于端部支撑件一起绕第二转轴转动的偏摆动作。本发明采用较少的零件、更紧凑的结构实现对执行件的控制，末端执行装置的径向尺寸更小。

Description

末端执行装置、手术器械、从操作设备以及手术机器人

技术领域

本发明涉及一种用于微创手术的手术机器人，尤其涉及一种末端执行装置、手术器械、从操作设备以及手术机器人。

背景技术

手术机器人以微创的手术形式，协助医生实施完成术中定位、切断、穿刺、止血、缝合等操作。末端执行装置位于手术机器人的末端，用于介入到生物体内进行手术所需的操作。末端执行装置通常具有多个自由度，实现俯仰和偏摆动作，基于钳体的末端执行装置还能够实现两个钳体的开合动作。

2023年8月1日公布的中国发明专利申请CN116509551A提出了一种手术器械的末端执行机构及手术器械，通过若干导轮和与之配合的驱动线实现俯仰、偏摆和开合的动作。2021年1月29日公开的中国发明专利申请提出了一种手术器械、从操作设备及手术机器人，通过若干滑轮和与之配合的驱动缆绳实现俯仰、偏摆和开合的动作。

但是，这两项发明专利申请中的末端执行装置均需要多个导轮或滑轮为驱动件导向来实现，而且，这两类末端执行装置所需的零件多，从而末端执行机构的径向尺寸难以缩小。

发明内容

本发明提出了一种末端执行装置、手术器械、从操作设备以及手术机器人，不同于现有技术，本发明规避了通过导轮(或滑轮)为驱动件导向来实现俯仰和偏摆动作的技术思路，进一步缩小了末端执行装置的径向尺寸。

本发明通过以下技术方案实现：

一种末端执行装置，包括执行件、中间支撑件、端部支撑件以及四根驱动丝，所述执行件通过第一转轴与所述中间支撑件转动连接，所述中间支撑件通过第二转轴与所述端部支撑件转动连接；所述第一转轴的轴线和所述第二转轴的轴线空间垂直；各所述驱动丝的末端依次经过所述端部支撑件和所述中间支撑件导向至所述执行件后与所述执行件固定连接；通过拉动一根或多根驱动丝的近端来驱动所述执行件，由此实现所述执行件相对于所述中间支撑件绕所述第一转轴转动的仰俯动作，以及实现所述执行件和所述中间支撑件一起相对于所述端部支撑件一起绕所述第二转轴转动的偏摆动作。

可选的，所述的四根驱动丝分别为第一驱动丝、第二驱动丝、第三驱动丝以及第四驱动丝，所述第一驱动丝和所述第二驱动丝在所述末端执行装置的第一侧通过所述端部支撑件导向后，绕至所述末端执行装置的第二侧并通过所述中间支撑件导向，所述第三驱动丝和所述第四驱动丝在所述第二侧通过所述端部支撑件导向后，绕至所述第一侧并通过所述中间支撑件导向，所述第一驱动丝和所述第四驱动丝位于所述第一转轴的同一侧，并靠近所述末端执行装置的第四侧，所述第二驱动丝和所述第三驱动丝位于所述第一转轴的同一侧，并靠近所述末端执行装置的第三侧；其中，所述第一侧和所述第二侧为所述末端执行装置在所述第一转轴的轴向上形成的两侧，所述第三侧和所述第四侧为所述末端执行装置在所述第二转轴的轴向上形成的两侧。

可选的，各所述驱动丝的末端均包括顺次连接的端部直线区段、换向区段、中间直线区段以及固定区段，所述端部直线区段通过所述端部支撑件导向，所述换向区段的两端分别位于所述第一侧和所述第二侧，所述中间直线区段靠近所述换向区段的一端通过所述中间支撑件导向，所述固定区段的端部固定于所述执行件上。

可选的，界定第一基准面垂直于所述第一转轴的轴线，界定所述第二基准面垂直于所述第二转轴的轴线；

各驱动丝的端部直线区段在所述第一基准面上的投影垂直于所述第二转轴的轴线在所述第一基准面上的投影；

第一驱动丝的中间直线区段在所述第一基准面上的投影与所述第四驱动丝的中间直线区段在所述第一基准面上的投影相交，并形成第一错位锐角；所述第二驱动丝的中间直线区段在所述第一基准面上的投影与所述第三驱动丝的中间直线区段在所述第一基准面上的投影相交，并形成第二错位锐角；

每根驱动丝的末端在所述第二基准面上的投影垂直于所述第一转轴的轴线在所述第二基准面上的投影。

可选的，所述第一驱动丝和所述第二驱动丝分别通过第一连接件固定在所述执行件上，所述第一连接件为短管状、环状或块状；所述第三驱动丝的端部和所述第四驱动丝的端部分别通过第二连接件固定在所述执行件上，所述第二连接件为短管状、环状或块状。

可选的，所述执行件包括两个通过所述第一转轴转动连接的钳体，所述钳体包括引导部和连接部，所述驱动丝经所述引导部导向至所述连接部后固定于所述连接部；通过牵动一根或多根驱动丝驱动两个钳体绕所述第一转轴的轴线往相反的方向能转动来实现所述执行件的开合动作。

可选的：所述引导部和所述连接部位于其所在钳体背对另一钳体的表面；

所述钳体局部凸出形成所述引导部，所述引导部的侧面形成两个对称的弧形引导面，同一引导部的两个弧形引导面分布在所述第一转轴的两侧；

所述连接部为凹槽状；

其中一个钳体上设有滑块，另一个钳体上设有滑槽，所述滑块从所述滑槽的一端滑动至所述滑槽的另一端时，两个钳体相对旋转30°至50°。

可选的，所述中间支撑件包括两个正对设置的连接板，两个所述连接板通过所述第一转轴连接所述执行件，且所述执行件的一端被夹持在两个所述连接板之间。

可选的，所述中间支撑件上设有与所述驱动丝一一对应的中间导向部，所述中间导向部用于将驱动丝朝向所述执行件的位置引导；所述中间导向部为相对于所述中间支撑件的表面内凹的槽。

可选的，界定第一基准面垂直于所述第一转轴的轴线，界定所述第二基准面垂直于所述第二转轴的轴线；

四个中间导向部在所述第二基准面上的投影垂直于所述第一转轴的轴线在所述第二基准面上的投影；

位于所述第一转轴同一侧的中间导向部在所述第一基准面上的投影相交，并形成第一错位锐角，另外两个中间导向部在所述第一基准面上的投影相交，并形成第二错位锐角。

可选的，所述中间支撑件的端部设置有与所述中间导向部一一对应连接的中间弧形换向部，所述中间弧形换向部从所述第一侧延伸至所述第二侧，所述中间弧形换向部为相对于所述中间支撑件的表面内凹的槽。

可选的，所述端部支撑件包括中空的末端基座和换向件，所述末端基座与所述中间支撑件转动连接，所述换向件与所述末端基座转动连接。

可选的，所述换向件采用换向轮，所述驱动丝在所述末端基座的导向下切入所述换向轮，并在所述换向轮的引导下在所述末端执行装置的第一侧和所述末端执行装置的第二侧之间转换后切入所述中间支撑件，其中，所述第一侧和所述第二侧为所述末端执行装置在所述第一转轴的轴向上形成的两侧。

可选的，所述末端基座上设置有供所述驱动丝穿过的导向孔，所述换向轮上设有与四根驱动丝一一对应的换向槽；

所述末端基座包括连接柱和设置在所述连接柱一端的两个耳板，所述导向孔设置在所述连接柱上，所述换向轮设置在两个耳板之间，并与所述连接柱之间存有间隙；

向垂直于所述连接柱轴线的参考面正投影时，所述换向槽处的驱动丝的投影位于所述连接柱的外轮廓的投影之内。

可选的，所述换向件采用结构块，所述结构块内置在所述末端基座中，所述末端基座和/或所述结构块用于将所述驱动丝朝向所述中间支撑件的位置引导；

所述末端基座包括两个正对设置的耳板，所述耳板和所述中间支撑件转动连接，且所述中间支撑件的一端被夹在两个耳板之间；

所述末端基座还包括管体，所述管体的一端设有所述耳板，所述管体通过第三转轴与所述结构块连接，且所述管体的内表面设有限位结构，用于约束所述结构块相对于所述管体绕所述第三转轴转动自由度。

可选的，所述结构块上设有与所述驱动丝一一对应的末端导向部，各所述末端导向部在垂直于所述第一转轴的轴向的第一基准面上的投影，与所述第二转轴的轴线在所述第一基准面上的投影相垂直，各所述末端导向部在垂直于所述第二转轴的第二基准面上的投影，与所述第一转轴的轴线在所述第二基准面上的投影相垂直。

可选的，所述结构块的一端设有与所述末端导向部一一对应的末端弧形换向部，所述末端弧形换向部从所述第一侧延伸至所述第二侧，所述末端弧形换向部和所述末端导向部为相对于所述结构块的表面内凹的槽。

可选的，所述端部支撑件一体成型，所述端部支撑件中设有与所述驱动丝一一对应的引导孔。

一种手术器械，包括驱动装置、柔性管路装置和上述任一项所述的末端执行装置，所述柔性管路装置具有工作通道，所述驱动装置设置在所述柔性管路装置的近端，所述末端执行装置设置在所述柔性管路装置的末端，各所述驱动丝的近端从所述工作通道的近端伸出并通过所述驱动装置控制。

一种从操作设备，包括机械臂和上述的手术器械，所述柔性管路装置固定在所述机械臂上。

一种手术机器人，包括主操作控制台和上述的从操作设备，所述主操作控制台用于控制所述机械臂和所述驱动装置。

本发明包括如下有益效果：

1、本发明中，端部支撑件和中间支撑件为同时为多个驱动丝进行导向，端部支撑件和驱动丝之间为一对多的关系，中间支撑件和驱动丝之间也为一对多的关系，端部支撑件和中间支撑件沿着长度方向分布，占用的是长度方向上的空间，而不是径向上的空间，换言之，本方案用端部支撑件和中间支撑件这两个沿着长度方向分布的构件便将多个驱动丝导向至执行件，相对于现有技术而言，本方案零件更少，结构更紧凑，径向上的空间能够进一步压缩，从三维模型和对三维模型的力学受力模拟结果上看，本方案实现了将末端执行装置的径向尺寸控制在3mm以内，这是目前市场上其他产品所不能达到的。

2、执行件采用医用钳时，末端执行装置通过四根驱动丝便可实现对执行件进行开合、俯仰和偏摆这三个旋转自由度的控制，而且仅需要端部支撑件和中间支撑件这两个构件便可将四根驱动丝导向至执行件，不仅简化了末端执行装置的结构，还降低了滑轮或导轮掉落的风险。

3、一些方案中，每根驱动丝的末端在第二基准面上的投影垂直于第一转轴的轴线在所述第二基准面上的投影，减少了驱动丝的磨损，降低了切丝风险；各驱动丝的端部直线区段在所述第一基准面上的投影垂直于所述第二转轴的轴线在所述第一基准面上的投影，也同样减少了驱动丝的磨损，降低了切丝风险。

4、一些方案中，第一错位锐角和第二错位锐角均为锐角，错开驱动丝的同时，也降低了驱动丝的磨损。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式，下面将对相关的附图做出简单介绍。可以理解，下面描述中的附图仅用于示意本发明的一些实施方式，本领域普通技术人员还可以根据这些附图获得本文中未提及的许多其它的技术特征和连接关系等。

图1为本发明一实施例的末端执行装置的正视图。

图2为图1的D-D向剖视图。

图3为本发明一实施例的末端执行装置的侧视图。

图4为图3的E-E向剖视图。

图5为本发明一实施例的末端执行装置一个视角下的立体图。

图6为本发明一实施例的末端执行装置的另一个视角下的立体图，其中隐去了基座。

图7为本发明一实施例的末端执行装置的一个视角下的分解图。

图8为本发明一实施例的末端执行装置的另一个视角下的分解图。

图9为本发明另一实施例的末端执行装置的正视图。

图10为本发明另一实施例的末端执行装置一个视角下的立体图，其中隐去了末端基座。

图11为本发明另一实施例的末端执行装置另一个视角下的立体图，其中隐去了末端基座。

图12为本发明另一实施例中换向件的立体图。

图13为本发明一实施例的末端执行装置的支撑件的一个视角下的示意图。

图14为本发明一实施例的末端执行装置的的支撑件的另一个视角下的示意图。

图15为本发明一实施例的末端执行装置的正视图。

图16为图15的A-A向剖视图。

图17为本发明一实施例的末端执行装置的侧视图侧视图。

图18为本图17的B-B向剖视图。

图19为本发明一实施例的末端执行装置一个视角下的立体图，其中隐去了末端基座。

图20为本发明一实施例的末端执行装置另一个视角下的立体图，其中隐去了末端基座。

图21为本发明一实施例的末端执行装置一个视角下的分解图。

图22为本发明一实施例的末端执行装置另一个视角下的分解图。

图23为本发明一实施例中中间支撑件的正视图。

图24为本发明一实施例中中间支撑件的后视图。

图25为本发明一实施例中换向件的正视图。

图26为本发明一实施例中换向件的后视图。

图27为图15的C部放大图。

图中的附图标记及名称如下：

100、末端执行装置；101、第一侧；102、第二侧；103、第三侧；104、第四侧；

1、执行件；11、钳体；111、引导部；112、连接部；113、弧形引导面；114、滑块；115、滑槽；2、中间支撑件；21、连接板；22、中间导向部；23、中间弧形换向部；3、端部支撑件；31、末端基座；311、耳板；312、管体；313、导向孔；314、连接柱；32、换向件；321、结构块；3211、末端导向部；322、换向轮；3221、换向槽；4、四根驱动丝；41、第一驱动丝；411、第一端部直线区段；412、第一换向区段；413、第一中间直线区段；414、第一固定区段；42、第二驱动丝；421、第二端部直线区段；422、第二换向区段；423、第二中间直线区段；424、第二固定区段；43、第三驱动丝；431、第三端部直线区段；432、第三换向区段；433、第三中间直线区段；434、第三固定区段；44、第四驱动丝；441、第四端部直线区段；442、第四换向区段；443、第四中间直线区段；444、第四固定区段；5、第一转轴；6、第二转轴；7、第一连接件；8、第二连接件；9、第三转轴。

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详细说明。

图1-14对应一个实施例，图15-27对应另一个实施例，结合附图可知，两个实施例的共同点较多，不同点也较为明显，为便于整体理解本发明的设计构思，接下来结合图1-27一起说明两个实施例的相同和不同点。结合图1-27进行理解。本发明实施例提供一种末端执行装置100，用于介入到生物体内的目标位置进行检测、治疗等医疗操作。

末端执行装置100包括执行件1、中间支撑件2、端部支撑件3以及四根驱动丝4。执行件1用于实施具体的医疗操作，比如剪切组织、获取视觉信息以及针刺抽样等。中间支撑件2用于连接执行件1和端部支撑件3，驱动丝用于对执行件1加载作用力，以控制执行件1的运行情况。

其中，执行件1通过第一转轴5与中间支撑件2转动连接，中间支撑件2通过第二转轴6与端部支撑件3转动连接，第一转轴5的轴线和第二转轴6的轴线空间垂直，以使执行件1能够实现两个方向的转动，相应的，中间支撑件2和端部支撑件3沿着末端执行装置100的长度方向分布。各驱动丝的末端依次经过端部支撑件3和中间支撑件2导向至执行件1后与执行件1固定连接，应用时各驱动丝的近端位于体外(图1-11和图15-22仅体现了驱动丝的末端，未展示驱动丝的近端)，通过拉动一根或多根驱动丝的近端来驱动执行件1，由此实现执行件1相对于中间支撑件2绕第一转轴5转动的仰俯动作，以及实现执行件1、第一转轴5和中间支撑件2一起相对于端部支撑件3绕第二转轴6转动的偏摆动作。

本方案中，端部支撑件3和中间支撑件2同时为多个驱动丝进行导向，端部支撑件3和驱动丝之间为一对多的关系，中间支撑件2和驱动丝之间也为一对多的关系，另外，端部支撑件3和中间支撑件2沿着长度方向分布，占用的是长度方向上的空间，而不是径向上的空间，换言之，本方案用端部支撑件3和中间支撑件2这两个沿着长度方向分布的构件便将四根驱动丝4导向至执行件1，相对于现有技术而言，本方案零件更少，结构更紧凑，径向上的空间能够进一步压缩，从三维模型和对三维模型的力学受力模拟分析结果上看，本方案实现了将末端执行装置100的径向尺寸控制在3mm以内，这是目前市场上其他产品所不能达到的。

结合图1-11和图15-22理解。本发明实施例中，四根驱动丝4分别为第一驱动丝41、第二驱动丝42、第三驱动丝43以及第四驱动丝44，第一驱动丝41和第二驱动丝42在末端执行装置100的第一侧101通过端部支撑件3导向后，绕至末端执行装置100的第二侧102并通过中间支撑件2导向，第三驱动丝43和第四驱动丝44在第二侧102通过端部支撑件3导向后，绕至第一侧101并通过中间支撑件2导向，第一驱动丝41和第四驱动丝44位于第一转轴5的同一侧，并靠近末端执行装置100的第四侧104，第二驱动丝42和第三驱动丝43位于第一转轴5的同一侧，并靠近末端执行装置100的第三侧103；其中，第一侧101和第二侧102为末端执行装置100在第一转轴5的轴向上形成的两侧，第三侧103和第四侧104为末端执行装置100在第二转轴6的轴向上形成的两侧。

参考图1和图15理解，控制执行件1进行仰的动作时，只要向第一驱动丝41和第四驱动丝44加载同样的拉力即可，此时执行件1绕第一转轴5的轴线向图1和图15所示的左侧转动，第二驱动丝42和第三驱动丝43随着执行件1的转动而略有运动，相应地，需要复位时，向第二驱动丝42和第三驱动丝43加载相同的拉力即可。控制执行件1进行俯的动作时，只要向第二驱动丝42和第三驱动丝43加载相同的拉力即可，此时执行件1绕第一转轴5的轴线向图示的右侧转动，第一驱动丝41和第四驱动丝44随着执行件1的转动而略有运动，相应地，需要复位时，向第一驱动丝41和第四驱动丝44加载相同的拉力即可。

参考图3和图17理解，控制执行件1右偏摆时，向第一驱动丝41和/或第二驱动丝42加载拉力即可，此时，执行件1和中间支撑件2一起绕第二转轴6的轴线向图3和图17所示的右侧转动，第三驱动丝43和第四驱动丝44随着执行件1的转动略有运动，相应地，需要复位时，向第三驱动丝43和/或第四驱动丝44加载拉力即可。控制执行件1左偏摆时，向第三驱动丝43和/或第四驱动丝44加载拉力即可，此时，执行件1和中间支撑件2一起绕第二转轴6的轴线向图3和图17所示的左侧转动，第一驱动丝41和第二驱动丝42随着执行件1的转动略有运动，相应地，需要复位时，向第一驱动丝41和/或第二驱动丝42加载拉力即可。

本发明实施例中，驱动丝的末端均包括顺次连接的端部直线区段、换向区段、中间直线区段以及固定区段，端部直线区段通过端部支撑件3导向，换向区段的两端分别位于第一侧101和第二侧102，换向区段为曲线状，驱动丝在换向区段实现第一侧101和第二侧102之间的换向，图1-14和图15-27所示的实施例中，换向区段直接从中间支撑件2和端部支撑件3的换向件32(向轮322或换结构块321)之间的空隙中绕过来实现换向，其他实施例中，换向区段可以从端部支撑件3的孔中穿过实现换向，或者从中间支撑件2的孔中穿过实现换向。中间直线区段靠近换向区段的一端通过中间支撑件2导向，另一端切入到执行件1上，固定区段贴合着执行件1上相应的结构设置，且固定区段的端部固定于执行件1上。

如图7、图8、图21和图22所示，第一驱动丝41的末端包括第一端部直线区段411、第一换向区段412、第一中间直线区段413以及第一固定区段414，第二驱动丝42的末端包括第二端部直线区段421、第二换向区段422、第二中间直线区段423以及第二固定区段424；第三驱动丝43的末端包括第三端部直线区段431、第三换向区段432、第三中间直线区段433以及第三固定区段434；第四驱动丝44的末端包括第四端部直线区段441、第四换向区段442、第四中间直线区段443以及第四固定区段444。

界定第一基准面垂直于第一转轴5的轴线，界定第二基准面垂直于第二转轴6的轴线；各驱动丝的端部直线区段(即第一端部直线区段411、第二端部直线区段421第三端部直线区段431以及第四端部直线区段441)在第一基准面上的投影垂直于第二转轴6的轴线在第一基准面上的投影。第一驱动丝41的中间直线区段(即第一中间直线区段413)在第一基准面上的投影与第四驱动丝44的中间直线区段(即第四中间直线区段443)在第一基准面上的投影相交，并形成第一错位锐角(如图27所示)。设置第一错位锐角后，第一驱动丝41和第四驱动丝44在换向区段的部分能够错开，避免了干涉，第一错位锐角的数值较小，可根据驱动丝的直径来确定，只要保证第一驱动丝41和第四驱动丝44不干涉即可。

第二驱动丝42的中间直线区段(即第二中间直线区段423)在第一基准面上的投影与第三驱动丝43的中间直线区段(即第三中间直线区段433)在第一基准面上的投影相交，并形成第二错位锐角，图27中，虚线L为平行于第三中间直线区段433的辅助线，虚线L与第二中间直线区段423之间的夹角即为第二错位锐角。设置第二错位锐角后，第二驱动丝42和第三驱动丝43在换向区段的部分能够错开，避免了干涉，第二错位锐角的数值较小，可根据驱动丝的直径来确定，只要保证第二驱动丝42和第三驱动丝43不干涉即可。

如图3所示，驱动丝的末端在第二基准面上的投影相对于于第一转轴5的轴线在第二基准面上的投影不垂直，作为替换手段，结合图16、图17理解，该实施例中，每根驱动丝的末端在第二基准面上的投影垂直于第一转轴5的轴线在第二基准面上的投影，由此避免了驱动丝在不同的构件之间转换时出现切丝的现象，提高了可靠性和使用寿命。

参考图7、图8、图21和图22理解，第一驱动丝41和第二驱动丝42分别通过第一连接件7固定在执行件1上，第一连接件7为短管状、环状或块状。其中，第一驱动丝41和第二驱动丝42可以是两根单独的零件，分别固定在第一连接件7上，作为替换手段，第一驱动丝41和第二驱动丝42可以一体成型，即由一根丝(或线)实现，装配过程中，可在定位好该丝(或线)同第一连接件7和执行件1的相对位置后，将两者固定连接。第一连接件7和执行件1之间可焊接固定或卡接固定。

继续参考图7、图8、图21和图22理解，第三驱动丝43的端部和第四驱动丝44的端部分别通过第二连接件8固定在执行件1上，第二连接件8为短管状、环状或块状。其中，第三驱动丝43和第四驱动丝44可以是两根单独的零件，分别固定在第二连接件8上，作为替换手段，第三驱动丝43和第四驱动丝44可以一体成型，即由一根丝(或线)实现，装配过程中，可在定位好该丝(或线)同第二连接件8和执行件1的相对位置后，将两者固定连接。第二连接件8和执行件1之间可焊接固定或卡接固定。

执行件1可以是医用钳、取样刷、取样针、图像采集设备等，图1-14和图15-27所示的两个实施例中，执行件1采用医用钳，用于实现取样操作或治疗操作。执行件1包括两个通过第一转轴5转动连接的钳体11，通过牵动一根或多根驱动丝驱动两个钳体11绕第一转轴5的轴线往相反的方向能转动来实现执行件1的开合动作，参考图1理解，控制执行件1张开时，同时牵引第一驱动丝41和第三驱动丝43，或者同时牵引第二驱动丝42和第四驱动丝44，或者仅牵引四根驱动丝4中的一根即可。

现有技术中，开合、俯仰和偏摆动作各利用两根不同的驱动丝匹配滑轮进行控制，而本发明的两个实施例中，利用四根驱动丝4配合端部支撑件3和中间支撑件2来实现执行件1的开合、俯仰和偏摆动作，不仅减少了驱动丝的数量，相应地降低了驱动丝缠绕的风险，还减少了为驱动丝导向的构件的数量，从而进一步简化了结构，提高了装置的紧凑性。

如图7、图8、图21和图22所示，钳体11包括引导部111和连接部112，驱动丝经引导部111导向至连接部112后固定于连接部112。具体而言，两个钳体11正对的表面(即钳体11的内表面)贴合设置，相背对的表面(即钳体11的外表面)上设置引导部111和连接部112，相应地，驱动丝从钳体11的外表面与之连接，增大第一驱动丝41、第二驱动丝42同第三驱动丝43、第四驱动丝44之间的距离，防止不同的驱动丝之间产生缠绕，且便于装配。

钳体11局部凸出形成引导部111，引导部111的侧面形成两个对称的弧形引导面113，弧形引导面113采用圆柱面，同一引导部111的两个弧形引导面113分布在第一转轴5的两侧，其中，第一驱动丝41和第二驱动丝42共用一个引导部111，第一固定区段414和第二固定区段424各贴合着一个弧形引导面113延伸，直至与第一连接件7固定连接；第三驱动丝43和第四驱动丝44共用另一个引导部111，第三固定区段434和第四固定区段444各贴合着一个弧形引导面113延伸，直至与第二连接件8固定工连接。

图1-14和图15-27所示的两个实施例中，连接部112为凹槽状，方便定位第一连接件7和第二连接件8，当第一连接件7或第二连接件8出现松动时，连接部112也能够将其卡住，防止其窜动，由此提高了装置的可靠性。另外，两个实施例各示意了一种连接部112的具体形状，其他实施例中，连接部112在凹槽状的前提下可以做任意变形。

如图7、图8、图21和图22所示，其中一个钳体11上设有滑块114，另一个钳体11上设有滑槽115，滑块114从滑槽115的一端滑动至滑槽115的另一端时，两个钳体11相对旋转30°至50°。滑块114和滑槽115相配合，能够提高两个钳体11相对转动时的稳定性，还可约束两个钳体11张开的最大角度，防止张开角度过大而损伤人体组织。

本发明实施例中，中间支撑件2包括两个正对设置的连接板21，两个连接板21通过第一转轴5连接执行件1，且执行件1的一端被夹持在两个连接板21之间，即中间支撑件2从执行件1的外侧与之连接。

参考图9、图10图23和图24理解。本发明实施例中，中间支撑件2上设有与驱动丝一一对应的中间导向部22，中间导向部22用于将驱动丝朝向执行件1的位置引导。一些实施例中，中间导向部22为相对于中间支撑件2的表面内凹的槽，其他一些实施例中，作为替换手段，中间导向部22可以是设置在中间支撑件2内部的孔，也可是凸出于中间支撑件2的表面设置的含孔或槽的结构。

中间导向部22与上述的中间直线区段的靠近换向区段的一端相对应，具体而言，图1-14对应的实施例中，四个中间导向部22在第二基准面上的投影相对于第一转轴5的轴线在第二基准面上的投影不垂直，图15-27所示的实施例中，四个中间导向部22在第二基准面上的投影垂直于第一转轴5的轴线在第二基准面上的投影；图15-27所示的实施例中，位于第一转轴5同一侧的中间导向部22(与第一中间直线区段413和第四中间直线区段443对应的两个中间导向部22)在第一基准面上的投影相交，并形成第一错位锐角，另外两个中间导向部22(与第二中间直线区段423和第三中间直线区段433对应的两个中间导向部22)在第一基准面上的投影相交，并形成第二错位锐角。需要说明的是，这里是从中间导向部22的角度对第一错位锐角和第二错位锐角进行的解释，与上述从驱动丝的角度进行的解释并不矛盾。

中间支撑件2的端部设置有与中间导向部22一一对应连接的中间弧形换向部23，中间弧形换向部23从第一侧101延伸至第二侧102，中间弧形换向部23为相对于中间支撑件2的表面内凹的槽。中间弧形换向部23的形状便于驱动丝平滑地切入或切出，降低切丝的风险。

本发明实施例中，端部支撑件3包括中空的末端基座31和换向件32，换向件32的结构及其与末端基座31的连接关系可以有不同的体现形式，接下来分别对图1-14和图15-27两个实施例的该部分单独说明。

参考图14-17理解，换向件32采用换向轮322，驱动丝在基座的导向下切入换向轮322，并在换向轮322的引导下在末端执行装置100的第一侧101和末端执行装置100的第二侧102之间转换后切入中间支撑件2。

具体而言，末端基座31上设置有供驱动丝穿过的导向孔313，导向孔313与驱动丝一一对应设置，导向孔313使驱动丝平稳地连接换向轮322。换向轮322上设有与四根驱动丝4一一对应的换向槽3221，如图12所示，换向槽3221为环形槽，从而换向轮322转动的同时还能够为驱动丝平稳地导向。

末端基座31包括连接柱314和设置在连接柱314一端的两个耳板311，导向孔313设置在连接柱314上，换向轮322设置在两个耳板311之间，并与连接柱314之间存有间隙，由此增大了驱动丝与换向槽3221的接触长度，提高了驱动丝的稳定性。

向垂直于连接柱314轴线的参考面正投影时，换向槽3221处的驱动丝的投影位于连接柱314的外轮廓的投影之内，从而末端执行装置100的径向尺寸可以尽可能得做小。

图15-27所示的实施例中换向件32采用结构块321，结构块321为块状结构，末端基座31与中间支撑件2转动连接，结构块321内置在末端基座31中，末端基座31和/或结构块321用于将驱动丝朝向中间支撑件2的位置引导。

具体而言，末端基座31包括两个正对设置的耳板311，耳板311和中间支撑件2转动连接，且中间支撑件2的一端被夹在两个耳板311之间。

末端基座31还包括管体312，管体312的一端设有耳板311，管体312通过第三转轴9与结构块321连接，结构块321整体上内置在管体312中，并局部伸出管体312的端面，管体312的内表面设有限位结构，用于约束结构块321相对于管体312绕第三转轴9转动自由度，换言之，结构块321通过第三转轴9和限位结构固定在管体312上。

如图25和图26所示，结构块321上设有与驱动丝一一对应的末端导向部3211，各末端导向部3211在第一基准面上的投影，与第二转轴6的轴线在第一基准面上的投影相垂直，各末端导向部3211在垂直于第二转轴6的第二基准面上的投影，与第一转轴5的轴线在第二基准面上的投影相垂直，从而降低了驱动丝出现切丝的风险。

结构块321的一端设有与末端导向部3211一一对应的末端弧形换向部，末端弧形换向部从第一侧101延伸至第二侧102，末端弧形换向部和末端导向部3211为相对于结构块321的表面内凹的槽。末端弧形换向部的形状便于驱动丝平滑地切入或切出，降低切丝的风险。

图15-27所示的实施例中，末端基座31和结构块321为相对独立的构件，其他一些实施例中，作为替换手段，端部支撑件3一体成型，端部支撑件3中设有与驱动丝一一对应的引导孔，驱动丝从引导孔中穿过。

本发明实施例还提供了一种手术器械，包括驱动装置、柔性管路装置和上述任一项实施例所阐述的末端执行装置100。其中，柔性管路装置用于建立柔性的工作通道，驱动装置设置在柔性管路装置的近端，末端执行装置100设置在柔性管路装置的末端，各驱动丝的近端从工作通道的近端伸出并通过驱动装置控制。柔性管路装置和驱动装置可通过现有技术实现，考虑到两者不是本项发明创造的改进点，该处不再详述其结构。

本发明实施例还提供了一种从操作设备，包括机械臂和上述的手术器械，柔性管路装置固定在机械臂上。末端控制装置的大幅度运动通过机械臂来实现，微调性质的运动通过驱动装置来实现。

本发明实施例还提供了一种手术机器人，包括主操作控制台和上述的从操作设备，主操作控制台用于控制机械臂和驱动装置，主操作设备和从操作设备可以分体制作，以便通过主操作设备远程控制从操作设备。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (21)

1.一种末端执行装置，其特征在于，包括执行件、中间支撑件、端部支撑件以及四根驱动丝，所述执行件通过第一转轴与所述中间支撑件转动连接，所述中间支撑件通过第二转轴与所述端部支撑件转动连接；所述第一转轴的轴线和所述第二转轴的轴线空间垂直；各所述驱动丝的末端依次经过所述端部支撑件和所述中间支撑件导向至所述执行件后与所述执行件固定连接；通过拉动一根或多根驱动丝的近端来驱动所述执行件，由此实现所述执行件相对于所述中间支撑件绕所述第一转轴转动的仰俯动作，以及实现所述执行件和所述中间支撑件一起相对于所述端部支撑件一起绕所述第二转轴转动的偏摆动作。

2.如权利要求1所述的末端执行装置，其特征在于，所述的四根驱动丝分别为第一驱动丝、第二驱动丝、第三驱动丝以及第四驱动丝，所述第一驱动丝和所述第二驱动丝在所述末端执行装置的第一侧通过所述端部支撑件导向后，绕至所述末端执行装置的第二侧并通过所述中间支撑件导向，所述第三驱动丝和所述第四驱动丝在所述第二侧通过所述端部支撑件导向后，绕至所述第一侧并通过所述中间支撑件导向，所述第一驱动丝和所述第四驱动丝位于所述第一转轴的同一侧，并靠近所述末端执行装置的第四侧，所述第二驱动丝和所述第三驱动丝位于所述第一转轴的同一侧，并靠近所述末端执行装置的第三侧；其中，所述第一侧和所述第二侧为所述末端执行装置在所述第一转轴的轴向上形成的两侧，所述第三侧和所述第四侧为所述末端执行装置在所述第二转轴的轴向上形成的两侧。

3.如权利要求2所述的末端执行装置，其特征在于，各所述驱动丝的末端均包括顺次连接的端部直线区段、换向区段、中间直线区段以及固定区段，所述端部直线区段通过所述端部支撑件导向，所述换向区段的两端分别位于所述第一侧和所述第二侧，所述中间直线区段靠近所述换向区段的一端通过所述中间支撑件导向，所述固定区段的端部固定于所述执行件上。

4.如权利要求3所述的末端执行装置，其特征在于，界定第一基准面垂直于所述第一转轴的轴线，界定所述第二基准面垂直于所述第二转轴的轴线；

各驱动丝的端部直线区段在所述第一基准面上的投影垂直于所述第二转轴的轴线在所述第一基准面上的投影；

第一驱动丝的中间直线区段在所述第一基准面上的投影与所述第四驱动丝的中间直线区段在所述第一基准面上的投影相交，并形成第一错位锐角；所述第二驱动丝的中间直线区段在所述第一基准面上的投影与所述第三驱动丝的中间直线区段在所述第一基准面上的投影相交，并形成第二错位锐角；

每根驱动丝的末端在所述第二基准面上的投影垂直于所述第一转轴的轴线在所述第二基准面上的投影。

5.如权利要求4所述的末端执行装置，其特征在于，所述第一驱动丝和所述第二驱动丝分别通过第一连接件固定在所述执行件上，所述第一连接件为短管状、环状或块状；所述第三驱动丝的端部和所述第四驱动丝的端部分别通过第二连接件固定在所述执行件上，所述第二连接件为短管状、环状或块状。

6.如权利要求1所述的末端执行装置，其特征在于，所述执行件包括两个通过所述第一转轴转动连接的钳体，所述钳体包括引导部和连接部，所述驱动丝经所述引导部导向至所述连接部后固定于所述连接部；通过牵动一根或多根驱动丝驱动两个钳体绕所述第一转轴的轴线往相反的方向能转动来实现所述执行件的开合动作。

7.如权利要求6所述的末端执行装置，其特征在于：

所述引导部和所述连接部位于其所在钳体背对另一钳体的表面；

所述钳体局部凸出形成所述引导部，所述引导部的侧面形成两个对称的弧形引导面，同一引导部的两个弧形引导面分布在所述第一转轴的两侧；

所述连接部为凹槽状；

其中一个钳体上设有滑块，另一个钳体上设有滑槽，所述滑块从所述滑槽的一端滑动至所述滑槽的另一端时，两个钳体相对旋转30°至50°。

8.如权利要求1所述的末端执行装置，其特征在于，所述中间支撑件包括两个正对设置的连接板，两个所述连接板通过所述第一转轴连接所述执行件，且所述执行件的一端被夹持在两个所述连接板之间。

9.如权利要求8所述的末端执行装置，其特征在于，所述中间支撑件上设有与所述驱动丝一一对应的中间导向部，所述中间导向部用于将驱动丝朝向所述执行件的位置引导；所述中间导向部为相对于所述中间支撑件的表面内凹的槽。

10.如权利要求9所述的末端执行装置，其特征在于，界定第一基准面垂直于所述第一转轴的轴线，界定所述第二基准面垂直于所述第二转轴的轴线；

四个中间导向部在所述第二基准面上的投影垂直于所述第一转轴的轴线在所述第二基准面上的投影；

位于所述第一转轴同一侧的中间导向部在所述第一基准面上的投影相交，并形成第一错位锐角，另外两个中间导向部在所述第一基准面上的投影相交，并形成第二错位锐角。

11.如权利要求8所述的末端执行装置，其特征在于，所述中间支撑件的端部设置有与所述中间导向部一一对应连接的中间弧形换向部，所述中间弧形换向部从所述第一侧延伸至所述第二侧，所述中间弧形换向部为相对于所述中间支撑件的表面内凹的槽。

12.如权利要求1所述的末端执行装置，其特征在于，所述端部支撑件包括中空的末端基座和换向件，所述末端基座与所述中间支撑件转动连接，所述换向件与所述末端基座转动连接。

13.如权利要求12所述的末端执行装置，其特征在于，所述换向件采用换向轮，所述驱动丝在所述末端基座的导向下切入所述换向轮，并在所述换向轮的引导下在所述末端执行装置的第一侧和所述末端执行装置的第二侧之间转换后切入所述中间支撑件，其中，所述第一侧和所述第二侧为所述末端执行装置在所述第一转轴的轴向上形成的两侧。

14.如权利要求13所述的末端执行装置，其特征在于，所述末端基座上设置有供所述驱动丝穿过的导向孔，所述换向轮上设有与四根驱动丝一一对应的换向槽；

所述末端基座包括连接柱和设置在所述连接柱一端的两个耳板，所述导向孔设置在所述连接柱上，所述换向轮设置在两个耳板之间，并与所述连接柱之间存有间隙；

向垂直于所述连接柱轴线的参考面正投影时，所述换向槽处的驱动丝的投影位于所述连接柱的外轮廓的投影之内。

15.如权利要求12所述的末端执行装置，其特征在于，所述换向件采用结构块，所述结构块内置在所述末端基座中，所述末端基座和/或所述结构块用于将所述驱动丝朝向所述中间支撑件的位置引导；

所述末端基座包括两个正对设置的耳板，所述耳板和所述中间支撑件转动连接，且所述中间支撑件的一端被夹在两个耳板之间；

所述末端基座还包括管体，所述管体的一端设有所述耳板，所述管体通过第三转轴与所述结构块连接，且所述管体的内表面设有限位结构，用于约束所述结构块相对于所述管体绕所述第三转轴转动自由度。

16.如权利要求15所述的末端执行装置，其特征在于，所述结构块上设有与所述驱动丝一一对应的末端导向部，各所述末端导向部在垂直于所述第一转轴的轴向的第一基准面上的投影，与所述第二转轴的轴线在所述第一基准面上的投影相垂直，各所述末端导向部在垂直于所述第二转轴的第二基准面上的投影，与所述第一转轴的轴线在所述第二基准面上的投影相垂直。

17.如权利要求16所述的末端执行装置，其特征在于，所述结构块的一端设有与所述末端导向部一一对应的末端弧形换向部，所述末端弧形换向部从所述第一侧延伸至所述第二侧，所述末端弧形换向部和所述末端导向部为相对于所述结构块的表面内凹的槽。

18.如权利要求1所述的末端执行装置，其特征在于，所述端部支撑件一体成型，所述端部支撑件中设有与所述驱动丝一一对应的引导孔。

19.一种手术器械，其特征在于，包括驱动装置、柔性管路装置和权利要求1-18任一项所述的末端执行装置，所述柔性管路装置具有工作通道，所述驱动装置设置在所述柔性管路装置的近端，所述末端执行装置设置在所述柔性管路装置的末端，各所述驱动丝的近端从所述工作通道的近端伸出并通过所述驱动装置控制。

20.一种从操作设备，其特征在于，包括机械臂和权利要求17所述的手术器械，所述柔性管路装置固定在所述机械臂上。

21.一种手术机器人，其特征在于，包括主操作控制台和权利要求18所述的从操作设备，所述主操作控制台用于控制所述机械臂和所述驱动装置。