CN209548019U - 多自由度微创手术器械 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种多自由度微创手术器械。包括执行装置和控制机构，执行装置和控制机构由连接杆连接；所述执行装置由腕部底座、通过第二过渡轮销轴装配在腕部底座的腕部和通过执行端销轴连接的钳爪组成；所述腕部底座与连接杆相连接，腕部底座根部设有走线孔，顶端为圆弧形板，在两侧安装有第二过渡轮销轴和第三过渡轮销轴；所述腕部设有插在第二过渡轮销轴中的圆柱销孔、第一过渡轮销轴和用于装钳爪的钳爪固定销，腕部根部设有走线槽的轮状。本实用新型的有益之处是：结构简单轻便、安装方便、减小劳动强度、提高了工作效率。

Description

多自由度微创手术器械

技术领域：

本实用新型涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种多自由度微创手术器械。

背景技术：

微创手术与传统的开口手术相比，具有手术切口小、出血量少、术后疤痕小、回复时间短等优点，目前已广泛应用于临床手术。由于微创手术的特性，医生需利用微创手术专用的手术工具，通过体表微小的切口探入到病人体内进行手术操作。因此，传统的微创手术工具通常具有一根细长杆，医生通过控制长杆一端的操作端实现另一端的执行端的手术动作。然而，由于空间和结构的限制，传统的微创手术工具的灵活性、协调性差，难以完成复杂的缝合打结等手术动作，也增加了医生的劳动强度与工作难度。

为了改变传统微创手术工具的缺陷，新型微创手术器械的研究与讨论从未停止。新型微创手术器械通常具有多自由度、高灵活性，可直接操作或与微创手术机器人适配，辅助医生完成精密、复杂的手术动作。

专利号为6394998的美国专利公开了Intuitive Surgical一种丝传动、四自由度手术工具，该手术工具采用钢丝绳进行传动，可实现四个自由度。该手术工具钳体钢丝绳从钳体中轴线开始向后延伸布置，延伸出的两段钢丝绳分别经过一次布置于主体侧边的传动轮实现变向，变向后的两段钢丝绳分别从安装于工具后端轴销上的传动轮两侧通过，两段钢丝绳在运动时互相补偿，实现了闭环钢丝传动系统。该结构的缺点为钳体传动钢丝绳不能垂直于钳体轴线，因此传动时钳体受额外的轴向力，恶化了工具受力情况，增加了丝传动摩擦，加大了钢丝绳与传动轮的磨损，使手术工具的使用寿命缩短，可靠性降低。

发明内容：

本实用新型所要解决的技术问题是，提供一种具有四个自由度的微创手术器械。为了解决上述技术问题，本实用新型是通过以下技术方案实现的：一种多自由度微创手术器械，包括执行装置和控制机构，执行装置和控制机构由连接杆连接；所述执行装置由腕部底座、通过第二过渡轮销轴装配在腕部底座的腕部和通过执行端销轴连接的钳爪组成；所述腕部底座与连接杆相连接，腕部底座根部设有走线孔，顶端为圆弧形板，在两侧安装有第二过渡轮销轴和第三过渡轮销轴；所述腕部设有插在第二过渡轮销轴中的圆柱销孔、第一过渡轮销轴和用于装钳爪的钳爪固定销。

作为优选，为了增加机械操作灵活度，所述控制机构通过钢丝绳串接电机输出轴、执行装置和钳爪控制钳爪的张开、闭合、同向转动，控制机构通过第三钢丝绳连接于第三电机输出轴和腕部带动腕部俯仰运动，控制机构通过第四钢丝绳连接于第四电机输出轴和连接杆实现连接杆的自转运动。

作为优选，为了实现对钳爪的操控，所述钳爪由左钳爪和右钳爪组成，左钳爪上设有走线槽，所述左钳爪中部设有端子槽，端子槽的一侧设有走线孔，走线孔为通孔。左钳爪的根部轮侧面设有弧形凹槽和凸台，分别与右钳爪上对称的凸台与弧形凹槽装配，限制钳爪的最大开合角。

作为优选，为了方便钢丝绳连接，所述第一过渡轮销轴、第二过渡轮销轴和第三过渡轮销轴两侧设有可绕销轴独立转动的过渡轮。

作为优选，为了避免对人体或器官造成伤害，所述腕部底座、腕部的边沿均为圆滑过渡。

与现有技术相比，本实用新型的有益之处是：1、与传统器械相比，具有四自由度，可达位姿空间大；与新型器械比，缩短了腕部的长度，更利于加工，腕部、腕部底座的边沿均为圆滑过渡，无棱角，避免对人体或器官造成伤害。2、所有过渡轮的槽底直径相等，且等于执行端两片钳爪根部走线槽内侧边沿的间距，使得在腕部的两个侧平面上，引出钳爪走线槽的钢丝与走线槽相切，引入与引出所有过渡轮的钢丝绳均与其上线槽相切，增大了钢丝绳在过渡轮上缠绕的包角，且使传动时钢丝绳与过渡轮间没有径向力，减小了丝传动摩擦，进而减小钢丝绳与过渡轮间的磨损，延长了器械的使用寿命，新型器械增强了可靠性，结构简单轻便、安装方便、减小劳动强度、提高了工作效率。

附图说明：

图1为微创手术器械结构示意图；

图2为微创手术器械的运动自由度示意图；

图3为微创手术器械的运动自由度示意图；

图4为微创手术器械的运动自由度示意图；

图5为微创手术器械的执行装置结构示意图；

图6为微创手术器械的执行装置结构示意图；

图7为钳爪结构示意图；

图8为钢丝绳走线示意图；

图9为钢丝绳走线示意图。

图中：1、执行装置；1-1、腕部底座；1-2、腕部；1-3、钳爪；1-3-1、左钳爪；1-3-2、右钳爪；1-3-1-1、端子槽；1-3-1-2、穿线孔；1-3-1-3、走线槽；1-3-1-4、带端子钢丝绳；1-3-1-5、凹槽；1-3-1-6、凸台；1-4、第三过渡轮销轴；1-5、第二过渡轮销轴；1-6、第一过渡轮销轴；1-7、第二过渡轮销轴圆柱销孔；1-8、钳爪固定销；1-9、钳爪固定销孔；1-10、走线孔；2、控制机构；3、连接杆；4、过渡轮；4-1、第一组过渡轮；4-2、第二组过渡轮；4-3、第三组过渡轮；4-4、第四组过渡轮；4-5第五组过渡轮；5-1、第一电机输出轴； 5-2、第二电机输出轴；5-3、第三电机输出轴；5-4、第四电机输出轴；6-1、第一钢丝绳；6-2、第二钢丝绳；6-3、第三钢丝绳；6-4、第四钢丝绳。

具体实施方式：

下面结合附图及具体实施方式对本实用新型进行详细描述：

如图1至图4所示，一种多自由度微创手术器械，包括执行装置1和控制机构2，执行装置1和控制机构2由连接杆3连接；所述微创手术器械能够实现四种自由角度的转动，分别是钳爪6的张开、闭合运动G1、偏摆运动R1、腕部 5俯仰运动R2、连接杆3的自转运动R3。

如图5至图7所示，一种多自由度微创手术器械，其特征在于：包括执行装置1和控制机构2，执行装置1和控制机构2由连接杆3连接；所述执行装置 1由腕部底座1-1、通过第二过渡轮销轴1-5装配在腕部底座1-1的腕部1-2和通过钳爪固定销1-8连接的钳爪1-3组成；所述腕部底座1-1与连接杆3相连接，腕部底座1-1根部设有走线孔1-10，顶端为圆弧形板，在板内安装着第二过渡轮销轴1-5和第三过渡轮销轴1-4；所述腕部1-2设有插在第二过渡轮销轴圆柱销孔1-7、第一过渡轮销轴1-6和用于装钳爪1-3的钳爪固定销1-8。所述控制机构2通过第一钢丝绳6-1和第二钢丝绳6-2串接第一电机输出轴5-1和第二电机输出轴5-2、执行装置1和钳爪1-3，控制钳爪1-3的张开、闭合、偏摆转动，控制机构2通过第三钢丝绳6-3连接于第三电机输出轴5-3和腕部1-2，带动腕部1-2俯仰运动，控制机构2通过第四钢丝绳6-4连接于第四电机输出轴5-4和连接杆3，实现连接杆3的自转运动。所述第一过渡轮销轴1-6、第二过渡轮销轴1-5和第三过渡轮销轴1-4两侧设有可绕销轴独立转动的过渡轮4。所述腕部底座1-1、腕部1-2的边沿均为圆滑过渡。所述钳爪1-3上设有钳爪固定销孔1-9，钳爪1-3由左钳爪1-3-1和右钳爪1-3-2组成，下面以左钳爪1-3-1 的结构为例进行说明。左钳爪1-3-1根部为轮状。左钳爪1-3-1中部设有端子槽1-3-1-1，端子槽1-3-1-1的一侧设有穿线孔1-3-1-2，穿线孔1-3-1-2为通孔，且能通过钢丝绳；端子槽1-3-1-1的另一侧设有走线槽1-3-1-3，走线槽 1-3-1-3沿根部轮边缘并与穿线孔1-3-1-2相接，形成整圈的走线槽。钢丝绳穿过穿线孔1-3-1-2后，用中心带孔的圆形端子压紧后形成带端子的钢丝绳 1-3-1-4，并置于端子槽1-3-1-1，钢丝绳另一端布置于走线槽1-3-1-3。左钳爪1-3-1的根部轮侧面设有弧形凹槽1-3-1-5和凸台1-3-1-6，分别与右钳爪 1-3-2上对称的凸台与弧形凹槽装配，限制钳爪1-3的最大开合角。左钳爪1-3-1 与右钳爪1-3-2的边沿均为圆滑过渡，无棱角，避免对人体或器官造成伤害。

如图8和图9所示，为钢丝绳的走线方式，为便于说明，图中将各过渡轮间间距加大，实际实施方式中各过渡轮及销轴间为紧密布置。A面、B面为腕部安装过渡轮的两个相背且平行的侧面。第一钢丝绳6-1一端固定于第一电机输出轴5-1，而后自下而上先后穿过A面的第二组过渡轮4-2、第一组过渡轮4-1上的线槽，引入左钳爪1-3-1上的走线槽1-3-1-3，并穿过穿线孔1-3-1-2，使用端子固定于端子槽1-3-1-1后，再沿走线槽1-3-1-3引出左钳爪1-3-1，引入B 面的第三组过渡轮4-3的线槽，而后通过第四组过渡轮4-4，第五组过渡轮4-5上的线槽，与第一电机输出轴5-1固定。电机输出正向转动时，A侧钢丝绳缩短，由于钢丝绳经过第三组过渡轮4-3变向，B侧钢丝绳伸长，左钳爪1-3-1向 A侧偏摆。同理，第二钢丝绳6-2一端固定于第二电机输出轴5-2，而后自下向上先后转过A面的第二组过渡轮4-2、第一组过渡轮4-1上的线槽，引入右钳爪 1-3-2上的走线槽1-3-2-3，并穿过穿线孔1-3-1-2，使用端子固定于端子槽 1-3-2-1后，再沿走线槽1-3-2-3引出右钳爪1-3-2，引入B面的第三组过渡轮 4-3的线槽，而后通过第四组过渡轮4-4、第五组过渡轮4-5上的线槽，与第二电机输出轴5-2固定。电机输出正向转动时，A侧钢丝绳缩短，由于钢丝绳经过第三组过渡轮4-3变向，B侧钢丝绳伸长，右钳爪1-3-2向B侧偏摆。当第一电机输出轴5-1、5-2同时正向转动时，钳爪1-3向A侧偏摆，当第一电机输出轴 5-1、第二电机输出轴5-2同时反向转动时，钳爪1-3向B侧偏摆，此为器械的偏摆运动R1。当第一电机输出轴5-1反向转动，第二电机输出轴5-2正向转动时，左钳爪1-3-1与右钳爪1-3-2相对运动，此为器械的闭合运动G1。当第一电机输出轴5-1正向转动，第二电机输出轴5-2反向转动时，左钳爪1-3-1与右钳爪1-3-2相背运动，此为器械的张开运动G1。由于所有过渡轮的槽底直径相等，且等于执行端两片钳爪根部走线槽内侧边沿的间距，使得在腕部的两个侧平面上，引出钳爪走线槽的钢丝与走线槽相切，引入、引出所有过渡轮的钢丝与其上线槽亦相切。第三钢丝绳6-3一端固定于第三电机输出轴5-3，而后穿过腕部传动轮1-2-1的线槽，再固定于第三电机输出轴5-3。第三电机输出轴 5-3转动时，带动腕部运动，此为器械的俯仰运动R2。由于腕部底座1-1上的走线孔1-10位于过渡轮线槽的正下方，引入、引出过渡轮的所有钢丝绳都与过渡轮相切。第四钢丝绳6-4一端固定于电机输出轴5-4，穿过连接杆2上的自转槽后再固定与第四电机输出轴5-4。当第四电机输出轴5-4转动时，连接杆2转动，此为器械的自转运动R3。

需要强调的是：以上仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种多自由度微创手术器械，其特征在于：包括执行装置(1)和控制机构(2)，执行装置(1)和控制机构(2)由连接杆(3)连接；所述执行装置(1)由腕部底座(1-1)、通过第二过渡轮销轴(1-5)装配在腕部底座(1-1)的腕部(1-2)和通过钳爪固定销(1-8)连接的钳爪(1-3)组成；所述腕部底座(1-1)与连接杆(3)相连接，腕部底座(1-1)根部设有走线孔(1-10)，顶端为圆弧形板，在板内安装着第二过渡轮销轴(1-5)和第三过渡轮销轴(1-4)；所述腕部(1-2)设有插在第二过渡轮销轴圆柱销孔(1-7)、第一过渡轮销轴(1-6)和用于装钳爪(1-3)的钳爪固定销(1-8)。

2.根据权利要求1所述一种多自由度微创手术器械，其特征在于：所述控制机构(2)通过第一钢丝绳(6-1)和第二钢丝绳(6-2)串接第一电机输出轴(5-1)和第二电机输出轴(5-2)、执行装置(1)和钳爪(1-3)，控制钳爪(1-3)的张开、闭合、偏摆转动，控制机构(2)通过第三钢丝绳(6-3)连接于第三电机输出轴(5-3)和腕部(1-2)，带动腕部(1-2)俯仰运动，控制机构(2)通过第四钢丝绳(6-4)连接于第四电机输出轴(5-4)和连接杆(3)，实现连接杆(3)的自转运动。

3.根据权利要求1所述一种多自由度微创手术器械，其特征在于：所述第一过渡轮销轴(1-6)、第二过渡轮销轴(1-5)和第三过渡轮销轴(1-4)两侧设有可绕销轴独立转动的过渡轮(4)。

4.根据权利要求1所述一种多自由度微创手术器械，其特征在于：所述腕部底座(1-1)、腕部(1-2)的边沿均为圆滑过渡。

5.根据权利要求1所述一种多自由度微创手术器械，其特征在于：所述钳爪(1-3)上设有钳爪固定销孔(1-9)，钳爪(1-3)由左钳爪(1-3-1)和右钳爪(1-3-2)组成，左钳爪(1-3-1)上设有走线槽(1-3-1-3)，所述左钳爪(1-3-1)中部设有端子槽(1-3-1-1)，端子槽(1-3-1-1)的一侧设有穿线孔(1-3-1-2)，左钳爪(1-3-1)的根部轮侧面设有弧形凹槽(1-3-1-5)和凸台(1-3-1-6)，分别与右钳爪(1-3-2)上对称的凸台与弧形凹槽装配，限制钳爪(1-3)的最大开合角。