CN217853201U - 一种传动钢索外置的微创手术钳 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及医疗器械领域，具体地说是一种传动钢索外置的微创手术钳，包括底座、支撑杆和末端组件，支撑杆为实心结构，支撑杆一端连接底座，支撑杆另一端连接末端组件，末端组件包括腕部、指A和指B，末端组件的腕部通过销轴E可旋转式连接在支撑杆上，指A、指B通过销轴B可旋转式连接在腕部另一端，腕部、指A、指B分别在钢索的牵拉下围绕销轴E、销轴B旋转，钢索外置于支撑杆外表面，腕部旋转后带动指A和指B做相应旋转运动，指A和指B旋转后实现手术钳的夹持和张开；本实用新型同现有技术相比，采用了新型的实心支撑杆结构和钢索外置结构，解决了支撑管中空和钢索内置导致手术钳灭菌消毒的难度增大和成本增加的问题。

Description

一种传动钢索外置的微创手术钳

[技术领域]

本实用新型涉及医疗器械领域，具体地说是一种腹腔镜手术机器人使用的传动钢索外置的微创手术钳。

[背景技术]

由于不仅具备传统微创手术的“体表创口小”、“出血量少”、“术后感染风险低、恢复快”等一系列特点，还拥有“主从手眼一致”、“生理性抖动滤除”等独有功能，腹腔镜微创手术机器人已得到市场越来越多的认可。除了国外的一款已进入全球各大医院手术室的主从式腹腔镜手术机器人，近些年来，国内外有不少科研机构和医疗器械开发商研发了类似的微创手术机器人。

目前，这类腹腔镜手术机器人均采用多关节机械臂来操作专用的末端手术器械。一般的，末端器械由驱动底座、支撑管和可执行部分组成。其中，支撑管是中空管，连接了驱动底座和可执行部分。根据可执行部分的作用，这些末端器械可以分为手术钳、手术剪，以及能量型的手术器械。

微创手术钳的使用频次较多，有四个运动自由度，分别是支撑管的自传、可执行部分“腕部”的转动、可执行部分两个“手指”的转动。为了满足手术创口小的要求，可执行部分的三个自由度使用钢索驱动。钢索内置在支撑管里，一端固定在可执行部分上，另一端固定在驱动底座内。支撑管中空和钢索内置的结构导致了手术钳灭菌消毒的难度增大和成本增加这一问题。另外，这种结构还导致支撑管外径难以再减小——目前末端器械支撑管外径一般为8mm。

若能提供一种新型的传动钢索外置的微创手术钳，解决目前腹腔镜手术机器人末端器械灭菌消毒的难度大、成本高这一问题，将对机器人微创手术的推广具有积极作用。

[实用新型内容]

本实用新型的目的就是要解决上述的不足而提供一种传动钢索外置的微创手术钳，采用了新型的实心支撑杆结构和钢索外置结构，解决了支撑管中空和钢索内置导致手术钳灭菌消毒的难度增大和成本增加的问题。

为实现上述目的设计一种传动钢索外置的微创手术钳，包括底座9、支撑杆16和末端组件12，所述支撑杆16为实心结构，所述支撑杆16一端连接底座9，所述支撑杆16另一端连接末端组件12，所述末端组件12包括腕部13、指A 14和指B 15，所述末端组件12的腕部13通过销轴E 40可旋转式连接在支撑杆16上，所述指A 14、指B 15通过销轴B 29可旋转式连接在腕部13另一端，所述腕部13、指A 14、指B 15分别在钢索的牵拉下围绕销轴E 40、销轴B29旋转，所述钢索外置于支撑杆16外表面，所述腕部13旋转后带动指A 14和指B 15做相应旋转运动，所述指A 14和指B 15旋转后实现手术钳的夹持和张开，解决了目前腹腔镜手术机器人末端器械灭菌消毒的难度大、成本高这一问题。

进一步地，所述支撑杆16外表面设有沿轴向延伸的凹槽A 57、凹槽B 58、凹槽C59、凹槽D 60、凹槽E 61和凹槽F 62，所述凹槽A 57与凹槽D 60成对设置且槽内通过钢索A20，所述凹槽B 58与凹槽E 61成对设置且槽内通过钢索C 24，所述凹槽C 59与凹槽F 62成对设置且槽内通过钢索B 21，所述钢索B 21牵拉腕部13绕旋转轴C 23旋转，所述钢索A 20牵拉指A 14绕旋转轴A 19旋转，所述钢索C 24牵拉指B 15绕旋转轴A 19旋转。

进一步地，所述指A 14与指B 15之间设有绕丝轮A 25和绕丝轮B 30，所述绕丝轮A25和绕丝轮B 30均穿设于销轴B 29上；所述指A 14、指B 15上均设置有凸起A 46，所述绕丝轮B 30、绕丝轮A 25上均设置有开口槽A 47，所述凸起A 46插入开口槽A 47内，所述绕丝轮B 30、绕丝轮A 25上分别缠绕有钢索A 20、钢索C 24，所述钢索A 20、钢索C 24均通过弯曲内嵌在凸起A 46与开口槽A 47共同构造的空间中，且凸起A 46与开口槽A 47相互挤压钢索A 20和钢索C 24。

进一步地，所述钢索A 20以弯曲处为分界，其左右侧分别为钢索A左侧51和钢索A右侧49，所述钢索A右侧49通过绕丝轮B 30后，依次通过滑轮F35、滑轮L 44和滑轮J 42后进入支撑杆16外表面的凹槽D 60，所述钢索A左侧51通过绕丝轮B 30后，依次通过滑轮B 27、滑轮C 32和滑轮J 42后进入支撑杆16外表面的凹槽A 57。

进一步地，所述钢索C 24以弯曲处为分界，其左右侧分别为钢索C左侧50和钢索C右侧48，所述钢索C右侧48通过绕丝轮A 25后，依次通过滑轮E34、滑轮K 43和滑轮I 41后进入支撑杆16外表面的凹槽E 61，所述钢索C左侧50通过绕丝轮A 25后，依次通过滑轮A 26、滑轮D 33和滑轮H 38后进入支撑杆16外表面的凹槽B 58。

进一步地，所述销轴E 40上穿设有绕丝轮C 39，所述绕丝轮C 39上设置有开口槽B55，所述腕部13上设置有凸起B 54，所述凸起B 54插入开口槽B 55内，所述绕丝轮C 39上缠绕有钢索B 21，所述钢索B 21通过弯曲内嵌在腕部13上凸起B 54与绕丝轮C 39上开口槽B55共同构造的空间中，且凸起B 54与开口槽B 55相互挤压钢索C 24。

进一步地，所述钢索B 21以弯曲处为分界，其左右侧分别为钢索B左侧52和钢索B右侧56，所述钢索B右侧56通过绕丝轮C 39后进入支撑杆16外表面的凹槽F 62，所述钢索B左侧52通过绕丝轮C 39后进入支撑杆16外表面的凹槽C 59。

进一步地，所述底座9上安装有驱动盘A 10、驱动盘B 11、驱动盘C 17和驱动盘D18，所述支撑杆16绕旋转轴B 22可自转式连接在底座9上，并在驱动盘A 10的带动下旋转，所述驱动盘B 11、驱动盘C 17和驱动盘D 18分别通过钢索连接腕部13、指A 14和指B 15，并带动钢索做牵拉运动，所述驱动盘A 10、驱动盘B 11、驱动盘C 17和驱动盘D 18通过底座9内的机械传动机构分别控制支撑杆16、腕部13、指A 14和指B 15转动。

进一步地，所述手术钳安装在机械臂的末端，所述机械臂连接在控制柜上，并与控制柜内的控制器电连接，所述手术钳的位置和姿态通过控制柜内的控制器控制机械臂动作而完成。

进一步地，所述支撑杆16选用硬质金属材料或进行表面硬质处理。

本实用新型同现有技术相比，具有如下优点：

(1)本实用新型所述微创手术钳采用了新型的实心支撑杆结构和钢索外置结构，能够有效解决钢索内置引起的灭菌消毒难度大的问题；

(2)本实用新型还能够进一步缩小手术钳支撑杆外径，可以再减小手术创口；

(3)本实用新型钢索分布方式，相对当前大多选用的0.5mm直径钢索，可允许采用较大直径的钢索驱动，提高了钢索拉伸强度和手术钳使用寿命；

(4)本实用新型解决了目前腹腔镜手术机器人末端器械灭菌消毒的难度大、成本高这一问题；

(5)基于以上分析，本实用新型所述的钢索外置的微创手术钳具备实际应用价值，对机器人微创手术的推广有积极作用。

[附图说明]

图1是本实用新型的应用结构示意图；

图2是本实用新型的立体结构示意图；

图3是本实用新型末端组件处的立体结构示意图；

图4是本实用新型末端组件处的爆炸示意图；

图5是本实用新型手术钳指部钢索固定结构爆炸示意图；

图6是本实用新型手术钳腕部钢索固定结构剖视图；

图7是本实用新型手术钳支撑杆和外置钢索的横截面剖视图；

图8是本实用新型底座内部机械传动机构示意图；

图中：1、手术床 2、患者 3、控制柜A 4、机械臂A 5、手术钳A 6、手术钳B 7、机械臂B 8、控制柜B 9、底座 10、驱动盘A 11、驱动盘B 12、末端组件 13、腕部 14、指A 15、指B16、支撑杆 17、驱动盘C 18、驱动盘D 19、旋转轴A 20、钢索A 21、钢索B 22、旋转轴B 23、旋转轴C 24、钢索C 25、绕丝轮A 26、滑轮A 27、滑轮B 28、销轴A 29、销轴B 30、绕丝轮B 31、销轴C 32、滑轮C 33、滑轮D 34、滑轮E 35、滑轮F 36、销轴D 37、滑轮G 38、滑轮H 39、绕丝轮C 40、销轴E 41、滑轮I 42、滑轮J 43、滑轮K 44、滑轮L 45、销轴F 46、凸起A 47、开口槽A48、钢索C右侧 49、钢索A右侧 50、钢索C左侧 51、钢索A左侧 52、钢索B左侧 53、钢索B固定段 54、凸起B 55、开口槽B 56、钢索B右侧 57、凹槽A 58、凹槽B 59、凹槽C 60、凹槽D 61、凹槽E 62、凹槽F 63、支撑板A 64、驱动盘轴A 65、锁紧钉A 66、支撑板B 67、锁紧钉B。

[具体实施方式]

下面结合附图对本实用新型作以下进一步说明：

以附图1中机器人微创手术为例，手术钳A 5和手术钳B 6分别安装在机械臂A 4和机械臂B 7的末端；手术钳A 5和手术钳B 6的位置和姿态通过控制柜A 3和控制柜B 8内的控制器控制机械臂A 4和机械臂B 7动作；手术钳A5和手术钳B 6协调工作，可以完成腹腔镜手术。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种传动钢索外置的微创手术钳，主要包括底座9、支撑杆16和末端组件12，支撑杆16为实心结构，可以选用硬质金属材料或进行表面硬质处理；支撑杆16一端连接底座9，支撑杆16另一端连接末端组件12，末端组件12包括腕部13、指A 14和指B 15，末端组件12的腕部13通过销轴E 40可旋转式连接在支撑杆16上，指A 14、指B 15通过销轴B 29可旋转式连接在腕部13另一端，腕部13、指A 14、指B 15分别在钢索的牵拉下围绕销轴E 40、销轴B 29旋转，钢索外置于支撑杆16外表面，腕部13旋转后带动指A 14和指B 15做相应旋转运动，指A 14和指B 15旋转后实现手术钳的夹持和张开；该手术钳有四个运动自由度，分别是支撑杆16绕旋转轴B 22的自转，腕部13绕旋转轴C 23的旋转，指A 14和指B 15分别绕旋转轴A 19的旋转；该微创手术钳采用了新型的实心支撑杆结构和钢索外置方式，解决了目前腹腔镜手术机器人末端器械灭菌消毒的难度大、成本高的问题。

支撑杆16外表面设有沿轴向延伸的凹槽A 57、凹槽B 58、凹槽C 59、凹槽D 60、凹槽E 61和凹槽F 62，六个凹槽在排列方式上成对出现，凹槽A 57和凹槽D 60为一对，凹槽B58和凹槽E 61为一对，凹槽C 59和凹槽F 62为一对，成对的凹槽用于通过同一根钢索；凹槽的横截面可以是圆形，也可以是其他形状，凹槽横截面尺寸应略大于钢索外径。具体地，凹槽A 57与凹槽D 60成对设置且槽内通过钢索A 20，凹槽B 58与凹槽E 61成对设置且槽内通过钢索C 24，凹槽C 59与凹槽F 62成对设置且槽内通过钢索B 21，钢索B 21牵拉腕部13绕旋转轴C 23旋转，钢索A 20牵拉指A 14绕旋转轴A 19旋转，钢索C 24牵拉指B 15绕旋转轴A19旋转。

底座9上安装有驱动盘A 10、驱动盘B 11、驱动盘C 17和驱动盘D 18，支撑杆16绕旋转轴B 22可自转式连接在底座9上，并在驱动盘A 10的带动下旋转，驱动盘B 11、驱动盘C17和驱动盘D 18分别通过钢索连接腕部13、指A 14和指B 15，并带动钢索做牵拉运动，驱动盘A 10、驱动盘B 11、驱动盘C 17和驱动盘D 18通过底座9内的机械传动机构分别控制支撑杆16、腕部13、指A 14和指B 15转动。如附图8所示，以驱动盘C 17为例，驱动盘C 17和驱动盘轴A 64固连，驱动盘轴A 64安装在支撑板A 63和支撑板B 66上；钢索A左侧51通过锁紧螺钉A 65固定在驱动盘轴A 64上，钢索A右侧49通过相同方法固定在驱动盘轴A 64上(附图8未画出)；驱动盘轴A 64旋转，带动钢索A左侧51和钢索A右侧49运动，进而驱动指A 14运动。腕部13依靠钢索B 21的牵拉，实现绕旋转轴C 23的旋转；指A 14依靠钢索A 20的牵拉，实现绕旋转轴A 19的旋转；指B 15依靠钢索C 24的牵拉，实现绕旋转轴A 19的旋转。

末端组件12主要包括腕部13、指A 14和指B 15，末端组件12通过销轴E40链接在支撑杆16上，腕部13通过销轴B 29分别和指A 14、指B 15链接；末端组件12还包括绕丝轮A25、滑轮A 26、滑轮B 27、销轴A 28、绕丝轮B 30、销轴C 31、滑轮C 32、滑轮D 33、滑轮E 34、滑轮F 35、销轴D 36、滑轮G 37、滑轮H 38、绕丝轮C 39、滑轮I 41、滑轮J 42、滑轮K 43、滑轮L 44和销轴F 45。

指A14与指B15之间设有绕丝轮A 25和绕丝轮B 30，绕丝轮A 25和绕丝轮B 30均穿设于销轴B 29上；指A 14、指B 15上均设置有凸起A 46，绕丝轮B 30、绕丝轮A 25上均设置有开口槽A 47，凸起A 46插入开口槽A 47内，绕丝轮B 30、绕丝轮A 25上分别缠绕有钢索A20、钢索C 24；钢索A 20通过弯曲内嵌在指A 14上凸起A 46和绕丝轮B 30上开口槽A 47共同构造的狭小空间中，且凸起A 46与开口槽A 47相互挤压钢索A 20，这个方式使得钢索A20在牵拉过程中不会和绕丝轮B 30出现相对滑动；同样的，钢索C 24通过弯曲内嵌在指B15上凸起A 46和绕丝轮A 25上开口槽A 47共同构造的狭小空间中，且凸起A 46与开口槽A47相互挤压钢索C 24，钢索C 24通过弯曲，在牵拉过程中也不会和绕丝轮A 25出现相对滑动。

钢索A 20以弯曲处为分界，其左右侧分别为钢索A左侧51和钢索A右侧49，钢索A右侧49通过绕丝轮B 30后，依次通过滑轮F 35、滑轮L 44和滑轮J 42，最后再进入支撑杆16外表面的凹槽D 60；钢索A左侧51通过绕丝轮B 30后，依次通过滑轮B 27、滑轮C 32和滑轮J42，最后再进入支撑杆16外表面的凹槽A 57。

类似的，钢索C 24以弯曲处为分界，其左右侧分别为钢索C左侧50和钢索C右侧48，钢索C右侧48通过绕丝轮A 25后，依次通过滑轮E 34、滑轮K43和滑轮I 41，最后再进入支撑杆16外表面的凹槽E 61；钢索C左侧50通过绕丝轮A 25后，依次通过滑轮A 26、滑轮D 33和滑轮H 38，最后再进入支撑杆16外表面的凹槽B 58。

销轴E 40上穿设有绕丝轮C 39，绕丝轮C 39上设置有开口槽B 55，腕部13上设置有凸起B 54，凸起B 54插入开口槽B 55内，绕丝轮C 39上缠绕有钢索B 21，钢索B 21通过弯曲内嵌在腕部13上凸起B 54与绕丝轮C 39上开口槽B 55共同构造的狭小空间中，且凸起B54与开口槽B 55相互挤压钢索C 24，使得钢索B 21在牵拉过程中不会和绕丝轮C 39出现相对滑动。

钢索B 21以弯曲处为分界，其左右侧分别为钢索B左侧52和钢索B右侧56，钢索B右侧56通过绕丝轮C 39后，进入支撑杆16外表面的凹槽F 62；钢索B左侧52通过绕丝轮C 39后，进入支撑杆16外表面的凹槽C 59。

本实用新型所述的传动钢索外置的微创手术钳，采用实心支撑杆结构和钢索外置方式，避免了钢索不能被有效灭菌的难题，同时支撑杆直径能够减小到6mm以下，对机器人微创手术的推广有积极作用。

本实用新型并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种传动钢索外置的微创手术钳，其特征在于：包括底座(9)、支撑杆(16)和末端组件(12)，所述支撑杆(16)为实心结构，所述支撑杆(16)一端连接底座(9)，所述支撑杆(16)另一端连接末端组件(12)，所述末端组件(12)包括腕部(13)、指A(14)和指B(15)，所述末端组件(12)的腕部(13)通过销轴E(40)可旋转式连接在支撑杆(16)上，所述指A(14)、指B(15)通过销轴B(29)可旋转式连接在腕部(13)另一端，所述腕部(13)、指A(14)、指B(15)分别在钢索的牵拉下围绕销轴E(40)、销轴B(29)旋转，所述钢索外置于支撑杆(16)外表面，所述腕部(13)旋转后带动指A(14)和指B(15)做相应旋转运动，所述指A(14)和指B(15)旋转后实现手术钳的夹持和张开。

2.如权利要求1所述的传动钢索外置的微创手术钳，其特征在于：所述支撑杆(16)外表面设有沿轴向延伸的凹槽A(57)、凹槽B(58)、凹槽C(59)、凹槽D(60)、凹槽E(61)和凹槽F(62)，所述凹槽A(57)与凹槽D(60)成对设置且槽内通过钢索A(20)，所述凹槽B(58)与凹槽E(61)成对设置且槽内通过钢索C(24)，所述凹槽C(59)与凹槽F(62)成对设置且槽内通过钢索B(21)，所述钢索B(21)牵拉腕部(13)绕旋转轴C(23)旋转，所述钢索A(20)牵拉指A(14)绕旋转轴A(19)旋转，所述钢索C(24)牵拉指B(15)绕旋转轴A(19)旋转。

3.如权利要求2所述的传动钢索外置的微创手术钳，其特征在于：所述指A(14)与指B(15)之间设有绕丝轮A(25)和绕丝轮B(30)，所述绕丝轮A(25)和绕丝轮B(30)均穿设于销轴B(29)上；所述指A(14)、指B(15)上均设置有凸起A(46)，所述绕丝轮B(30)、绕丝轮A(25)上均设置有开口槽A(47)，所述凸起A(46)插入开口槽A(47)内，所述绕丝轮B(30)、绕丝轮A(25)上分别缠绕有钢索A(20)、钢索C(24)，所述钢索A(20)、钢索C(24)均通过弯曲内嵌在凸起A(46)与开口槽A(47)共同构造的空间中，且凸起A(46)与开口槽A(47)相互挤压钢索A(20)和钢索C(24)。

4.如权利要求3所述的传动钢索外置的微创手术钳，其特征在于：所述钢索A(20)以弯曲处为分界，其左右侧分别为钢索A左侧(51)和钢索A右侧(49)，所述钢索A右侧(49)通过绕丝轮B(30)后，依次通过滑轮F(35)、滑轮L(44)和滑轮J(42)后进入支撑杆(16)外表面的凹槽D(60)，所述钢索A左侧(51)通过绕丝轮B(30)后，依次通过滑轮B(27)、滑轮C(32)和滑轮J(42)后进入支撑杆(16)外表面的凹槽A(57)。

5.如权利要求3所述的传动钢索外置的微创手术钳，其特征在于：所述钢索C(24)以弯曲处为分界，其左右侧分别为钢索C左侧(50)和钢索C右侧(48)，所述钢索C右侧(48)通过绕丝轮A(25)后，依次通过滑轮E(34)、滑轮K(43)和滑轮I(41)后进入支撑杆(16)外表面的凹槽E(61)，所述钢索C左侧(50)通过绕丝轮A(25)后，依次通过滑轮A(26)、滑轮D(33)和滑轮H(38)后进入支撑杆(16)外表面的凹槽B(58)。

6.如权利要求2所述的传动钢索外置的微创手术钳，其特征在于：所述销轴E(40)上穿设有绕丝轮C(39)，所述绕丝轮C(39)上设置有开口槽B(55)，所述腕部(13)上设置有凸起B(54)，所述凸起B(54)插入开口槽B(55)内，所述绕丝轮C(39)上缠绕有钢索B(21)，所述钢索B(21)通过弯曲内嵌在腕部(13)上凸起B(54)与绕丝轮C(39)上开口槽B(55)共同构造的空间中，且凸起B(54)与开口槽B(55)相互挤压钢索C(24)。

7.如权利要求6所述的传动钢索外置的微创手术钳，其特征在于：所述钢索B(21)以弯曲处为分界，其左右侧分别为钢索B左侧(52)和钢索B右侧(56)，所述钢索B右侧(56)通过绕丝轮C(39)后进入支撑杆(16)外表面的凹槽F(62)，所述钢索B左侧(52)通过绕丝轮C(39)后进入支撑杆(16)外表面的凹槽C(59)。

8.如权利要求1所述的传动钢索外置的微创手术钳，其特征在于：所述底座(9)上安装有驱动盘A(10)、驱动盘B(11)、驱动盘C(17)和驱动盘D(18)，所述支撑杆(16)绕旋转轴B(22)可自转式连接在底座(9)上，并在驱动盘A(10)的带动下旋转，所述驱动盘B(11)、驱动盘C(17)和驱动盘D(18)分别通过钢索连接腕部(13)、指A(14)和指B(15)，并带动钢索做牵拉运动，所述驱动盘A(10)、驱动盘B(11)、驱动盘C(17)和驱动盘D(18)通过底座(9)内的机械传动机构分别控制支撑杆(16)、腕部(13)、指A(14)和指B(15)转动。

9.如权利要求1所述的传动钢索外置的微创手术钳，其特征在于：所述手术钳安装在机械臂的末端，所述机械臂连接在控制柜上，并与控制柜内的控制器电连接，所述手术钳的位置和姿态通过控制柜内的控制器控制机械臂动作而完成。

10.如权利要求1所述的传动钢索外置的微创手术钳，其特征在于：所述支撑杆(16)选用硬质金属材料或进行表面硬质处理。

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