CN218552386U - 一种可使前端执行装置多方向偏摆的驱动机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种可使前端执行装置多方向偏摆的驱动机构，该驱动机构位于医疗器械的驱动部中，包括位于轴管内的柔性传动杆和四股丝线以及多根相应的传动轴，有两根传动轴可带动丝线伸缩，另外两根传动轴分别带动柔性传动杆旋转和伸缩，本机构通过多个部件衔接，一方面带动柔性传动杆在轴管内旋转及伸缩，使得柔性传动杆前端的工具瓣及工具支撑座同时旋转，并伸出蛇形关节或在缩回至蛇形关节。另一方面，各股丝线牵拉工具支撑座的四周，使得工具支撑座朝向多方向的摆动，整个驱动机构的运用可以提高医疗器械在使用过程中的灵活。

Description

一种可使前端执行装置多方向偏摆的驱动机构

技术领域

本实用新型属于电动多自由度柔性医疗器械的领域，具体涉及一种可使前端执行装置多方向偏摆的驱动机构。

背景技术

在微创手术操作过程中，外科医生在患者体表切开2～4个5～10mm的小切口，把所需手术器械通过患者体表的微小切口插入到腹腔内部，对病灶组织器官进行切割、夹持等手术操作，该操作方式使得手术器械只能在以切口为顶点的狭小倒锥子形工作空间内运动。当前微创手术器械以手控直杆式器械为主，器械的端部执行器只具有开合自由度，为了增加器械的灵活性，目前可以在器械的手持的手柄部分设计更加合理的驱动机构，通过增设合理的传动结构使得器械前端的装置能多方向摆动，从而提高手术医疗器械的灵活性，降低手术难度。

发明内容

本实用新型的目的在于针对上述不足，提出了一种可使前端执行装置多方向偏摆的驱动机构。

本实用新型采用以下技术方案，一种可使前端执行装置多方向偏摆的驱动机构，安装在驱动部中，驱动部与轴管的一端转动连接，轴管的另一端通过蛇形关节连接前端执行装置，前端执行装置包括至少一个工具瓣和工具支撑座，工具瓣与工具支撑座转动连接，在所述轴管内贯穿有可伸缩的柔性传动杆，及在其左上/右上/左下/右下的四股可伸缩的丝线，轴管的远端通过蛇形关节连接前端执行装置，轴管的近端与驱动部的远端转动连接，柔性传动杆的远端穿过轴管、及形成在蛇形关节及工具支撑座中心的中心通道驱动前端执行装置的工具瓣相对工具支撑座转动及伸缩，柔性传动杆的近端伸入驱动部中，所述四股丝线中互为对角关系的两股丝线各自组成组合一和组合二，组合一和组合二的丝线的近端穿过轴管后分别在驱动部中缠绕固定在可转动的转轴一和转轴二上，且同一组合的两股丝线以相反的绕线方向缠绕在相同转轴上，两组丝线的远端从位于蛇形关节的中心通道四周的通孔内穿过连接在所述工具支撑座的四周，同一组的丝线若为上下关系时，两组丝线在转轴上的绕线方向相同，同一组的丝线若为左右关系时，两组丝线在转轴上的绕线方向相反；

所述柔性传动杆的近端在驱动部中与齿条的一端转动连接，齿条和柔性传动杆的近端还沿轴向相互限位，驱动部中还设有四组电机及传动机构：其中两组分别用于驱动两根转轴转动，另两组分别用于驱动齿条使柔性传动杆伸缩，和驱动柔性传动杆绕轴管的中心轴转动使轴管随连接柔性传动杆的工具支撑座转动。

所述驱动部与轴管同轴固定连接，且沿轴向相互限位，所述工具支撑座的近端与蛇形关节的远端同轴转动连接。

所述转轴一和转轴二垂直于轴管，所述缠绕丝线的转轴一和转轴二分别被驱动部内平行于轴管设置的第一传动轴、第二传动轴通过传动机构驱动，转轴一和转轴二同向转动时，前端执行装置上下偏摆，转轴一和转轴二反向转动时，前端执行装置左右偏摆。

所述齿条被驱动部内第三根垂直于轴管的可转动的转轴三传动，所述转轴三被驱动部内平行于轴管设置的第三传动轴通过传动机构驱动，使得齿条可带动柔性传动杆在轴管内伸缩；

所述柔性传动杆在驱动部内远离齿条的一段套装固定有齿轮二，所述齿轮被驱动部内第四根平行于轴管且可转动的第四传动轴驱动，使得所述柔性传动杆可在轴管内转动；

在所述第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、第四传动轴背离轴管的一端设有驱动其转动的电机。

所述第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、第四传动轴平行于轴管且以其轴心为中心均匀布置，所述第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴分别套装有斜齿轮二，所述转轴一、转轴二和转轴三上套装有斜齿轮一，三个斜齿轮一分别和三个对应的斜齿轮二啮合，组成所述传动机构中的三组，使得所述第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴可分别驱动转轴一、转轴二、转轴三。

在所述第四传动轴和齿轮二之间还设有多个相互啮合传动的齿轮，包括，在所述第四传动轴上套装固定的齿轮三，在齿轮三和齿轮二之间设有与其啮合的齿轮四，随第四转动轴转动的齿轮三带动齿轮四转动，同时齿轮四带动齿轮二转动，以齿轮二为中心相对于齿轮四对称设置的齿轮五，齿轮四、齿轮五均与齿轮二啮合，使得柔性传动杆被第四传动轴驱动而旋转时且其轴心不偏移。

所述第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、第四传动轴背向轴管的一端与四个电机通过联轴结构可拆卸连接。

所述联轴结构包括与第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、第四传动轴背向轴管的一端同心固定的转盘，及固定在所述电机的输出端的与转盘能互相嵌入连接的转动装置，各转盘背向轴管的一侧设有偏心的凸点。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的驱动机构设置在驱动部壳体内，具有四组电机及传动机构，两组分别用于驱动两根转轴转动，另两组分别用于驱动齿条使柔性传动杆伸缩，和驱动柔性传动杆绕轴管的中心轴转动使轴管随连接柔性传动杆的工具支撑座转动。前端执行装置具有由四股丝线牵拉的工具支撑座，及与工具支撑座转动连接的工具瓣，四股丝线系在驱动部的两根转轴的绕线盘上，再通过电机带动转轴转动，两根转轴同向转动时使得工具支撑座上下偏摆，两根转轴反向转动时使工具支撑座左右偏摆，最终实现前端执行装置多方向偏摆；同时在驱动部中还通过另两根转轴驱动柔性传动杆的转动及伸缩，使得工具瓣随同柔性传动杆旋转和伸出或缩回，可以改变工具瓣张开闭合的方向，和驱动工具瓣张开闭合。整个驱动机构可以提高医疗器械在使用过程中的灵活度，降低手术难度，实现了前端执行器的转动、开闭、弯曲方向的控制全部集成在小巧的驱动部壳体中，并能电机驱动，柔性传动杆的转动，有利于能开闭的工具瓣能转动至与之前的工具瓣的开闭平面具有夹角，因此能夹持和切割之前的工具瓣的开闭平面不能夹持、切割的组织，另外蛇形关节能在丝线驱动下相对轴管在任一方向弯曲。工具支撑座还可以做成使工具支撑座的近端与蛇形关节的远端同轴转动连接，且沿轴向相互限位，工具支撑座和蛇形关节能相对沿轴向转动，这样在蛇形关节弯曲时驱动柔性传动杆转动不会引起四股丝线随蛇形关节绕中轴转动后拧成一股，因此四股丝线驱动蛇形关节弯曲及驱动柔性传动杆转动可同时实施。

附图说明

图1为电动式多自由度柔性医疗器械的整体结构示意图；

图2为本实用新型驱动部内部的爆炸图的立体结构示意图；

图3为本实用新型驱动部内部的爆炸图的立体结构示意图一；

图4为本实用新型驱动部内部的爆炸图的立体结构示意图二；

图5为本实用新型驱动部内部的爆炸图的立体结构示意图三；

图6为本实用新型驱动部内部的结构示意图二；

图7为本实用新型前端执行装置的一种结构示意图；

图8为本实用新型前端执行装置的另一种结构示意图；

其中，I-手柄、II-驱动部、V-操作柄、VI-蛇形关节、VII-前端执行装置、VIII-万向转向机构、4-工具支撑座、42、43-工具瓣、54-转盘、54a-凸点、58-斜齿轮一、72-轴管、73-轴承、75-齿轮四、76-齿轮三、77-柔性传动杆、78-齿轮二、79-齿轮五、81-斜齿轮二、82-齿轮一、83-齿条、92a-第一传动轴、92b-第二传动轴、92c-第三传动轴、92d-第四传动轴、93a-转轴一、93b-转轴二、93c-转轴三、93d-转轴四、94a-绕线盘一、94b-绕线盘二、94c-绕线盘三、94d-绕线盘四、8a、8b、8c、8d-丝线。

具体实施方式

下面结合附图来具体介绍本实用新型装置。

本实用新型装置可运用于如图1所示的电动多自由度柔性器械，该器械包括：手柄I、驱动部II、中空的轴管72、蛇形关节VI、前端执行装置VII，轴管72的远端连接蛇形关节VI的近端，蛇形关节VI远端再连接前端执行装置VII，轴管72的近端与驱动部II的远端转动连接，驱动部II的近端与手柄I衔接，如图6所示，前端执行装置VII包括两个工具瓣42、43(图7和图8)和工具支撑座4，工具瓣与工具支撑座转动连接，柔性传动杆77的远端穿过轴管72、及形成在蛇形关节VI及工具支撑座4中心的中心通道后，再连接工具瓣，工具支撑座和蛇形关节VI的远端相连，蛇形关节VI的近端再和轴管的远端相连。柔性传动杆77可在轴管72、及蛇形关节VI及工具支撑座内形成的中心通道中伸缩活动。

如图2～图6所示，驱动部II内布置有四根平行轴管的可转动的传动轴，均以轴管72的轴心为中心均匀布置，其中第一传动轴92a、第二传动轴92b、第三传动轴92c分别通过传动机构驱动垂直于轴管72的转轴一93a、转轴二93b、转轴三93c转动，第一传动轴92a、第二传动轴92驱动位于轴管内的四股丝线伸缩，第三传动轴92c驱动柔性传动杆伸缩。第四传动轴92d通过传动机构驱动柔性传动杆77转动。

具体的驱动柔性传动杆77的运动过程为，第三传动轴92c驱动转轴三93c转动，转轴三93c通过传动机构驱动柔性传动杆77的近端沿轴管72伸缩，如图4所示，柔性传动杆77的近端转动连接着齿条83，柔性传动杆77的近端嵌套在齿条83的端部内，齿条83和柔性传动杆77的近端沿轴向相互限位。转轴三93c上同轴安装有齿轮一82，齿轮一82与齿条83啮合，这样在第三动轴92c的转动下，齿条83可以沿轴向往复移动，同时带动柔性传动杆77伸缩，进而使得连接柔性传动杆77的远端的工具瓣一起伸缩。

且如图3和图5所示，轴管72的近端穿过安装在驱动部II的远端的轴承73，柔性传动杆77的近端穿过轴管72的近端且位于驱动部II内的远离齿条83的一段套装固定有齿轮二78，齿轮二78与被第四传动轴92d驱动的传动机构啮合，传动机构包括，与第四传动轴92d同轴固定的齿轮三76，与齿轮三76和齿轮二78均啮合的齿轮四75，以齿轮二78为中心相对于齿轮四75对称设置的齿轮五79，齿轮五79与齿轮二78啮合，和齿轮四75一起将齿轮二78限位至与轴管72的中轴同心，即柔性传动杆77位于轴管72的中心，避免与轴管72内的丝线摩擦，第四传动轴92d驱动柔性传动杆77转动，柔性传动杆77带动前端执行装置VII的工具支撑座旋转，因此工具瓣、蛇形关节、轴管随工具支撑座旋转。

具体的，轴管内的丝线伸缩过程为，转轴一93a、转轴二93b、转轴三93c上还分别套装有斜齿轮一58，第一传动轴92a、第二传动轴92b、第三传动轴92c还分别套装有斜齿轮二81，三个斜齿轮一58分别和三个对应的斜齿轮二81啮合，第一传动轴92a、第二传动轴92b、第三传动轴92c上分别安装有轴承，并通过轴承与驱动部II的壳体转动连接。

被第一传动轴92a、第二传动轴92b驱动的转轴一93a、转轴二93b对称布置在轴管72的延长线两侧，这两根转轴上均固定有两个绕线盘，其中转轴一93a上固定有上方的绕线盘一94a和下方的绕线盘三94c，转轴二93b上固定有上方的绕线盘二94b和下方的绕线盘四94d，四个绕线盘用于牵拉均匀分布在蛇形关节VI中心通道的左上/右上/左下/右下四角的通孔中的四股丝线，此时柔性传动杆位于四股丝线中心，四股丝线的远端分别穿过围绕蛇形关节VI连接前端执行工具VIII的工具支撑座的四周，各股丝线可在轴管72、及蛇形关节VI及工具支撑座内形成的中心通道中活动，驱动工具支撑座相对蛇形关节VI、轴管72自由摆动，且蛇形关节可随丝线的朝不同方向牵拉伸缩时弯曲。四股丝线中互为对角关系的两股丝线8a、8d和两股丝线8b、8c各自组成组合一和组合二，组合一和组合二的丝线分别在驱动部II中缠绕固定在转轴一93a、转轴二93b的两个绕线盘上，同一组合的两股丝线的绕线方向相反，两股丝线处于不同组合时，若互为上下位置关系，两股丝线的绕线方向相反，若互为左右位置关系，两股丝线的绕线方向相同。

具体地，位于中心通道的左上和右下的2股丝线8a和8d，均属于组合一，2股丝线8a和8d的近端以相反的方向分别缠绕在转轴一93a的绕线盘一94a和绕线盘三94c上，绕线盘旋转时保证2股丝线一拉一收，位于中心通道的右上和左下的2股丝线8b和8c，均属于组合二，2股丝线8b和8c的近端以相反的方向分别缠绕转轴二93b的绕线盘二94b和绕线盘四94d上，绕线盘旋转时保证2股丝线一拉一收。具体的，在中心通道的左上/右上/左下/右下四角的通孔中，组合一中丝线8a和组合二中8b属左右关系，且组合二中丝线8c和组合一中8d属左右关系，在各个转轴上丝线8a和8b相同，此时丝线8c和8d的绕线方向相同。具体的，在中心通道的左上/右上/左下/右下四角的通孔中，组合一中丝线8a和组合二中8c属上下关系，且组合二中丝线8b和组合一中8d属上下关系，丝线8a和8c的绕线方向相反，此时丝线8d和8b的绕线方向相反。

实际中丝线伸缩过程如下，当第一传动轴92a和第二传动轴92b同向转动时，位于左上上通孔中的丝线8a和位于右上通孔中丝线8b同时伸出或缩回，此时，位于左下通孔中丝线8d和位于右下通孔中丝线8c同时缩回或伸出，且与丝线8a和8b运动方向相反，即在上的两个通孔内的丝线和在下的两个通孔中的丝线运动方向相反，使蛇形关节VI能上下偏摆。

当第一传动轴92a和第二传动轴92b反向转动时，位于左上通孔中的丝线8a和位于左下通孔中的丝线8c同时伸出或缩回，此时位于右上通孔中的丝线8b和位于右下通孔中的丝线8d同时缩回或伸出，且与丝线8a和8c运动方向相反，即在左边的两个通孔内的丝线和在右边的两个通孔中的丝线运动方向相反，使蛇形关节VI能左右偏摆。

在第一传动轴92a、第二传动轴92b、第三传动轴92c以及第四传动轴92d背向轴管72的一端各同心固定有一个转盘54，各转盘54背向轴管72的一侧设有偏心的凸点54a。驱动部II内设置多个电机，电机的输出端通过转动装置与转盘54及转盘54上的凸点54a相互嵌入并紧密连接，转盘54与电机传动配对，电机再转动就能驱动转盘54带动各个传动轴转动，此时第一传动轴92a、第二传动轴92b、第三传动轴92c以及第四传动轴92d分别被驱动部II内对应的电机驱动。转盘54及转动装置仅是可拆卸的联轴结构的一种，并不用来限制本实用新型的技术方案。

使用时，通过驱动部II内安装的电机，各个转盘54分别与电机传动配对，电机再转动就能驱动转盘54带动各个传动轴转动，这样就在电机的作用下可以使得驱动部II内多根平行布置的传动轴同时转动，一方面在未驱动丝线使蛇形关节弯曲时，能带动柔性传动杆旋转及伸缩，使得柔性传动杆前端的工具瓣及工具支撑座可绕轴管的轴心旋转，也可开闭，实现调整工具瓣现在的开闭平面相对工具瓣绕轴管中轴转动前的开闭平面的夹角，使工具瓣能在任一角度夹持和切割组织，且通过电机调整该夹角相对于手腕绕手臂轴转动更精确。另一方面，在工具瓣未绕轴管中轴旋转时，通过各股丝线牵拉工具支撑座的四周，可实现使得工具支撑座朝向多方向的摆动，整个驱动机构的运用可以提高医疗器械在使用过程中的灵活度。

作为进一步的改进，如图6，工具支撑座4还可以做成使工具支撑座4的近端与蛇形关节VI的远端同轴转动连接，且工具支撑座4的近端嵌套在蛇形关节VI的端部内，工具支撑座4近端和蛇形关节VI的远端沿轴向相互限位。而驱动部与轴管改为同轴固定连接，工具支撑座和蛇形关节能相对沿轴向转动，这样在蛇形关节弯曲时驱动柔性传动杆转动不会引起四股丝线随蛇形关节绕中轴转动后拧成一股，因此四股丝线驱动蛇形关节弯曲及驱动柔性传动杆转动可同时实施。

Claims (8)

1.一种可使前端执行装置多方向偏摆的驱动机构，安装在驱动部中，驱动部与轴管的一端转动连接，轴管的另一端通过蛇形关节连接前端执行装置，前端执行装置包括至少一个工具瓣和工具支撑座，工具瓣与工具支撑座转动连接，在所述轴管内贯穿有可伸缩的柔性传动杆，及在其左上/右上/左下/右下的四股可伸缩的丝线，柔性传动杆的远端穿过轴管、及形成在蛇形关节及工具支撑座中心的中心通道驱动前端执行装置的工具瓣相对工具支撑座转动及伸缩，柔性传动杆的近端伸入驱动部中，其特征在于，

四股所述丝线中互为对角关系的两股丝线各自组成组合一和组合二，组合一和组合二的丝线的近端穿过轴管后分别在驱动部中缠绕固定在可转动的转轴一和转轴二上，且同一组合的两股丝线以相反的绕线方向缠绕在相同转轴上，两组丝线的远端从位于蛇形关节的中心通道四周的通孔内穿过连接在所述工具支撑座的四周，同一组的丝线若为上下关系时，两组丝线在转轴上的绕线方向相同，同一组的丝线若为左右关系时，两组丝线在转轴上的绕线方向相反；

所述柔性传动杆的近端在驱动部中与齿条的一端转动连接，齿条和柔性传动杆的近端还沿轴向相互限位，驱动部中还设有四组电机及传动机构：其中两组分别用于驱动两根转轴转动，另两组分别用于驱动齿条使柔性传动杆伸缩，和驱动柔性传动杆绕轴管的中心轴转动使轴管随连接柔性传动杆的工具支撑座转动。

2.根据权利要求1所述的一种可使前端执行装置多方向偏摆的驱动机构，其特征在于，所述驱动部与轴管同轴固定连接，且沿轴向相互限位，所述工具支撑座的近端与蛇形关节的远端同轴转动连接。

3.根据权利要求2所述的一种可使前端执行装置多方向偏摆的驱动机构，其特征在于，所述转轴一和转轴二垂直于轴管，所述转轴一和转轴二分别被驱动部内平行于轴管设置的第一传动轴、第二传动轴通过传动机构驱动，转轴一和转轴二同向转动时，前端执行装置上下偏摆，转轴一和转轴二反向转动时，前端执行装置左右偏摆。

4.根据权利要求3所述的一种可使前端执行装置多方向偏摆的驱动机构，其特征在于，所述齿条被驱动部内第三根垂直于轴管的可转动的转轴三传动，所述转轴三被驱动部内平行于轴管设置的第三传动轴通过传动机构驱动，使得齿条可带动柔性传动杆在轴管内伸缩；

所述柔性传动杆在驱动部内远离齿条的一段套装固定有齿轮二，所述齿轮被驱动部内第四根平行于轴管且可转动的第四传动轴驱动，使得所述柔性传动杆可在轴管内转动；

在所述第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、第四传动轴背离轴管的一端设有驱动其转动的电机。

5.根据权利要求4所述的一种可使前端执行装置多方向偏摆的驱动机构，其特征在于，所述第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、第四传动轴平行于轴管且以其轴心为中心均匀布置，所述第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴分别套装有斜齿轮二，所述转轴一、转轴二和转轴三上套装有斜齿轮一，三个斜齿轮一分别和三个对应的斜齿轮二啮合，组成所述传动机构中的三组，使得所述第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴可分别驱动转轴一、转轴二、转轴三。

6.根据权利要求5所述的一种可使前端执行装置多方向偏摆的驱动机构，其特征在于，在所述第四传动轴和齿轮二之间还设有多个相互啮合传动的齿轮，包括，在所述第四传动轴上套装固定的齿轮三，在齿轮三和齿轮二之间设有与其啮合的齿轮四，随第四转动轴转动的齿轮三带动齿轮四转动，同时齿轮四带动齿轮二转动，以齿轮二为中心相对于齿轮四对称设置的齿轮五，齿轮四、齿轮五均与齿轮二啮合，使得柔性传动杆被第四传动轴驱动而旋转时且其轴心不偏移。

7.根据权利要求6所述的一种可使前端执行装置多方向偏摆的驱动机构，其特征在于，所述第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、第四传动轴背向轴管的一端与四个电机通过联轴结构可拆卸连接。

8.根据权利要求7所述的一种可使前端执行装置多方向偏摆的驱动机构，其特征在于，所述联轴结构包括与第一传动轴、第二传动轴、第三传动轴、第四传动轴背向轴管的一端同心固定的转盘，及固定在所述电机的输出端的与转盘能互相嵌入连接的转动装置，各转盘背向轴管的一侧设有偏心的凸点。

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