CN219109728U - 手术器械的末端执行机构及手术器械 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种手术器械的末端执行机构及手术器械，末端执行机构包括下部支撑件、至少一组导轮组、中部支撑件和末端执行元件，中部支撑件包括用于限定一个执行器轴线的第一支撑部分和用于限定一个导轮轴线的第二支撑部分，第二支撑部分与一组导轮组围绕导轮轴线可旋转；末端执行元件通过中部支撑件连接至下部支撑件，末端执行元件与第一支撑部分围绕执行器轴线可旋转，第一支撑部分位于第二支撑部分的远端方向，执行器轴线和由第二支撑部分限定的导轮轴线为异面直线，且两者之间的夹角为锐角。根据本方案，可以保证从末端执行元件向下延伸至导轮组的驱动线与其配合的各导轮的导向结构之间相切，从而产生的摩擦力较小，减小驱动线的磨损。

Description

手术器械的末端执行机构及手术器械

技术领域

本实用新型涉及医疗器械的技术领域，具体而言涉及一种手术器械的末端执行机构及手术器械，尤其是手术微器械的末端执行机构。

背景技术

现有手术器械的末端腕关节通常具有三个自由度，即俯仰、偏航和末端执行元件的动作。末端执行元件的动作例如为夹握、抓取或剪切等。为了减小手术创口同时方便在目标手术位置狭窄的空间内灵活操作，此类手术器械一般直径较小，并采用线驱动的方式将运动从手术器械的近端传递到末端的腕关节。

实用新型内容

在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本实用新型的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为至少部分地解决上述问题，本实用新型提供了一种手术器械的末端执行机构，其包括：

下部支撑件；

至少一组导轮组，所述至少一组导轮组设置于所述下部支撑件并相对于所述下部支撑件围绕导轮轴线可旋转；

中部支撑件，所述中部支撑件包括用于限定一个执行器轴线的第一支撑部分和用于限定一个所述导轮轴线的第二支撑部分，所述第二支撑部分与所述至少一组导轮组中的一组导轮组围绕所述导轮轴线可旋转，其中第一支撑部分位于第二支撑部分的远端方向；以及

末端执行元件，所述末端执行元件通过中部支撑件连接至所述下部支撑件，所述末端执行元件与所述第一支撑部分围绕执行器轴线可旋转，

其中，所述执行器轴线和由所述第二支撑部分限定的所述导轮轴线为异面直线，且两者之间的夹角为锐角。

根据本实用新型的手术器械的末端执行机构，将对应于偏航轴线的执行器轴线与对应于俯仰轴线的导轮轴线两者布置成异面直线且非垂直，可以保证从末端执行元件向下延伸至导轮组的驱动线与其配合的各导轮的导向结构之间相切，由此，在操作末端执行元件时，驱动线的拉力会对导轮产生径向力，对导轮产生的轴向力减小，理想状态可以不产生轴向力，使得导轮的整体受力较小，且因为轴向力减小或不存在，使得轴向摩擦力减小或不存在，驱动线与导轮之间产生的总摩擦力较小，从而可以减小驱动线的磨损，提升手术器械性能(如精度)。

附图说明

本实用新型的下列附图在此作为本实用新型的一部分用于理解本实用新型。附图中示出了本实用新型的实施例及其描述，用来解释本实用新型的原理。

附图中：

图1为根据本实用新型的优选实施方式的末端执行机构的一个立体图；

图2为图1所示的末端执行机构的立体分解图；

图3为图1所示的第一末端执行部的一个侧视图；

图4为图1所示的第一末端执行部的立体图；

图5为图1所示的中部支撑件的立体图；

图6为图1所示的中部支撑件的俯视图；

图7为图1所示的上侧导轮组的俯视图；

图8为图1所示的下部支撑件的立体图；

图9为图1所示的带驱动线的第一末端执行部的立体图；

图10为图1所示的带驱动线的第一末端执行部的侧视图；

图11为图1所示的带驱动线的第一末端执行部、上侧导轮组和下侧导轮组的一个立体图；

图12为图1所示的带驱动线的第二末端执行部、上侧导轮组和下侧导轮组的另一个立体图；

图13为图1所示的带驱动线的第一末端执行部、第二末端执行部、上侧导轮组和下侧导轮组的立体图；

图14为根据本实用新型的另一末端执行机构的一个立体图，其中中部支撑件为叉状结构；

图15为图14所示的末端执行机构的侧视图；

图16为图14所示的中部支撑件的立体图；

图17为常规手术机器人系统的结构示意图。

附图标记说明：

手术机器人10 机械臂11

手术器械12 主管路13

后端机构14 基座15

末端执行机构100 末端执行元件110

第一末端执行部110a 第二末端执行部110b

防滑结构111 第一穿线孔112

第二穿线孔113 第三穿线孔114

第四穿线孔115 第一槽116

第二槽117 执行器轴孔118

第一导轮部119a 第二导轮部119b

中部支撑件120 第一支撑部分121

第二支撑部分122 第一中部支撑孔123

第二中部支撑孔124 执行器轴销130

上侧导轮组140 第一上侧导轮141

第二上侧导轮142 第三上侧导轮143

第四上侧导轮144 第一导轮轴销150

下侧导轮组160 第一下侧导轮161

第二下侧导轮162 第三下侧导轮163

第四下侧导轮164 第二导轮轴销170

下部支撑件180 底壁体181

侧壁体182 第一过线孔183a

第二过线孔183b 第三过线孔183c

第四过线孔183d 第一下部支撑孔184

第二下部支撑孔185 执行器轴线190

第一导轮轴线191 第二导轮轴线192

执行器轴线投影190’

第一驱动线101 第二驱动线102

第一臂部221 第二臂部222

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的描述。显然，本实用新型实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟悉的特殊细节。本实用新型的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。

应予以注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施例，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施例。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式。此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组合。

本实用新型中所引用的诸如“第一”和“第二”的序数词仅仅是标识，而不具有任何其他含义，例如特定的顺序等。而且，例如，术语“第一部件”其本身不暗示“第二部件”的存在，术语“第二部件”本身不暗示“第一部件”的存在。

需要说明的是，本文中所使用的术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”以及类似的表述只是为了说明目的，并非限制。

现在，将参照附图更详细地描述根据本实用新型的示例性实施例。然而，这些示例性实施例可以多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施例。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本实用新型的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施例的构思充分传达给本领域普通技术人员。

为实现较小的腕关节尺寸，一些现有腕关节使用沟槽或孔道等对驱动线进行导向，这种方法的缺点是线和沟槽或孔道之间有很大的摩擦力，进而使得从近端向远端的运动传递精度降低、主从遥操作过程中产生滞后，影响手术效果。此外，这些摩擦还会加快驱动线的磨损，降低手术器械使用寿命。

图17示出了常规手术机器人系统的结构，手术机器人系统包括手术机器人10和设置于手术机器人10的手术器械12。手术机器人10包括基座15和可转动地设置在基座15的上端的至少一组机械臂11。每一组机械臂11的端部设置有该手术器械12。手术器械12能够可拆卸，以方便对手术器械12进行单独的更换和消毒。手术器械12包括后端机构14、主管路13和末端执行机构100。主管路13从后端机构14延伸到前端，末端执行机构100设置于主管路13的前端。后端机构14通过穿过主管路13的多个线缆对末端执行机构100进行驱动。其中，本文的近端定义为远离病人的一端，远端为越靠近病人的一端。

图1至图13示出了本实用新型的优选实施方式的末端执行机构100，用于手术器械，特别是手术微器械。如图1和图2所示，末端执行机构100可以包括末端执行元件110、中部支撑件120、至少一组导轮组、下部支撑件180和驱动线(图1和图2中未示出，参见图9至图13)。末端执行元件110可以是钳头、剪刀、夹子等任何形式的执行器。末端执行元件110通过中部支撑件120连接至下部支撑件180。至少一组导轮组设置于下部支撑件180并相对于下部支撑件180围绕导轮轴线可旋转。末端执行元件110围绕执行器轴线190可旋转。中部支撑件120与至少一组导轮组中的一组导轮组围绕导轮轴线可旋转。驱动线能够缠绕末端执行元件110和至少一组导轮组中的导轮。

如图1和图2所示，末端执行机构100包括末端的一对末端执行部、中部支撑件120、叉状的下部支撑件180，10个导轮、3个轴销。该一对末端执行部通过一个轴销被固定在中部支撑件120两侧，该一对末端执行部均可以绕其轴销的轴线独立地自由旋转以实现夹握动作，即该一对末端执行部相向旋转，松开动作，即该一对末端执行部反向旋转，和偏航动作，即该一对末端执行部同向旋转。中部支撑件120被其轴销穿过并固定在叉状的下部支撑件180中间，中部支撑件120可相对于叉状的下部支撑件180围绕其轴销的轴线旋转，以实现俯仰运动。

下面将结合附图具体描述末端执行机构100的上述部件的具体结构和设置方式。

需要说明的是，本文在描述末端执行机构100的各个部件、部分等使用的方向性术语，诸如“上”、“下”、“上方”、“下方”、“向上”、“向下”等是相对于处于竖向放置且正立状态(图1所示的末端执行机构100的放置状态)下的末端执行机构100而言的。

末端执行元件110包括相对设置的两个末端执行部，即第一末端执行部110a和第二末端执行部110b。这两个末端执行部的构造可以根据需要设置成与钳头、剪刀或夹子等对应的形状和结构。进一步地，第一末端执行部110a与第二末端执行部110b具有大致相同的结构，两者呈镜像布置。驱动线包括第一驱动线101和第二驱动线102。第一驱动线101用于第一末端执行部110a。第二驱动线102用于第二末端执行部110b。

如图3和图4所示，以第一末端执行部110a为例，图3示出了第一末端执行部110a的外侧结构，图4示出了第一末端执行部110a的内侧结构。第一末端执行部110a的头部可以设置有位于内侧的防滑结构111，例如交错布置的沟槽，这可防止被夹物体(例如人体组织和手术针)滑动。第一末端执行部110a的基部可以设置有沿竖向方向间隔布置的第一穿线孔112和第二穿线孔113，以及沿竖向方向间隔布置的第三穿线孔114和第四穿线孔115。这四个穿线孔均为通孔，具体是在末端执行元件110的内表面与其外表面之间延伸的通孔。

如图9和图10所示，第一驱动线101的第一线部分101a由第一末端执行部110a的内侧穿过第一穿线孔112并向下延伸穿过第二穿线孔113，第一驱动线101的第二线部分101b由第一末端执行部110a的内侧穿过第三穿线孔114并向下延伸穿过第四穿线孔115。

一个示例为，例如图示实施方式，第一线部分101a和第二线部分101b为一体结构，也就是说，第一驱动线101为一根线。驱动线在各穿线孔的入口和出口处反复弯折例如八次，产生塑性变形，从而使得驱动线固定在末端执行元件110上。可选择地，驱动线在末端执行元件110上的安装方式可替换为使用短管加紧驱动线，并通过短管两端卡住末端执行元件110上的结构以限制驱动线相对于末端执行元件110的移动。

另一个示例为，第一线部分101a和第二线部分101b为分体构件，也就是说，第一驱动线101为两根线，在该方案中，每根线的端部使用固连的接头(夹紧、胶接、焊接、铆接等方式)固定在末端执行元件110上以限制驱动线相对于末端执行元件110的移动。具体而言，可以将这两根驱动线的端头均焊接至第一末端执行部110a；或者通过诸如短管等辅助件将这两根驱动线的端头夹紧以卡接在相应的穿线孔或固定于第一末端执行部110a。

第一穿线孔112与第三穿线孔114在水平方向上位置对应，第二穿线孔113与第四穿线孔115在水平方向上位置对应。由此，在驱动线驱动末端执行部时，末端执行部可以保持平衡。第一穿线孔112与第二穿线孔113之间设置有第一槽116，第三穿线孔114与第四穿线孔115之间设置有第二槽117，第一槽116和第二槽117均设于末端执行元件110的外表面。驱动线位于第一槽116和第二槽117内，以限制驱动线的位置，使驱动线更牢固可靠地固定于末端执行部。

第二驱动线102设置于第二末端执行部110b的方式与第一驱动线101设置于第一末端执行部110a大致相同，为简洁起见，本文不再赘述。通过拉伸第一驱动线101和第二驱动线102两者的两个线部分，可以驱动第一末端执行部110a、第二末端执行部110b绕其轴线旋转。进一步地，通过独立旋转第一末端执行部110a、第二末端执行部110b可以实现腕关节的夹握和偏航动作。

与传统驱动线的安装方式相比，本实施方式的驱动线在末端执行元件110上的安装方式，极大地方便了装配且提高了手术器械使用的可靠性，特别是在手术微器械中尤为重要。

第一末端执行部110a的基部还可以设置有执行器轴孔118和第一导轮部119a。执行器轴孔118为通孔，具体是在末端执行元件110的内表面与其外表面之间延伸的通孔。第一导轮部119a位于第一末端执行部110a的内侧。从第二穿线孔113和第四穿线孔115向内侧穿出的驱动线能够对应缠绕至第一导轮部119a的两侧。

图5示出了本实施方式的中部支撑件120，如图5所示，中部支撑件120自近端向远端延伸，换句话说，中部支撑件120在器械轴线的方向上延伸，其中器械轴线的方向包括自器械近端至远端延伸的方向和自远端至近端延伸的方向，优选为沿第一方向D1延伸。末端执行元件110、中部支撑件120、至少一组导轮组和下部支撑件180在末端执行机构100的长度方向上布置，在图1所示的末端执行机构100的放置状态下，末端执行机构100的长度方向与竖向方向平行。本文的“第一方向D1”是指与手术器械近端至远端方向大致相同的方向或末端执行机构100的长度方向，或者说在图1所示的末端执行机构100的放置状态下，与竖向方向平行的方向。

中部支撑件120包括用于限定一个执行器轴线190的第一支撑部分121和用于限定一个导轮轴线的第二支撑部分122。末端执行元件110与第一支撑部分121围绕执行器轴线190可旋转。第二支撑部分122与至少一组导轮组中的一组导轮组围绕导轮轴线可旋转。具体地，第一支撑部分121设置有第一中部支撑孔123，第一中部支撑孔123的中心线限定执行器轴线190，换句话说，第一中部支撑孔123的中心线与执行器轴线190共线；第二支撑部分122设置有第二中部支撑孔124，第二中部支撑孔124的中心线限定一个导轮轴线，换句话说，第一中部支撑孔123的中心线与该导轮轴线共线。

执行器轴线190和由第二支撑部分122限定的导轮轴线为异面直线，且两者之间的夹角α为锐角。从另一方面进一步地说，如图6，图7所示，执行器轴线190在围绕由第二支撑部分122限定的导轮轴线可旋转的导轮组的水平截面P上具有执行器轴线投影190’，其中由第二支撑部分122限定的导轮轴线在该水平截面P上。执行器轴线投影190’与由第二支撑部分122限定的导轮轴线191非正交，或可谓其夹角α为锐角。在俯仰角度为0时，执行器轴线190和由第二支撑部分122限定的导轮轴线191均垂直于器械轴线的方向，其中器械轴线的方向为自近端至远端延伸的方向。俯仰角度为末端执行元件110绕导轮轴线191或俯仰轴线191转动偏离器械轴线的角度，偏航角度为末端执行元件110绕执行器轴线190或偏航轴线190转动偏离器械轴线的角度。

可以理解，本文中的执行器轴线190对应于偏航轴线，由第二支撑部分122限定的导轮轴线对应于俯仰轴线。

通过将俯仰轴线和偏航轴线两者布置成异面直线且非垂直，可以保证从末端执行元件110向下延伸至导轮组的驱动线与其配合的各导轮的导向结构之间相切，由此，在操作末端执行元件110时，驱动线与导轮的导向结构在最开始接触位置受力较小，产生的摩擦力较小，从而可以减小驱动线的磨损。

第一支撑部分121与第二支撑部分122为一体结构，或者第一支撑部分121与第二支撑部分122为分体构件。如图5和图6所示，第一支撑部分121和第二支撑部分122均构造成圆柱形状。第一支撑部分121与第二支撑部分122在两者的圆柱面处相连，第一支撑部分121位于第一末端执行部110a与第二末端执行部110b之间。中部支撑件120构造成类似扭转8字形状。

第一中部支撑孔123在第一方向D1上与第二中部支撑孔124间隔开，从而执行器轴线190在第一方向D1上与由第二支撑部分122限定的导轮轴线间隔开。

在图示实施方式中，至少一组导轮组包括上侧导轮组140和下侧导轮组160。上侧导轮组140相对于下部支撑件180围绕第一导轮轴线191可旋转，下侧导轮组160相对于下部支撑件180围绕第二导轮轴线192可旋转。中部支撑件120与上侧导轮组140同轴设置，即两者均围绕第一导轮轴线191可旋转。第一导轮轴线191可以平行于第二导轮轴线192。在该实施方式中，第二支撑部分122限定第一导轮轴线191，第二支撑部分122与上侧导轮组140围绕第一导轮轴线191可旋转。第二中部支撑孔124的中心线限定第一导轮轴线191，换句话说，第一中部支撑孔123的中心线与该第一导轮轴线191共线。

上侧导轮组140包括位于第二支撑部分122一侧的第一上侧导轮141和第二上侧导轮142以及位于第二支撑部分122另一侧的第三上侧导轮143和第四上侧导轮144。第一上侧导轮141位于第二上侧导轮142的外侧，第四上侧导轮144位于第三上侧导轮143的外侧。也就是说，第一上侧导轮141和第四上侧导轮144为外侧导轮，第二上侧导轮142和第三上侧导轮143为内侧导轮。进一步说，第二支撑部分122位于第二上侧导轮142与第三上侧导轮143之间。第二上侧导轮142的直径可以大于第一上侧导轮141的直径，第三上侧导轮143的直径可以大于第四上侧导轮144的直径。也就是说，位于内侧的上侧导轮可以大于位于外侧的上侧导轮。第一上侧导轮141的直径可以等于第四上侧导轮144的直径，第二上侧导轮142的直径可以等于第三上侧导轮143的直径。

根据本方案，在手术器械允许的直径范围内，通过在腕关节内侧选用大直径的导轮而外侧使用小直径的导向轮，尽可能的增大了上侧导轮组的各导轮的直径，进而增大了俯仰关节的关节刚度和驱动线的使用寿命，这点在手术微器械(例如小于4mm直径)中更加重要。

进一步地，还可以在第二支撑部分122垂直于俯仰轴线191且沿着器械轴线的方向的两侧额外固接两根驱动线，以增强末端执行元件的俯仰运动的稳定性和强度，且增加该腕关节的刚度。

下侧导轮组160包括顺序布置的第一下侧导轮161、第二下侧导轮162、第三下侧导轮163和第四下侧导轮164。第一下侧导轮161位于第二下侧导轮162的外侧，第四下侧导轮164位于第三下侧导轮163的外侧。也就是说，第一下侧导轮161和第四下侧导轮164为外侧导轮，第二下侧导轮162和第三下侧导轮163为内侧导轮。第二下侧导轮162与第三下侧导轮163之间可以通过轴套间隔开。第一下侧导轮161的直径等于或大于第二下侧导轮162的直径，第四下侧导轮164的直径等于或大于第三下侧导轮163的直径。也就是说，位于外侧的上侧导轮可以等于或大于位于内侧的上侧导轮。第一下侧导轮161的直径可以等于第四下侧导轮164的直径，第二下侧导轮162的直径可以等于第三下侧导轮163的直径。

导轮组中的每一个导轮均具有用于驱动线的导向结构。导向结构可以包括沟槽或孔道等任何合适的导向结构。通过导向结构可以分别对驱动线的各个线部分进行导向，以减小驱动线导向过程中的磨损。

根据本实施方式，提供了新型带导轮的四线驱动腕关节机构，其包括8个导轮和2个导轮部，且第一驱动线101的两个线部分和第二驱动线102的两个线部分被上侧导轮组140的相应导轮导向后沿腕关节径向方向被腕关节所允许的最大直径尺寸包络，以实现上侧导轮组140整体直径的最大化这使得带导轮的四线驱动腕关节机构能够在允许的微小尺寸下(例如直径4mm以下)实现更高的关节刚度。

如图7所示，第一导轮轴线191在上侧导轮组140的水平截面P上，进一步说，水平截面P延伸经过第二中部支撑孔124的中心线、上侧导轮组140的导轮的中心线。第一驱动线101沿水平截面P所截的截面为第一驱动线截面S1，第二驱动线102沿水平截面P所截的截面为第二驱动线截面S2。对应于第一上侧导轮141的第一驱动线截面S1与对应于第三上侧导轮143的第一驱动线截面S1二者的中心连线构成第一参考线L1。进一步说，第一驱动线101的第一线部分101a的截面与其第二线部分101b的截面二者的中心连线构成第一参考线L1。对应于第二上侧导轮142的第二驱动线截面S2与对应于第四上侧导轮144的第二驱动线截面S2二者的中心连线构成第二参考线L2。进一步说，第二驱动线102的第一线部分102a的截面与其第二线部分102b的截面二者的中心连线构成第二参考线L2。

第一参考线L1平行于第二参考线L2并且两者的中点C用于定位执行器轴线，优选为使得两者的中点位于执行器轴线投影190’上，也就是说，两者的中点连线重合于执行器轴线投影190’。实际应用时，该中点连线与执行器轴线投影190’也可以有些许偏差，或根据实际应用场景可选择合适的偏离角度，也就是说，在这些情况下，该中点连线偏离于执行器轴线投影190’。由此，执行器轴线190的位置可以由第一驱动线101的第一线部分101a和第二线部分101b的中心连线的中点C以及第二驱动线102的第一线部分102a和第二线部分102b的中心连线的中点C这两个点限定。而第一导轮部119a的位置可以由第一驱动线101的第一线部分101a和第二线部分101b的位置来确定，第一导轮部119a的位置为第一导轮部119a在水平截面P的投影位于第一参考线L1上，确保第一驱动线101与第一导轮部119a、第一上侧导轮141和第三上侧导轮143的诸如沟槽的导向结构相切以减少驱动线的磨损。同理，第二导轮部119b的位置可以由第二驱动线102的第一线部分102a和第二线部分102b的位置来确定，第二导轮部119b的位置为第二导轮部119b在水平截面P的投影位于与第二参考线L2上，确保第二驱动线102与第二导轮部119b、第二上侧导轮142和第四上侧导轮144的诸如沟槽的导向结构相切以减少驱动线的磨损。在实际设计中，考虑零件的可制造性等原因，可以适当地牺牲驱动线少量的寿命，适当调整第一导轮部119a和第二导轮部119b的位置，例如使得第一导轮部119a和第二导轮部119b的相对位置更近。此外，第一导轮部119a和第二导轮部119b的直径也可以适当加大以增加夹握和偏航自由度的刚度。该种布置也可使得驱动线的拉力对导轮的轴向力减小，理想状态可以不产生轴向力，从而减小轴向力引起的轴向摩擦。

如图8所示，下部支撑件180包括底壁体181和向上延伸的两个侧壁体182。由此，形成类似叉状结构。底壁体181设有用于驱动线穿过的过线孔，分别为间隔布置的第一过线孔183a、第二过线孔183b、第三过线孔183c和第四过线孔183d。第一过线孔183a和第二过线孔183b位于第二导轮轴线192的一侧，第三过线孔183c和第四过线孔183d位于第二导轮轴线192的另一侧。第一过线孔183a与第四过线孔183d靠近一个侧壁体182，第二过线孔183b与第三过线孔183c靠近另一侧壁体182。上侧导轮组140和下侧导轮组160位于两个侧壁体182之间，以将上侧导轮组140和下侧导轮组160限制在叉状结构中。两个侧壁体182中的每一个均设置有第一下部支撑孔184和第二下部支撑孔185，用于安装轴销。

末端执行机构100还包括执行器轴销130、第一导轮轴销150和第二导轮轴销170。末端执行元件110可旋转地设置于执行器轴销130，执行器轴销130位于第一中部支撑孔123内。由此，第一末端执行部110a、第一支撑部分121和第二末端执行部110b三者通过执行器轴销130连接在一起。上侧导轮组140可旋转地设置于第一导轮轴销150，第一导轮轴销150位于第二中部支撑孔124内。第一导轮轴销150固定于第一下部支撑孔184以支撑上侧导轮组140。由此，上侧导轮组140、第二支撑部分122通过第一导轮轴销150安装至下部支撑件180。下侧导轮组160可旋转地设置于第二导轮轴销170，第二导轮轴销170固定于第二下部支撑孔185以支撑下侧导轮组160。由此，下侧导轮组160通过第二导轮轴销170安装至下部支撑件180。

根据本方案，执行器轴销130同时穿过第一末端执行部110a、中部支撑件120和第二末端执行部110b，将中部支撑件120限制在位于其两侧的第一末端执行部110a和第二末端执行部110b之间。第一导轮轴销150同时穿过中部支撑件120、上侧导轮组140和下部支撑件180，将第一和第二上侧导轮限制在中部支撑件120的一侧同时将第三和第四上侧导轮限制在中部支撑件120的另一侧，并将上侧导轮组140限制在下部支撑件180的两个侧壁体182之间。第二导轮轴销170同时穿过下侧导轮组160和下部支撑件180，将下侧导轮组160限制在下部支撑件180的两个侧壁体182之间。

如图2，可以将执行器轴销130构造成直阶梯轴，由此，通过适当的公差选取，在无需额外安装夹具下可以保证两者末端执行部、中间支撑件和执行器轴销130之间的轴向间隙配合，极大地提高了加工工艺性以便于维护和装配。具体地，执行器轴销130构造成阶梯形状并且包括直径依次减小的大端头、轴销中部和小端头。第一末端执行部110a套设并固定于小端头。固定方式包括但不限于胶接、焊接、过盈配合。第二末端执行部110b和中部支撑件120两者间隙配合地套设于轴销中部，具体是轴销中部与第二末端执行部110b的孔和中部支撑件120孔间隙配合，第二末端执行部110b和中部支撑件120两者相对于轴销中部可旋转；大端头位于第二末端执行部110b的外侧且两者抵接，用于限制第二末端执行部110b向外侧移动，通过控制执行器轴销130的中部的长度尺寸，可以在连接执行器轴销130和第一末端执行部110a时无需额外的安装夹具保证第一末端执行部110a、中部支撑件120、第二末端执行部110b和执行器轴销130之间的轴向间隙。该方案的执行器轴销130同时穿过中部支撑件120、上侧导轮组140和下部支撑件180，将第一和第二上侧导轮限制在中部支撑件120的一侧同时将第三和第四上侧导轮限制在中部支撑件120的另一侧，并将上侧导轮组140限制在下部支撑件180的两个侧壁体182之间。

可以将导轮轴销构造成直阶梯轴，由此，通过适当的公差选取，在无需额外安装夹具下可以保证导轮组的各个导轮、下部支撑件180和导轮轴销之间的间隙配合，极大地提高了加工工艺性以便于维护和装配。具体地，上述两个导轮轴销均构造成阶梯形状并且包括直径依次减小的大端头、轴销中部和小端头。在同一导轮轴销上，成对的内侧导轮和成对的外侧导轮套设于轴销中部，小端头固定于下部支撑件180的孔内。固定方式包括但不限于胶接、焊接、过盈配合。通过控制导轮轴销的中部的长度尺寸，可以在连接导轮轴销和下部支撑件180时无需额外的安装夹具保证导轮组的各个导轮、下部支撑件180和导轮轴销之间的轴向间隙。

如图11、图12和图13所示，第一驱动线101缠绕第一末端执行部110a的第一导轮部119a。并且第一驱动线101的第一线部分101a从第一导轮部119a的一侧向下延伸并缠绕第一上侧导轮141，第一驱动线101的第二线部分101b从第一导轮部119a的另一侧向下延伸并缠绕第三上侧导轮143。第二驱动线102缠绕第二末端执行部110b的第二导轮部119b并且第二驱动线102的第一线部分102a从第二导轮部119b的一侧向下延伸并缠绕第二上侧导轮142。第二驱动线102的第二线部分102b从第二导轮部119b的另一侧向下延伸并缠绕第四上侧导轮144。

由第一上侧导轮141向下延伸的第一驱动线101的第一线部分101a从第一上侧导轮141与第一下侧导轮161之间穿过并向下缠绕第一下侧导轮161。由第三上侧导轮143向下延伸的第一驱动线101的第二线部分101b从第三上侧导轮143与第三下侧导轮163之间穿过并向下缠绕第三下侧导轮163。由第二上侧导轮142向下延伸的第二驱动线102的第一线部分102a从第二上侧导轮142与第二下侧导轮162之间穿过并向下缠绕第二下侧导轮162。由第四上侧导轮144向下延伸的第二驱动线102的第二线部分102b从第四上侧导轮144与第四下侧导轮164之间穿过并向下缠绕第四下侧导轮164。

由第一下侧导轮161向下延伸的第一驱动线101的第一线部分101a向下穿过第一过线孔183a。由第三下侧导轮163向下延伸的第一驱动线101的第二线部分101b向下穿过第二过线孔183b。由第二下侧导轮162向下延伸的第二驱动线102的第一线部分102a向下穿过第四过线孔183d。由第四下侧导轮164向下延伸的第二驱动线102的第二线部分102b向下穿过第三过线孔183c。由此，驱动线经过下部支撑件180的过线孔延伸到器械轴的内部。

根据本方案，第一上侧导轮141、第二上侧导轮142、第三上侧导轮143、第四上侧导轮144分别与第一下侧导轮161、第二下侧导轮162、第三下侧导轮163和第四下侧导轮164平行，分别对第一驱动线101的第一线部分101a、第二驱动线102的第一线部分102a、第一驱动线101的第二线部分101b，以及第二驱动线102的第二线部分102b进行导向，以减小驱动线导向过程中的磨损。同时拉动第一驱动线101的第一线部分101a和第二线部分101b并释放第二驱动线102的第一线部分102a和第二线部分102b，实现沿着第一导轮轴线191正向旋转，反之则反向旋转。第一驱动线101和第二驱动线102各自的两个线部分即第一线部分102a、第二线部分102b、第二线部分101b、第一线部分101a经过上侧导轮组140导向后再经过下侧导轮组160导向，最终经过对应的第四过线孔183d、第三过线孔183c、第二过线孔183b、第一过线孔183a延伸到器械轴内部。下侧导轮组160存在的目的是确保在俯仰关节使用角度范围内(例如在-90°～90°的范围内)时，第一驱动线101和第二驱动线102各自的两个线部分即第一线部分102a、第二线部分102b、第二线部分101b、第一线部分101a始终分别缠绕在第二上侧导轮142、第四上侧导轮144、第三上侧导轮143、第一上侧导轮141上，这可以保证俯仰关节运动角度和驱动线长度变化成线性关系，方便后端驱动机构的设计。

在其他实施方式中，中部支撑件120还可以具有不同于图5和图6所示的构型的构型。例如图14至图16所示的中部支撑件120可以构造成叉状结构。具体地，第一支撑部分121可以包括第一臂部221和第二臂部222。第一臂部221与第二臂部222间隔设置并且两者的延伸方向相同。第一臂部221和第二臂部222均设置有第一中部支撑孔123。第二支撑部分122构造成圆柱形状，并设置有第二中部支撑孔124。第一末端执行部110a和第二末端执行部110b能够位于第一臂部221和第二臂部222之间，并且两者通过执行器轴销固定于第一臂部221和第二臂部222。第二支撑部分122位于第二上侧导轮142与第三上侧导轮143之间，并通过导轮轴销固定于下部支撑件180。

在未示出的其他实施方式中，第一支撑部分121构造成圆柱形状，并位于第一末端执行部110a和第二末端执行部110b之间。第二支撑部分122包括第一臂部221与第二臂部222。第一臂部221与第二臂部222间隔设置并且两者的延伸方向相同。第一臂部221可以位于第一上侧导轮141与第二上侧导轮142之间，第二臂部222位于第三上侧导轮143与第四上侧导轮144之间；可替代地，第一臂部221可以位于第一上侧导轮141与下部支撑件180的一侧壁体182之间，第二臂部222位于第四上侧导轮144与下部支撑件180的另一侧壁体182之间；可替代地，第一臂部221和第二臂部222位于下部支撑件180的外侧。

此外，在其他实施方式中，3自由度腕关节可以通过将第一末端执行部110a和第二末端执行部110b合二为一减小一个自由度以实现2自由度腕关节，末端执行元件110可以替换成带电的能量灼烧头或者激光光纤等。

根据本实用新型的另一方面提供了一种手术器械，其包括根据上述任一实施方式的末端执行机构100。

除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本实用新型。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。

本实用新型已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，本实用新型并不局限于上述实施例，根据本实用新型的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本实用新型所要求保护的范围以内。

Claims (26)

1.一种手术器械的末端执行机构，其特征在于，包括：

下部支撑件；

至少一组导轮组，所述至少一组导轮组设置于所述下部支撑件并相对于所述下部支撑件围绕导轮轴线可旋转；

中部支撑件，所述中部支撑件包括用于限定一个执行器轴线的第一支撑部分和用于限定一个所述导轮轴线的第二支撑部分，所述第二支撑部分与所述至少一组导轮组中的一组导轮组围绕所述导轮轴线可旋转，其中第一支撑部分位于第二支撑部分的远端方向；以及

末端执行元件，所述末端执行元件通过中部支撑件连接至所述下部支撑件，所述末端执行元件与所述第一支撑部分围绕执行器轴线可旋转，

其中，所述执行器轴线和由所述第二支撑部分限定的所述导轮轴线为异面直线，且两者之间的夹角为锐角。

2.根据权利要求1所述的末端执行机构，其特征在于，在俯仰角度为0时，所述执行器轴线和由所述第二支撑部分限定的所述导轮轴线均垂直于器械轴线的方向，所述器械轴线的方向为自近端至远端延伸的方向。

3.根据权利要求1所述的末端执行机构，其特征在于，还包括执行器轴销和导轮轴销，所述第一支撑部分设置有第一中部支撑孔，所述末端执行元件可旋转地设置于所述执行器轴销，所述执行器轴销位于所述第一中部支撑孔内，所述第二支撑部分设置有第二中部支撑孔，所述导轮组可旋转地设置于所述导轮轴销，所述导轮轴销位于所述第二中部支撑孔内。

4.根据权利要求3所述的末端执行机构，其特征在于，所述执行器轴销构造成阶梯形状并且包括直径依次减小的大端头、轴销中部和小端头。

5.根据权利要求4所述的末端执行机构，其特征在于，所述末端执行元件包括第一末端执行部和第二末端执行部，所述第一末端执行部套设并固定于所述小端头，所述第一末端执行部和所述中部支撑件两者间隙配合地套设于所述轴销中部且相对于所述轴销中部可旋转，所述大端头位于所述第二末端执行部的外侧且两者抵接。

6.根据权利要求1所述的末端执行机构，其特征在于，所述至少一组导轮组包括上侧导轮组，所述上侧导轮组相对于所述下部支撑件围绕第一导轮轴线可旋转，所述上侧导轮组包括位于所述第二支撑部分一侧的第一上侧导轮和第二上侧导轮以及位于所述第二支撑部分另一侧的第三上侧导轮和第四上侧导轮，所述第一上侧导轮位于所述第二上侧导轮的外侧，所述第四上侧导轮位于所述第三上侧导轮的外侧。

7.根据权利要求6所述的末端执行机构，其特征在于，所述第二上侧导轮的直径大于所述第一上侧导轮的直径，所述第三上侧导轮的直径大于所述第四上侧导轮的直径。

8.根据权利要求6所述的末端执行机构，其特征在于，还包括执行器轴销，所述执行器轴销构造成阶梯形状并且包括直径依次减小的大端头、轴销中部和小端头，所述末端执行元件包括第一末端执行部和第二末端执行部，所述第一末端执行部套设并固定于所述小端头，所述第一末端执行部和所述中部支撑件两者间隙配合地套设于所述轴销中部且相对于所述轴销中部可旋转，所述大端头位于所述第二末端执行部的外侧且两者抵接。

9.根据权利要求6至8中的任一项所述的末端执行机构，其特征在于，还包括执行器轴销、第一驱动线和第二驱动线，所述末端执行元件包括第一末端执行部和第二末端执行部，所述第一末端执行部、所述第一支撑部分和所述第二末端执行部三者通过所述执行器轴销连接在一起；

所述第一驱动线缠绕所述第一末端执行部的第一导轮部并且所述第一驱动线的第一线部分从所述第一导轮部的一侧向下延伸并缠绕所述第一上侧导轮，其第二线部分从所述第一导轮部的另一侧向下延伸并缠绕所述第三上侧导轮；

所述第二驱动线缠绕所述第二末端执行部的第二导轮部并且所述第二驱动线的第一线部分从所述第二导轮部的一侧向下延伸并缠绕所述第二上侧导轮，其第二线部分从所述第二导轮部的另一侧向下延伸并缠绕所述第四上侧导轮。

10.根据权利要求9所述的末端执行机构，其特征在于，所述第一支撑部分和所述第二支撑部分均构造成圆柱形状，所述第一支撑部分与所述第二支撑部分在两者的圆柱面处相连，所述第一支撑部分位于所述第一末端执行部与所述第二末端执行部之间。

11.根据权利要求9所述的末端执行机构，其特征在于，所述第一支撑部分包括第一臂部和第二臂部，所述第一臂部与所述第二臂部间隔设置并且两者的延伸方向相同，所述第二支撑部分构造成圆柱形状，所述第一末端执行部和所述第二末端执行部位于所述第一臂部和所述第二臂部之间。

12.根据权利要求1所述的末端执行机构，其特征在于，所述第一支撑部分构造成圆柱形状，所述第二支撑部分包括第一臂部与第二臂部，所述第一臂部与所述第二臂部间隔设置并且两者的延伸方向相同。

13.根据权利要求1所述的末端执行机构，其特征在于，所述第一支撑部分与所述第二支撑部分为一体结构，或者所述第一支撑部分与所述第二支撑部分为分体构件。

14.根据权利要求9所述的末端执行机构，其特征在于，

所述第一导轮轴线在所述上侧导轮组的水平截面上，所述第一驱动线沿所述水平截面所截的截面为第一驱动线截面，所述第二驱动线沿所述水平截面所截的截面为第二驱动线截面，

对应于所述第一上侧导轮的所述第一驱动线截面与对应于所述第三上侧导轮的所述第一驱动线截面二者的中心连线构成第一参考线；

对应于所述第二上侧导轮的所述第二驱动线截面与对应于所述第四上侧导轮的所述第二驱动线截面二者的中心连线构成第二参考线；

所述第一参考线平行于所述第二参考线并且两者的中点连线重合于或偏离于所述执行器轴线在所述水平截面上的投影。

15.根据权利要求14所述的末端执行机构，其特征在于，所述第一导轮部在所述水平截面的投影位于所述第一参考线上，所述第二导轮部在所述水平截面的投影位于所述第二参考线上。

16.根据权利要求9所述的末端执行机构，其特征在于，所述导轮组还包括下侧导轮组，所述下侧导轮组相对于所述下部支撑件围绕第二导轮轴线可旋转，所述下侧导轮组包括第一下侧导轮、第二下侧导轮、第三下侧导轮和第四下侧导轮，所述第一下侧导轮位于所述第二下侧导轮的外侧，所述第四下侧导轮位于所述第三下侧导轮的外侧。

17.根据权利要求16所述的末端执行机构，其特征在于，所述第一下侧导轮的直径等于或大于所述第二下侧导轮的直径，所述第四下侧导轮的直径等于或大于所述第三下侧导轮的直径。

18.根据权利要求16所述的末端执行机构，其特征在于，

由所述第一上侧导轮向下延伸的所述第一驱动线从所述第一上侧导轮与所述第一下侧导轮之间穿过并向下缠绕所述第一下侧导轮，由所述第三上侧导轮向下延伸的所述第一驱动线从所述第三上侧导轮与所述第三下侧导轮之间穿过并向下缠绕所述第三下侧导轮；

由所述第二上侧导轮向下延伸的所述第二驱动线从所述第二上侧导轮与所述第二下侧导轮之间穿过并向下缠绕所述第二下侧导轮，由所述第四上侧导轮向下延伸的所述第二驱动线从所述第四上侧导轮与所述第四下侧导轮之间穿过并向下缠绕所述第四下侧导轮。

19.根据权利要求16所述的末端执行机构，其特征在于，所述下部支撑件包括底壁体和向上延伸的两个侧壁体，所述底壁体设有用于驱动线穿过的过线孔，所述上侧导轮组和所述下侧导轮组位于所述两个侧壁体之间，所述两个侧壁体中的每一个均设置有第一下部支撑孔和第二下部支撑孔，所述上侧导轮组由固定于所述第一下部支撑孔的导轮轴销支撑，所述下侧导轮组由固定于所述第二下部支撑孔的导轮轴销支撑。

20.根据权利要求1-8、12-13中的任一项所述的末端执行机构，其特征在于，还包括驱动线，所述末端执行元件包括相对设置的第一末端执行部和第二末端执行部，所述第一末端执行部和所述第二末端执行部中的每一个均设置有沿竖向方向间隔布置的第一穿线孔和第二穿线孔，以及沿竖向方向间隔布置的第三穿线孔和第四穿线孔，所述驱动线的第一线部分由所述末端执行部的内侧穿过所述第一穿线孔并向下延伸穿过所述第二穿线孔，其第二线部分由所述末端执行部的内侧穿过所述第三穿线孔并向下延伸穿过所述第四穿线孔。

21.根据权利要求20所述的末端执行机构，其特征在于，所述第一穿线孔与所述第三穿线孔在水平方向上位置对应，所述第二穿线孔与所述第四穿线孔在水平方向上位置对应。

22.根据权利要求20所述的末端执行机构，其特征在于，所述第一穿线孔与所述第二穿线孔之间设置有第一槽，所述第三穿线孔与所述第四穿线孔之间设置有第二槽，所述第一槽和所述第二槽均设于所述第一末端执行部和所述第二末端执行部的外表面，所述驱动线位于所述第一槽和所述第二槽内。

23.根据权利要求20所述的末端执行机构，其特征在于，所述第一线部分和所述第二线部分为一体结构，或者所述第一线部分和所述第二线部分为分体构件。

24.根据权利要求1-8、12-13中的任一项所述的末端执行机构，其特征在于，所述至少一组导轮组中的每一个导轮均具有用于驱动线的导向结构，所述导向结构包括沟槽或孔道。

25.根据权利要求1-8、12-13中的任一项所述的末端执行机构，其特征在于，在所述第二支撑部分垂直于由所述第二支撑部分限定的所述导轮轴线且沿着器械轴线的方向的两侧分别固接至少一根驱动线。

26.一种手术器械，其特征在于，包括根据权利要求1至25中的任一项所述的末端执行机构。

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