器械夹持装置、从操作设备及手术机器人的制作方法

1.本实用新型涉及医疗器械领域，特别是涉及一种用于夹持外科手术设备的器械夹持装置、具有该器械夹持装置的从操作设备及具有该装置的手术机器人。


背景技术：

2.微创手术是指利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械及相关设备在人体腔体内部施行手术的一种手术方式。相比传统手术方式微创手术具有创伤小、疼痛轻、恢复快等优势。
3.随着科技的进步，微创手术机器人技术逐渐成熟，并被广泛应用。微创手术机器人通常包括主操作台及从操作设备，主操作台用于根据医生的操作向从操作设备发送控制命令，以控制从操作设备，从操作设备用于响应主操作台发送的控制命令，并进行相应的手术操作。从操作设备的机械臂的器械支撑臂驱动手术器械运动以对人体执行手术操作，人体需要病灶附近开创一个切口以允许手术器械进入人体内部，在切口处需要放置引导手术起人进入人体的器械，例如戳卡(trocar，又称穿刺器)，戳卡用于支撑切口以允许手术器械的远端穿过戳卡进入人体内部，同时允许气体进入通过戳卡输入人体内以膨胀支撑体腔。当戳卡被定位到切口后，需要操纵器械支撑臂以使其与戳卡对接起来，使器械支撑臂能带动戳卡运动，实现穿过戳卡的手术器械的多自由运动。一般使用一种夹持装置将器械支撑臂和戳卡对接起来，而现有的器械夹持装置存在对戳卡夹持不够牢固的问题，使手术过程中存在戳卡从夹持装置内脱离的风险，如何牢固地将戳卡和器械支撑臂对接起来目前没有较好的解决方案。


技术实现要素：

4.基于此，为解决上述技术问题，本实用新型提供一种器械夹持装置、具有该器械夹持装置的从操作设备以及包括该从操作设备的手术机器人。其中器械夹持装置包括：
5.壳体；
6.两个夹持臂，所述夹持臂枢接在所述壳体上，所述夹持臂包括位于所述壳体内的支撑部和位于所述壳体外用于夹持器械的夹紧部；
7.驱动块，所述驱动块包括楔形部和基座，所述楔形部一端与所述基座固定连接，两个所述夹紧部用于在所述楔形部位于第一位置时处于夹持状态，所述楔形部用于从所述第一位置移至第二位置而抵触所述支撑部，从而带动两个所述夹持部向外张开以处于张开状态；
8.第一弹性件，所述第一弹性件的一端与所述基座相抵接，所述第一弹性件被配置为在所述楔形部位于所述第二位置时弹性形变并在弹性回复时驱动所述楔形块从所述第二位置移动至所述第一位置；
9.操作机构，所述操作机构与所述基座相连接并用于驱动所述楔形部从所述第一位置移动至所述第二位置。
10.优先地，所述装置还包括第二弹性件，所述第二弹性件被设置在所述支撑部与所
述壳体之间并处于弹性形变状态，或者所述第二弹性被设置在两个所述支撑部之间并处于弹性变形状态。
11.优先地，所述支撑部的末端还设置有转动件，所述楔形部用于在所述第一位置与所述第二位置移动时与所述转动件抵触而带动所述转动件转动。
12.优先地，所述第二弹性件被配置为弹性抵触所述支撑部使所述转动件紧贴所述楔形部。
13.优先地，所述装置还包括一个以上的插销和设置在所述壳体内的安装座，所述插销的一端与所述基座固定连接，所述安装座还具有用于收容所述插销的另一端的导向孔，所述插销的另一端用于在所述驱动块运动的过程中在所述导向孔内滑动。
14.优先地，插销为两个，所述两个插销的另一端分别收容在两个不同的所述导向孔内。
15.优先地，所述装置还包括设置在所述壳体内的安装座，所述第一弹性件一端套设在所述插销上，所述第一弹性件另一端安装在所述安装座内。
16.优先地，所述操作机构包括操作柄、第一连杆及第二连杆，所述第一连杆的第一端与所述壳体枢接，所述第一连杆的第二端与所述操作柄固定连接并与所述第二连杆的一端枢接，所述第二连杆的另一端与所述驱动块枢接，所述操作柄和所述第一连杆一起围绕所述第一连杆的第一端与所述壳体的枢接轴线沿第一方向旋转而驱动所述第二连杆推动所述驱动块从所述第一位置移动至所述第二位置。
17.优先地，操作柄和所述第一连杆被配置为在所述第一弹性件驱动所述驱动块从所述第二位置移动至所述第一位置时，所述操作柄和所述第一连杆一起围绕所述第一连杆的第一端与所述壳体的枢接轴线沿与所述第一方向相反的第二方向旋转。
18.优先地，所述第一连杆的第一端通过第一枢轴与所述壳体连接，所述第一连杆的第二端与通过第二枢轴与所述第二连杆的一端连接，所述第二连杆的另一端通过第三枢轴与所述驱动块连接。
19.优先地，所述第一连杆的第一端通过所述第一枢轴与所述壳体的近端侧面连接。
20.优先地，所述第一连杆位于所述装置的中心面上。
21.优先地，所述操作柄和所述第一连杆被配置为一起围绕所述第一枢轴沿所述第一方向旋转以驱动所述第二枢轴朝所述装置的近端的方向运动。
22.优先地，所述操作柄和所述第一连杆被配置为一起围绕所述第一枢轴沿所述第一方向旋转以驱动所述第三枢轴朝远离所述夹持臂的方向运动。
23.优先地，所述第二连杆为圆弧形状且所述圆弧形状的第二连杆的圆心处于所述装置的近端。
24.优先地，所述基座包括容纳槽，所述容纳槽用于容纳所述第二连杆。
25.优先地，所述操作机构包括操作柄和第一连杆，第一连杆的第一端与所述操作柄固定连接，所述第一连杆的第二端与所述驱动块固定连接，所述操作柄被用于通过所述第一连杆推动所述驱动块运动。
26.优先地，所述楔形部包括第一侧面和第二侧面，所述第一侧面到所述楔形部的中线的距离小于所述第二侧面到所述楔形部的中线的距离。
27.优先地，所述楔形部的侧面还包括斜面形状的第一过渡面和弧形状的第二过渡
面，所述第一过渡面与所述第一侧面平滑连接，所述第二过渡面与所述第二侧面平滑连接，所述第一过渡面与所述第二过渡面平滑连接。
28.优先地，所述第一过渡面与所述中线的夹角大于所述第一侧面或所述第二侧面与所述中线的夹角。
29.优先地，所述第二过渡面与所述中线的夹角大于30
°
且小于50
°
。
30.优先地，所述第二侧面与所述中线的夹角小于10
°
。
31.优先地，所述基座还具有沿大致垂直于所述第二侧面的方向延伸出的阻挡部，所述阻挡部被配置为在所述驱动块朝靠近所述夹持臂的方向移动到所述第一位置时与所述支撑部的末端抵触。
32.一种从操作设备，所述从操作设备包括机械臂，所述机械臂的远端设置有上述的器械夹持装置。
33.一种手术机器人，所述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向所述从操作设备发送控制命令，以控制所述机械臂执行相应操作。
34.本实用新型提供的用于器械夹持装置的用于驱动夹持臂夹紧器械的弹性件的弹力方向与驱动块的运动方向相同，从而能使驱动块在夹持臂夹紧器械时受到较大的来自弹性件所施加的弹力，从而使夹持臂能牢固的夹持住器械，另外本实用新型通过操作机构推动驱动块运动能比较省力和方便释放夹持装置。
附图说明
35.图1为本实用新型一实施例的主操作控制台示意图；
36.图2为本实用新型一实施例的从操作设备示意图；
37.图3为本实用新型一实施例的器械支撑臂结构示意图；
38.图4a
‑
4c为本实用新型一实施例的器械夹持装置的夹持臂张开状态示意图；
39.图5a为4a所示的实施例中的操作机构和驱动块的结构示意图；
40.图5b为图5a所示的实施例中的驱动块结构示意图；
41.图6a
‑
6c为图4a所示的实施例的器械夹持装置的夹持臂夹紧状态示意图；
42.图7为本实用新型有另一实施例的器械夹持装置结构示意图；
43.图8为本实用新型又一实施例中的操作机构和驱动块的结构示意图。
具体实施方式
44.为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的较佳实施方式。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本实用新型的公开内容理解的更加透彻全面。
45.需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“耦合”另一个元件，它可以是直接耦合到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。本文
所使用的术语“远端”、“近端”作为方位词，该方位词为介入医疗器械领域惯用术语，其中“远端”表示手术过程中远离操作者的一端，“近端”表示手术过程中靠近操作者的一端。本文所使用的“完全耦合”可以被广义地理解为其中两个或更多物体以一种方式被连接到任何事件，改方式允许绝对耦合的物体彼此在一起进行操作，使得物体之间至少在一个方向上没有相对移动，例如突出物和凹槽的耦合,说明书和权利要求书中，术语“耦合”、“接合”、“耦接”可以互换使用。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
46.如图1、图2所示，手术机器人包括从操作设备10和主操作台20。其中，主操作台20用于根据医生的操作向从操作设备10发送控制命令，以控制从操作设备10，其还用于显示从设备10获取的影像。从操作设备10用于响应主操作台20发送的控制命令，并进行相应的操作，并且从操作设备10还用于获取体内的影像。
47.从操作设备10包括多个机械臂11，机械臂11包括多个连杆和关节，连杆位于两个关节之间，机械臂11的远端设置有器械支撑臂13，手术器械14滑动地安装在器械支撑臂13上，手术器械14可以在器械支撑臂13上朝器械支撑臂 13的远端或近端移动，以实现手术器械14的远端进入或抽离人体。手术器械 14包括驱动装置15、长轴16和位于长轴16远端的末端执行器17，驱动装置 15与器械支撑臂13上的致动装置130相连接，致动装置130滑动地设置在器械支撑臂13上，手术器械14在致动装置130的带动下可以沿器械支撑臂13的近端和远端移动，致动装置130内设置有多个致动器(图未示出)，多个致动器与驱动装置15内的传动机构相接合，位于长轴16远端的末端执行器17穿过器械进入人体内部，致动器通过传动机构驱动手术器械14的远端的末端执行器17 在人体内执行手术操作。
48.器械支撑臂13的远端设置有器械夹持装置100，器械12(例如戳卡)通过器械夹持装置100与器械支撑臂13对接在一起，从而通过机械臂11可以带动器械一起运动，由于器械被对接在器械支撑臂13上，机械臂11可以驱动器械围绕一个远程不动点进行旋转运动，此时穿过器械的手术器械14同样围绕该远程不动点旋转，以使手术器械在人体内部有更大运动范围。
49.参看图4a
‑
图4c，如图4a所示，器械夹持装置100设置在器械支撑臂13 的远端，器械夹持装置100的外部结构包括壳体110、用于夹紧器械的夹持臂和操作机构120，夹持臂包括结构基本相同的第一夹持臂131和第二夹持臂132，第一夹持臂131和第二夹持臂132枢接在壳体110上，第一夹持臂131和第二夹持臂132的部分位于壳体110的外部，部分位于壳体110的内部，其中第一夹持臂131和第二夹持臂132的用于夹紧器械12的部分位于壳体110的外部，可以使操作者更直观的观察器械与器械夹持装置100的对接过程。
50.图4b和图4c为夹持臂在张开状态的截面图，图5a为操作机构120和驱动块140的连接结构示意图，如图4b
‑
5b所示，操作机构120包括位于壳体110 外部供操作者使用的操作柄121、第一连杆122和第二连杆124，壳体110的近端侧面111上具有操作孔112，操作柄121的远端穿过操作孔112与第一连杆122 相连接。本实施例中，第一连杆122与操作柄121一体成型，第一连杆122呈直杆形状，第一连杆122的第一端122a与操作柄121固定连接，第一连杆122 的第二端122b通过第一枢轴123与位于近端侧面111内部的固定座112旋转连接，从
驱动朝远离夹持臂的方向运动至第二位置，由于第二弹性件1313、1323始终处于压缩状态，因此在驱动块140的运动过程中，第一夹持臂131的第一转动件 1314和第二夹持臂132的第二转动件1324紧贴在楔形部141的侧面143上从第二侧面144逐渐滚动到尖端部147附近的第一侧面146上。在该过程中，第一夹持臂131的第一支撑部1312和第二夹持臂的第二支撑部1322彼此相互靠近，进而驱使第一夹持臂131和第二夹持臂132绕轴a1、a2旋转，第一夹持臂131 的第一夹紧部1311和第二夹紧部1321相互远离，使得夹持臂处于图4c所示的张开状态。
58.如图6a
‑
图6c所示，当操作者释放操作机构120的操作柄121，被压缩的第一弹性件151将推动驱动块140朝靠近夹持臂的方向运动到从第二位置运动到第一位置，在该运动过程中，一方面，第三枢轴126和驱动块140一起朝靠近夹持臂的方向运动，第二连杆124即绕第三枢轴126逆时针旋转又和第三枢轴126一起朝靠近夹持臂的方向运动，使得第二枢轴125被第二连杆124带动沿器械夹持装置100的近端移动，第一连杆122和操作柄121被第二连杆124 驱动绕第一枢轴123的轴线沿第二方向(顺时针)旋转运动，从而使操作121 恢复到未必按压的状态；另一方面，第一夹持臂131的第一转动件1314和第二夹持臂132的第二转动件1324将紧贴楔形部141的侧面143从第一侧面146通过过渡部145滚动到第二侧面144上，从而驱动第一夹持臂131的第一支撑部 1312和第二夹持臂132的第二支撑部1322相互远离，使得第一夹紧部1311和第二夹紧部1321绕轴a1、a2沿相互靠近的方向旋转，从而使第一夹持131和第二夹持臂132夹紧器械6。
59.第二枢轴125相比第一枢轴123和第三枢轴126更靠器械夹持装置的近端，第一连杆122位于器械夹持装置100的中心面上，中心面即图4b的剖面，使得第一枢轴123位于第一夹持臂131和第二夹持臂132之间，第一枢轴123、第二枢轴125及第三枢轴126都分布在器械夹持装置100的中心面上，第二枢轴125 的长度可以大致与第一连杆122或第二连杆124的宽度相等。在操作者释放操作柄121后，第二枢轴125沿器械夹持装置100的近端移动可能需要穿过操作孔112，由于第二枢轴125的长度大致等于第一连杆122或第二连杆124宽度，因此用于允许第二枢轴125穿过的操作孔112的宽度只需要大于第二枢轴125 的长度即可，从而可以使操作孔112比较小，防止其他异物通过操作孔112进入到器械夹持装置100的内部。
60.如图5a和图6b所示，第二连杆124为圆弧形的连杆，且圆弧形的第二连杆124的圆心朝向器械夹持装置100的近端，由于驱动块140从第二位置移动至第一位置时与第二连杆124的近端会随第二枢轴125一起朝器械夹持装置100 的近端移动并穿过操作孔112，而在较小的操作孔112的情况下，圆弧形的第二连杆124比笔直形状的第二连杆能使第二连杆124伸出操作孔112的长度更大，以使在操作孔122更小的情况下，第二连杆124也能沿器械夹持装置100的近端移动较大距离，使驱动块140充分到达第一位置，从而使夹持臂能牢固的夹紧器械。
61.进一步，如图5b所示，楔形部141的第一侧面146与第二侧面144通过过渡部145平滑连接，因此当驱动块140移动时，夹持臂的第一滚动轮件1314和第二转动件1324能够在楔形部141的侧面143进行平顺的滚动。具体地，过渡部145包括第一过渡面145a和第二过渡面145b，第一侧面146有为弧形面，第一过渡面145a和第二侧面144为斜面，第二过渡面145b为弧形面，弧形的第一侧面1416与斜面的第一过渡面145a没有突变的平顺连接，第一过渡面145a 与第二侧面144通过第二过渡面145b没有突变的平顺连接，以使转动件1314、 1324能
在第一侧面146和第二侧面144之间平顺的滚动。在其他的一些实施例中第一侧面146和第一过渡面145a可以都为弧形面结构，或者第一尖端部1411 和第二尖端部1412都为斜面，亦或者第一尖端部1411为斜面结构，第二尖端部1412弧形面结构。
62.第一过渡面145a与楔形部141的中线x的夹角(图5b中直线d与中线x 的夹角)大于第一侧面146、第二侧面144及第二过渡面145a中的任一面的切线与中线x的夹角，即第一过渡面145a斜率大于第一侧面146、第二侧面144 及第二过渡面145a中任一面的斜率。因此，当夹持臂的第一转动件1314和第二转动件1324在第二侧面144和第一侧面146之间滚动时，第一转动件1314 和第二转动件1324能迅速通过第一过渡面145a达到第一侧面146或第二侧面 144上，使夹持臂能迅速张开或夹紧。在一实施例中，第一过渡面145a与楔形部141的中线x的夹角在50
°
到50
°
之间，在该区间范围内既可以使夹持臂能迅速张开或夹紧，也可以使第一弹性部151能顺利推动驱动块140从第二位置移动到第一位置。
63.如上所述，当操作者释放操作机构120后，第一弹性部151推动驱动块140 从第二位置移动至第一位置，此时需要使夹持臂在手术过程中能始终稳定的保持夹紧器械12的状态。故本实用新型的第二侧面144与楔形部141的中线x之间的夹角范围小于10度，该夹角在此取值范围内可以使器械在手术过程中施加于驱动块240的摩擦力小于第一弹性部151施加给驱动块140的弹力，因此可以始终保持驱动块处于第一位置。
64.驱动块140的基座142和楔形部141大致呈“t”形，基座142沿大致垂直楔形部141的第二侧面144的方向延伸出阻挡部142a，当驱动块140被第一弹性件151驱动朝靠近夹持臂的方向运动位于第一位置时或者超过第一位置时，阻挡部142a与第一转动件1314和第二转动件1324抵触，进而阻挡驱动块140 继续朝靠近夹持臂的方向运动，防止第一转动件1314和第二转动件1324脱离出驱动块140。基座142的中间区域形成有容纳槽149，在第二枢轴125朝器械夹持装置100的远端移动的过程中，第二连杆124可以被容纳在容纳槽149，从而避免在操作操作机构120的过程中第二连杆124抵触到驱动块140的其他部位。
65.一实施例中，器械夹持装置的夹持臂的支撑部末端不设置转动件，而是使用支持部的末端之间与楔形件的侧面直接接触。如图7所示，器械夹持装置的第一夹持臂231的第一支撑部2312的末端具有第一抵触面231’，第二夹持臂232 的第二支撑部2322的末端具有第二抵触面232’，第一抵触面231’和第二抵触面 232’直接与驱动块240的楔形部241的侧面243相抵触，当操作人员操作操作机构使得驱动块移动时，夹持臂的第一抵触面231’和第二抵触面232’在驱动块240 的侧面243上滑动，使夹持臂围绕枢轴a1、a2转动，从而实现夹持臂的张开或夹紧。但该实施例的效果不如上一实施例即使用转动件效果好，具体的，使夹持臂的第一抵触面231’和第二抵触面232’直接在楔形部241的侧面243上滑动，由于接触面与侧面之间存在较大滑动的摩擦，使用时间长之后会使得夹持臂的末端受到磨损，从而使的夹持臂对器械12的夹持不够牢固。
66.另外，在驱动部240从第二位置移动到第一位置的过程，即楔形部240沿图7中b所示方向移动的过程，夹持臂的第一抵触面231’和第二抵触面232’从楔形部241的第一侧面246滑向第二侧面244，由于第一抵触面231’和第二抵触面232’与楔形部241的侧面243之间是滑动摩擦，而滑动摩擦比滚动摩擦要大很多，因此可能会因为摩擦力过大而第一弹性部251弹力不够的情形，从而导致第一抵触面231’和第二抵触面232’不能顺利地从楔形部241的第一侧面246 滑向第二侧面244，从而导致夹持臂不能夹紧器械12。相比之下，图4a所示
的实施例中使用转动件使夹持臂和驱动块之间的摩擦为滚动摩擦，由于滚动摩擦远小于滑动摩擦，使转动件能顺利地在楔形部的侧面上来回滚动，另外，对于推动驱动块从第二位置到第一位置的弹力也要求小的多，从而可以使用较小弹性系数的第一弹性部来推动驱动块从第二位置移动到第一位置，使用较小弹力的第一弹性部能使操作人员能用较小的力操作操作机构就能实现驱动块从第二位置移动到第一位置。在其他的一些实施例中，在楔形部侧面和/或夹持臂的支撑部使用摩擦系数小的材料制成，例如复合材料制成，或者在与楔形部的侧面和/或在夹持臂的支撑部的抵触面上镀有减少摩擦的材料，例如镀有聚四氟乙烯 (ptfe)，聚对二甲苯等，从而减少夹持臂和驱动块直接的滑动摩擦力。
67.图5a所示的操作操作机构120使用连杆机构与驱动块140连接，虽然这种连接时操作者更省力，但也增加了操作机构的复杂性，本实用新型另一实施例的操作机构和驱动块如图8所示，操作机构320仅包括操作柄321和第一连杆 322，第一连杆322的近端与所述操作柄321固定连接，或所述第一连杆322与所述操作柄321一体成型，驱动块340的楔形部341的顶部343上设置有固定槽343，第一连接杆322的末端直接固定在固定槽341内，驱动块340的基座 342与第一弹性部351连接，操作者在推操作柄321时，第一连杆322推动驱动块340在第一位置和第二位置之间运动并压缩第一弹性部351，本实施例的器械夹持装置其他部件与图4a所示的实施例基本相同，此处不再赘述。本实施例的操作机构320的结构虽然比图4a所示的实施例的结构简单一些，但需要操作者使用更大的力来推动驱动块340的运动。
68.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。