手术器械和手术机器人的制作方法

1.本实用新型实施例医疗器械领域，尤其涉及一种手术器械和手术机器人。


背景技术：

2.近年来，手术机器人在临床手术中的应用越来越受到人们的重视。手术机器人包括控制台和操作臂。操作臂包括位于端部的手术器械、以及可操作地连接到手术器械以便致动手术器械的器械驱动单元。手术器械包括与器械驱动单元连接的从动机构、以及与从动机构连接的末端执行器。器械驱动单元驱动从动机构，进而驱动末端执行器以代替人手在人体内进行手术操作。
3.现有的从动机构通常分为两类：钢丝绳传动型和连杆传动型。钢丝绳传动型从动机构的灵活度高，在有限的空间内可以实现较多的运动自由度。然而，钢丝绳传动型从动机构具有刚度不够、容易发生蠕变等缺点。连杆传动型从动机构刚好可以解决这些问题。
4.然而，本发明人发现，现有的连杆传动型从动机构的灵活度不够。


技术实现要素：

5.本实用新型实施例提供一种灵活度更高的手术器械及机器人。
6.本实用新型实施例提供一种手术器械，所述手术器械包括支撑组件、支撑于所述支撑组件的从动机构、以及与所述从动机构连接的末端执行器；所述从动机构包括相对布置的刚性的第一机构和第二机构；所述末端执行器包括相对布置的第一执行元件和第二执行元件；所述第一执行元件与所述第一机构连接，所述第二执行元件与所述第二机构连接，且所述第一机构和所述第二机构构造为通过推动所述第一机构和所述第二机构而使得所述第一执行元件和所述第二执行元件朝向彼此靠拢，通过拉动所述第一机构和所述第二机构而使得所述第一执行元件和所述第二执行元件远离彼此。通过第一机构和第二机构驱动第一执行元件和第二执行元件朝向彼此靠拢或远离彼此以实现开合运动，同时还可以通过推动第一机构和第二机构的其中一机构，同时拉动另一机构而使得第一执行元件和第二执行元件同时朝同一方向摆动，从而有效提高了手术器械的灵活度，有效解决了现有技术中手术器械灵活度不高的问题。
7.优选地，所述第一机构和所述第二机构中的每一个包括与所述支撑组件滑动连接的推杆、与所述推杆转动连接的连杆、以及与所述连杆转动连接的曲柄，所述第一机构和所述第二机构的所述曲柄与所述支撑组件转动连接并分别与所述第一执行元件和所述第二执行元件连接。通过支撑组件、推杆、连杆和曲柄形成曲柄滑块机构，从而实现通过推动或拉动推杆而使得曲柄摆动，进而使末端执行器转动，传动稳定，且效率高。
8.可选地，所述推杆的一端通过第一连接轴与所述连杆的一端转动连接，所述连杆的另一端通过第二连接轴与所述曲柄转动连接。可以理解地，在其他实施例中，推杆和连杆之间、连杆和曲柄之间也可以采用其他方式转动连接。
9.优选地，所述第一执行元件和所述第二执行元件中的每一个包括相对的第一表面
和第二表面，其中所述第一执行元件和所述第二执行元件的所述第一表面彼此相对；所述曲柄包括相对所述第二表面更远离所述第一表面的凸起，所述连杆的所述另一端通过所述第二连接轴与所述凸起转动连接。通过在曲柄上设计凸起并使得连杆与凸起转动连接，有效实现了利用连杆驱动曲柄转动，结构简单。
10.优选地，所述支撑组件上设有一转动轴，所述第一机构和所述第二机构的所述曲柄与所述转动轴转动连接。通过同一转动轴连接两个机构的曲柄，结构简单，且同步性更佳。
11.优选地，所述第一机构和所述第二机构的所述连杆设有一凹槽，用于避让所述转动轴。这可以有效避免连杆在摆动过程中与转动轴发生干涉。
12.优选地，所述支撑组件包括鞘管、以及与所述鞘管连接的支架，所述支架内设有两个导向孔，所述第一机构和所述第二机构的所述推杆收容于所述鞘管内并分别穿设一相应的所述导向孔。导向孔可以有效限定推杆的运动，使得推杆更平稳地沿直线往复移动。
13.优选地，所述支架包括圆柱体状的第一区段、以及与所述第一区段连接的u形的第二区段，所述鞘管套设在所述第一区段外，所述第二区段具有一收容腔，用于收容所述连杆和所述曲柄，所述导向孔轴向贯穿所述第一区段并与所述收容腔连通。这种支撑组件结构紧凑。
14.可选地，所述末端执行器构造为一夹子。可以理解地，在其他实施方案中，所述末端执行器也可以采用其他构造。
15.本实用新型实施例还提供一种机器人，所述机器人包括前述的手术器械。
16.基于上述方案可知，本实用新型通过推动第一机构驱动第一执行元件摆动，通过推动第二机构驱动第二执行元件摆动，从而使得第一执行元件和第二执行元件朝向彼此靠拢而实现夹持效果；通过拉动第一机构驱动第一执行元件摆动，通过拉动第二机构驱动第二执行元件摆动，从而使得第一执行元件和第二执行元件远离彼此而实现释放效果；而当推动第一机构和第二机构的其中一机构，同时拉动另一机构，并控制好第一机构和第二机构的位移差量时，第一执行元件和第二执行元件将同时朝同一方向摆动，有效提高了手术器械的灵活度。
附图说明
17.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本实用新型实施例一的手术器械的主视图；
19.图2为图1所示手术器械的远端的放大示意图；
20.图3为图2所示手术器械的远端的剖视图；
21.图4为图1所示手术器械的爆炸图；
22.图5为图4所示手术器械的支架的立体结构示意图；
23.图6为图1所示手术器械的末端执行器闭合状态的示意图；
24.图7为图1所示手术器械的末端执行器打开状态的示意图；
25.图8为图1所示手术器械的末端执行器偏摆状态的示意图；
26.图9为本实用新型实施例二的手术器械的远端的放大示意图；
27.图10为图9所示手术器械的爆炸图；
28.图11为本实用新型实施例三的手术机器人的简要示意图。
29.图中标号：
30.100、手术器械；10、支撑组件；11、鞘管；12、支架；120、导向孔；121、第一区段；122、第二区段；123、收容腔；124、耳部；20、从动机构；21、第一机构；22、第二机构；23、推杆；24、连杆；241、第一连接轴；242、第二连接轴；243、凹槽；25、曲柄；250、凸起；251、转动轴；30、末端执行器；31、第一执行元件；32、第二执行元件；321、第一表面；322、第二表面；200、手术器械；221、第一机构；222、第二机构；224、连杆；244、u形夹槽；245、凹槽；225、曲柄；252、抵顶环。
具体实施方式
31.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
32.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
33.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，也可以是成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，也可以是通讯连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介的间接连接，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。下面以具体地实施例对本实用新型的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
34.通常，手术机器人包括控制台和操作臂。操作臂包括位于端部的手术器械、以及可操作地连接到手术器械以便致动手术器械的驱动单元。手术器械包括与驱动单元连接的从动机构、以及与从动机构连接的末端执行器。现有的手术器械的从动机构常采用钢丝绳驱动末端执行器进行手术操作。
35.然而，钢丝绳蠕变大，传动效率低，导致手术器械的使用寿命非常有限。特别地，当末端执行器被构造为夹钳时，由于钢丝绳是柔性的，因此难以准确地建立钢丝绳与末端执行器的夹持力之间的数学模型，导致在手术机器人的应用中缺乏对末端执行器的夹持力的检测和控制。
36.采用连杆传动可以有效地避免上述问题。然而，由于手术器械结构要求精密，整体
尺寸要求很高，连杆在有限的空间内的运动十分受限。因此，即使想到采用连杆传动驱动末端执行器，末端执行器也普遍只具有一个运动自由度，即末端执行器只能类似剪刀一样进行开合运动。这样的手术器械的自由度不高，灵活性大大降低，应用局限性较大。
37.图1为本实用新型实施例一的手术器械100的主视图。图2为图1所示手术器械100的远端的放大示意图。图3为图1所示手术器械100的远端的剖视图。如图1至图3所示，本实施例的手术器械100包括支撑组件10、支撑于所述支撑组件10的从动机构20、以及与所述从动机构20连接的末端执行器30。所述从动机构20与驱动单元(未示出)连接并被驱动单元驱动。所述从动机构20包括相对布置的第一机构21和第二机构22。所述末端执行器30包括相对布置的第一执行元件31和第二执行元件32。所述第一机构21与所述第一执行元件31连接。所述第二机构22与所述第二执行元件32连接。所述第一机构21和所述第二机构22被构造为被所述驱动单元推动而使得所述第一执行元件31和所述第二执行元件32朝向彼此靠拢。
38.相比于现有技术中的末端执行器30只有一个运动自由度的手术器械，本实施例的手术器械可通过推动所述第一机构21和所述第二机构22而使得所述第一执行元件31和所述第二执行元件32朝向彼此靠拢，通过拉动所述第一机构21和所述第二机构22而使得所述第一执行元件31和所述第二执行元件32远离彼此，从而实现第一执行元件31和第二执行元件32的开合运动；此外，本实施例的手术器械还可通过推动所述第一机构21和所述第二机构22中的其中一个，而拉动所述第一机构21和所述第二机构22中的其中另一个而实现第一执行元件31和第二执行元件32的摆动运动。换言之，本实施例的手术器械实现了两个自由度：开合和摆动，手术器械的灵活度更高。
39.本实施例中，所述末端执行器30构造为一夹子，即所述第一执行元件31和所述第二执行元件32朝向彼此靠拢以起到夹持的作用，所述第一执行元件31和所述第二执行元件32远离彼此以释放夹持效果。可以理解地，在其他实施例中，所述末端执行器30也可以构造为其他示例，例如镊子等。
40.图4为图1所示手术器械的爆炸图。如图3和图4所示，优选地，所述第一机构21和所述第二机构22中的每一个包括与所述支撑组件10滑动连接的推杆23、与所述推杆23转动连接的连杆24、以及与所述连杆24转动连接的曲柄25。所述第一机构21和所述第二机构22的所述曲柄25与所述支撑组件10转动连接，并分别与所述第一执行元件31和所述第二执行元件32连接。可见，支撑组件10、推杆23、连杆24、以及曲柄25共同形成一曲柄25滑块机构。当驱动单元推动或拉动推杆23沿着支撑组件10滑动时，连杆24被推杆23驱动摆动进而驱动曲柄25转动，从而使得与曲柄25连接的相应执行元件转动至想要的角度，传动稳定且效率高，结构紧凑。
41.通过刚性的推杆23、连杆24、以及曲柄25驱动执行元件有效避免了钢丝绳精度低、易蠕变、使用寿命低、难以建模的问题，使手术器械的性能更加稳定可靠。
42.可选地，所述连杆24的一端通过第一连接轴241与所述推杆23的一端转动连接，所述连杆24的另一端通过第二连接轴242与所述曲柄25转动连接。
43.本实施例中，所述曲柄25的周缘上具有一远离其圆心的凸起250。2-5,4.2mm所述连杆24的另一端通过所述第二连接轴242与所述凸起250转动连接。优选地，所述凸起250的偏心距(本实施例中即所述第二连接轴242与所述曲柄25的转动中心(即下文的转动轴251)
之间的距离)在2-5mm，最优选4.2mm。凸起250的偏心距越大，第一执行元件31和第二执行元件32所能产生的夹持力越大。然而，过大的凸起250将会导致手术器械100的整体尺寸较大。采用前述范围内的偏心距的凸起250不仅保证了第一执行元件31和第二执行元件32的夹持力，而且也有助于减小手术器械100的整体尺寸。
44.可选地，所述第一执行元件31与所述第一执行机构的曲柄25固定连接，优选一体成型。类似地，所述第二执行元件32与所述第二执行机构的曲柄25可固定连接，优选一体成型。
45.本实施例中，所述第一执行元件31和所述第二执行元件32中的每一个包括相对的第一表面321和第二表面322，其中所述第一执行元件31和所述第二执行元件32的所述第一表面321彼此相对，用于夹持待夹持对象。优选地，所述第一执行元件31和所述第二执行元件32的所述第一表面321大致垂直于相应的所述曲柄25的平面，以提高所述第一执行元件31和所述第二执行元件32的夹持力和夹持稳定性。还优选地，第一表面321形成锯齿状结构，以进一步提高夹持力。
46.本实施例中，所述曲柄25的所述凸起250相对其相应的执行元件的第二表面322更远离第一表面321。即，所述凸起250位于曲柄25的邻近/面向执行元件的第二表面322的一侧。可选地，所述凸起250与相应的执行元件第二表面322相邻。
47.优选地，所述第一机构21和所述第二机构22的所述曲柄25通过同一转动轴251与所述支撑组件10转动连接，这有助于提高所述第一机构21和所述第二机构22的运动同步性，虽然在其他实施例中，所述第一机构21和所述第二机构22的所述曲柄25也可以分别通过一转动轴251与所述支撑组件10转动连接。
48.优选地，每一所述连杆24还设有一朝向所述转动轴251的凹槽243，用于避让所述转动轴251，这可以有效避免连杆24在摆动过程中与转动轴251发生干涉。
49.本实施例中，所述支撑组件10包括鞘管11、以及与所述鞘管11连接的支架12。优选地，鞘管11和支架12为单独的部件，二者装配连接，这便于其他零部件例如推杆23的装配。在其他实施例中，鞘管11和支架12也可以构造为一一体件。
50.参考图5，优选地，所述支架12内设有两个导向孔120，所述第一机构21和所述第二机构22的所述推杆23收容于所述鞘管11内并分别穿设一相应的所述导向孔120。导向孔120可以有效限定推杆23的运动，使得推杆23更平稳地沿直线往复移动。优选地，导向孔120为圆孔。
51.具体地，所述支架12包括圆柱体状的第一区段121、以及与所述第一区段121连接的u形的第二区段122。所述鞘管11套设在所述第一区段121外。所述第二区段122具有一收容腔123，用于收容所述连杆24和所述曲柄25。所述导向孔120轴向贯穿所述第一区段121并与所述收容腔123连通。本实施例中，所述第二区段122包括两个相对并彼此间隔的耳部124，所述转动轴251贯穿所述第一机构21和所述第二机构22的曲柄25至与两个所述耳部124固定连接。
52.在使用本实施例的手术器械对人体组织进行手术时，通过驱动单元推动第一机构21和第二机构22的推杆23而使得第一执行元件31和第二执行元件32朝向彼此靠拢以呈现例如图6所示的构造，进而夹持人体组织；通过驱动单元拉动第一机构21和第二机构22的推杆23而使得第一执行元件31和第二执行元件32远离彼此以呈现例如图7所示的构造，进而
释放人体组织；而且，还可以通过控制第一机构21和第二机构22的推杆23的位移量差而使得第一执行元件31和第二执行元件32进行摆动以呈现例如图8所示的构造，灵活度高。此外，采用刚性的第一、第二机构21、22驱动第一、第二执行元件31、32还可提高手术器械的使用寿命，降低成本。
53.参考图9和图10所示，本实用新型实施例二的手术器械200与实施例一的手术器械100的基本原理和结构大致相同，都是利用曲柄225滑块机构的远离实现末端执行器的开合/摆动的，相同之处可参考实施例一，下面将不再赘述。本实施例的手术器械200与实施一的手术器械100的主要的区别在于：本实施例的第一机构221和第二机构222构造为通过拉动第一机构221和第二机构222而使得所述第一执行元件31和所述第二执行元件32朝向彼此靠拢，通过推动第一机构221和第二机构222而使得所述第一执行元件31和所述第二执行元件32远离彼此。
54.具体地，本实施例的曲柄225的凸起250相对其相应的执行元件的第二表面322更靠近第一表面321。即，所述凸起250位于曲柄225的邻近/面向执行元件的第一表面321的一侧。相应地，连杆224也连接在曲柄225的邻近/面向执行元件的第一表面321的一侧。因此，当拉动第一机构221和第二机构222的推杆23时，第一执行元件31和第二执行元件32将朝向彼此靠拢；当推动第一机构221和第二机构222的推杆23时，第一执行元件31和第二执行元件32将远离彼此。
55.相比于实施例一的通过推动第一机构21和第二机构22的推杆23使得第一执行元件31和第二执行元件32朝向彼此靠拢的手术器械100，本实施例的通过拉动第一机构221和第二机构222的推杆23使得第一执行元件31和第二执行元件32朝向彼此靠拢的手术器械200可以提供更稳定、更强的夹持力，灵活度也更高，尤其是在推杆23比较细长而容易弯折的情况下。
56.本实施例中，连杆224的用于与推杆23相连的一端增厚形成一u形夹槽244，推杆23的一端收容于u形夹槽244内，并通过第一连接轴241与连杆224转动连接。与实施例类似地，本实施例的连杆224上也形成有凹槽245，用于避让转动轴251，从而避免连杆224在摆动过程中与转动轴251发生干涉。
57.此外，本实施例的转动轴251的中部还套设有一抵顶环252，所述抵顶环252的两端分别抵顶于第一机构221和第二机构222的两个相对的曲柄225，以提高第一机构221和第二机构222的运动稳定性。
58.与实施例一类似地，本实施例的手术器械200通过操作第一机构221和第二机构222的推杆23也可以使得第一执行元件31和第二执行元件32呈现闭合、打开、偏摆的状态。
59.参考图11，本实用新型实施例三提供了一种手术机器人300，所述机器人300包括根据前述任一实施例所述的手术器械100/200。
60.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一特征和第二特征直接接触，或第一特征和第二特征通过中间媒介间接接触。
61.而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度低于第二特征。
62.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述，意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任意一个或者多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
63.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。