一种用于微创手术机器人的手术器械及微创手术机器人的制作方法

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种用于微创手术机器人的手术器械及微创手术机器人。

背景技术：

在微创外科手术中，经常需要医生手动进行组织的切割、剥离、缝合等，对于一些复杂的外科手术，需要医生长时间站立并手持微型手术器械进行手术，医生很容易疲劳，从而影响手术的质量。同时，常规的微创手术器械是对传统开放性手术器械的简单模仿，自由度少、灵活性低且器械内摩擦力大，会导致传动力的衰减以及医生疲劳，难以避免医生的手颤、疲劳引起的手术的精确度的降低，不便于手术的顺利开展。

目前，有机器人辅助的微创外科手术逐步应用到实际的临床中，这些机器人辅助的外科手术有的自由度较低，例如在进行较复杂的微创手术时，无法满足医生在进行手术时对手术器械的自由度、灵活性和灵敏度的要求，因此现有技术中机器人手术操作存在不灵活的技术问题。

技术实现要素：

本发明实施例通过提供一种用于微创手术机器人的手术器械及微创手术机器人，用于解决现有技术中机器人手术操作存在不灵活的技术问题。

第一方面，本发明一实施例提供了一种用于微创手术机器人的手术器械，包括：

依次连接的前端驱动部分、导杆部分、末端执行部分，所述末端执行部分包括依次连接的腕部装置和末端执行装置；

所述前端驱动部分包括偏转驱动装置，所述偏转驱动装置包括第一电机、第一传动轴、第一滑块和第一轴承，所述第一电机与所述第一传动轴连接，所述第一传动轴与所述第一滑块连接；

所述导杆部分包括丝杆，套设在所述丝杠上的第一套管，和套设在第一套管上的第二套管；

所述第二套管的第一端与所述腕部装置的第一端连接，所述第二套管的第一端与所述腕部装置的第一端的连接处为第一连接位置；

所述第一滑块与所述第一轴承的外圈连接，所述第一轴承的内圈与所述第一套管的一端连接，所述第一套管通过第一连杆与所述腕部装置的第一端连接，所述第一连杆与所述腕部装置的第一端的连接处为第二连接位置，其中，所述第一连接位置与所述第二连接位置不同；

所述第一电机通过第一传动轴驱动所述第一滑块沿所述第一传动轴的轴向的往复运动；所述第一滑块通过第一轴承牵引所述第一套管沿所述第一套管的轴向的往复运动，所述第一套管通过所述第一连杆驱动所述腕部装置以所述第一连接位置为中心在所述第一套管的轴向延长线的两侧进行偏转运动；

所述第二套管的第一端的两侧具有第一卡止部和第二卡止部，所述第一卡止部和所述第二卡止部位于所述腕部装置的偏转平面上，所述第一卡止部用于限定所述腕部装置向所述第一套管的轴向延长线的一侧进行偏转运动时的偏转角度，所述第二卡止部用于限定所述腕部装置向所述第一套管的轴向延长线的另一侧进行偏转运动时的偏转角度。

可选的，所述腕部装置包括空腔结构，所述末端执行装置包括依次连接的平面四杆机构和末端执行器，所述平面四杆机构位于所述空腔结构内；

所述丝杆的第一端包括有穿入所述空腔结构内部的柔性部分，所述柔性部分与所述空腔结构内部设置的第二连杆连接，所述第二连杆与所述平面四杆机构的第一连接结构连接；

所述平面四杆机构与所述末端执行器的连接处连接所述腕部装置。

可选的，所述前端驱动部分还包括开合驱动装置，所述开合驱动装置包括第二电机、第二传动轴、第二滑块和第二轴承，所述第二电机与所述第二传动轴连接，所述第二传动轴与所述第二滑块连接；

所述第二滑块与所述第二轴承的外圈连接，所述第二轴承的内圈与所述丝杆的第二端连接；

所述第二电机通过第二传动轴驱动所述第二滑块沿所述第二传动轴的轴向的往复运动；所述第二滑块通过第二轴承牵引所述丝杆沿所述第一套管的轴向的往复运动；

所述柔性部分通过所述平面四杆机构牵引所述末端执行器的开合运动。

可选的，所述丝杆的第二端的端部为球头结构，所述球头结构通过第一连接装置固定于所述第二轴承的内圈。

可选的，所述前端驱动部分还包括旋转驱动装置，所述旋转驱动装置包括第三电机、第三传动轴、主动齿轮、从动齿轮、第三轴承和第四轴承，所述第三电机通过第三传动轴与所述主动齿轮连接，所述从动齿轮与所述第二套管的第二端连接；

所述第三电机通过所述第三传动轴驱动所述主动齿轮，所述主动齿轮与所述从动齿轮连接，所述从动齿轮驱动所述第二套管旋转，所述第二套管牵引所述末端执行部分旋转。

可选的，所述第一电机包括第一锁止机构，所述第一锁止机构用于保持所述腕部装置的偏转角度。

可选的，所述第二电机包括第二锁止机构，所述第二锁止机构用于保持所述末端执行装置的开合度。

可选的，所述第三电机包括第三锁止机构，所述第三锁止机构用于保持所述末端执行装置的旋转所处的位置。

第二方面，本发明一实施例提供了一种微创手术机器人，其特征在于，包括如第一方面实施例所述的手术器械。

本发明实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

提出了一种用于微创手术机器人的手术器械，该微创手术机器人的腕部装置能够实现两侧的自由度的偏转，该偏转能够带动末端执行装置的偏转，但是又不影响末端执行装置的开合度，从而极大的增加了机器人手术操作的灵活性。

附图说明

图1为本发明实施例中用于微创手术机器人的手术器械的示意图；

图2a为本发明实施例中手术器械的前端驱动部分(不包括电机部分)的俯视示意图；

图2b为本发明实施例中手术器械的前端驱动部分(不包括电机部分)的a-a面的剖面示意图；

图2c为本发明实施例中手术器械的前端驱动部分的电机部分的示意图；

图2d为本发明实施例中手术器械的前端驱动部分的局部放大的a-a面的剖面示意图；

图3a为本发明实施例中手术器械的导杆部分与末端执行部分的示意图；

图3b为本发明实施例中手术器械的腕部装置偏转的b-b面的第一剖面示意图；

图3c为本发明实施例中手术器械的腕部装置偏转的b-b面的第二剖面示意图；

图4a为本发明实施例中手术器械的末端执行部分打开时的a-a面的第一剖面示意图；

图4b为本发明实施例中手术器械的末端执行部分闭合时的a-a面的第二剖面示意图；

图4c为本发明实施例中手术器械的末端执行部分打开时的b-b面的第一剖面示意图；

图4d为本发明实施例中手术器械的末端执行部分闭合时的b-b面的第二剖面示意图。

具体实施方式

为了解决上述技术问题，本发明实施例中的技术方案的总体思路如下：参见图1和图2a-图2d，一种用于微创手术机器人的手术器械及微创手术机器人，包括：

依次连接的前端驱动部分1、导杆部分2、末端执行部分3，末端执行部分3包括依次连接的腕部装置31和末端执行装置32；

前端驱动部分1包括偏转驱动装置，所述偏转驱动装置包括第一电机111、第一传动轴112、第一滑块113和第一轴承114，所述第一电机111与所述第一传动轴112连接，所述第一传动轴112与所述第一滑块113连接；

所述导杆部分2包括丝杆20，套设在所述丝杠上的第一套管21，和套设在所述第一套管21上的第二套管22；所述第二套管22的第一端221与所述腕部装置31的第一端311连接，所述第二套管22的第一端221与所述腕部装置31的第一端311的连接处为第一连接位置；

所述第一滑块113与所述第一轴承(114)的外圈连接，所述第一轴承(114)的内圈与所述第一套管21的一端连接，所述第一套管21通过第一连杆4与所述腕部装置31的第一端连接，所述第一连杆4与所述腕部装置31的第一端的连接处为第二连接位置410，其中，所述第一连接位置310与所述第二连接位置410不同；

所述第一电机111通过第一传动轴112驱动所述第一滑块113沿所述第一传动轴112的轴向的往复运动；所述第一滑块113通过第一轴承114牵引所述第一套管21沿所述第一套管21的轴向的往复运动，所述第一套管21通过所述第一连杆4驱动所述腕部装置31以所述第一连接位置310为中心在所述第一套管21的轴向延长线的两侧进行偏转运动；

所述第二套管的第一端的两侧具有第一卡止部2211和第二卡止部，所述第一卡止部2211和所述第二卡止部位于所述腕部装置的偏转平面上，所述第一卡止部2211用于限定所述腕部装置31向所述第一套管21的轴向延长线的一侧进行偏转运动时的偏转角度，所述第二卡止部用于限定所述腕部装置31向所述第一套管21的轴向延长线的另一侧进行偏转运动时的偏转角度。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本发明实施例一提供了一种用于微创手术机器人的手术器械；

参见图1，该手术器械包括依次连接的前端驱动部分1、导杆部分2、末端执行部分3，所述末端执行部分3包括依次连接的腕部装置31和末端执行装置32。

所述前端驱动部分1包括偏转驱动装置。所述前端驱动部分还包括开合驱动装置和旋转驱动装置。其中，所述偏转驱动装置用于驱动所述腕部装置31的偏转角度，所述开合驱动装置用于驱动所述末端执行装置32的开合度。所述旋转驱动装置用于驱动所述腕部装置31和所述末端执行装置32沿自身轴向的旋转运动。

参见图2a-图2d，其中，图2a为手术器械的前端驱动部分(不包括电机部分)的俯视示意图；图2b为手术器械的前端驱动部分(不包括电机部分)的a-a面的剖面示意图；同时，将与所述导杆部分平行且与所述a-a面垂直的平面定义为b-b面；图2c为手术器械的前端驱动部分的电机部分的示意图；图2d为手术器械的前端驱动部分的局部放大的a-a面的剖面示意图；所述偏转驱动装置包括第一电机111、第一传动轴112、第一滑块113和第一轴承114，所述第一电机111与所述第一传动轴112连接，所述第一传动轴112与所述第一滑块113连接。其中，第一电机11和所述第一传动轴112可以通过卡扣连接、固定连接、或者其他方式连接，第一传动轴112可以通过螺纹方式与所述第一滑块113连接，在此不做具体限定。

所述导杆部分2包括丝杆20，套设在所述丝杠上的第一套管21，和套设在所述第一套管21上的第二套管22；

所述第一滑块(113)与所述第一轴承(114)的外圈连接，所述第一轴承(114)的内圈与所述第一套管(21)的一端连接；

所述第一电机111通过第一传动轴112驱动所述第一滑块113沿所述第一传动轴112的轴向的往复运动；所述第一滑块113通过第一轴承114牵引所述第一套管21沿所述第一套管21的轴向的往复运动。

所述开合驱动装置包括第二电机211、第二传动轴212、第二滑块213和第二轴承214，所述第二电机211与所述第二传动轴212连接，所述第二传动轴212与所述第二滑块213连接；第二传动轴212可以通过螺纹方式与所述第二滑块213连接；

所述第二滑块213与所述第二轴承214的外圈连接，所述第二轴承214的内圈与所述丝杆20的第二端连接；所述第二电机211通过第二传动轴212驱动所述第二滑块213沿所述第二传动轴212的轴向的往复运动；所述第二滑块通213过第二轴承214牵引所述丝杆20沿所述第一套管21的轴向的往复运动。其中第二电机21和所述第二传动轴212可以通过卡扣连接，或者固定连接，或者通过其他方式连接，在此不做具体限定。

所述旋转驱动装置包括第三电机311、第三传动轴312、主动齿轮313、从动齿轮314、第三轴承315和第四轴承316，所述第三电机311通过第三传动轴312与所述主动齿轮313连接，所述从动齿轮314与所述第二套管22的第二端连接；所述从动齿轮314与所述第二套管22的第二端之间的连接可以是相对固定连接，具体地，所述从动齿轮314的两端可以分别与所述第三轴承315的内圈和第四轴承316的内圈固定连接，所述第三轴承315的内圈和所述第四轴承316的内圈分别与所述第二套管22的第二端的不同位置连接；所述第三轴承315的外圈和所述前端驱动部分的底座上的一挡板固定连接，所述第四轴承316的外圈与所述前端驱动部分的底座上的另一挡板固定连接。

所述第三电机311通过所述第三传动轴312驱动所述主动齿轮313，所述主动齿轮313与所述从动齿轮314连接(主动齿轮313和从动齿轮314通过齿轮卡合进行旋转运动)，所述从动齿轮314驱动所述第二套管22旋转，所述第二套管22牵引所述末端执行部分旋转。其中第三电机31和所述第三传动轴312可以通过卡扣连接，或者固定连接，或者通过其他方式连接，在此不做具体限定。

参见图2c，其中的第一电机111、第二电机112和第三电机113具体可以是步进电机、无刷直流电机等微型电机，所述电机使用的电力可以通过对市电进行交流-直流转换获得，也可以通过储能设备获得。

所述第一电机111包括第一锁止机构，所述第一锁止机构用于保持所述腕部装置31的偏转角度；所述第二电机211包括第二锁止机构，所述第二锁止机构用于保持所述末端执行装置32的开合度；所述丝杆20的第二端连接有能量调节装置，所述能量调节装置用于调节所述末端执行部分获得的能量的大小。

参见图2d，所述丝杆20的第二端的端部为球头结构202，所述球头结构202通过第一连接装置固定于所述第二轴承214的内圈，当第一电机111启动时，第一轴承114能够带动所述丝杆20做往复运动。丝杆20和第一套管21之间具有缝隙，丝杆20做往复运动时并不会影响第一套管21。

第一套管21的端部与第二轴承214通过连接装置固定连接，当第二电机211启动时，第二轴承214能够带动第一套管21做往复运动。同样，由于丝杆20和第一套管21之间具有缝隙，第一套管21做往复运动时并不会影响丝杆20。

第二套管22的端部与第三轴承315的内圈和第四轴承316的内圈固定连接，当第三电机311启动时依次驱动主动齿轮313和从动齿轮314进行旋转运行，从动齿轮314牵引第二套管22做旋转运动。

参见图3a，图3a为手术器械的导杆部分与末端执行部分的示意图；所述第二套管22的第一端221与所述腕部装置31的第一端连接，所述第二套管22的第一端221与所述腕部装置31的第一端的连接处为第一连接位置310。参见图2b、图3b和图3c，图3b为手术器械的腕部装置偏转时的b-b面的第一剖面(沿腕部装置的偏转平面剖面)示意图；图3c为手术器械的腕部装置偏转时的b-b面的第二剖面(沿腕部装置的偏转平面剖面)示意图；所述第一滑块113与所述第一轴承114的外圈连接，所述第一轴承114的内圈与所述第一套管21的一端连接，所述第一套管21通过第一连杆4与所述腕部装置31的第一端连接，所述第一连杆4与所述腕部装置31的第一端的连接处为第二连接位置410，其中，所述第一连接位置310与所述第二连接位置410不同。其中，第一套管21与第一连杆4之间的连接方式为铰接，第一连杆4与腕部装置31之间的连接方式也是铰接。

所述腕部装置31的偏转运动的实现方式是：所述第一电机111通过第一传动轴112驱动所述第一滑块113沿所述第一传动轴112的轴向的往复运动；所述第一滑块113通过第一轴承114牵引所述第一套管21沿所述第一套管21的轴向的往复运动，所述第一套管21通过所述第一连杆4驱动所述腕部装置31以所述第一连接位置310为中心在所述第一套管21的轴向延长线的两侧进行偏转运动。

具体地，以图3b为例，当第一电机111通过上述方式驱动第一套管21向末端执行部分水平运动时，腕部装置31以第一连接位置310为中心会逐渐靠近第一套管21的轴向延长线，从而腕部装置31的偏转角度会逐步变小，或者偏转所述轴向延长线的另一侧。

以图3c为例，当第一电机111通过上述方式驱动第一套管21向前端驱动部分所在的方向水平运动时，腕部装置31以第一连接位置310为中心会逐渐偏离第一套管21的轴向延长线，从而腕部装置31的偏转角度会逐步变大。

参见图3a，为了防止腕部装置的偏转角度过大，所述第二套管22的第一端的两侧具有的第一卡止部2211和第二卡止部(图中未示出，位于所述第一卡止部的对侧)，所述第一卡止部2211和所述第二卡止部位于所述腕部装置31的偏转平面上，所述第一卡止部2211用于限定所述腕部装置31向所述第一套管21的轴向延长线的一侧进行偏转运动(例如图3b中所示的一侧的偏转)时的偏转角度，所述第二卡止部用于限定所述腕部装置向所述第一套管21的轴向延长线的另一侧进行偏转运动(例如图3c中所示的另一侧的偏转)时的偏转角度。根据实际需要，可以对第一卡止部和第二卡止部的位置和尺寸进行设计，从而防止腕部装置的偏转角度过大，例如利用第一卡止部和第二卡止部将腕部装置31的最大偏转角度限定为45度，也可以根据实际需要限定为30度等。

参见图4a-图4b，图4a和图4b为该手术器械的导杆部分和末端执行部分的a-a面(沿所述末端执行器的开合运动所在的平面)的剖面图；所述腕部装置31包括一空腔结构，所述末端执行装置32包括依次连接的平面四杆机构321和末端执行器322，所述平面四杆机构321位于所述空腔结构内；

所述丝杆20的第一端包括有穿入所述空腔结构内部的柔性部分201，所述柔性部分201与所述空腔结构内部设置的第二连杆5连接，所述第二连杆5与所述平面四杆机构321的第一连接结构3211连接；

所述平面四杆机构321与所述末端执行器322的连接处连接所述腕部装置31；

当所述第二电机211通过第二传动轴212驱动所述第二滑块213沿所述第二传动轴212的轴向的往复运动；所述第二滑块通213过第二轴承214牵引所述丝杆20沿所述第一套管21的轴向的往复运动时，所述柔性部分321通过所述平面四杆机构321牵引所述的开合运动。

假设末端执行器322初始状态为图4b中的闭合态(开合角度为0)，当第二电机驱动所述第一套管21向所述末端执行器所在的方向运动时，第一套管21牵引平面四杆机构321向所述末端执行器所在的方向运动，则所述末端执行器322的开合度逐渐增大，变成如图4a中所示的打开状态。

若所述末端执行器322的初始状态为图4a中的打开状态(开合角度大于0度)，当第二电机驱动所述第一套管21向所述前端驱动部分所在的方向运动时，第一套管21牵引平面四杆机构321向所述前端驱动部分所在的方向运动，则所述末端执行器322的开合度逐渐减小，直至变成图4b中的闭合态。

如图4c和图4d所示，图4c和图4d为该手术器械的导杆部分和末端执行部分的b-b面(沿所述腕部装置的偏转运动所在的平面)的剖面图；在图4c中，末端执行器322处于打开状态，在图4d中，末端执行器322处于闭合状态。

假设末端执行器322初始状态为图4d中的闭合态(开合角度为0)，当第二电机211驱动所述第一套管21向所述末端执行器所在的方向运动时，第一套管21牵引平面四杆机构321向所述末端执行器所在的方向运动，则所述末端执行器322的开合度逐渐增大，变成如图4c中所示的打开状态。

若所述末端执行器322的初始状态为图4c中的打开状态(开合角度大于0度)，当第二电机211驱动所述第一套管21向所述前端驱动部分所在的方向运动时，第一套管21牵引平面四杆机构321向所述前端驱动部分所在的方向运动，则所述末端执行器322的开合度逐渐减小，直至变成图4d中的闭合态。

如图4c和4d所示，在第二电机211驱动末端执行器322进行开合运动的同时，第一电机111也可以通过第一连杆4驱动腕部装置的偏转运动，同时第三电机311也可以通过第二套管22驱动所述腕部装置31和末端执行器32沿导杆的轴向做旋转运动，该旋转运动可以是逆时针也可以是顺时针方向。也就是说，该手术器械能够实现末端执行器322的三个自由度(偏转、开合和旋转)的联动

在图4c或图4d中，所述第二连杆5与所述平面四杆机构321连接处的第一连接结构3211为铰接结构；

所述丝杆20的第一端包括有穿入所述空腔结构内部的柔性部分201，所述柔性部分201与所述空腔结构内部设置的第二连杆5连接，

所述平面四杆机构321与所述末端执行器322的连接处连接所述腕部装置31；该连接处的第二连接结构3212为铰接结构；

第一套管21与第一连杆4之间的连接可以是铰接、固定连接(一体式或分体式固定连接)等。

该手术器械可以为能量器械或非能量器械，在该手术器械为能量器械时，丝杆20的第二端(位于前端驱动部分中的一端)连接有能量调节装置，该能量调节装置与能量输入源连接，该能量调节装置用于调节所述末端执行部分获得的能量的大小。

为了保证能量器械的绝缘，在该能量器械的丝杆20的柔性部分201的外部套设有柔性绝缘套管2011(参见图4c或4d)；丝杆20的除柔性部分201外的其他部分的涂覆有绝缘图层，从而保证丝杆20的绝缘。

对于末端执行器322具体可以是手术用的剪刀、持针器、镊子、钳子、钩针等。假设末端执行器是钩针，由于钩针不需要做开合运动，则前端驱动部分中可以包括偏转驱动装置和旋转驱动装置就可以进行手术。假设末端执行器是持针器，则前端驱动部分中包括偏转驱动装置、开合驱动装置和旋转驱动装置，则该手术器械具有三自由度，这三个自由度的联动可以使得持针器能够实现三自由度的人体组织缝合等手术。另外，在所述导杆部分中的丝杆接通一电源时，所述丝杆将电流传至所述末端执行部分，使得所述末端执行部分能够作为一带电电极进行手术。

本发明实施例二提供了一种微创手术机器人，其特征在于，包括如实施例一所述的手术器械。

上述本发明实施例中的技术方案，至少具有如下的技术效果或优点：

提出了一种用于微创手术机器人的手术器械，该微创手术机器人的腕部装置能够实现两侧的自由度的偏转，该偏转能够带动末端执行装置的偏转，但是又不影响末端执行装置的开合度，从而极大的增加了机器人手术操作的灵活性。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。