蛇形关节、手术器械和内窥镜的制作方法

本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种蛇形关节、手术器械和内窥镜。

背景技术：

随着机器人的快速发展，各种具有特色的机器人不断地涌现，而其中，对于仿生机器人的研究则显得越发突出，蛇形机器人的研究也越来越多。蛇形机器人产生和发展的根本原因在于其可以完成正常机器人所不能完成的动作。其运动与自然界中的蛇类似，可以实现平面扭转和空间扭转，在运动过程中躲避障碍物，用来完成人或其他机器无法完成的任务。鉴于这一特征，用于医疗手术的蛇形机器人也慢慢地出现了。特别是在微创伤手术过程中，由于创口很小，为达到更佳的治疗效果，减少手术过程中对于其他组织的损害，多采用蛇形关节的手术器械，以实现手术过程中对于其他器官的避让。这一优势使得蛇形关节的手术器械可以很好的应用在外科手术领域。

但现有手术器械需要一定的运动空间才能完成一定角度的关节摆动，但在空间狭小的区域时，存在手术器械发生运动干涉导致手术器械操作困难的风险。不仅于此，在现有手术器械用的蛇形关节中，关节间通过了一种类短连杆的结构连接，其通过不同的排布方式可实现空间的扭转运动，但是在弯曲扭转过程中，存在弯曲相同角度需求时关节长度过长，运动精度低，结构复杂，及一组蛇骨单元运动范围小的缺点。

技术实现要素：

鉴于上述问题中的一个或多个，本发明的目的在于提供一种蛇形关节、手术器械和内窥镜，以解决现有蛇形关节存在的关节长度长、运动范围小等问题。

基于上述目的，本发明提供一种蛇形关节，所述蛇形关节具有至少一个自由度，并包括至少一个关节接头；所述关节接头包括第一关节、第二关节和限位机构；所述第一关节和所述第二关节通过所述限位机构铰接并形成至少一对铰接轴线，且至少一对所述铰接轴线不共线。

可选的，所述第一关节和所述第二关节通过所述限位机构铰接并形成两对铰接轴线，两对所述铰接轴线互不共线；两对所述铰接轴线包括第一铰接轴线、第二铰接轴线、第三铰接轴线和第四铰接轴线；

所述关节接头具有第一对称面和第二对称面，所述第一对称面垂直于所述第二对称面，所述第一铰接轴线、第二铰接轴线、第三铰接轴线、第四铰接轴线均与所述第一对称面平行；所述第一铰接轴线和所述第二铰接轴线关于所述第一对称面对称并位于所述第二对称面上；所述第三铰接轴线和所述第四铰接轴线关于所述第一对称面对称并位于所述第二对称面的同一侧；

其中：所述关节接头的高度满足以下关系：

d为关节接头的直径；θ为关节接头的单边最大弯曲角度；s为每个关节的预留结构强度的厚度；h为关节接头的高度；m为第三铰接轴线或第四铰接轴线到第二对称面的垂直距离的2倍；n为第三铰接轴线或第四铰接轴线到第一对称面的垂直距离的2倍。

可选的，所述限位机构包括第一连接部和第二连接部，所述第一关节包括第一铰接部和第二铰接部；所述第二关节包括第三铰接部和第四铰接部；

所述第一铰接部与所述第一连接部铰接并形成所述第一铰接轴线；

所述第二铰接部与所述第二连接部铰接并形成所述第二铰接轴线；

所述第三铰接部与所述第一连接部铰接并形成所述第三铰接轴线；

所述第四铰接部与所述第二连接部铰接并形成所述第四铰接轴线。

可选的，所述第一关节包括第一关节基座和第一铰接块；所述第二关节包括第二关节基座和第二铰接块；所述第一铰接块可拆卸地设置于所述第一关节基座上；所述第二铰接块可拆卸地设置于所述第二关节基座上，所述第一铰接部和所述第二铰接部设置在所述第一铰接块上；所述第三铰接部和所述第四铰接部设置在所述第二铰接块上。

可选的，所述第一铰接块包括第一定位凸台和第一延伸部，所述第二铰接块包括第二定位凸台和第二延伸部；

所述第一关节基座具有贯通的第一中心通道；所述第二关节基座具有贯通的第二中心通道；所述第一中心通道和所述第二中心通道均具有台阶面；所述第一定位凸台与所述第一中心通道的台阶面配合，所述第二定位凸台与所述第二中心通道的台阶面配合；

所述第一铰接部和所述第二铰接部设置于所述第一延伸部上，所述第三铰接部和所述第四铰接部设置于所述第二延伸部上；

所述第一延伸部和所述第二延伸部设置于所述第一连接部和所述第二连接部之间，所述第一延伸部的一端和所述第二延伸部的一端抵接。

可选的，所述限位机构包括一个连接部，所述第一关节和所述第二关节通过一个所述连接部铰接并形成一对铰接轴线；

所述第一关节包括一个铰接部，所述第二关节包括另一个铰接部，所述一个铰接部与所述一个连接部铰接并形成一条铰接轴线；所述另一个铰接部与所述一个连接部铰接并形成另一条铰接轴线；所述一条铰接轴线和所述另一条铰接轴线分别为所述第一铰接轴线和所述第三铰接轴线，或者所述一条铰接轴线和所述另一条铰接轴线分别为所述第二铰接轴线和所述第四铰接轴线；

所述第一关节包括第一限位部；所述第二关节包括第二限位部；所述第一限位部为两个并相对于所述第一对称面对称设置；所述第二限位部为两个并相对于所述第一对称面对称设置；所述第一限位部与所述第二限位部两两一组可滑动地配合；其中所述第一限位部和所述第二限位部中的一者为弧形滑槽，另一者为滑柱凸台，且所述弧形滑槽根据所述第二关节或所述第一关节朝第一方向和第二方向转动时的轨迹确定。

可选的，所述关节接头还包括防脱落机构，用于限定所述限位机构的位置。

可选的，所述限位机构包括第一连接部和/或第二连接部；所述第一关节和所述第二关节通过所述第一连接部铰接并形成一对铰接轴线，和/或，所述第一关节和所述第二关节通过所述第二连接部铰接并形成另一对铰接轴线；

所述防脱落机构包括第一挡块和第二挡块；所述第一挡块可拆卸地设置在所述第一关节上；所述第二挡块可拆卸地设置在所述第二关节上；所述第一挡块的一端与所述第二挡块的一端抵接，并位于所述第一连接部和所述第二连接部之间，且所述第一挡块和所述第二挡块分别通过侧面抵挡所述第一连接部和/或所述第二连接部。

可选的，每个挡块具有允许牵引体穿过的穿丝孔，所述穿丝孔与挡块内部的弧形导丝滑道连通，所述弧形导丝滑道的出丝口处设置有过渡弧面，所述过渡弧面的弯曲半径大于所述弧形导丝滑道的其余部分的弯曲半径。

可选的，所述第一关节还具有第一运动限位面和第二运动限位面，所述第二关节还具有第三运动限位面和第四运动限位面；

所述第一运动限位面用于与所述第三运动限位面配合，以限定关节接头朝第一方向转动时的最大角度；

所述第二运动限位面用于与所述第四运动限位面配合，以限定关节接头朝第二方向转动时的最大角度。

可选的，所述蛇形关节朝第一方向偏转的最大角度为140°，并朝第二方向偏转的最大角度为140°。

可选的，所述第一关节包括第一穿丝通道，所述第二关节包括第二穿丝通道，所述第二穿丝通道的位置与所述第一穿丝通道的位置相对应；

所述第一穿丝通道的出口处设有弧形的第一导向面，所述第一导向面的弯曲半径大于所述第一穿丝滑道的其余部分的弯曲半径，和/或，所述第二穿丝通道的出口处设有弧形的第二导向面，所述第二导向面的弯曲半径大于所述第二穿丝滑道的其余部分的弯曲半径。

可选的，所述第一关节包括第一定位特征和第二定位特征，所述第二关节包括第三定位特征和第四定位特征；所述第一定位特征和所述第二定位特征中的一者为凸起，另一者为凹槽；所述第三定位特征和所述第四定位特征中的一者为凸起，另一者为凹槽；

所述第一关节用于通过所述第一定位特征和所述第二定位特征与相邻的关节接头配合；所述第二关节用于通过所述第三定位特征和所述第四定位特征与相邻的关节接头配合。

可选的，所述蛇形关节包括两个所述关节接头，两个所述关节接头平行或交错布置。

基于上述目的，本发明还提供一种手术器械，包括依次连接的器械末端，器械杆和器械盒，所述器械末端包括末端器械和任一项所述的蛇形关节，所述末端器械通过所述蛇形关节与所述器械杆连接。

基于上述目的，本发明还提供一种内窥镜，包括依次连接的器械末端、器械杆和器械盒，所述器械末端包括探头和任一项所述的蛇形关节，所述探头通过所述蛇形关节与所述器械杆连接。

在本发明提供的蛇形关节及其手术器械和内窥镜中，通过限位机构将两个关节铰接并形成至少一对不共线的铰接轴线，这样做，将蛇形关节构造成了偏置铰点连杆机构，有效缩短了蛇形关节长度，同时还使蛇形关节具有较大的偏转角度，从而在手术过程中，可降低手术器械或内窥镜在空间狭小区域活动时发生运动干涉的风险，由此降低器械操作难度。

在本发明提供的蛇形关节及其手术器械和内窥镜中，所述蛇形关节具有两对互不重合的铰接轴线，两对铰接轴线按照一定的要求布置，这样做在缩短蛇形关节长度的同时，还实现了偏转角度的不变，并具有较大的偏转角度。

在本发明提供的蛇形关节及其手术器械和内窥镜中，通过在蛇形关节上设置防脱落机构，可挡住限位机构，避免限位机构在铰接位置处滑脱，提高了手术器械或内窥镜的安全性和可靠性。

在本发明提供的蛇形关节及其手术器械和内窥镜中，通过在蛇形关节的穿丝通道或导丝滑道的出口处设置弧形的导向面或过渡面，提高了蛇形关节的传动精度，保证了牵引体的使用寿命。

附图说明

图1a和图1b分别是本发明第一实施例的蛇形关节的分解图和组装图；

图2a和图2b分别是本发明第一实施例的蛇形关节的分解的正视图和组装的正视图。

图3a和图3b分别是本发明第一实施例的蛇形关节的第一关节的反面示意图和正面示意图；

图4a和图4b分别是本发明第一实施例的蛇形关节的第二关节的正面示意图和反面示意图；

图5a和图5d分别是本发明第一实施例的蛇形关节的挡块的结构示意图，其中图5a为挡块的等轴视图，图5b为挡块的俯视图，图5c为沿挡块的其中一个穿丝孔的长度方向轴向剖切的剖面图，图5d为沿挡块的两个穿丝孔的宽度方向轴向剖切的剖面图；

图6a是本发明第一实施例的蛇形关节的几何关系示意图；

图6b是本发明对比实施例的蛇形关节的几何关系示意图；

图7a和图7b是本发明第一实施例的蛇形关节外侧穿丝通道的截面示意图，其中图7a为正视图，图7b为等轴视图；

图8a和图8b分别是本发明第一实施例的蛇形关节上的挡块内部通道的截面示意图，其中图8a为正视图，图8b为等轴视图；

图9a和图9b分别是本发明第一实施例的蛇形关节上的挡块内部通道穿丝后的截面示意图，其中图9a为等轴视图，图9b为等正视图；

图10a和图10b分别是本发明第一实施例的两个垂直交错的关节接头的组装图和分解图，两个关节接头的转动轴线垂直交错(即异面)；

图11a和图11b分别是本发明第一实施例的两个交错布局的第二关节的组装图和分解图；

图12a和12b分别是本发明第一实施例的采用两个垂直交错关节接头且处于零位状态的手术器械，其中图12b为图12a所示的手术器械的局部放大图；

图13a和13b分别是本发明第一实施例的采用两个垂直交错关节接头且处于弯曲状态的手术器械，其中图13b为图13a所示的手术器械的局部放大图；

图14a和14b分别是本发明第一实施例的两个平行的关节接头的组装图和分解图；

图15a和15b分别是本发明第一实施例的两个平行布局的第一关节和第二关节的组装图和分解图；

图16a和16b分别是本发明第一实施例的采用两个平行关节接头且处于弯曲状态的手术器械，其中图16b为图16a所示的手术器械的局部放大图；

图17a和17b分别是本发明第一实施例的采用两个平行关节接头且处于弯曲状态的腹腔镜，其中图17b为图17a所示的手术器械的局部放大图；

图18a是本发明第一实施例的蛇形关节处于零位时的示意图；

图18b是本发明对比实施例的蛇形关节处于零位时的示意图；

图19a是本发明第一实施例的蛇形关节从零位转动90°时的示意图；

图19b是本发明对比实施例的蛇形关节从零位转动90°时的示意图；

图20a是本发明第一实施例的蛇形关节从零位转动45°时的示意图；

图20b是本发明对比实施例的蛇形关节从零位转动45°时的示意图；

图21a和21b分别是本发明第一实施例的增大运动角度的蛇形关节的示意图，其中图21a的蛇形关节处于零位，图21b的蛇形关节从零位转动值最大角度；

图22a和22b分别是本发明第二实施例的蛇形关节的组装示意图和分解示意图；

图23a和23b分别是本发明第二实施例的蛇形关节的正视图，其中图23a的蛇形关节处于零位，图23b的蛇形关节相对于零位偏转一定角度；

图24a和24b分别是本发明第三实施例的蛇形关节的组装示意图和分解示意图；

图25是本发明第三实施例的蛇形关节的分解示意图；

图26a和26b分别是本发明第三实施例的蛇形关节在正视角度下的组装图和分解图。

图中：

1-器械末端；2-器械杆；3-器械盒；11-开合器械；12-腹腔镜探头；

10、10’-蛇形关节；11’-关节；

101-第一挡块；1011-基体；1011a-定位凸台；1011b-延伸部；1012a-第一限位面；1012b-第二限位面；1013a-第一穿丝孔；1013b-第二穿丝孔；1014a-第一导丝滑道；1014b-第二导丝滑道；1015-过渡弧面；1015a-第一过渡弧面；1015b-第一过渡弧面；

102-第一关节；1021-第一铰接部；1022-第二铰接部；1023a-第一运动限位面；1023b-第二运动限位面；1024-第一穿丝通道；1025-第一定位特征；1026-第二定位特征；1027-第一中心通道；1028-第一导向面；

103-第一连接部；1031-第一铰孔；1032-第二铰孔；104-第二连接部；1041-第三铰孔；1042-第四铰孔；

105-第二关节；1051-第三铰接部；1052-第四铰接部；1053a-第三运动限位面；1053b-第四运动限位面；1054-第二穿丝通道；1055-第三定位特征；1056-第四定位特征；1057-第二中心通道；1058-第二导向面；1058a、1058b-第二导向面所在的位置；

106-第二挡块；

13-槽道式蛇形关节；131-槽道式第一关节；1311-弧形滑槽；132-槽道式第二关节；1321-滑柱凸台；

14-内铰接式蛇形关节；141-第一铰接块；141a-第一定位凸台；141b-第一延伸部；1411-第一铰接部；1412-第二铰接部；142-第一关节基座；143-第二关节基座；144-第二铰接块；144a-第二定位凸台；144b-第二延伸部；1441-第三铰接部；1442-第四铰接部；1421-第一定位台阶；1451-第二定位台阶；

100-第一牵引体；200-第二牵引体；300-第三牵引体；400-第四牵引体；500-第五牵引体；600-第六牵引体；

a-第一铰接点；b-第二铰接点；c、e-第三铰接点；d、f-第四铰接点；h、g-关节偏转的极限位置；

r1-第一铰接轴线；r2-第二铰接轴线；r3-第三铰接轴线；r4-第四铰接轴线。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。特别的，各附图需要展示的侧重点不同，往往都采用了不同的比例。

在本申请中，“近端”和“远端”、“下端”和“上端”是从使用器械的医生角度来看相对于彼此的元件或动作的相对方位、相对位置、方向，尽管“近端”和“远端”、“下端”和“上端”并非是限制性的，但是“近端”、“下端”通常指该医疗设备在正常操作过程中靠近医生的一端，而“远端”、“上端”通常是指首先进入患者体内的一端。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三、第四、第五、第六等描述各种部件，这些部件不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个部件与另一个部件。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一部件可表示为第二部件。

本发明的目的在于提供一种蛇形关节，该蛇形关节具有至少一个自由度，并包括至少一个关节接头，所述关节接头包括第一关节、第二关节和限位机构，所述第一关节和所述第二关节通过所述限位机构铰接并形成至少一对铰接轴线，且至少一对所述铰接轴线不共线。与现有技术相比，本发明的蛇形关节的长度被减短，同时还能保证关节接头具有较大的偏转角度，即较大的运动范围，例如在缩短蛇形关节长度的同时还能够保证与现有的蛇形关节的相同偏转角度。现有的蛇形关节为了保证较大的偏转角度而增加了关节长度，但关节长度的增加会使得使用该蛇形关节的器械在空间狭小的区域内运动时发生干涉，使得器械操作变得困难。而本申请即使减小了关节长度，还依然能够保证关节具有较大的偏转角度，使得使用该蛇形关节的器械具有较大的运动空间，即使在空间狭小的区域中运动，器械也不容易发生运动干涉，使得器械的操作变得容易。

本发明的另一目的在于提供一种手术器械，包括依次连接的器械末端、器械杆和器械盒，所述器械末端包括末端器械和至少一个所述蛇形关节，所述末端器械通过所述蛇形关节与所述器械杆连接。由于蛇形关节的长度被缩短，使得手术器械的末端关节的长度也被缩短，且末端器械关节偏转角度可以保持不变，同时还具有较大的运动范围，从而在手术过程中，可降低手术器械在空间狭小区域活动时发生运动干涉的风险，由此降低手术器械操作难度。

本发明的又一目的在于提供一种内窥镜，包括依次连接的器械末端、器械杆和器械盒，所述器械末端包括探头和至少一个所述蛇形关节，所述探头通过所述蛇形关节与所述器械杆连接。由于蛇形关节的长度被缩短，使得内窥镜的末端关节的长度也被缩短，且末端关节偏转角度可以保持不变，同时还具有较大的运动范围，从而在手术过程中，可降低内窥镜在空间狭小区域活动时发生运动干涉的风险，由此降低手术操作难度。

<第一实施例>

请参考图1a～图1b，图2a～图2b，图5a～图5b，以及图8a至图10b，本实施例提供一种蛇形关节10，其具有至少一个自由度，并包括至少一个关节接头，所述关节接头包括第一关节102、第二关节105和限位机构。所述第一关节102和第二关节105通过所述限位机构铰接并形成至少一对铰接轴线，所述一对铰接轴线不共线。本文中，所述限位机构的作用是限定第一关节102和第二关节105之间的相对位置，并使得第一关节102和第二关节105能够相对转动。

本实施例中，所述限位机构包括第一连接部103和第二连接部104，当然在其他实施例中，所述限位机构也可包括第一连接部103和第二连接部104中的一个，也即，第一关节102和第二关节105既可通过第一连接部103铰接并形成一对不共线的铰接轴线，也可通过第二连接部104铰接并形成一对不共线的铰接轴线，而且还可同时通过第一连接部103和第二连接部104铰接并形成两对不共线的铰接轴线。

为了便于叙述，以下描述中，以限位机构包括第一连接部103和第二连接部104为示意进行说明。

请参考图4a～图4b，所述第一关节102包括第一铰接部1021和第二铰接部1022，第一铰接部1021和第二铰接部1022相对设置，且该两个铰接部的轴线平行且不共线。

请参考图3a～图3b，所述第二关节105包括第三铰接部1051和第四铰接部1052，第三铰接部1051和第四铰接部1052相对设置，且该两个铰接部的轴线平行且不共线。

返回参考图1a，所述第一铰接部1021与第一连接部103铰接并形成第一铰接轴线r1；第二铰接部1022与第二连接部104铰接并形成第二铰接轴线r2；所述第一连接部103可围绕第一铰接部1021转动；所述第二连接部104可围绕第二铰接部1022转动；所述第三铰接部1051与第一连接部103铰接并形成第三铰接轴线r3；所述第四铰接部1052与第二连接部104铰接并形成第四铰接轴线r4；所述第一连接部103可围绕第三铰接部1051转动；所述第二连接部104可围绕第四铰接部1052转动。第一铰接轴线r1、第二铰接轴线r2、第三铰接轴线r3和第四铰接轴线r4相互平行且不重合。此外，为了便于理解，在图1b中大致地示出了第一铰接轴线r1、第二铰接轴线r2、第三铰接轴线r3和第四铰接轴线r4的位置，这些铰接轴线的位置应能根据图1a所示的装配关系所确定。

在一些实施例中，所述第一铰接部1021和第二铰接部1022为突出部，所述第三铰接部1051和第四铰接部1052也为突出部，相应的，所述第一连接部103上设有第一铰孔1031和第二铰孔1032，所述第二连接部104上设有第三铰孔1041和第四铰孔1042，所述第一铰接部1021铰接于第一铰孔1031中(对应第一铰接轴线r1)，所述第二铰接部1022铰接于第三铰孔1041中(对应于第二铰接轴线r2)，所述第三铰接部1051铰接于第二铰孔1032中(对应于第三铰接轴线r3)，第四铰接部1052铰接于第四铰孔1042中(对应于第四铰接轴线r4)。可替代的，所述第一铰接部1021、第二铰接部1022、第三铰接部1051和第四铰接部1052均为铰孔，所述第一连接部103和第二连接部104上设有相应的突出部。为此，第一关节102和第二关节105通过两个连接部铰接并形成四个铰接点，也即四条铰接轴线，从而通过第一连接部103和第二连接部104与两个关节的铰接来限定两个关节的相对位置，且两个关节能够相对转动。第一连接部103和第二连接部104的结构可以相同或不相同，较优为相同结构。

请参考图6a、图18a、图19a及图20a，四个所述铰接点分别为第一铰接点a、第二铰接点b、第三铰接点c、第四铰接点d。从图1a所示的角度看，第一铰接点a为第二关节105与第一连接部103铰接所形成的铰接点(第三铰接轴线r3)，第二铰接点b为第二关节105与第二连接部104铰接所形成的铰接点(第四铰接轴线r4)，第三铰接点c为第一关节102与第一连接部103铰接所形成的铰接点(第一铰接轴线r1)，第四铰接点d为第一关节102与第二连接部104铰接所形成的铰接点(第二铰接轴线r2)。

请参考图6b、图18b、图19b及图20b，本实施例还提供了一种现有的蛇形关节10’作为对比例，该蛇形关节10’中的两个关节11’相铰接并形成两条铰接轴线(也即2个铰接点)，该两条铰接轴线共线设置，这种情况称为单铰点蛇形关节10’。与单铰点蛇形关节10’不同，本实施例的蛇形关节10为双铰点结构(4条不共线的铰接轴线)，且关节接头的长度明显缩短。

继续参考图6b，现有的蛇形关节10’的高度为h0，并满足以下关系：

d为关节接头的直径；θ为关节接头的单边最大弯曲角度(即单侧最大转动角度)；s为关节的预留结构强度的厚度，s的取值可以为零但通常大于零。通常d、θ、s为已知定值，故单铰点蛇形关节10’的高度h0可以被唯一确定。

参考图6a，本申请采用双铰点蛇形关节10时，若需要达到现有单铰点蛇形关节10’的偏转角度，则满足蛇形关节10的高度为h，并满足以下关系：

其中：m为第三铰接轴线r3或第四铰接轴线r4到上下对称面(即第二对称面)的垂直距离的2倍，也即，m＝2h1，h1为第三铰接点c和第四铰接点d分别到关节接头的上下对称面(即第二对称面)的垂直距离；n为第三铰接轴线r3或第四铰接轴线r4到左右对称面(即第一对称面)的垂直距离的2倍，也即，n为第四铰接点d和第三铰接点c之间的垂直距离。

所应理解，第一铰接点a和第二铰接点b关于蛇形关节10的左右对称面对称，同时第一铰接点a和第二铰接点b处于上下对称面上，第四铰接点d和第三铰接点c关于左右对称面对称。更详细而言，蛇形关节10具有第一对称面和第二对称面，从图6a所示的角度看，左右对称面为第一对称面，上下对称面为第二对称面，因此，第一对称面垂直于第二对称面，第一对称面和第二对称面均与蛇形关节10的转动平面垂直。其中，上述四个铰接点处的轴线(即铰接轴线)均与第一对称面平行，即第一铰接轴线r1、第二铰接轴线r2、第三铰接轴线r3以及第四铰接轴线r4均与关节接头的左右对称面平行。

因此，根据式(2)可知，本实施例提供的蛇形关节10的高度h要小于现有的蛇形关节10’的高度h0。

如此一来，本实施例的蛇形关节10，可以在实现关节偏转角度θ不变的情况下，有效缩短蛇形关节的长度。进一步，将该蛇形关节10应用于手术器械或内窥镜，则可有效缩短手术器械或内窥镜末端关节的长度，从而降低手术器械或内窥镜在空间狭小区域活动时发生运动干涉的风险，降低器械操作难度，而且即使关节长度被缩短，还依然能够获取较大的运动范围，降低手术操作难度。

继续参考图6a，本实施例中，可将第二关节105和第一关节102交换位置，亦可达到相同的效果，此时，第三铰接点c和第四铰接点d即分别为铰接点e和f，铰接点c和e关于上下对称面对称，铰接点d和f关于上下对称面对称，铰接点e和f关于左右对称面对称。还应理解，可参阅图6a和图19a，当第一关节102转动到左侧极限位置时，原来的第三铰接点c会运动到点h处，当第一关节102转到到右侧极限位置时，原来的第四铰接点d会运动到点g处，d-g的弧线以及c-h的弧线即为第一关节102的运动轨迹。

参考图21a和图21b，本实施例提供的蛇形关节10不仅长度减短，而且还具有较大的偏转角度，从而保证较大的运动范围，例如第一关节102和第二关节105的单侧转动角度可达140度，使得关节运动范围可达280度(即±140°)。而现有的单铰点蛇形关节10’中，如果要实现与本实施例相同的运动范围，则必须加大关节长度，同时也减小了器械在空间狭小区域内的活动空间，容易造成器械间运动干扰，提高手术操作难度。

进一步优选的，所述蛇形关节10还包括防脱落机构，用于限定所述限位机构的位置，避免所述限位机构从铰接处脱落，提高了铰接的安全性和可靠性。

参见图1a，以及图7a和图8b，所述防脱落机构可包括第一挡块101和第二挡块106；所述第一挡块101可拆卸地设置在第一关节102上；所述第二挡块106可拆卸地设置在第二关节105上；所述第一挡块101和第二挡块106用于设置在两个连接部之间，进一步的，第一挡块101的一端和第二挡块106的一端可以相互抵靠(包括抵接)，第一挡块101的一端和第二挡块106的一端可均为弧面，两个挡块可以相对转动。使用时，所述第一挡块101通过两个相对的侧面挡住两个连接部，所述第二挡块106也通过两个相对的侧面挡住两个连接部，以此避免第一连接部103及第二连接部104从铰接处脱落。第一挡块101和第二挡块106的结构可以相同或不相同，优选两者结构相同，以简化零件配置，降低制造成本。

本文中，主要以第一挡块101为例，对两个挡块的结构作进一步的说明，且第二挡块106的结构可参考第一挡块101。

参考图5a至图5d，并结合图1a，所述第一挡块101可包括基体1011，基体1011具有第一限位面1012a和第二限位面1012b。

参考图4a和图3b，所述第一关节102还包括贯通的第一中心通道1027，所述第二关节105也包括贯通的第二中心通道1057。所述第一中心通道1027用于定位安装第一挡块101。所述第二中心通道1057用于定位安装第二挡块106。第一中心通道1027的形状优选与第一挡块101的基体1011的形状相匹配。第二中心通道1057的形状优选与第二挡块106的基体的形状相匹配。每个关节的中心通道具有一台阶，可定位放置挡块。

继续参考图4a并结合图1a，所述第一挡块101的基体1011用于装入第一关节102的第一中心通道1027内而实现定位固定。参考图5a，所述第一挡块101的基体1011可进一步包括定位凸台1011a和延伸部1011b，定位凸台1011a用于定位在第一关节102的台阶面处，延伸部1011b位于两个连接部之间。所述延伸部1011b的相对两侧分别形成第一限位面1012a和第二限位面1012b，该两个限位面分别抵挡住两个连接部。

进一步的，所述第一挡块101上，通常第一挡块101的中部，设有若干穿丝孔，穿丝孔用于允许控制末端器械运动的牵引体穿过，此处的牵引体穿过蛇形关节10主要用于控制末端器械运动。挡块上的穿丝孔的数量根据控制末端器械运动的牵引体的数量而定，而且当牵引体为多根时，多根牵引体可穿过挡块上的同一个穿丝孔或分别穿过挡块上的不同穿丝孔。例如图5b，本实施例中，所述第一挡块101的中部设有第一穿丝孔1013a和第二穿丝孔1013b，可允许穿设两根牵引体，每个穿丝孔仅允许穿过一根牵引体，该两根牵引体可以控制末端器械开合、偏转等运动。

进一步的，所述第一挡块101和/或第二挡块106的内部设有弧形的导丝滑道，与挡块上的穿丝孔连通。弧形导丝滑道的设置，允许穿过第一挡块101和/或第二挡块106的牵引体扭转一定的角度穿出蛇形关节10，方便2个蛇形关节10可以交错布置，降低关节交错布置的难度。

参考图5a～图5b，以及图9a～图9b，所述第一挡块101的内部设有弧形的第一导丝滑道1014a和第二导丝滑道1014b。同理，所述第二挡块106的内部优选设有弧形的两个导丝滑道(第三导丝滑道和第四导丝滑道)。见图9a和图9b，第一挡块101的第一导丝滑道1014a的位置与第二挡块106的第三导丝滑道的位置相对应，以允许第一牵引体100穿过第一导丝滑道1014a和第三导丝滑道，第一挡块101的第二导丝滑道1014b的位置与第二挡块106的第四导丝滑道的位置相对应，以允许第二牵引体200穿过第二导丝滑道1014b和第四导丝滑道。从而通过导丝滑道，使每根牵引体可扭转一定的角度，如扭转90°，保证2个蛇形关节10可以交错布置。导丝滑道的形状通常与牵引体的外轮廓匹配。

进一步的，每个导丝滑道具有进丝口和出丝口，进丝口为牵引体穿入挡块的位置，出丝口为牵引体穿出挡块的位置。需说明的是，本文中，对每个挡块来说，当外部的牵引体首先从该挡块穿入并穿出时所对应的导丝滑道的进口定义为进丝口，出口定义为出丝口。优选的，参阅图5d，每个导丝滑道的出丝口处设有过渡弧面1015，过渡弧面1015的弯曲半径相比于导丝滑道其余部分的弯曲半径更大。因此，过渡弧面1015的存在可使牵引体具有尽可能大的弯曲半径，以提升牵引体的使用寿命。参阅图8a，本实施例中，所述第一导丝滑道1014a的出丝口处设有第一过渡弧面1015a，所述第二导丝滑道1014b的出丝口处设有第二过渡弧面1015b。相应的，如图8b所示，所述第二挡块106的每个导丝滑道的出丝口处设有过渡弧面，即在s1和s2所指示的位置设置第二挡块106的过渡弧面。

参考图4a和图4b，所述第一关节102还具有第一运动限位面1023a和第二运动限位面1023b。参阅图3a和图3b，所述第二关节105还具有第三运动限位面1053a和第四运动限位面1053b。通过第一运动限位面1023a与第三运动限位面1053a的配合来限定蛇形关节10朝一侧偏转(如第一方向)的最大角度，通过第二运动限位面1023b与第四运动限位面1053b的配合来限定蛇形关节10朝另一侧偏转(如第二方向)的最大角度。因此，第一运动限位面1023a、第二运动限位面1023b、第三运动限位面1053a和第四运动限位面1053b共同决定了第一关节102相对于第二关节105的转动范围。每个运动限位面均为弧面。

继续参考4a和图4b，所述第一关节102还具有第一穿丝通道1024，第一穿丝通道1024的出口处优选具有弧形的第一导向面1028。继续参阅3a和图3b，所述第二关节105还具有第二穿丝通道1054，第二穿丝通道1054的出口处优选具有弧形的第二导向面1058。这些穿丝通道的作用是用于穿设控制蛇形关节运动的牵引体。本文中，对每个关节来说，当外部的牵引体首先从该关节穿入时的方向，即为对应的穿丝通道的出口。第一穿丝通道1024和第二穿丝通道1054的位置相对应，以允许同一根牵引体依次穿过第二关节105和第一关节102。此外，导向面的存在可使牵引体具有尽可能大的弯曲半径，以减小使用过程中的磨损，提高牵引体的使用寿命。

请参考图7a，在第二穿丝通道1054的出口处设置有两个圆弧状的第二导向面1058a和1058b，当然在第一穿丝通道1024的出口处亦可设置两个圆弧状的第一导向面(未标注)。弧形导向面的设置，一方面使牵引体具有尽可能大的弯曲半径(增大导向半径)，以提升牵引体的使用寿命，另一方面避免表面锋利的转折导致牵引体寿命下降，而且还可使第三牵引体300(图7a中虚线示意第三牵引体300)的伸长量基本上等于第四牵引体400(图7a中虚线示意第四牵引体400)的缩短量，提高传动精度。第三牵引体300和第四牵引体400都用于控制蛇形关节的运动。应理解，穿丝通道的数量根据需要控制的蛇形关节10的数量确定，一般而言，如果只控制一个蛇形关节10，仅需要保留2个中心对称的穿丝通道，如果需要控制两个垂直交错布局的蛇形关节10，需要保留3个以上的穿丝通道，且3个穿丝通道的中心不共线。

参考图4a和图4b，所述第一关节102还具有第一定位特征1025和第二定位特征1026。参考图3a和图3b，所述第二关节105还具有第三定位特征1055和第四定位特征1056。所述第一定位特征1025和第二定位特征1026中的一者为凸起，另一者为凹槽。所述第三定位特征1055和第四定位特征1056中的一者为凸起，另一者为凹槽。这些定位特征的设计，允许相邻两个关节接头可以实现平行布局或交错布局。也即，当两个关节接头连接时，该两个关节接头的关节通过定位特征配合连接，以限定两个关节接头的相对位置，具体操作时，一个关节接头的一个关节与另一个关节接头的一个关节配合连接，需要配合的该两个关节通过凹槽与凸起配合连接。

在一些实施例中，如图14a和图14b所示，蛇形关节10包括两个关节接头，两个关节接头的转动轴线s3和s4相平行，即平行布局。在另一些实施例中，如图10a和图10b所示，蛇形关节10包括两个关节接头，两个关节接头的转动轴线s3和s4垂直交错布置，即交错布局。而且上述定位特征的设计，也允许第二关节105和第一关节102实现两个关节接头的排列组合，如一个关节接头的第二关节105和另一个关节接头的第二关节105交错组合或平行组合，或一个关节接头的第二关节105和另一个关节接头的第一关节102交错组合或平行组合(图15a和图15b)，或一个关节接头的第一关节102与另一个关节接头的第一关节102交错组合(图11a和图11b)或平行组合；从而满足手术器械或内窥镜的关节运动需求。

如图12a～图13b，以及图16a～图17b所示，本实施例还提供一种手术器械，其包括依次连接的器械末端1、器械杆2和器械盒3，器械盒3可以为器械末端1提供驱动力以驱动器械末端1运动。所述器械末端1包括蛇形关节10和末端器械(未标注)，末端器械通过蛇形关节10与器械杆2的远端连接，末端器械的具体类型不作限制，如钳子、剪刀、持针器等。如图13a～图13b所示，器械末端1包括蛇形关节10，蛇形关节10包括两个垂直交错布置的关节接头，以及设置在蛇形关节末端的开合器械11(即末端器械)，可选的，通过四根牵引体控制两个关节接头的偏转，实现2个自由度，四根牵引体分别为第三牵引体300、第四牵引体400、第五牵引体500和第六牵引体600。在另一些实施例中，如图16a～图16b所示，器械末端1包括蛇形关节10，蛇形关节10包括两个平行布置的关节接头，以及设置在蛇形关节末端的一个开合器械11。应知晓，末端器械的类型不限于开合器械11。此外，手术器械中的关节接头的数量不限于2个，还可以是1个或2个以上。

如图17a～图17b所示，本实施例还提供一种内窥镜，包括依次连接的器械末端1、器械杆2和器械盒3，器械末端1包括蛇形关节10和一个腹腔镜探头12，蛇形关节10可包括两个平行布置的关节接头。当然在其他实施例中，本实施例的内窥镜也可包括交错布置的关节接头，且关节接头的数量不限于2个。

<第二实施例>

本实施例中与实施例一相同的部分不再详细叙述，具体可参阅实施例一，以下仅针对不同点进行描述。

如图22a～图23b所示，本实施例提供一种槽道式蛇形关节13，其包括至少一个关节接头，该关节接头包括槽道式第一关节131、槽道式第二关节132和限位机构，第一关节131和第二关节132通过所述限位机构铰接并形成至少一对铰接轴线，该一对铰接轴线不共线。所述限位机构用于限定第一关节131和第二关节132之间的相对位置，并使得第一关节131和第二关节132能够相对转动。

与实施例一不同，本实施例的限位机构包括第二连接部104或第一连接部103。以第二连接部104为示意，所述第一关节31和第二关节132通过一个第二连接部104铰接并形成一对铰接轴线，铰接的实现方式与实施例一相同，不再详细叙述。本实施例中，第一关节131通过第二铰接部1022与第二连接部104铰接并形成第二铰接轴线r2，第二关节132通过第四铰接部1052与第二连接部104铰接并形成第四铰接轴线r4。

所述第一关节131还包括第一限位部，所述第二关节132还包括第二限位部，所述第一限位部为两个并相对于左右对称面对称设置，所述第二限位部为两个并相对于左右对称面对称设置。所述第一限位部与第二限位部两两一组可滑动地连接，以进一步限定第一关节131和第二关节132间的相对位置。其中第一限位部和第二限位部中的一者为弧形滑槽1311，另一者为与弧形滑槽1311配合的滑柱凸台1321。本实施例中，所述第一限位部被配置为弧形滑槽1311，所述第二限位部被配置为滑柱凸台1321。滑柱凸台1321与弧形滑槽1311一一对应地配合。

应理解，第一关节131和第二关节132的相对运动关系与实施例一相同，即假设第一连接部103和第二连接部104同时存在，此时滑柱凸台1321的中心可以在第一关节131上绘制出一段轨迹，该轨迹即为弧形滑槽1311的槽道轨迹，此时保留弧形滑槽1311及滑柱凸台1321，并取消第一连接部103即可。还应理解，滑柱凸台1321设置在关节接头的左右对称面上，且还可以理解，本实施例的关节接头的结构原理与图6a相同，也即在结构上关节接头等同于保留有四个铰接点和四根铰接轴线。

在另外的实施方式中，也可将第一关节131上的弧形滑槽1311替换为滑柱凸台1321，并将第二关节132上的滑柱凸台1321替换为弧形滑槽1311，亦可达到同样的效果。

因此，在本实施例中，通过限位机构实现一种槽道式蛇形关节13，其在末端器械关节偏转角度不变的情况下，有效缩短了器械末端关节长度，降低了在空间狭小空间区域时，手术器械或内窥镜发生运动干涉的风险，降低了器械操作难度，而且还能具有较大的运动范围。还应理解，本实施例中保留有挡块，挡块可以是一个或二个，且第一关节131上可取消一个铰接部，第二关节132上也可取消一个铰接部。

<第三实施例>

本实施例和实施例一的零件铰接点的布局完全一致，不同点在于铰接点设置的零件发生了变换，以下仅针对不同点进行描述。

具体而言，如图24a～图26b所示，本实施例提供一种内铰接式蛇形关节14，其包括至少一个关节接头，该关节接头包括第一关节、第二关节和限位机构，所述限位机构包括第一连接部103和第二连接部104。其中，所述第一关节包括第一铰接块141和第一关节基座142，所述第二关节包括第二关节基座143和第二铰接块144。所述第一铰接块141上设置有相对设置的第一铰接部1411和第二铰接部1412；所述第二铰接块144上设置有第三铰接部1441和第四铰接部1442。所述第一铰接块141可拆卸地设置在第一关节基座142上，所述第二铰接块144可拆卸地设置在第二关节基座143上。因此，本实施例中，第一关节和第二关节为分体式结构。

所述第一铰接部1411与第一连接部103铰接并形成第一铰接轴线r1，所述第二铰接部1412与第二连接部104铰接并形成第二铰接轴线r2。所述第三铰接部1441与第一连接部103铰接并形成第三铰接轴线r3，所述第四铰接部1442与第二连接部104铰接并形成第四铰接轴线r4。此时，所述第一关节基座142和第二关节基座143的内侧面起到对第一连杆103和第二连杆104的限位作用。

进一步的，所述第一铰接块141包括第一定位凸台141a和第一延伸部141b，第二铰接块144包括第二定位凸台144a和第二延伸部144b。所述第一关节基座142上设置有贯通的第一中心通道，第一中心通道形成有第一定位台阶1421，用于定位固定第一铰接块141，即，第一定位凸台141a与第一中心通道的台阶面配合。所述第二关节基座143上设置有贯通的第二中心通道，第二中心通道形成有第二定位台阶1451，用于定位固定第二铰接块144，即第二定位凸台144a与第二中心通道的台阶面配合。此外，所述第一铰接部1411和第二铰接部1412设置于所述第一延伸部141b上；所述第三铰接部1441和所述第四铰接部1442设置于所述第二延伸部144b上，所述第一延伸部141b和所述第二延伸部144b设置于所述第一连接部103和所述第二连接部104之间，所述第一延伸部141b的一端和所述第二延伸部144b的一端抵接(包括抵靠)。

与实施例一类似，本实施例通过双连杆机构实现一种蛇形关节14，可在末端器械关节偏转角度不变的情况下，有效缩短器械末端关节长度，降低器械在空间狭小空间区域时发生运动干涉的风险，从而降低器械操作难度，而且还能具有较大的运动范围。

因此，根据上述实施例提供的技术方案可知，本发明在同等外径和同等偏转角度的情况下缩短了关节长度，减少了操作空间占用，减少狭小空间器械操作发生干涉的风险，提高手术安全性。而且本发明的蛇形关节可获得大范围的运动角度，如±140度，且运动精度高，刚性好。还应理解，上述实施例一至实施例三中任一蛇形关节的结构均可参考图6a来确定。

以上实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。