一种套管适配器和手术机器人的制作方法

1.本发明涉及医疗器械技术领域，具体而言涉及一种套管适配器和手术机器人。


背景技术：

2.主从式微创手术机器人能够帮助医生实现手术的精确定位，具有减少病人伤口从而缩短术后恢复时间等优势。并且其具有稳定的操作平台，能够解决医生的颤抖等情况，因而在临床外科手术中有大量的应用。
3.在病人侧的手术机器人通过带有末端执行机构的手术工具进行手术操作。其中手术工具常见的有剪刀、夹子灯。而末端执行机构的俯仰、偏转和夹握的动作通常采用钢丝绳的结构来实现。
4.在人体端通常通过一称为套管的器械在人体腹腔上开口并建立通道。首先将套管的标志点置于人体的肚皮表面，然后手术微器械通过套管通道进入人体，并利用套管的刚性支承手术器械的细长管，避免细长管的变形。在腹腔开孔的早期环节，也会通过套管上的气孔向腹腔注入气体，从而让腹腔鼓起、腾出器械的操作空间。在手术中，套管根据不同的手术器械类型和病人的腹腔厚度，存在不同的类型和长度；比如针对8mm直径器械的型号、针对5mm直径器械的型号以及摄像头套管等。由此可见，套管在手术机器人中发挥着重要作用。
5.与之相对应的，套管连接到机器人机械臂上的对应结构称之为套管适配器。套管适配器需要在人工操作下可以轻松、快速地接合套管，并可安全稳固地连接套管，不可出现晃动等情况。
6.由于机械臂的运动范围很大，且在手术中同时有3到4个机械臂参与手术，这就需要套管适配器的尺寸要尽可能小，以防止对人体的干涉压迫或者机械臂与机械臂间的空间干涉。
7.在手术布置的初期、一旦套管插入人体，人体和套管是相对固定、不可移动的。此时，可按动手术机器人机械臂上的控制按钮，实现机械臂的拖曳随动，将机械臂拖动到套管附近进行对接。一般情况下、医护人员使用单手拖曳机械臂、另一只手扶握套管。因此，套管、机械臂和套管适配器三者之间的方便快捷的操作和配合关系到手术准备时间的长短和便利性。
8.然而，目前的套管适配器存在占用空间大、不易单手操作、便捷性不佳以及结构复杂等诸多问题。
9.因此，需要一种套管适配器和手术机器人，以至少部分地解决以上问题。


技术实现要素：

10.在发明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。本发明的发明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。
11.为至少部分地解决上述问题，本发明的第一方面提供了一种套管适配器，用于手术机器人，所述套管适配器包括：
12.适配器主体；
13.至少一个夹爪，所述夹爪具有枢转部、夹持部以及位于所述枢转部和所述夹持部之间的偏置副，所述枢转部可枢转地连接至所述适配器主体；
14.弹性组件，所述弹性组件设置于所述适配器主体内并作用于所述夹爪，以提供驱使力使得所述夹爪的所述夹持部能够夹持套管；
15.导轨，所述导轨固定连接至所述适配器主体；
16.可移动件，所述可移动件设置于所述导轨，并构造为能够沿所述导轨移动，所述可移动件具有与所述偏置副配合的偏置部；以及
17.手柄，所述手柄包括：
18.铰接部，所述手柄经由所述铰接部连接至所述适配器主体，
19.操作部，所述操作部位于所述铰接部的上方，
20.执行部，所述执行部位于所述铰接部的下方，且所述执行部可活动地连接至所述可移动件；
21.其中，所述手柄能够通过所述执行部牵引所述可移动件沿所述导轨移动，进而通过所述偏置部和所述偏置副的相互作用改变所述夹爪的位置。
22.根据本发明的套管适配器，操作人员可以利用手柄通过单手完成一对夹爪的夹取和释放动作，由此可以使得操作人员可以利用另一只手完成诸如操作配套的套管等其它动作，使得操作更加便捷。
23.进一步地，所述套管适配器包括一对夹爪，所述手柄构造为能够通过所述执行部牵引所述可移动件沿所述导轨移动，进而通过所述偏置部和所述偏置副的相互作用改变所述一对夹爪的所述夹持部之间的距离。
24.进一步地，所述可移动件构造为能够在所述手柄的所述执行部的牵引作用下，以及在所述偏置部和所述偏置副的相互作用下沿所述导轨在第一位置和第二位置之间可移动；
25.其中，当所述可移动件位于所述第一位置时，所述一对夹爪的所述夹持部之间的距离最小，当所述可移动件位于所述第二位置时，所述一对夹爪的所述夹持部之间的距离最大。
26.进一步地，所述可移动件相对于所述导轨对称设置。
27.进一步地，所述一对夹爪各自的所述夹持部分别设置有彼此朝向的爪尖，所述爪尖的夹角的范围是40
‑
90
°
，且所述爪尖的夹角的中线与所述夹爪的夹持力的方向处于同一直线。
28.进一步地，所述爪尖的夹角的中线垂直于夹爪的本体部。
29.进一步地，所述夹爪具有本体部，所述枢转部和所述夹持部分别位于所述本体部的两端。根据本方案，可以使夹爪的摆动幅度减小，进而使得适配器内的安装空间加大。
30.进一步地，所述弹性组件连接在所述一对夹爪之间，且位于所述枢转部和所述夹持部之间。由此，可以使得操作人员操作手柄时更省力。
31.进一步地，所述弹性组件位于所述偏置副和所述夹持部之间。由此，可以进一步使
得操作人员操作手柄时更省力。
32.进一步地，所述夹爪的所述本体部还设置有向下凸出的凸出部，所述凸出部靠近所述夹持部设置，所述弹性组件连接在所述两个夹爪各自的所述凸出部之间。根据上述设置，弹性组件可以为一对夹爪提供最大的夹持力，且弹性组件设置于凸出部，还可以预留出额外的安装空间。
33.进一步地，所述弹性组件沿所述导轨的延伸方向设置于所述一对夹爪之间，所述弹性组件的一端连接至所述适配器主体，另一端连接至所述可移动件。
34.进一步地，所述夹爪具有本体部，所述夹持部位于所述本体部的一端，所述枢转部位于所述本体部的中部。
35.进一步地，所述弹性组件连接在所述一对夹爪之间，且位于所述本体部的远离所述夹持部的端部处。
36.进一步地，所述偏置部构造为偏置面，所述偏置面构造为所述可移动件的朝向所述偏置副的侧面；
37.所述偏置副构造为滚动件。
38.进一步地，所述可移动件具有靠近所述夹爪的夹持部的前端，以及远离所述夹持部且与所述前端相反的后端；
39.所述偏置面构造为沿从所述前端到所述后端的方向延伸并逐渐远离所述导轨。
40.进一步地，所述可移动件相对于所述导轨的两侧分别设置有阻挡部，且所述阻挡部位于所述可移动件的后端，所述斜面延伸至所述阻挡部处，且两个所述阻挡部之间的距离不小于分别位于所述一对夹爪上的两个所述滚动件之间的距离，以防止所述阻挡部越过所述滚动件。
41.进一步地，所述偏置部构造为第一枢转销，所述偏置副构造为第二枢转销，所述套管适配器还包括连杆，所述连杆的两端分别可枢转地连接至所述第一枢转销和所述第二枢转销。
42.本发明的第二方面提供一种手术机器人，包括上述第一方面所述的套管适配器。
43.根据本发明的手术机器人，具有上述第一方面的套管适配器，因此能够起到与上述第一方面相类似的技术效果。
附图说明
44.本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。
45.附图中：
46.图1为根据本发明的一种优选方式的手术机器人的机械臂的结构示意图；
47.图2为图1中机械臂的分解结构示意图；
48.图3为图1中机械臂的另一角度的示意图；
49.图4为图1中机械臂的套管适配器的示意图；
50.图5为图4中套管适配器的内部构造的局部示意图；
51.图6为图5中套管适配器的内部构造的仰视视角的示意图；
52.图7为图4中导轨、滑块以及手柄的安装结构示意图；
53.图8为图5中夹爪的立体示意图；
54.图9为图8中夹爪的另一视角的结构示意图；以及
55.图10为根据本发明的另一种优选实施方式的手术机器人的机械臂的剖切示意图。
56.附图标记说明：
57.100/200：机械臂110：套管120：无菌适配器
58.130/230：套管适配器131：拖拽控制按钮132：解锁按钮
59.133：交互灯140/240：适配器主体151/251：导轨
60.160/260：夹爪161/261：夹持部162：枢转部
61.163：滚动件263：第二枢转销164：凸出部
62.165：爪尖166：本体部170/270：可移动件
63.171：偏置面172：配合槽173：阻挡部
64.271：第一枢转销180：手柄181：操作部
65.182：执行部183：铰接部190/290：弹性组件
66.291：连杆
具体实施方式
67.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明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，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
68.为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的描述。应当理解的是，提供这些实施例是为了使得本发明的公开彻底且完整，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。显然，本发明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。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
69.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发明的示例性实施例。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。
70.本发明中所引用的诸如“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。
71.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。
72.现在，将参照附图更详细地描述根据本发明的示例性实施例。
73.第一优选实施方式
74.图1到图9示出了本发明的第一实施方式。首先参考图1、图2和图3，本发明的手术机器人具有一个或多个机械臂100。机械臂100包括套管110、套管适配器130和无菌适配器
120。其中，首先将无菌适配器120安装到套管适配器130上并锁定，二者之间可以采用无菌敷料等隔开。而后将套管110安装至无菌适配器120，且使得套管110能够被套管适配器130锁定。
75.套管适配器130包括适配器主体140、至少一个夹爪160、弹性组件190、导轨151、可移动件170以及手柄180。其中，适配器主体140可以是套管适配器130的外壳。其上可以设置交互灯133，解锁按钮132以及拖拽控制按钮131等。为了便于详细说明，在此定义套管适配器130的靠近套管110的端部为前部，并且定义套管适配器130的远离套管110且与前部相反的端部为后部。
76.拖拽控制按钮131设置在套管适配器130的后部，其可以作为机械臂100的移动控制部件。例如，拖拽控制按钮131处于常态(不被按下)时，机械臂100处于锁定状态，其不可以被移动。当操作人员按下拖拽控制按钮131后，机械臂100解锁，其可以被操作人员拖拽移动。
77.解锁按钮132设置于靠近套管适配器130的前部的位置，其可以作为无菌适配器120和套管适配器130之间的连接控制部件。示例性地，无菌适配器120和套管适配器130之间通过卡扣、钩扣或其它方式实现连接，解锁按钮132则用于解锁此种连接。即，当操作人员按下解锁按钮132后，可以将无菌适配器120从套管适配器130拆下。
78.交互灯133则可以根据设置在适配器主体140内的各类传感器，显示各类灯光信号，以指示套管适配器130的当前状态。其可以设置在任意便于观察的位置，在本实施方式中，其设置在靠近解锁按钮132的位置。
79.请参考图4、图5、图6、图8和图9。夹爪160设置在适配器主体140内，夹爪160具有本体部166，枢转部162和夹持部161。其中，枢转部162和夹持部161分别位于本体部166的两端。枢转部162可枢转地连接至适配器主体140。当仅设置一个夹爪160时，则套管110被夹持在一个夹爪160和适配器主体140的内壁之间。
80.优选地，为了获得更好的夹持效果，套管适配器130包括一对夹爪160。一对夹爪各自的夹持部161则彼此朝向的弯曲(或者说向内弯曲)，以实现一对夹爪160的向内可夹紧。在本实施方式中，如图8和图9所示，一对夹爪160各自的夹持部161分别设置有彼此朝向的爪尖165，爪尖165的夹角的中线与夹爪160的夹持力的方向位于同一直线。优选地，爪尖165的夹角的中线垂直于本体部166。爪尖165的夹角的范围是40
‑
90
°
。优选地，爪尖165的夹角是45
°
。爪尖165的上述设置，可以使夹爪160更容易套入套管110从而形成嵌合。并且，爪尖165合适的角度设置，可以使得机构以外卡死时，通过用力也能将套管110分离。
81.以夹爪160的上述设置方式，夹爪160的一端进行枢转，另一端进行夹持，可以使夹爪160的摆动幅度减小，进而使得套管适配器130内的安装空间加大。
82.下面请参考图5和图6。弹性组件190设置于适配器主体140内并作用于上述一对夹爪160，以提供驱使力使得一对夹爪160的夹持部161向内夹持。在本实施方式中，弹性组件190优选构造为弹簧。弹性组件190连接在一对夹爪160之间(横向设置)，其可以横向设置在枢转部162和夹持部161之间的任意位置。由此，可以使得操作人员操作手柄180时更省力。
83.优选地，弹性组件190位于偏置副(下文详细描述)和夹持部161之间。更优选地，在本实施方式中，弹性组件190位于靠近夹持部161的位置。具体地，夹爪160的本体部166还设置有向下凸出的凸出部164，凸出部164靠近夹持部161设置，弹性组件190连接在两个夹爪
160各自的凸出部164之间。根据上述设置，弹性组件190可以为一对夹爪160提供最大的夹持力，弹性力与夹紧力的力臂接近，可控性好。弹性组件190的运动与手柄180的运动没有耦合，可控性好。且弹性组件190设置于凸出部164，还可以预留出额外的安装空间，以安装感应器等部件。
84.下面请参考图5和图7。导轨151固定连接至适配器主体140，其截面形状优选呈“凸”形。可移动件170设置于导轨151，其截面形状优选构造为与上述“凸”形相配合，并从导轨151的下方套设在导轨151
[0085]“凸”形的肩部上，以构造为能够沿导轨151移动。并且，可移动件170优选以导轨151为基准对称。更优选地，一对夹爪160也可以以导轨151为基准对称。
[0086]
下面请参考图5和图6。可移动件170上具有偏置部，夹爪160上具有偏置副。偏置部和偏置副能够相互配合而发生作用。示例性地，当可移动件170在导轨151上移动时，偏置部能够挤压偏置副，使得夹爪160沿其枢转部162发生枢转。进而使得一对夹爪160各自的夹持部161之间的距离发生变化，使得一对夹爪160夹持套管110或释放套管110。
[0087]
其中，夹爪160上的偏置副可以设置在枢转部162和夹持部161之间的任意位置。优选地，在本实施方式中，偏置副设置在夹爪160的本体部166的中部。
[0088]
在本实施方式中，偏置部构造为偏置面171，其构造为可移动件170的朝向偏置副的侧面。例如，偏置面171可以为斜面、凹弧面或者凸弧面等。偏置副则构造为滚动件163，例如其可以是滚轮或轴承等。这样，能够在使偏置副和偏置部能互相推动的同时，大幅度降低阻力，使得操作更加便捷省力。
[0089]
下面将详细解释偏置部与偏置副的结构。为此，定义可移动件170的靠近夹爪160的夹持部161的端部为前端，定义可移动件170的远离夹持部161且与前端相反的端部为后端。
[0090]
继续参考图5和图6。偏置面171构造为沿从前端到后端的方向延伸并逐渐远离导轨151。即，偏置面171到导轨151的中线的距离由前端向后端逐渐增大。由此，当可移动件170沿从套管适配器130的后部到前部的方向移动时，偏置面171将挤压推动夹爪160上的偏置副，使其向外打开。
[0091]
为了限制可移动件170的移动距离，优选在可移动件170上设置阻挡部173。其优选位于可移动件170的相对于导轨151的两侧。且其优选位于可移动件170的后端。
[0092]
在本实施方式中，斜面形成的偏置面171沿由前端向后端的方向延伸至阻挡部173处。为了使阻挡部173能够与偏置副发生干涉后阻止可移动件170的继续移动，两个阻挡部173之间的距离不小于分别位于一对夹爪160上的两个滚动件163之间的距离。或者说，阻挡部173与夹爪160交叉设置。这样，阻挡部173则无法越过滚动件163。
[0093]
下面请参考图4、图5和图7。手柄180可枢转的设置在适配器主体140上。具体地，手柄180包括铰接部183、操作部181和执行部182。其中，操作部181位于手柄180的顶部，其用于操作人员的操作。执行部182位于手柄180的底部，其可活动地连接至可移动件170。铰接部183位于操作部181和执行部182之间，手柄180经由该铰接部183连接至适配器主体140。
[0094]
在本实施方式中，可移动件170上设置有配合槽172，执行部182构造为滑动件，其可滑动的设置于配合槽172内，即配合槽172可以构造为滑槽。在未示出的实施方式中，为了降低摩擦力，执行部182也可以构造为滚动件，例如滚轮或轴承等。此时，执行部182在配合
槽172内可滚动。
[0095]
当操作人员对操作部181进行操作时，或者说当操作人员扳动手柄180时，手柄180能够以铰接部183为轴心枢转。相应地，手柄180的执行部182能够牵引可移动件170沿导轨151移动。具体地，手柄180的操作部181以铰接部183为轴心，以操作部181到铰接部183之间的距离为半径进行第一圆弧运动。手柄180的执行部182以铰接部183为轴心，以执行部182到铰接部183之间的距离为半径进行第二圆弧运动。而可移动件170在执行部182的干涉下进行直线运动，其运动距离则为上述第二圆弧运动在水平方向上的分量。
[0096]
由此，手柄180能够通过执行部182牵引可移动件170沿导轨151移动，进而通过偏置部和偏置副的相互作用改变一对夹爪160各自的夹持部161之间的距离。
[0097]
根据本发明的套管适配器130，操作人员可以利用手柄180通过单手完成一对夹爪160的夹取和释放动作，由此可以使得操作人员可以利用另一只手完成诸如操作配套的套管110等其它动作，使得操作更加便捷。
[0098]
当操作人员扳动手柄180时，可移动件170在手柄180的执行部182的牵引(滑动干涉)作用下，以及在偏置部和偏置副的相互作用(挤压干涉)下沿导轨151在第一位置和第二位置之间可移动。其中，当可移动件170位于第一位置时，一对夹爪160各自的夹持部161之间的距离最小，此时可以将套管110夹持住。当可移动件170位于第二位置时，一对夹爪160各自的夹持部161之间的距离最大，即此时释放套管110或者准备安装套管110。
[0099]
在本实施方式中，更具体地，当操作人员朝向套管适配器130的后部扳动手柄180时，可移动件170在手柄180的执行部182的作用下由第一位置向第二位置移动。相对应的，一对夹爪160在偏置副和偏置部的作用下扩张，即夹持部161打开。使得操作人员可以安装或拆卸套管110。当操作人员松开手柄180后，一对夹爪160在弹性组件190的作用下向内夹持，此时夹爪160上的偏置副反推可移动件170上的偏置部，使得可移动件170由第二位置向第一位置移动，最终达到夹持状态。
[0100]
第二优选实施方式
[0101]
图10示出了本发明的第二优选实施方式。其与第一实施方式的不同之处在于：
[0102]
弹性组件290不连接在一对夹爪260之间，而是沿导轨251的延伸方向设置在一对夹爪260之间(纵向设置)。具体地，弹性组件290的一端连接至适配器主体240，另一端连接至可移动件270。这样利用较大空间纵向设置弹簧，有利于输出更大的弹力。
[0103]
此外，在本实施方式中，套管适配器230还包括连杆291。偏置部构造为第一枢转销271，偏置副构造为第二枢转销263。连杆291的两端分别可枢转地连接至第一枢转销271和第二枢转销263。优选地，第二枢转销263靠近夹爪260的夹持部261设置，以减少虚位影响。
[0104]
在本实施方式中，第一枢转销271比第二枢转销263更靠近弹性组件290，由此使得连杆291朝向前端倾斜。这种设置形式中，弹性组件290需要提供拉伸力。
[0105]
在未示出的实施方式中，第二枢转销比第一枢转销更靠近弹性组件，由此使得连杆朝向后端倾斜。这种设置形式中，弹性组件需要提供压缩力。
[0106]
此外，在另外的未示出的实施方式中，可以将连杆方案和弹性组件连接在夹爪之间的方案进行组合。
[0107]
示例性地，夹爪的枢转部和夹持部分别位于本体部的两端。偏置部构造为第一枢转销，偏置副构造为第二枢转销。连杆的两端分别可枢转地连接至第一枢转销和第二枢转
销。并且，弹性组件连接在一对夹爪之间，且弹性组件位于靠近夹爪的夹持部处。
[0108]
又一示例性地，夹持部位于本体部的一端，枢转部位于本体部的中部。偏置部构造为第一枢转销，偏置副构造为第二枢转销。连杆的两端分别可枢转地连接至第一枢转销和第二枢转销。弹性组件连接在一对夹爪之间，且弹性组件位于相反于夹爪的夹持部的端部处。
[0109]
除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明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，不是旨在限制本发明。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。
[0110]
本发明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，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明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发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。