用于微创手术机器人的器械驱动座及手术器械的制作方法

1.本实用新型涉及手术器械技术领域，具体涉及一种用于微创手术机器人的手术器械。


背景技术：

2.当下研究的微创手术具有创伤小、恢复快、并发症少一集住院时间短等的优点，是医疗技术的一个研究热点，也是未来手术发展趋势。但是传统的内窥镜手术操作精度低、视野范围小、操作自由度小、医生容易疲劳和颤抖的缺点严重影响了手术质量；随着技术进步，机器人医疗辅助技术能很好的解决这些问题。在机器人辅助下能够提供高清的3d视野，以便于医生操作。微型操作器械极大地增加手术操作的灵活性，且操作精度有了极大的提高，使得医生能够进行更精细的操作。同时在研究中加入人机工程学方面的设计，能够有效减少医生长时间手术操作产生的疲劳。
3.公告号为us6394998b1的美国专利公开了一种典型的手术器械末端结构，采用钢丝绳驱动腕部结构实现手术器械的多自由度运动，但是该结构存在支撑力不足，且器械末端相对于细长轴无法移动的问题。在某些手术场景中，器械末端的取向是固定的，但是由于医生人为操纵的主手无法沿着笔直的方向前进，因此可能触碰到周围的组织，此时，器械末端能够相对细长轴移动就显得十分重要了。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是为了解决现有的手术器械存在支撑力不足和器械末端无法相对长轴移动的问题，进而提供一种用于微创手术机器人的手术器械。
5.本实用新型第一方面提供了一种用于微创手术机器人的器械驱动座，包括手动旋钮、驱动齿轮(12)、第一从动齿轮和第二从动齿轮，所述手动旋钮与所述驱动齿轮固定连接，使得所述驱动齿轮在所述手动旋钮转动时可跟随转动，所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮同轴相对设置，且分别与所述驱动齿轮啮合，其中，所述第一从动齿轮的旋转中心固连有手术器械的外管，所述第二从动齿轮的旋转中心固连有手术器械的内管，所述内管同轴可转动设置在所述外管的内部。
6.进一步的，所述第一从动齿轮和所述第二从动齿轮完全相同，在所述驱动齿轮的带动下沿着相反的方向旋转运动；所述内管的内部还设置有驱动线缆，所述驱动线缆可相对于所述内管的轴向直线运动。
7.进一步的，所述手动旋钮设置有多个凹陷部，所述凹陷部适于容纳操作人员的手指。
8.本实用新型第二方面提供了一种手术器械，具有上述的用于微创手术机器人的器械驱动座，还包括细长轴、器械末端和连接座，所述细长轴具有近端和适于插入病人体内的远端，所述器械末端位于所述细长轴的所述远端，所述连接座用于连接所述器械末端与所述细长轴；所述外管和所述内管构成所述细长轴，所述外管和所述内管上分别具有交叉的、
倾斜设置的外管狭缝和内管狭缝；所述连接座上设置有凸起部，所述凸起部同时穿过所述外管狭缝和所述内管狭缝。
9.进一步的，所述外管狭缝和所述内管狭缝在所述细长轴的径向方向形成的投影交叉，交叉形成的位于垂直于所述细长轴的轴向的夹角θ，所述夹角θ在30
°
至120
°
之间。
10.进一步的，所述外管狭缝和内管狭缝的形状、大小均相同，且各具有四条，每两条组成一对，分别对称分布于所述外管和所述内管的两侧。
11.进一步的，所述连接座上设置有悬臂，所述凸起部设置在所述悬臂上。
12.进一步的，所述连接座还包括连接本体、连接臂和连接螺栓，所述连接臂自所述连接本体靠近所述细长轴的所述远端的方向向外延伸，以通过所述连接螺栓连接到所述器械末端上。
13.进一步的，所述器械末端包括腕部、设置在腕部上且可相对枢转的第一夹爪和第二夹爪，所述腕部上设置有凹槽，所述连接臂延伸到所述凹槽内，以便于与所述腕部连接。
14.进一步的，所述连接本体包括对称的两个半圆柱形管，所述悬臂设置于所述半圆柱形管的中部。
15.本实用新型与现有技术相比至少具有以下效果：
16.1、本实用新型的器械驱动座驱动内外管不同旋向的旋转，从而使细长轴上的两对狭缝反向运动，推动连接座的运动，从而带动器械末端相对于细长轴沿着直线笔直运动一定距离，能适应更多的手术场景；
17.2、本实用新型的器械末端直接通过刚性结构与细长轴相连，能提供更大的支撑力，腕部不会发生不期望的转动，造成手术伤害。
附图说明
18.图1是本实用新型一实施方式的手术器械结构示意图；
19.图2是本实用新型一实施方式的器械驱动座的结构示意图；
20.图3是本实用新型一实施方式的手术器械远端处的结构示意图；
21.图4是本实用新型一实施方式的手术器械远端处的内外管透视示意图；
22.图5是本实用新型一实施方式的器械末端与内管装配后的结构示意图；
23.图6是本实用新型一实施方式的器械末端与内管装配后的透视示意图；
24.图7是本实用新型一实施方式的器械末端与连接座装配后的结构示意图。
25.图中：
26.1-驱动座，11-手动旋钮，12-驱动齿轮，13-第一从动齿轮，14-第二从动齿轮；2-细长轴，21-外管，211-外管狭缝，22-内管，221-内管狭缝，23-驱动线缆；3-器械末端，31-腕部，311-腕本体，312-凹槽，32-第一夹爪，33-第二夹爪；41-连接座，411-凸起部，412-连接本体，413-悬臂，414-连接臂，415-连接螺栓。
具体实施方式
27.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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本实用
新型及其应用或使用的任何限制。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。
28.请参考图1，本实施方式中用于微创手术机器人的手术器械具有细长轴2，细长轴2具有靠近设备本体的近端和靠近手术患者的远端，远端处设置有器械末端3，用于对患者的身体组织执行外科手术操作，近端处设置有驱动座1，用于驱动器械末端3相对于细长轴2的直线运动。
29.请参考图2，驱动座1包括手动旋钮11、驱动齿轮12、第一从动齿轮13和第二从动齿轮14，手动旋钮11与驱动齿轮12固定连接，使得驱动齿轮12在手动旋钮11转动时可跟随转动，第一从动齿轮13和第二从动齿轮14同轴相对设置，且分别与驱动齿轮12啮合，其中，第一从动齿轮13的旋转中心固连有手术器械的外管21，第二从动齿轮14的旋转中心固连有手术器械的内管22，内管22是同轴可转动设置在外管21内部的。第一从动齿轮13和第二从动齿轮14是相同的，即它们具有相同的齿数、直径等，因此，在驱动齿轮12转动时，第一从动齿轮13和第二从动齿轮14是沿着相反的方向旋转的，如此便带动了外管21和内管22沿着相反的方向旋转。内外管沿着相反的方向旋转，就实现了器械末端3相对于细长轴2的一定距离内的直线运动。本实施方式中，手动旋钮11设置有多个凹陷部，从而形成类似花瓣的结构，凹陷部可容纳操作人员的手指，增加了人手抓握的舒适性和摩擦力。在某些手术场景下使用时，器械末端3的俯仰、偏航等姿态已经确定好了，需要器械末端3相当于细长轴2作直线进给运动时，可由医生助手拧动手动旋钮11，进而完成到达所需的位置，完成手术操作。
30.进一步的，内管22的内部还设置有驱动线缆23，驱动线缆23可相对于内管22的轴向直线运动，从而带动手术器械的夹爪开合运动。具体实现结构可参考中国专利公告号cn105188572b或cn108289691b中的结构，在此不再赘述。
31.为了清楚地说明驱动座1是如何驱动器械末端3相对于细长轴2的直线运动的，现对手术器械的整体结构进行描述，该等描述并不构成对驱动座1使用场景的限制，本领域技术人员在认知范围内，还可以将驱动座1结合其他的手术器械使用。
32.请参考图3至图7，本实施方式中手术器械包括细长轴2、器械末端3和连接座41，器械末端3位于细长轴2的远端，连接座41用于连接器械末端3与细长轴2；细长轴2包括外管21和内管22，外管21和内管22上分别具有交叉的、倾斜设置的外管狭缝211和内管狭缝221；连接座41上设置有凸起部411，凸起部411同时穿过外管狭缝211和内管狭缝221。其中，内管22是套设在外管21的内部的，两者可同时相对、反向地自由转动。
33.请参考图4，在外管21沿着r1方向旋转运动时，内管22同时沿着r2方向(与r1相反的旋向)旋转运动。由于内外管同时转动的限制，此时连接座41上的凸起部411相对于细长轴2的周向位置不会发生变化，而在轴向上会随着内外管的运动向着靠近细长轴2远端的方向运动，最终发生一定距离的位置变化，由于器械末端3与连接座41是固定设置的，因此，这会带来器械末端3发生同样距离的位置变化。同时，当内外管反过来旋转运动时，器械末端3也会沿着相反的方向发生一定距离的位置变化。
34.请继续参考图3和图7，本实施方式中，器械末端3包括腕部31、设置在腕部31上且可相对枢转的第一夹爪32和第二夹爪33，三者的连接关系是公知的技术，在此不做详细描述。并且，本实施方式中器械末端3的结构也只是为了说明本实用新型的思想，并非对其构成限制。腕部31上设置有腕本体311和凹槽312，凹槽312的设置是为了便于与连接座41连
接，从而将器械末端3固定在连接座41上。连接座41包括凸起部411、连接本体412、悬臂413、连接臂414和连接螺栓415，连接本体412由两部分构成，组成一个类圆柱形管，两部分靠近器械末端3的方向分别延伸出一条连接臂414，连接臂414用来将连接本体412与腕本体311相连。具体的，连接臂414上设置有两个安装孔，两个连接螺栓415分别安装在安装孔中来实现上述目的。其中，还可以将靠近器械末端3的连接螺栓415设置为枢转轴，便于第一夹爪32和第二夹爪33的枢转。要实现第一夹爪32和第二夹爪33的枢转，也可以采用诸多现有的方案，例如中国专利公告号cn105188572b或cn108289691b中的结构，在此不再赘述。
35.进一步的，在连接座41上设置的凸起部411同时穿过内外管的狭缝，如此，便将器械末端3、连接座41和细长轴2三者连接在一起了，并且，还可使得器械末端3相对于细长轴2的位置发生变化，适应某些特殊的手术场景。可以看到，本实施方式的手术器械结构中，腕部31是通过连接臂414直接与细长轴2相连的，而没有采用钢丝绳等柔性结构，因此可提供更为可靠的支撑力，不会发生器械末端3不期望的运动。为了便于将连接座41安装进内管22内以及将凸起部411穿过内管狭缝221，凸起部411设置在悬臂413上。悬臂413指的是在连接座41上设置有悬空的类似于跳板的结构，该种结构能产生弹性变形。换言之，连接座41上设置有悬臂413，由于悬臂413具有一定的弹性变形空间，因此凸起部411可在插入内管22的过程中向内缩，在经过内管狭缝221时弹出，从而卡接在内管狭缝221中。同理，将连接本体412设置为两部分，也是为了方便上述的安装过程。当然，在其他实施方式中，连接本体412也可以是一个整体的圆柱形管。只要悬臂413和凸起部411的弹性变形量足够大，能够将连接座41安装进内管22内即可。
36.进一步的，请参考图7，图中示出了两种不同类型的悬臂413的结构。可以理解的是，图中的两种结构，并不对悬臂413的具体形式构成限制，也不对两种结构是否同时出现在连接座41上构成限制。第一种悬臂结构为单悬臂结构，即悬臂413的悬空部分设置有凸起部411，悬臂413的连接部直接与连接本体412相连；第二种悬臂结构为双悬臂结构，弹性变形量要大于第一种结构，即悬臂413的悬空部分设置有凸起部411，悬臂413的连接部先与另一悬臂的悬空部相连，另一悬臂再与连接本体412相连。当然，如果尺寸和结构强度允许，还可以设置为三悬臂结构甚至四悬臂结构。优选的，在连接座41上设置两个凸起部411，并且使用两个相同的双悬臂结构。
37.再请参考图4，外管21和内管22是同轴设置的，外管狭缝211和内管狭缝221的形状相同，并且外管狭缝211和内管狭缝221的位置基本相同。此处位置基本相同指的是，相对于外管21或内管22(也可成为细长轴2)而言，两种狭缝的各端点距离细长轴2的远端距离相同，并且其沿着细长轴2的径向投影相对于细长轴2轴向的倾角设置也相同。优选的，在外管21或内管22上的对称的两面均设置有前述狭缝，而狭缝还设置为间隔一定轴向距离的一对。此种设置，均是为了受力平衡和提供稳定性。具体来说，外管21上具有四条外管狭缝211，每两条组成一对、分布于外管21对称的两侧；内管22上亦如此。可以理解的是，外管狭缝211和内管狭缝221的倾斜方向是相反的。例如，将狭缝看作螺旋线的话，外管21上的是左旋的，则内管22上的是右旋的(或者反过来设置)。外管狭缝211和内管狭缝221在细长轴2的径向方向形成的投影是交叉的，交叉形成有四个夹角，其中位于垂直于细长轴2的轴向的夹角为θ(位于细长轴2的轴向的夹角为180
°‑
θ)，该夹角θ一方面决定了驱动外管21和内管22旋转所需的动力大小，另一方面又与外管21和内管22的管径一起决定了器械末端3可相对
于细长轴2运动的距离d。优选的，夹角θ可在30
°
至120
°
之间选取。进一步优选的，夹角θ取90
°
。一般的，内管管径在10mm左右，以夹角θ取90
°
为例，则器械末端3可相对于细长轴2运动的距离也在10mm米左右(但略小于内管管径)。当然，夹角θ越大，器械末端3的运动距离也越大，但是驱动内外管旋转所需的动力也越大。
38.请参考图3、图5和图6，先将器械末端3与连接座41相连，再将二者插入内管22中，形成图5(也即图6)所示的结构，接着将其插入到外管21中，形成图3所示的结构，如此便形成了本实施方式所述的手术器械。当然，在实际使用时，也可将内管22和外管21先组合好，再将连接座41或者连接好器械末端3的连接座41插入其中。在手术过程中，如需更换器械末端3，可直接拆下连接螺栓415，而无需改动其他结构。为了节省更换时间，此处的连接螺栓415也可使用快拆螺栓。
39.需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
40.以上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精神和范围。