CN117122415A - 末端执行器、手术器械及手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种末端执行器、手术器械及手术机器人。末端执行器包括：基座；俯仰关节，可转动设置于基座；至少一个转盘，可转动设置于俯仰关节；以及至少一个活动执行件，活动执行件与转盘一一对应地传动连接，且转盘转动时用于带动活动执行件转动，其中，转盘的转动轴线与活动执行件的转动轴线基本平行。在绳索对转盘的输入力量一定的情况下，通过活动执行件形成的杠杆借力，从而能够增大活动执行件的头端的输出力量，兼顾了手术器械的小型化设计和末端执行器的输出力量需求。

Description

末端执行器、手术器械及手术机器人

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及末端执行器、手术器械及手术机器人。

背景技术

具有灵巧多关节运动能力的手术机器人的手术器械已经在如今的临床手术治疗领域中有广泛的运用。其中大多数手术器械的关节是由一对很细的绳索来驱动的。由于手术器械的小型化设计，手术器械中所能选用的绳索也是非常细的，从而绳索所能承受的拉力也是比较小的，进而导致手术器械的末端执行器的输出力量不足。

在一些临床手术场景中，由于手术器械的末端执行器的输出力量不足，导致末端执行器难以夹持住病人体内的一些较大的组织或者超声探头等其他器械，从而会影响手术进程。

发明内容

基于此，有必要针对传统的手术器械由于小型化设计而导致末端执行器的输出力量不足的问题，提供一种能够兼顾手术器械的小型化设计和末端执行器的输出力量需求的末端执行器、手术器械及手术机器人。

本申请一实施例提供一种末端执行器，所述末端执行器包括：

基座；

俯仰关节，可转动设置于所述基座；

至少一个转盘，可转动设置于所述俯仰关节；以及

至少一个活动执行件，所述活动执行件与所述转盘一一对应地传动连接，且所述转盘转动时用于带动所述活动执行件转动，其中，所述转盘的转动轴线与所述活动执行件的转动轴线基本平行。

在一实施例中，所述活动执行件的尾端与对应的所述转盘二者，其中一者设有滑槽，另一者设有滑动部，所述滑动部与滑槽滑动配合。

在一实施例中，所述活动执行件的尾端上设有所述滑槽，所述转盘上设有所述滑动部且所述滑动部凸出于所述转盘，所述滑动部偏离所述转盘的转动轴线。

在一实施例中，所述滑动部和所述滑槽位于所述转盘的转动轴线与所述活动执行件的转动轴线之间。

在一实施例中，所述活动执行件的数量为至少两个，至少两个所述活动执行件同轴且可相对转动设置。

在一实施例中，所述末端执行器还包括固定执行件，所述固定执行件固定设置于所述俯仰关节，所述活动执行件与所述固定执行件可转动连接。

在一实施例中，所述转盘上设置有绳连接结构，所述绳连接结构用于连接绳索，所述转盘由所述绳索驱动。

在一实施例中，所述俯仰关节的转动轴线方向基本垂直于所述转盘的转动轴线方向。

本申请一实施例提供一种手术器械，包括近端控制器、中间连接杆件以及上述任一项所述的末端执行器，所述近端控制器和所述末端执行器之间通过对应的绳索连接，所述绳索穿设于所述中间连接杆的内部。

本申请一实施例提供一种手术机器人，包括：机械臂和所述的手术器械，所述手术器械安装于所述机械臂的末端。

上述的末端执行器、手术器械以及手术机器人，活动执行件与转盘传动连接，转盘转动时用于带动活动执行件转动，从而可以使得活动执行件执行手术操作。由于转盘的转动轴线与活动执行件的转动轴线基本平行，则转盘的转动轴线与活动执行件的转动轴线间隔设置，从而可以理解，活动执行件的一端(即尾端)位于活动执行件的转动轴线靠近转盘的转动轴线的一侧，活动执行件的另一端(头端)位于活动执行件的转动轴线背离转盘的转动轴线的一侧，且转盘与活动执行件的尾端传动连接。转盘带动活动执行件的尾端转动时，则活动执行件整体绕其转动轴线转动，从而使得活动执行件的头端能够执行手术操作，如此则使得活动执行件形成杠杆。在对转盘的输入力量一定的情况下，通过活动执行件形成的杠杆借力，从而能够增大活动执行件的头端的输出力量，兼顾了手术器械的小型化设计和末端执行器的输出力量需求。

附图说明

图1为一实施例的末端执行器的结构示意图；

图2为图1中的末端执行器的活动执行件、转盘、第一轴以及第二轴的连接关系示意图；

图3为图1中的末端执行器的两个活动执行件相对闭合时的示意图；

图4为图1中的末端执行器的两个活动执行件相对张开时的示意图；

图5为图1中的末端执行器的活动执行件的尾端的转动轨迹所在的圆周与转盘的外轮廓的转动轨迹所在的圆周的重合关系示意图；

图6为另一实施例中的末端执行器的活动执行件的尾端的转动轨迹所在的圆周与转盘的外轮廓的转动轨迹所在的圆周的重合关系示意图。

附图标号说明：末端执行器100；基座110；转盘120；滑动部121；活动执行件130；尾端130a；头端130b；滑槽131；第一轴140；第二轴150；绳连接结构160；俯仰关节170。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“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发明和简化描述，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发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，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，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可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小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

请参考图1至图4，本申请一实施例提供一种末端执行器100。末端执行器100包括：基座110、俯仰关节170、至少一个转盘120以及至少一个活动执行件130。俯仰关节170可转动设置于基座110。转盘120可转动设置于俯仰关节170。活动执行件130与转盘120一一对应地传动连接，且转盘120转动时用于带动活动执行件130转动，其中，转盘120的转动轴线与活动执行件130的转动轴线基本平行。

上述的末端执行器100，活动执行件130与转盘120传动连接，转盘120转动时用于带动活动执行件130转动，从而可以使得活动执行件130执行手术操作。由于转盘120的转动轴线与活动执行件130的转动轴线基本平行，则转盘120的转动轴线与活动执行件130的转动轴线间隔设置，从而可以理解，活动执行件130的一端(即尾端130a)位于活动执行件130的转动轴线靠近转盘120的转动轴线的一侧，活动执行件130的另一端(头端130b)位于活动执行件130的转动轴线背离转盘120的转动轴线的一侧，且转盘120与活动执行件130的尾端130a传动连接。转盘120带动活动执行件130的尾端130a转动时，则活动执行件130整体绕其转动轴线转动，从而使得活动执行件130的头端130b能够执行手术操作，如此则使得活动执行件130形成杠杆。在对转盘120的输入力量一定的情况下，通过活动执行件130形成的杠杆借力，从而能够增大活动执行件130的头端130b的输出力量，兼顾了手术器械的小型化设计和末端执行器100的输出力量需求。

请参考图1至图4，在一实施例中，转盘120通过对应的第一轴140可转动设置于俯仰关节170。转盘120的转动轴线即第一轴140的轴线。

在一实施例中，活动执行件130的数量为至少两个时，则转盘120的数量为至少两个。

在一实施例中，至少两个转盘120对应同一个第一轴140，第一轴140安装在俯仰关节170上，至少两个转盘120分别与第一轴140转动连接，即至少两个转盘120通过同一个第一轴140与俯仰关节170转动连接。

在一实施例中，转盘120与第一轴140一一对应。即每个转盘120通过各自对应的第一轴140与俯仰关节170转动连接。

请参考图1至图4，在一实施例中，活动执行件130的数量为至少两个，至少两个活动执行件130同轴且可相对转动设置。

具体在本实施例中，活动执行件130的数量为两个。两个活动执行件130同轴且可相对转动设置，从而两个活动执行件130相对转动时实现相对张开或相对闭合，进而两个活动执行件130能共同执行手术操作。在本实施例中，末端执行器100可以是手术剪、手术钳、手术镊子等。在手术操作中，可以调整末端执行器100的工作模式，使两个活动执行件130各自对应的转盘120的转动方向相反，则两个活动执行件130的转动方向相反，从而能实现两个活动执行件130相对张开或相对闭合。

在其他实施例中，活动执行件的数量还可以是更多个，例如、三个、四个、五个等。

请参考图1至图4，在一实施例中，至少两个活动执行件130通过对应的第二轴150同轴可转动连接，则至少两个活动执行件130绕第二轴150的轴线可相对转动。活动执行件130的转动轴线即第二轴150的轴线。

在本实施例中，除了使至少两个活动执行件130相对转动之外，还可以调整末端执行器100的工作模式，使至少两个活动执行件130各自对应的转盘120的转动方向相同，从而使得至少两个活动执行件130能够共同围绕转盘120的转动轴线同向转动，进而能够实现至少两个活动执行件130的偏摆动作，增强了活动执行件130的动作灵活性，便于手术操作。

在一些实施例中，至少两个活动执行件130可以对应同一个第二轴150。例如，至少两个活动执行件130分别与同一个第二轴150铆接，从而至少两个活动执行件130分别能够绕该第二轴150转动，进而实现至少两个活动执行件130的同轴相对转动。

在一些实施例中，活动执行件130与第二轴150也可以是一一对应的。将各个活动执行件130对应的第二轴150转动连接，则也能够实现至少两个活动执行件130的同轴相对转动。

在另一些实施例中，末端执行器还包括固定执行件(未示出)，固定执行件固定设置于俯仰关节170，活动执行件130与固定执行件可转动连接。具体地，固定执行件即相对俯仰关节170固定不动。通过转盘120带动活动执行件130转动，则活动执行件130与固定执行件相对转动，从而能实现活动执行件130与固定执行件的相对张开和相对闭合，进而也能执行手术操作。可以理解地，在本实施例中，活动执行件130的数量也可以是一个。一个活动执行件130与固定执行件的相对张开和相对闭合，则可以执行夹持、剪断等手术操作。

参考图2至图4，在一实施例中，活动执行件130的尾端130a与对应的转盘120，其中一者设有滑槽131，另一者设有滑动部121，滑动部121与滑槽131滑动配合。

具体地，转盘120转动时，则带动滑动部121沿滑槽131滑动，滑动部121与滑槽131的槽壁之间的作用力则能够驱动活动执行件130的尾端130a绕其转动轴线转动，从而使得活动执行件130整体绕其转动轴线转动，进而使得活动执行件130的头端130b执行手术操作。通过滑动部121与滑槽131滑动配合，方便转盘120与活动执行件130的尾端130a传动连接。

参考图2至图4，在一实施例中，活动执行件130的尾端130a上设有滑槽131，转盘120上设有滑动部121且滑动部121凸出于转盘120，滑动部121偏离转盘120的转动轴线，从而，转盘120转动时带动滑动部121同步做圆周运动，滑动部121则在滑槽131内相对滑动，进而带动活动执行件130的尾端130a绕其转动轴线转动。

优选地，滑动部121设置在转盘120的边缘处，从而在转盘120的直径设计的较小的情况下，即可将滑动部121与滑槽131配合，进而可以减小转盘120的体积。

在一实施例中，滑动部121凸出于转盘120的端面设置，且滑动部121与滑槽131滑动配合，则活动执行件130的尾端也位于转盘120的端面的一侧，方便设置活动执行件130与转盘120的相对位置，从而方便转盘120与活动执行件130的尾端130a传动连接。

如图1至图4所示，在一实施例中，转盘120上设置有绳连接结构160，绳连接结构160用于连接绳索(未示出)，转盘120由绳索驱动。

绳连接结构160可以是用于将绳索卡住的卡线结构，也可以是允许绳索绑定的绑定件(例如连接环、钩子)，还可以是用于将绳索夹住的夹持件等结构，对此不做限制。

具体地，可以将绳索绕设于转盘120上。由于绳索通过绳连接结构160与转盘120连接，从而可以在绳连接结构160处将绳索与转盘120固定，防止绳索脱离转盘120，且能防止绳索与转盘120相对滑动。又由于绳索绕设在转盘120上，因此，拉动绳索的一端时，则绳索带动转盘120沿顺时针方向转动，拉动绳索的另一端时，则绳索带动转盘120沿逆时针方向转动。如此则可以分别驱动转盘120沿相反的两个方向转动。

在一实施例中，俯仰关节170的转动轴线方向基本垂直于转盘120的转动轴线方向。

由于转盘120设置在俯仰关节170上，因此，俯仰关节170绕其转动轴线转动时，则能够携带转盘120和活动执行件130共同绕俯仰关节170的转动轴线转动。由于俯仰关节170的转动轴线方向基本垂直于转盘120的转动轴线方向(即基本垂直于活动执行件130的转动轴线方向)，从而增强了活动执行件130的动作灵活性。

在一实施例中，末端执行器100还包括偏转关节(未示出)。偏转关节可转动设置在基座上。俯仰关节170可转动设置在偏转关节上，从而俯仰关节170间接地设置在基座上。偏转关节的转动时，则携带俯仰关节170、转盘120以及活动执行件130共同绕偏转关节的转动轴线转动。因此，通过偏转关节的转动，能够进一步增强活动执行件130的动作灵活性。

请结合图3至图5，在一实施例中，活动执行件130绕其转动轴线转动时，则活动执行件130的尾端130a的转动轨迹所在的圆周为S1。转盘120绕其转动轴线转动时，则转盘120的外轮廓的转动轨迹所在的圆周为S2。由图5可以理解，只有将滑槽131与滑动部121设置在S1与S2的重合区域A内，滑动部121与滑槽131才能实现配合，从而才能带动活动执行件130绕其转动轴线转动。

由于活动执行件130的转动轴线与转盘120的转动轴线平行，根据几何原理可知，两条平行线能够确定一个平面，即活动执行件130的转动轴线与转盘120的转动轴线共同确定平面P。如图5所示，S1与S2的重合区域A被平面P分成两半。

活动执行件130绕其转动轴线的转动行程具有第一极限角度和第二极限角度，从而第一极限角度与第二极限角度之间的行程即活动执行件130的转动行程。图3所示为活动执行件130(两个活动执行件130中左侧的活动执行件130)在第一极限角度时的状态，滑动部121位于平面P的一侧，图4所示为活动执行件130(两个活动执行件130中左侧的活动执行件130)在第二极限角度时的状态，滑动部121位于平面P的另一侧。由于活动执行件130在第一极限角度与在第二极限角度时，滑动部121分别位于平面P的不同侧，从而，活动执行件130在第一极限角度与第二极限角度之间切换的过程中，滑动部121从平面P的一侧穿过平面P运动至平面P的另一侧，进而能够使滑动部121在有限的重合区域A内具有较大的转动行程，则同时使得活动执行件130绕其轴线转动时的转动行程较大，有利于手术操作的灵活性。

请结合图3至图5，在一实施例中，滑槽131和滑动部121均位于转盘120的转动轴线与活动执行件130的转动轴线之间。

具体地，活动执行件130的尾端130a位于转盘120的转动轴线与活动执行件130的转动轴线之间，从而，滑槽131和滑动部121的配合结构位于转盘120的转动轴线与活动执行件130的转动轴线之间，进而，转盘120带动活动执行件130动作时，滑槽131和滑动部121的配合结构始终在转盘120的转动轴线与活动执行件130的转动轴线之间活动。如此，滑槽131和滑动部121的配合结构不会与转盘120的转动轴(第一轴140)干涉，便于加工和装配。

请参考图6，在再一实施例中，活动执行件130的尾端位于转盘120的转动轴线背离活动执行件130的转动轴线的一侧，则滑动部121与滑槽131的槽壁之间的在活动执行件130的尾端130a的力作用点到活动执行件130的转动轴线的距离较远，从而活动执行件130的尾端130a的该力作用点与活动执行件130的转动轴线之间形成的杠杆的动力臂较长，进而在绳索对转盘120的输入力量一定的情况下，能够进一步地提高头端130b的输出力量。而且，在活动执行件130的尾端130a的该力作用点与活动执行件130的转动轴线之间形成的杠杆的动力臂的长度一定的情况下，则可以减小转盘120的转动轴线与活动执行件130的转动轴线之间的距离，从而可以使得末端执行器100结构紧凑。

本申请一实施例提供一种手术器械。手术器械包括近端控制器、中间连接杆件以及上述任一项的末端执行器100。近端控制器和末端执行器100之间通过对应的绳索连接，绳索穿设于中间连接杆的内部。

本申请一实施例提供一种手术机器人。手术机器人包括：机械臂和上述的手术器械，手术器械安装于机械臂的末端。

上述的手术器械、手术机器人，活动执行件130与转盘120传动连接，转盘120转动时用于带动活动执行件130转动，从而可以使得活动执行件130执行手术操作。由于转盘120的转动轴线与活动执行件130的转动轴线基本平行，则转盘120的转动轴线与活动执行件130的转动轴线间隔设置，从而可以理解，活动执行件130的一端(即尾端130a)位于活动执行件130的转动轴线靠近转盘120的转动轴线的一侧，活动执行件130的另一端(头端130b)位于活动执行件130的转动轴线背离转盘120的转动轴线的一侧，且转盘120与活动执行件130的尾端130a传动连接。转盘120带动活动执行件130的尾端130a转动时，则活动执行件130整体绕其转动轴线转动，从而使得活动执行件130的头端130b能够执行手术操作，如此则使得活动执行件130形成杠杆。在对转盘120的输入力量一定的情况下，通过活动执行件130形成的杠杆借力，从而能够增大活动执行件130的头端130b的输出力量，兼顾了手术器械的小型化设计和末端执行器100的输出力量需求。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种末端执行器，其特征在于，所述末端执行器包括：

基座(110)；

俯仰关节(170)，可转动设置于所述基座(110)；

至少一个转盘(120)，可转动设置于所述俯仰关节(170)；以及

至少一个活动执行件(130)，所述活动执行件(130)与所述转盘(120)一一对应地传动连接，且所述转盘(120)转动时用于带动所述活动执行件(130)转动，其中，所述转盘(120)的转动轴线与所述活动执行件(130)的转动轴线基本平行。

2.根据权利要求1所述的末端执行器，其特征在于，所述活动执行件(130)的尾端(130a)与对应的所述转盘(120)二者，其中一者设有滑槽(131)，另一者设有滑动部(121)，所述滑动部(121)与滑槽(131)滑动配合。

3.根据权利要求2所述的末端执行器，其特征在于，所述活动执行件(130)的尾端(130a)上设有所述滑槽(131)，所述转盘(120)上设有所述滑动部(121)且所述滑动部(121)凸出于所述转盘(120)，所述滑动部(121)偏离所述转盘(120)的转动轴线。

4.根据权利要求2所述的末端执行器，其特征在于，所述滑动部(121)和所述滑槽(131)位于所述转盘(120)的转动轴线与所述活动执行件(130)的转动轴线之间。

5.根据权利要求1所述的末端执行器，其特征在于，所述活动执行件(130)的数量为至少两个，至少两个所述活动执行件(130)同轴且可相对转动设置。

6.根据权利要求1所述的末端执行器，其特征在于，所述末端执行器还包括固定执行件，所述固定执行件固定设置于所述俯仰关节(170)，所述活动执行件(130)与所述固定执行件可转动连接。

7.根据权利要求1所述的末端执行器，其特征在于，所述转盘(120)上设置有绳连接结构(160)，所述绳连接结构(160)用于连接绳索，所述转盘(120)由所述绳索驱动。

8.根据权利要求1所述的末端执行器，其特征在于，所述俯仰关节(170)的转动轴线方向基本垂直于所述转盘(120)的转动轴线方向。

9.一种手术器械，其特征在于，包括近端控制器、中间连接杆件以及权利要求1-8任一项所述的末端执行器，所述近端控制器和所述末端执行器之间通过对应的绳索连接，所述绳索穿设于所述中间连接杆的内部。

10.一种手术机器人，其特征在于，包括：机械臂和如权利要求9所述的手术器械，所述手术器械安装于所述机械臂的末端。