一种手持式多自由度微创手术器械的制作方法

一种手持式多自由度微创手术器械
[技术领域]
[0001]
本发明涉及医疗器械技术领域，具体地说是一种手持式多自由度微创手术器械。
[

背景技术：
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[0002]
目前，微创手术机器人已经被大量应用于腹腔、胸腔、盆腔等传统腔镜微创外科手术中，临床实践证明了微创手术机器人的安全性、可靠性和灵活性。相比于传统的腔镜微创手术，微创手术机器人具备多自由度、远程操作、手眼协调等特点。以抓取钳为例，微创手术机器人的末端抓取钳具有4个自由度，分别为两个爪的转动、腕部的转动和直杆的转动。机器人机械臂还提供俯仰、偏转和直线运动3个自由度。因此，术中手术机器人单臂有7个自由度，极大增加了狭小空间手术的灵活性。
[0003]
然而，由于独特的主从结构设计和钢索传动结构，导致微创手术机器人的研发、制造成本较高，进而抬高了终端用户的采购和维护门槛。另外，缺少术中力反馈功能，降低了术中医生对组织结构的感知，也是微创手术机器人从诞生以来亟待解决的问题。
[

技术实现要素：
]
[0004]
本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种手持式多自由度微创手术器械，解决了传统微创手术机器人成本高、器械寿命短，以及传统微创器械不灵活的缺点，增加了直杆器械的灵活性，且操作者手部的动作通过硬质杆传动，可靠性高、使用寿命长。
[0005]
为实现上述目的设计一种手持式多自由度微创手术器械，包括爪钳a1、爪钳b 2、爪钳座3、腕部4、直杆套5、直杆旋钮6、固定把手7、腕部旋钮8、活动把手9、腕部驱动杆10和爪钳驱动杆14，其中，所述爪钳a1通过销轴d 24安装在爪钳座3上，所述爪钳座3固定在腕部4上，所述腕部4通过销轴b18安装在直杆套5上，所述直杆套5与直杆旋钮6固定连接，所述直杆旋钮6可旋转式连接在固定把手7上，所述固定把手7与活动把手9通过销轴a11连接，所述直杆旋钮6转动时带动直杆套5绕自转轴旋转；所述直杆套5、腕部驱动杆10、爪钳驱动杆14同轴布置，所述直杆套5套设于腕部驱动杆10外部，所述腕部驱动杆10套设于爪钳驱动杆14外部，所述腕部驱动杆10一端固定销轴c19，所述腕部驱动杆10另一端连接梯形丝杠16，所述梯形丝杠16上安装有腕部旋钮8，并在腕部旋钮8的转动下而转动，所述腕部驱动杆10在梯形丝杠16的带动下作直线运动，并通过销轴c19带动腕部4绕销轴b18转动；所述爪钳驱动杆14一端固定销轴e 26，并通过销轴e 26与爪钳连杆b17连接，所述爪钳连杆b17另一端通过销轴f 27与爪钳连杆a13连接，所述爪钳连杆a13另一端通过销轴连接爪钳a1，所述爪钳驱动杆14另一端通过球头22与活动把手9的槽口23配合连接，所述活动把手9转动时槽口23咬合球头22，进而带动爪钳驱动杆14沿轴向作直线运动，所述爪钳驱动杆14带动爪钳连杆b17和爪钳连杆a13运动，进而带动爪钳a1和爪钳b 2转动。
[0006]
进一步地，所述直杆套5通过卡扣25与直杆旋钮6固连，所述固定把手7包括圆柱部分和把手部分，所述直杆旋钮6可旋转式连接在圆柱部分一端，并绕固定把手7的圆柱部分旋转，所述圆柱部分另一端固定连接把手部分，所述把手部分与活动把手9通过销轴a11连
接。
[0007]
进一步地，所述腕部4上设计有导向槽a 20和导向槽b 21，所述导向槽a20、导向槽b 21的延伸方向与腕部4的轴线存在夹角，所述腕部驱动杆10移动时带动销轴c19在导向槽a 20和导向槽b 21中移动，并对导向槽a 20和导向槽b 21施加侧向力，进而引起腕部4绕销轴b18转动。
[0008]
进一步地，所述腕部驱动杆10另一端固定在丝杠螺母15上，所述丝杠螺母15与梯形丝杠16配合连接，所述丝杠螺母15在梯形丝杠16转动时沿梯形丝杠16轴线作直线运动，进而带动腕部驱动杆10作直线运动。
[0009]
进一步地，所述梯形丝杠16外围设置有顶盖12，所述顶盖12上开设有沿轴向延伸的条形槽，所述丝杠螺母15自条形槽中伸出并沿条形槽作直线运动。
[0010]
进一步地，所述腕部驱动杆10为一根中空的中通杆，所述爪钳驱动杆14为一根实心杆。
[0011]
本发明同现有技术相比，针对传统微创手术机器人成本高、器械寿命短，以及传统微创器械不灵活的缺点，综合考虑微创手术机器人操控灵活、自由度多，以及传统器械可靠性高、使用成本低的优点，提供了一种手持式多自由度微创手术器械，该器械具有爪钳转动、腕部转动和直杆套转动3个运动自由度，增加了直杆器械的灵活性，操作者手部的动作通过硬质杆传动，相比于钢索传动，可靠性高、使用寿命长，且用户可以手持器械直接接触体内组织，继承了传统手术器械的天然力反馈功能；此外，本发明开发、使用成本低，操作灵活简便，对腔镜外科手术器械的研发和推广具有实际意义，值得推广应用。
[附图说明]
[0012]
图1是本发明的正面结构示意图一；
[0013]
图2是本发明的正面结构示意图二(腕部动作)；
[0014]
图3是本发明的正面结构示意图三(腕部和爪钳同时动作)；
[0015]
图4是本发明的俯视结构示意图(腕部、爪钳、直杆套同时动作)；
[0016]
图5是本发明的立体结构示意图；
[0017]
图6是本发明的内部结构示意图；
[0018]
图7是本发明的侧面结构示意图；
[0019]
图8是本发明腕部动作细节图；
[0020]
图9是本发明爪钳动作细节图；
[0021]
图10是本发明腕部结构示意图；
[0022]
图11是本发明推拉杆动作细节图；
[0023]
图中：1、爪钳a 2、爪钳b 3、爪钳座 4、腕部 5、直杆套 6、直杆旋钮 7、固定把手 8、腕部旋钮 9、活动把手 10、腕部驱动杆 11、销轴a 12、顶盖 13、爪钳连杆a14、爪钳驱动杆 15、丝杠螺母 16、梯形丝杠17、爪钳连杆b18、销轴b19、销轴c 20、导向槽a 21、导向槽b 22、球头 23、槽口 24、销轴d 25、卡扣 26、销轴e 27、销轴f。
[具体实施方式]
[0024]
如附图1至附图11所示，本发明提供了一种手持式多自由度微创手术器械，主要包
括爪钳a1、爪钳b 2、爪钳座 3、腕部 4、直杆套 5、直杆旋钮 6、固定把手 7、腕部旋钮 8、活动把手 9、腕部驱动杆10和爪钳驱动杆14等结构部件，其中，爪钳a1通过销轴d 24安装在爪钳座3上，爪钳座3固定在腕部4上，腕部4通过销轴b18安装在直杆套5上，直杆套5与直杆旋钮6固定连接，直杆旋钮6可旋转式连接在固定把手7上，固定把手7与活动把手9通过销轴a11连接，直杆旋钮6转动时带动直杆套5绕自转轴旋转；直杆套5、腕部驱动杆10、爪钳驱动杆14同轴布置，直杆套5套设于腕部驱动杆10外部，腕部驱动杆10套设于爪钳驱动杆14外部，腕部驱动杆10一端固定销轴c19，腕部驱动杆10另一端连接梯形丝杠16，梯形丝杠16上安装有腕部旋钮8，并在腕部旋钮8的转动下而转动，腕部驱动杆10在梯形丝杠16的带动下作直线运动，并通过销轴c19带动腕部4绕销轴b18转动；爪钳驱动杆14一端固定销轴e 26，并通过销轴e 26与爪钳连杆b17连接，爪钳连杆b17另一端通过销轴f 27与爪钳连杆a13连接，爪钳连杆a13另一端通过销轴连接爪钳a1，爪钳驱动杆14另一端通过球头22与活动把手9的槽口23配合连接，活动把手9转动时槽口23咬合球头22，进而带动爪钳驱动杆14沿轴向作直线运动，爪钳驱动杆14带动爪钳连杆b17和爪钳连杆a13运动，进而带动爪钳a1和爪钳b 2转动。
[0025]
具体地，直杆套5通过卡扣25与直杆旋钮6固连，固定把手7包括圆柱部分和把手部分，直杆旋钮6可旋转式连接在圆柱部分一端，并绕固定把手7的圆柱部分旋转，圆柱部分另一端固定连接把手部分，把手部分与活动把手9通过销轴a11连接。腕部4上设计有导向槽a 20和导向槽b 21，导向槽a 20、导向槽b 21的延伸方向与腕部4的轴线存在夹角，腕部驱动杆10移动时带动销轴c19在导向槽a 20和导向槽b 21中移动，并对导向槽a 20和导向槽b 21施加侧向力，进而引起腕部4绕销轴b18转动。腕部驱动杆10另一端固定在丝杠螺母15上，丝杠螺母15与梯形丝杠16配合连接，丝杠螺母15在梯形丝杠16转动时沿梯形丝杠16轴线作直线运动，进而带动腕部驱动杆10作直线运动；梯形丝杠16外围设置有顶盖12，顶盖12上开设有沿轴向延伸的条形槽，丝杠螺母15自条形槽中伸出并沿条形槽作直线运动。
[0026]
下面结合附图和具体实施例对本发明作以下进一步说明：
[0027]
本发明所述的手持式多自由度微创手术器械具有至少3个运动自由度，分别为爪钳a1和爪钳b 2的转动、腕部4的转动和直杆套5的转动；爪钳a1和爪钳b 2的是联动的，因此只作为一个自由度；爪钳a1和爪钳b 2的转动由活动把手9控制，腕部4的转动由腕部旋钮8控制，直杆套5的转动由直杆旋钮6控制。爪钳a1和爪钳b 2的转动、腕部4的转动和直杆套5的转动是相互独立，互不干涉的；直杆套5可以绕自转轴作360度旋转；腕部4可以绕销轴b18作大约90度范围的旋转。
[0028]
爪钳a1通过销轴d 24安装在爪钳座3上，爪钳座3通过螺纹固定在腕部4上，腕部4通过销轴b18安装在直杆套5上；直杆套5通过卡扣25和直杆旋钮6固连，直杆旋钮6可以绕固定把手7的圆柱部分旋转，固定把手7和活动把手9通过销轴a11连接。
[0029]
直杆套 5、腕部驱动杆 10、爪钳驱动杆14同轴，直杆套5在最外层，腕部驱动杆10在中间层，爪钳驱动杆14在内层；腕部驱动杆10是一根中空的中通杆，一端固定销轴c19，另一端固定在丝杠螺母15上；丝杠螺母15与梯形丝杠16配合，沿着梯形丝杠16轴线作直线运动，带动腕部驱动杆10作直线运动；爪钳驱动杆14是一根实心杆，一端固定销轴e 26，另一端通过球头22与活动把手9的槽口23配合连接；爪钳驱动杆14的另一端通过销轴e 26与爪钳连杆b 17连接，爪钳连杆b17又通过销轴f 27与爪钳连杆a13连接，爪钳连杆a13通过销轴
与爪钳a1连接；使用时，通过转动活动把手9，槽口23咬合球头22，进而带动爪钳驱动杆14沿轴向作直线运动，爪钳驱动杆14带动爪钳连杆b17和爪钳连杆a13运动。由于直杆套5对爪钳驱动杆14的运动限制，以及爪钳座3对爪钳连杆a13的运动限制，爪钳驱动杆14的直线运动转化为爪钳a1和爪钳b 2的转动。
[0030]
通过转动腕部旋钮8带动梯形丝杠16转动，进而平移丝杠螺母15和固连在上面的腕部驱动杆10；腕部4上设计有导向槽a 20和导向槽b 21，腕部驱动杆10的移动导致销轴c19在腕部4的导向槽a 20和导向槽b 21中移动，导向槽a 20以及导向槽b 21和腕部4的轴线存在一定夹角，从而当销轴c19移动时，会对导向槽a 20和导向槽b 21施加侧向力，进而引起腕部4绕销轴b18转动。
[0031]
通过转动直杆旋钮6，即可带动直杆套5绕自转轴旋转；当转动直杆旋钮6时，腕部4、爪钳座3、爪钳a1、爪钳b 2也跟随旋转。
[0032]
综上，本发明提供了一种手持式多自由度微创手术器械，该器械具有至少3个运动自由度，增加了直杆器械的灵活性；操作者手部的动作通过硬质杆传动，相比于钢索传动，可靠性高、使用寿命长；同时，手持式操作继承了传统器械天然力反馈的功能。该器械使用成本低，操作灵活简便，对腔镜外科手术器械的研发和推广具有实际意义。
[0033]
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术，其使用到的标准零件均可以从市场上购买，异形件根据说明书和附图的记载均可以进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接等常规手段，机械、零件和设备均采用现有技术中常规的型号，电路连接采用现有技术中常规的连接方式，在此不再详述。
[0034]
本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种手持式多自由度微创手术器械，其特征在于：包括爪钳a(1)、爪钳b(2)、爪钳座(3)、腕部(4)、直杆套(5)、直杆旋钮(6)、固定把手(7)、腕部旋钮(8)、活动把手(9)、腕部驱动杆(10)和爪钳驱动杆(14)，其中，所述爪钳a(1)通过销轴d(24)安装在爪钳座(3)上，所述爪钳座(3)固定在腕部(4)上，所述腕部(4)通过销轴b(18)安装在直杆套(5)上，所述直杆套(5)与直杆旋钮(6)固定连接，所述直杆旋钮(6)可旋转式连接在固定把手(7)上，所述固定把手(7)与活动把手(9)通过销轴a(11)连接，所述直杆旋钮(6)转动时带动直杆套(5)绕自转轴旋转；所述直杆套(5)、腕部驱动杆(10)、爪钳驱动杆(14)同轴布置，所述直杆套(5)套设于腕部驱动杆(10)外部，所述腕部驱动杆(10)套设于爪钳驱动杆(14)外部，所述腕部驱动杆(10)一端固定销轴c(19)，所述腕部驱动杆(10)另一端连接梯形丝杠(16)，所述梯形丝杠(16)上安装有腕部旋钮(8)，并在腕部旋钮(8)的转动下而转动，所述腕部驱动杆(10)在梯形丝杠(16)的带动下作直线运动，并通过销轴c(19)带动腕部(4)绕销轴b(18)转动；所述爪钳驱动杆(14)一端固定销轴e(26)，并通过销轴e(26)与爪钳连杆b(17)连接，所述爪钳连杆b(17)另一端通过销轴f(27)与爪钳连杆a(13)连接，所述爪钳连杆a(13)另一端通过销轴连接爪钳a(1)，所述爪钳驱动杆(14)另一端通过球头(22)与活动把手(9)的槽口(23)配合连接，所述活动把手(9)转动时槽口(23)咬合球头(22)，进而带动爪钳驱动杆(14)沿轴向作直线运动，所述爪钳驱动杆(14)带动爪钳连杆b(17)和爪钳连杆a(13)运动，进而带动爪钳a(1)和爪钳b(2)转动。2.如权利要求1所述的手持式多自由度微创手术器械，其特征在于：所述直杆套(5)通过卡扣(25)与直杆旋钮(6)固连，所述固定把手(7)包括圆柱部分和把手部分，所述直杆旋钮(6)可旋转式连接在圆柱部分一端，并绕固定把手(7)的圆柱部分旋转，所述圆柱部分另一端固定连接把手部分，所述把手部分与活动把手(9)通过销轴a(11)连接。3.如权利要求1所述的手持式多自由度微创手术器械，其特征在于：所述腕部(4)上设计有导向槽a(20)和导向槽b(21)，所述导向槽a(20)、导向槽b(21)的延伸方向与腕部(4)的轴线存在夹角，所述腕部驱动杆(10)移动时带动销轴c(19)在导向槽a(20)和导向槽b(21)中移动，并对导向槽a(20)和导向槽b(21)施加侧向力，进而引起腕部(4)绕销轴b(18)转动。4.如权利要求1所述的手持式多自由度微创手术器械，其特征在于：所述腕部驱动杆(10)另一端固定在丝杠螺母(15)上，所述丝杠螺母(15)与梯形丝杠(16)配合连接，所述丝杠螺母(15)在梯形丝杠(16)转动时沿梯形丝杠(16)轴线作直线运动，进而带动腕部驱动杆(10)作直线运动。5.如权利要求4所述的手持式多自由度微创手术器械，其特征在于：所述梯形丝杠(16)外围设置有顶盖(12)，所述顶盖(12)上开设有沿轴向延伸的条形槽，所述丝杠螺母(15)自条形槽中伸出并沿条形槽作直线运动。6.如权利要求1所述的手持式多自由度微创手术器械，其特征在于：所述腕部驱动杆(10)为一根中空的中通杆，所述爪钳驱动杆(14)为一根实心杆。

技术总结
本发明涉及一种手持式多自由度微创手术器械，包括爪钳A、爪钳B、腕部、固定把手和活动把手，爪钳A通过爪钳座固定在腕部上，腕部安装在直杆套上，直杆旋钮转动时带动直杆套绕自转轴旋转；腕部驱动杆一端固定销轴，另一端连接梯形丝杠，并在梯形丝杠带动下作直线运动，进而带动腕部绕销轴转动；爪钳驱动杆一端通过销轴与爪钳连杆B连接，爪钳连杆B、爪钳连杆A、爪钳A依次通过销轴连接，爪钳驱动杆另一端通过球头与活动把手的槽口配合连接，活动把手转动时槽口咬合球头，带动爪钳驱动杆、爪钳连杆B和爪钳连杆A运动，进而带动爪钳A和爪钳B转动；本发明解决了传统微创手术机器人成本高、器械寿命短，以及传统微创器械不灵活的缺点。以及传统微创器械不灵活的缺点。以及传统微创器械不灵活的缺点。


技术研发人员：陈飞蛟 杨雨川
受保护的技术使用者：上海睿触科技有限公司
技术研发日：2023.03.16
技术公布日：2023/7/12