多维度手术机械臂

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种多维度手术机械臂。

背景技术

目前常规手术器械都以直杆加手控钳杆旋转为主，并且以多孔手术来完成病理治疗。多孔手术由于在患者身上实现多点位皮下串透，伤害性较大，术后康复时间较长，且术后疤痕明显，手术中医生的工作强度大，因此经自然疤道(肚脐)实行单孔手术成为当下常规手术的必然，但单孔手术使用常规器械在手术遇到了常规器械众多难题，首先是筷子效应，因为单孔手术是在较小的空间实行操作，多把器械几乎垂直进入腔体，器械之间的干涉造成术中器械间的配合难题，因此常规器械在单孔手术中医生的工作强度和难度成几何级增加。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够在单孔手术中降低医生工作强度和工作难度，并具有较高操作精度的多维度手术机械臂。

一种多维度手术机械臂，包括操作手柄、安装架、钳头组件、机械控制组件及电控组件；所述操作手柄安装于所述安装架上；

所述钳头组件包括外管、钳芯及钳头本体；所述外管的一端可转动地安装于所述安装架上，另一端与所述钳头本体转动连接；所述钳芯穿设于所述外管内，一端与所述操作手柄连接，另一端与所述钳头本体连接；所述外管具有第一活动段和第二活动段；所述外管具有相对的第一侧及第二侧；

所述电控组件包括第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机及第四驱动电机；所述第一驱动电机和所述第二驱动电机均与所述机械控制组件传动连接；所述机械控制组件被构造为能够在所述第一驱动电机的驱动下带动所述第一活动段沿背离所述第一侧的方向弯曲，以及能够在所述第二驱动电机的驱动下带动所述第二活动段沿背离所述第二侧的方向弯曲；所述第三驱动电机用于驱动所述外管360°旋转；所述第四驱动电机用于驱动所述钳芯带动所述钳头本体360°旋转。

上述多维度手术机械臂，通过第一驱动电机和第二驱动电机可控制外管进行单向弯曲或双向弯曲，以调节钳头本体在腔体内的操作方向和操作位置；通过第三驱动电机控制外管360°旋转，以再次改变外管单向或双向弯曲的弯曲方向，从而再次改变钳头本体在腔体内的操作方向和操作位置，从而使得多维度手术机械臂在进入身体腔体后自然形成一个病灶处理空间，操作者根据需要调节到最佳手术位置。而通过第四驱动电机控制钳芯带动钳头本体360°旋转，以使钳头本体能够达到理想的抓取及切割角度，使复杂的手术处理简单化。进一步地，通过外管的双弯设计和360°旋转设计，使多把多维度手术机械臂可以同时应用在同一单孔手术中，并避免相互之间干涉，降低了手术过程中多把多维度手术机械臂之间的配合难度，进一步使复杂的手术处理简单化。而电控组件的设置，使得上述多维度手术机械臂的使用更为简单、更省精力，同时还有利于提高其操作精度，因此，上述多维度手术机械臂能够有效降低操作者的工作强度和工作难度，并具有较高的操作精度。

附图说明

通过阅读对下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在全部附图中，用相同的附图标号表示相同的部件。在附图中：

图1为本发明较佳实施例中多维度手术机械臂处于双弯曲状态时的结构示意图；

图2为图1所示多维度手术机械臂处于直管状态时的剖视图；

图3为图2所示多维度手术机械臂的局部放大图；

图4为图1所示多维度手术机械臂中机械控制组件和电控组件的结构示意图；

图5为图4所示机械控制组件和电控组件的仰视图；

图6为图1所示多维度手术机械臂中转动轴的结构示意图；

图7为图1所示多维度手术机械臂中第一连接件的结构示意图；

图8为图1所示多维度手术机械臂中第二连接件的结构示意图；

图9为图1所示多维度手术机械臂中第三连接件的结构示意图；

图10为图1所示多维度手术机械臂中第四连接件的结构示意图。

具体实施方式中的附图标号说明：10、多维度手术机械臂；100、操作手柄；110、球头槽；200、安装架；300、钳头组件；310、外管；311、第一侧；312、第二侧；313、第一直管段；314、第一蛇骨管段；315、第二直管段；316、第二蛇骨管段；317、接头管段；320、钳芯；321、球头结构；322、键槽；330、钳头本体；331、第一钳头；3311、第一转动安装部；3312、第一活动安装部；3313、第一弧形槽；332、第二钳头；3321、第二转动安装部；3322、第二活动安装部；3323、第二弧形槽；341、第一牵引丝；342、第二牵引丝；343、第三牵引丝；344、第四牵引丝；400、机械控制组件；410、转动轴；411、滑槽；421、第一滑块；422、第二滑块；423、第三滑块；424、第四滑块；430、第一传动机构；431、第一传动轴；4311、第一传动杆；4312、第一正向丝杆套；4313、第一反向丝杆套；432、第一传动螺母；433、第二传动螺母；440、第二传动机构；441、第二传动轴；4411、第二传动杆；4412、第二正向丝杆套；4413、第二反向丝杆套；442、第三传动螺母；443、第四传动螺母；451、第一连接件；4511、第一卡箍部；4512、第一卡合部；4513、第五卡箍部；452、第二连接件；4521、第二卡箍部；4522、第二卡合部；4523、第六卡箍部；453、第三连接件；4531、第三卡箍部；4532、第三卡合部；4533、第七卡箍部；454、第四连接件；4541、第四卡箍部；4542、第四卡合部；4543、第八卡箍部；461、滑动轴；462、第一滑套；463、第二滑套；464、第三滑套；465、第四滑套；500、电控组件；510、第一驱动电机；520、第二驱动电机；530、第三驱动电机；540、第四驱动电机；550、转动套；551、限位卡槽；552、连通卡槽；560、卡条；561、限位部；562、传动部；570、第三传动机构；571、第一主动齿轮；572、第一从动齿轮；580、第四传动机构；581、第二主动齿轮；582、第二从动齿轮。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

在描述位置关系时，除非另有规定，否则当一元件被指为在另一元件“上”时，其能直接在其他元件上或亦可存在中间元件。亦可以理解的是，当元件被指为在两个元件“之间”时，其可为两个元件之间的唯一一个，或亦可存在一或多个中间元件。

在使用本文中描述的“包括”、“具有”、和“包含”的情况下，除非使用了明确的限定用语，例如“仅”、“由……组成”等，否则还可以添加另一部件。除非相反地提及，否则单数形式的术语可以包括复数形式，并不能理解为其数量为一个。

请参阅图1及图2，本发明较佳实施例中的多维度手术机械臂10包括操作手柄100、安装架200、钳头组件300、机械控制组件400及电控组件500。操作手柄100安装于安装架200上。

钳头组件300包括外管310、钳芯320及钳头本体330。外管310的一端可转动地安装于安装架200上，另一端与钳头本体330转动连接。钳芯320穿设于外管310内，一端与操作手柄100转动连接，另一端与钳头本体330连接。外管310具有第一活动段(图未标)和第二活动段(图未标)。外管310具有相对的第一侧311及第二侧312。其中，第一侧311和第二侧312只是位于外管310的相对两侧，并不对外管310进行限定，即只要保证第一侧311和第二侧312的连线方向与外管310的直径方向一致即可，具体位置不作限定。

请一并参阅图3，具体地，钳芯320远离钳头本体330的一端形成有球头结构321。操作手柄100上形成有与球头结构321相配合的球头槽110。球头结构321活动卡接于球头槽110内，以将钳芯320和操作手柄100转动连接。在实际使用过程中，操作者通过操作手柄100控制钳芯320在外管310内前后移动，以控制钳头本体330进行切割和抓取操作。

请一并参阅图4及图5，电控组件500包括第一驱动电机510、第二驱动电机520、第三驱动电机530及第四驱动电机540。第一驱动电机510和第二驱动电机520均与机械控制组件400传动连接。机械控制组件400被构造为能够在第一驱动电机510的驱动下带动第一活动段沿背离第一侧311的方向弯曲，以及能够在第二驱动电机520的驱动下带动第二活动段沿背离第二侧312的方向弯曲。第三驱动电机530用于驱动外管310 360°旋转。第四驱动电机540用于驱动钳芯320带动钳头本体330 360°旋转。

上述多维度手术机械臂10，通过第一驱动电机510和第二驱动电机520驱动机械控制组件400运行，以控制外管310进行单向弯曲或双向弯曲，以调节钳头本体330在腔体内的操作方向和操作位置；通过第三驱动电机530控制外管310 360°旋转，以再次改变外管310单向或双向弯曲的弯曲方向，从而再次改变钳头本体330在腔体内的操作方向和操作位置，从而使得多维度手术机械臂10在进入身体腔体后自然形成一个病灶处理空间，操作者根据需要调节到最佳手术位置。而通过第四驱动电机540控制钳芯320带动钳头本体330 360°旋转，以使钳头本体330能够达到理想的抓取及切割角度，使复杂的手术处理简单化。而电控组件500的设置，使得上述多维度手术机械臂10的使用更为简单、更省精力，同时还有利于提高其操作精度，因此，上述多维度手术机械臂10能够有效降低操作者的工作强度和工作难度，并具有较高的操作精度。

在一些实施例中，外管310包括依次连接的第一直管段313、作为第一活动段的第一蛇骨管段314、第二直管段315及作为第二活动段的第二蛇骨管段316及接头管段317。第一直管段313可转动地安装于安装架200上。钳头本体330的一端可转动地穿设于接头管段317内。

钳头组件300还包括第一牵引丝341、第二牵引丝342、第三牵引丝343及第四牵引丝344。第一牵引丝341和第二牵引丝342的一端分别穿设于第一蛇骨管段314靠近第二侧312和靠近第一侧311的位置，另一端均与机械控制组件400连接。第三牵引丝343和第四牵引丝344的一端分别穿设于第二蛇骨管段316靠近第二侧312和靠近第一侧311的位置，另一端均与机械控制组件400连接。

机械控制组件400被构造为能够在第一驱动电机510的驱动下同时带动第一牵引丝341向回抽拉或向外推送第一蛇骨管段314及第二牵引丝342向外推送或向回抽拉蛇骨管段，以及能够在第二驱动电机520的驱动下同时带动第三牵引丝343向外推送或向内抽送第二蛇骨管段316和第二牵引丝342向回抽拉或向外推送第二蛇骨管段316。

具体地，当第一驱动电机510驱动机械控制组件400运行以同时带动第一牵引丝341向内抽拉第一蛇骨管段314靠近第二侧312的部位以及带动第二牵引丝342向外推送第一蛇骨管段314靠近第一侧311的部位，以实现第一蛇骨管段314由直管状态向背离第一侧311方向弯曲的弯曲状态切换；当第一驱动电机510驱动机械控制组件400运行以同时带动第一牵引丝341向外推送第一蛇骨管段314靠近第二侧312的部位以及带动第二牵引丝342向内抽送第一蛇骨管段314靠近第一侧311的部位，以实现第一蛇骨管段314由向背离第一侧311的方向弯曲的弯曲状态向直管状态切换；

当第二驱动电机520驱动机械控制组件400运行以同时带动第三牵引丝343向外推送第二蛇骨管段316靠近第二侧312的部位以及带动第四牵引丝344向内抽送第二蛇骨管段316靠近第一侧311的部位，以实现第二蛇骨管段316由直管状态向背离第二侧312方向弯曲的弯曲状态切换；当第二驱动电机520驱动机械控制组件400运行以同时带动第三牵引丝343向内抽送第二蛇骨管段316靠近第二侧312的部位以及带动第四牵引丝344向外推送第二蛇骨管段316靠近第一侧311的部位，以实现第二蛇骨管段316由向背离第一侧311的方向弯曲的弯曲状态向直管状态切换。

进一步地，在一些实施例中，机械控制组件400包括具有中空腔的转动轴410、第一滑块421、第二滑块422、第三滑块423、第四滑块424、第一传动机构430及第二传动机构440。转动轴410可转动地安装于安装架200上，一端与第一直管传动连接，另一端与操作手柄100转动连接。第一滑块421、第二滑块422、第三滑块423及第四滑块424依次可滑动地穿设于转动轴410上。第一滑块421及第二滑块422分别与第一牵引丝341及第二牵引丝342远离第一蛇骨管段314的一端连接。第三滑块423及第四滑块424分别与第三牵引丝343及第四牵引丝344远离第二蛇骨管段316的一端连接。

第一驱动电机510及第二驱动电机520通过第一传动机构430分别与第一滑块421及第二滑块422传动连接，并用于同时驱动第一滑块421及第二滑块422相向或相背滑动。第三驱动电机530第四驱动电机540通过第二传动机构440分别与第三滑块423及第四滑块424传动连接，并用于同时驱动第三滑块423及第四滑块424相向或相背滑动。

在实际应用中，第一驱动电机510正向转动，以通过第一传动机构430同时驱动第一滑块421和第二滑块422在转动轴410上沿相背的方向滑动，以同时向回抽拉第一牵引丝341及向外推送第二牵引丝342；第一驱动电机510反向转动，以通过第二传动机构440同时驱动一滑块和第二滑块422在转动轴410上沿相向的方向滑动，以同时向外推送第一牵引丝341及向内抽拉第二牵引丝342；第二驱动电机520正向转动，以通过第二传动机构440同时驱动第三滑块423及第四滑块424在转动轴410上沿相向的方向滑动，以同时向外推送第三牵引丝343和向内抽送第四牵引丝344；第二驱动电机520反向转动，以通过第二传动机构440同时驱动第三滑块423及第四滑块424在转动轴410上沿相背的方向滑动，以同时向内抽拉第三牵引丝343和向外推送第四牵引丝344。

需要说明的是，正向转动和反向转动仅仅只用于限定同一驱动电机的两个相反的转动方向，并不能对不同驱动电机的转动方向进行限定，即第一驱动电机510正向转动的转动方向并不一定就等同于第二驱动电机520正向转动的转动方向。

请一并参阅图6，更进一步地，在一些实施例中，转动轴410沿周向间隔形成有四个滑槽411。滑槽411为沿转动轴410的轴向延伸的通槽。第一牵引丝341、第二牵引丝342、第三牵引丝343及第四牵引丝344的一端分别可滑动地穿设于四个滑槽411内，并分别钩挂在第一滑块421、第二滑块422、第三滑块423及第四滑块424上。具体地，第一牵引丝341、第二牵引丝342、第三牵引丝343及第七牵引丝的另一端穿设于外管310内。

如此，可保证第一牵引丝341、第二牵引丝342、第三牵引丝343和第四牵引丝344不额外占用多维度手术机械臂10的外部空间，从而使得多维度手术机械臂10的结构更为紧凑、体积较小。

更进一步地，在一些实施例中，第一传动机构430包括具有正向外螺纹(图未标)和反向外螺纹(图为标)的第一传动轴431、第一传动螺母432及第二传动螺母433。第一传动螺母432和第二传动螺母433分别与第一传动轴431的正向外螺纹和反向外螺纹螺接，并分别与第一滑块421和第二滑块422固定连接。第一传动轴431的一端与第一驱动电机510的输出轴传动连接。

第二传动机构440包括具有正向外螺纹和反向外螺纹的第二传动轴441、第三传动螺母442和第四传动螺母443。第三传动螺母442和第四传动螺母443分别与第二传动轴441上的正向外螺纹和反向外螺纹螺接，并个别与第三滑块423及第四滑块424固定连接。第二传动轴441的一端与第二驱动电机520的输出轴传动连接。

第一传动轴431和第一传动螺母432、第一传动轴431和第二传动螺母433、第二传动轴441和第三传动螺母442、第二传动轴441和第四传动螺母443各自相互配合，以分别形成一个丝杠机构，以通过上述丝杠机构，将第一驱动电机510及第二驱动电机520的旋转运动分别转换为第一滑块421、第二滑块422、第三滑块423及第四滑块424的直线运动，以高精度控制第一蛇骨管段314和第二蛇骨管段316的弯曲动作，进一步提高了多维度手术机械臂10的操作精度。

更进一步地，在一些实施例中，第一传动轴431包括与第一驱动电机510的输出轴传动连接的第一传动杆4311、可拆卸地固定于第一传动杆4311上且具有正向外螺纹的第一正向丝杆套4312及可拆卸地固定于第一传动杆4311上且具有反向外螺纹的第一反向丝杆套4313。

第二传动轴441包括与第二驱动电机520的输出轴传动连接的第二传动杆4411、可拆卸地固定于第二传动杆4411上且具有正向外螺纹的第二正向丝杆套4412及可拆卸地固定于第二传动杆4411上且具有反向外螺纹的第二反向丝杆套4413。

如此，在经过长时间的使用之后，第一传动杆4311和第二传动杆4411上的外螺纹极有可能会发生滑丝、磨损等情况，此时只需要更换损坏的第一正向丝杆套4312、第一方向丝杆套、第二正向丝杆套4412或第二反向丝杆套4413即可，有利于多维度手术机械臂10使用寿命的延长。

当然在其他实施例中，第一传动轴431和第二转动轴410还可以为同时具有正向外螺纹、反向外螺纹的丝杆等结构。

请一并参阅图7至10，更进一步地，在一些实施例中，机械控制组件400还包括具有第一卡箍部4511及第一卡合部4512的第一连接件451、具有第二卡箍部4521及第二卡合部4522的第二连接件452、具有第三卡箍部4531和第三卡合部4532的第三连接件453及具有第四卡箍部4541及第四卡合部4542的第四连接件454。

第一滑块421、第二滑块422、第三滑块423及第四滑块424分别沿各自的周向形成有第一环形槽(图未标)、第二环形槽(图未标)、第三环形槽(图未标)及第四环形槽(图未标)。第一卡箍部4511、第二卡箍部4521、第三卡箍部4531及第四卡箍部4541分别箍接于第一传动螺母432、第二传动螺母433、第三传动螺母434及第四传动螺母435上。第一卡合部4512、第二卡合部4522、第三卡合部4532及第四卡合部4542分别可滑动地卡持于第一环形槽、第二环形槽、第三环形槽及第四环形槽。

如此，只需要将第一卡箍部4511箍紧在第一传动螺母432上，将第一卡合部4512可滑动地卡入第一环形槽内，即可实现第一传动螺母432和第一滑块421之间的可拆卸连接；同理，通过第二连接件452可实现第二传动螺母433和第二滑块422之间的可拆卸连接，通过第三连接件453可实现第三传动螺母442和第三滑块423之间的可拆卸地连接，通过第四连接件454可实现第四传动螺母443和第四滑块424之间的可拆卸地连接，使得第一传动螺母432与第一滑块421、第二传动螺母433与第二滑块422、第三传动螺母442与第三滑块423、第四传动螺母443与第四滑块424之间的拆装更为方便，并实现动力的有效传动。

更进一步地，在一些实施例中，机械控制组件400还包括滑动轴461及可滑动地套设于滑动轴461上的第一滑套462、第二滑套463、第三滑套464、第四滑套465。滑动轴461分别与第一传动轴431、第二传动轴441、转动轴410平行且间隔设置。第一连接件451、第二连接件452、第三连接件453及第四连接件454分别具有第五卡箍部4513、第六卡箍部4523、第七卡箍部4533及第八卡箍部4543。第五卡箍部4513、第六卡箍部4523、第七卡箍部4533及第八卡箍部4543分别箍接于第一滑套462、第二滑套463、第三滑套464及第四滑套465上。具体地，转动轴410、第一传动杆4311及滑动轴461之间呈三角形分布，转动轴410、第二传动杆4411及滑动轴461之间也呈三角形分布。

如此，将第一滑套462、第二滑套463、第三滑套464、第四滑套465可滑动地套设于滑动轴461上，并通过第一连接件451将第一滑套462分别与第一滑块421及第一传动螺母432可拆卸地连接，通过第二连接件452将第二滑套463分别与第二滑块422和第二传动螺母433可拆卸地连接，通过第三连接件453将第三滑套464分别与第三滑块423和第三传动螺母442可拆卸地连接，通过第四连接件454将第四滑套465分别与第四滑块424和第四传动螺母443可拆卸地连接，以保证第一驱动电机510的动力可以稳定地向第一传动螺母432和第二传动螺母433传递，将第二驱动电机520的动力可以稳定地向第三传动螺母442和第四传动螺母443传动，使得多维度手术机械臂10的操作精度更高。

在一些实施例中，钳头本体330包括第一钳头331及第二钳头332。钳芯320远离操作手柄100的一端分别与第一钳头331和第二钳头332联动。操作手柄100被构造为能够驱动钳芯320在外管310内前后移动，以带动第一钳头331的钳嘴端和第二钳头332的钳嘴端开合。

在实际应用中，操作人员通过操作手柄100可以使得钳芯320在外管310内前后移动，以推动或拉动第一钳头331和第二钳头332绕同一转轴旋转，以实现第一钳头331和第二钳头332之间的开合动作，即可实现钳头本体300的抓取或切割操作。

进一步地，在一些实施例中，电控组件500还包括可转动地安装于安装架200上的转动套550及安装于转动套550上的卡条560。钳芯320远离钳头本体330的一端开设有键槽322。钳芯320穿设于转动套550内，并使卡条560的一端伸入至键槽332内，以传动连接钳芯320和转动套550。在转动套550的轴向上，键槽332的长度大于卡条560位于键槽332内部位的长度。第三驱动电机530的输出轴通过第三传动机构570与转动套550传动连接。第四驱动电机540的输出轴通过第四传动机构580与外管310传动连接。

其中，第三传动机构570及第四传动机构580可以为齿轮传动机构、链轮链条传动机构、皮带传动机构等等，只要能够将各自驱动电机输出轴的旋转运动传递给钳芯320或外管310即可。

卡条560可以通过卡接、螺接等方式与转动套550可拆卸地连接，因为键槽332在转动套550轴向上的长度大于卡条560在键槽332内的长度，故卡条560在键槽332内可以沿转动套550的轴向上进行滑动，但是不能沿转动套550的周向进行滑动，以保证钳芯320能够在转动套550内实现轴向滑动及周向传动。

更进一步地，在一些实施例中，第三传动机构570包括传动连接于第三驱动电机530输出轴上的第一主动齿轮571及传动连接于转动套550上的第一从动齿轮572，第一主动齿轮571与第一从动齿轮572啮合。第四传动机构580包括传动连接于第四驱动电机540输出轴上的第二主动齿轮581及传动连接于外管310上的第二从动齿轮582。第二主动齿轮581与第二从动齿轮582啮合。

第三传动机构570和第四传动机构580均为齿轮传动机构，而齿轮传动具有传动准确、效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长的优点，如此可使得多维度手术机械臂10的操作精度更高、结构较为紧凑、使用寿命较高、工作可靠性较高。

更进一步地，在一些实施例中，转动套550的外壁上开设有限位卡槽551。限位卡槽551的底部开设有与键槽332对齐的连通卡槽552。卡条560包括限位部561及传动部562。限位部561卡持于限位卡槽551内。传动部562依次穿设于连通卡槽552及键槽332内，并在键槽332内沿转动套550的轴向可滑动。

通过将限位部562卡持于限位卡槽551内，以对卡条560在键槽332的深度方向的安装位置进行限定，避免传动部562与键槽332的底部抵持的情况发生，保证传动部562在将周向运动传递给钳芯320的同时，还可以在键槽332内沿转动套550的轴向灵活滑动，以提高多维度手术机械臂10的操作灵敏性和操作精度。

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。