CN101945616A - 手术器械的联结结构 - Google Patents

Abstract

公开一种手术器械的联结结构。所述手术器械的联结结构包括外壳；以及设置在所述外壳中的多个圆盘形驱动轮，其中，所述驱动轮沿着穿过所述驱动轮的驱动轴层叠起来，并且由分别对应着所述多个驱动轮而设置的多个致动器来提供驱动能量。通过以堆叠排列设置驱动轮，能够提供轻便紧凑的手术机器人，并且也允许用新的器械自动更换用过的器械。

Description

手术器械的联结结构

相关申请的交叉引用

本申请为2008年10月7日提交的PCT/KR2008/005874的国家阶段，根据35 U.S.C 119(a)，要求2008年2月15日在韩国提交的专利申请No.10-2008-0013970的优先权，后者的全部内容通过引用明确地包含在本申请中。

技术领域

本发明涉及一种手术器械的联结结构。

背景技术

外科手术是指对患者的组织使用操作性人工和器械技术以治疗病理状态的医学专业。已经提出了用手术机器人作为进行切除手术(切除手术需要切割组织以治疗或移除身体内的器官)的替代手段，以便减少血液损失、疼痛并提高精度。

手术机器人包括根据外科医生的操作产生和发射信号的主动机器人(master robot)以及根据主动机器人所发出的信号将所述操作直接运用到患者身上的从动机器人(slave robot)。主动机器人可以与从动机器人结合在一起，也可以与从动机器人分开。

从动机器人包括用于手术操作的机器人臂，在该机器人臂的前端形成有器械。如图1所示，现有的器械54包括外壳108、从外壳108延伸出来的杆102、以及形成在杆102的前端并***手术部位的钳形操作部件112。在外壳108的底端形成有接口部件110。

如图2所示，在现有器械54的底端结合有多个轮形驱动元件118。驱动元件118绕有丝线，这些丝线与操作部件112相连接，因而驱动元件118的转动所产生的所述丝线上的拉力使操作部件112进行操作。

为了在所述机器人臂上安装器械54，如图3所示，在所述机器人臂的前端结合有适配器128。适配器128形成有导引翼和致动器。外壳108的接口部件110通过所述导引翼与适配器128联结，而所述致动器具有与所述驱动元件一致的形状以便向所述驱动元件提供转动能量。

如上所述，现有器械54具有这样一种联结结构，其中，器械54通过适配器128与所述机器人臂进行结合，并通过形成在适配器128中的致动器使所述驱动元件118转动来操纵操作部件112，从而进行手术。

然而，在这种联结结构中，由于所述驱动元件应该被设置在所述外壳的底面，所以，所述外壳尺寸的减小就受到了限制。从图2可以看到，当设置了两列驱动元件时，所述底面应该为所述驱动元件的直径的两倍宽。

减小所述器械尺寸时的这个限制，对于手术机器人的微型化以及对于自动更换一次性器械的技术应用来说成为了障碍。

发明内容

本发明的目的是，提供一种手术器械的联结结构，这种手术器械的联结结构能够通过使所述手术器械的尺寸最小化来使手术机器人微型化，并且能够用作使一次性器械的自动更换得以实现的技术。

根据本发明的一个方面，提供一种手术器械的联结结构，所述联结结构包括：外壳以及设置在所述外壳中的多个圆盘形驱动轮，其中，所述驱动轮沿着穿过所述驱动轮的驱动轴层叠起来，并且由分别对应着所述多个驱动轮而设置的多个致动器来提供驱动能量。

所述联结结构还可以包括多条丝线，所述多条丝线分别缠绕所述驱动轮，并向形成在所述手术器械的前端上的操作部件传送驱动能量。

所述驱动轴可以垂直于所述驱动轮的表面。

所述驱动轴可以穿过所述驱动轮的中心。

所述外壳的厚度可以近似等于所述多个驱动轮的厚度之和。

所述多个致动器可以沿着轴层叠，并且每个致动器都可以包括通过滚动接触与相应的驱动轮接合的轮子。

所述驱动轮的外周表面可以包含橡胶材料，在所述橡胶材料上形成有多个凸起。

所述驱动器的表面可以露出在所述外壳的外表面上，并且每个致动器都可以包括与相应的驱动轮圆盘相接触的轮子。

所述驱动轮的面对着所述致动器的表面可以包括橡胶材料，在所述橡胶材料上形成多个凸起。

在所述驱动轮的面对着所述致动器的表面上可以形成轮齿，并且所述致动器可以包括与所述驱动轮形成齿轮组的驱动齿轮。

所述联结结构还可以包括多个副轮，所述多个副轮被设置在所述外壳内，分别与所述多个驱动轮相对应，并且与所述驱动轮分别形成滑轮组，其中，每个致动器都包括滑块，所述滑块通过滑动向所述滑轮施加拉力。

可以在所述驱动轮的外周表面上形成轮齿，并且每个致动器都可以包括驱动齿轮，该驱动齿轮与所述驱动轮形成齿轮组。

所述联结结构还可以包括多个副轮，所述多个副轮在所述外壳的一侧上露出，而分别与所述多个驱动轮相对应，并与所述驱动轮形成齿轮组或滑轮组，其中，每个致动器都包括驱动器，所述驱动器对相应的副轮施加力矩。

在所述副轮的露出区域上可以形成凹槽，并且在所述驱动器的一端上可以形成凸起，所述凸起的形状与所述凹槽的形状相对应。

根据下面的附图、权利要求书以及说明书将阐明其它的方面、特征和优点。

本发明通过以堆叠排列方式设置驱动轮来提供一种轻便紧凑的手术机器人，并且也允许用新的器械自动更换用过的器械。

附图说明

图1到图3示出了现有技术中的手术器械；

图4是透视图，示出了本发明的一个实施例所述的手术器械的联结结构；

图5是侧视图，示出了本发明的一个实施例所述的手术器械的联结结构；

图6是侧视图，示出了本发明的另一实施例所述的手术器械的联结结构；

图7是侧视图，示出了本发明的另一实施例所述的手术器械的联结结构；

图8是透视图，示出了本发明的另一实施例所述的手术器械的联结结构；

图9是透视图，示出了本发明的另一实施例所述的手术器械的联结结构。

具体实施例

尽管示出并描述了本发明的若干实施例，但本领域中的技术人员会意识到，在不偏离本发明的原理和精神的情况下可以在这些实施例中做出改动，而本发明的范围则由所附权利要求书及其等同物来确定。另外，将省略相关现有技术的具体描述，以便集中到本发明的主题上。

说明书和权利要求书中的“第一”、“第二”、“第三”等词汇用来区分类似的元件，不一定是用来描述某个次序或时间顺序。

本发明将根据具体实施例并参考一定的附图来描述，但本发明并不限于此，本发明只由权利要求书来限制。在提及单数名词时使用不定冠词或定冠词(例如，“a”或“an”、“the”)的情形中，这也包括该名词的复数，除非另有特别声明。

也应该注意，权利要求书中所使用的词语“包含”不应解释成被限制到其后所列出的那些内容上；该词并没有排除其它元件或步骤。因此，应该将其解释为指定了所声明的特征、整数、步骤或部件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整数、步骤或部件或其组合的存在或添加。

在下文中，在所有的附图中，相同的附图标记表示相同或相似的部件，并省略同一元件的重复描述。

图4在透视图中示出了本发明的一个实施例所述的手术器械的联结结构。在图4中示出了器械1、外壳10、驱动轮20、驱动轴22、丝线24、操作部件26、和致动器40。

本实施例的一个特征是，器械1的外壳10的宽度可以通过将器械1的驱动轮20沿着轴向层叠起来来最小化。

器械1包括外壳10、从外壳10延伸出来的杆、以及与所述杆的一端结合在一起的操作部件26。在外壳10中，驱动轮20不是以平面排列来设置，而是以层叠排列来设置。

通过将圆盘形驱动轮20沿着穿过驱动轮20的轴的方向层叠起来，而不是将驱动轮20按平面排列进行设置，可以使外壳10的宽度变窄。例如，图2中的现有器械应该至少是所述驱动轮直径的两倍那么宽。然而，当驱动轮20如图4那样层叠起来时，外壳10的厚度就对应着所述一叠驱动轮20的高度，并且外壳10的宽度能够变窄以与驱动轮20的直径相对应。

如上所述，本发明有助于通过减小手术器械1的外壳10的尺寸来减小手术机器人的尺寸和重量。具体说，可以以卡匣方式(cartridge type)顺序地提供多个器械1，从而便于为使用过的器械1引入自动更换***。

器械1的圆盘型驱动轮20绕着驱动轴22转动，其中，驱动轴22垂直地穿过这些圆盘的中心。因此，驱动轮20可以沿着驱动轴22的方向层叠。当沿着轴22的方向层叠驱动轮20时，可以使外壳10的宽度最小化，而当驱动轴22垂直于驱动轮20时，可以使外壳10的厚度最小化。

然而，轴22不一定非要垂直于驱动轮20，例如，可以以之字形排列(zigzag arrangement)来设置驱动轮20。

驱动轮20如图4所示那样重复排列的器械1被设置在所述机器人臂的预定位置处。类似于现有器械，本实施例的外壳10可以在其底端具有接口部件，能将所述接口部件固定的导引翼可以形成在所述机器人臂的相应位置处。有关所述接口部件和导引翼的细节将不再描述。

当器械1被设置在所述机器人臂的预定位置处时，从所述机器人臂为其提供驱动能量。每个驱动轮20绕有丝线24，丝线24则通过所述杆而与操作部件26相连接。因此，驱动轮20在来自所述机器人臂的驱动能量的作用下转动，在丝线24上产生拉力，该拉力使操作部件26的各单元进行操作。

下面，将驱动能量传送到器械1的所述机器人臂中的单元被称作致动器。致动器40可以包括轮子、滑块、齿轮等，作为将驱动能量传送给每个驱动轮20的工具。致动器40将参考图5到图7进行详细描述。

图5是侧视图，示出了本发明的一个实施例所述的手术器械的联结结构。图5中示出了器械1、外壳10、驱动轮20、丝线24和致动器40。

本实施例的一个特征是，致动器40包含多个轮子，每个轮子通过滚动接触与相应的驱动轮20接合。这些轮子与驱动轮20的接触使得当致动器40中的所述轮子转动时，所接合的驱动轮20也与之同步转动。

这样，可以通过致动器40来提供驱动能量，并且，通过改变驱动轮20的半径与致动器40的轮子的半径的比例，可以调节操作的精度。更具体地说，当致动器40的轮子比驱动轮20大时，所述致动器40的轮子的少量的转动就能够使所述驱动轮有相对较大的转动。相反，当驱动轮20大于致动器40的轮子时，所述驱动轮比所述致动器40的轮子的转动量要小。所以，将根据希望的操作精度来确定所述半径比。

建议致动器40的轮子和/或驱动轮20的外周表面的摩擦系数较高，以便增强驱动能量的传送效率。例如，可以在所述外周表面上形成多个凹凸，或者所述外周表面可以由摩擦系数高的材料(诸如橡胶)制成，从而能够将致动器40的轮子的转动能量有效地传送给所述驱动轮。

图6是透视图，示出了本发明的另一个实施例所述的手术器械的联结结构。图6中示出了器械1、外壳10、驱动轮20、丝线24、副轮30a、滑轮传送带32、致动器40a和滑块42。

本实施例的一个特征是，在外壳10中另外设置副轮30a，副轮30a通过滑轮传送带32与驱动轮20相连接，以及在致动器40a中设置多个滑块42以便对滑轮传送带32施加拉力。

如图6所示，当滑轮传送带32被拉向驱动轮20或副轮30a时，驱动轮20就相应地做顺时针或逆时针转动。

致动器40a通过包含滑块42作为向滑轮传送带32施加拉力的装置来向器械1提供驱动能量，如在前述图5中的实施例中那样。与驱动轮20相对应的滑块42做往复运动，朝着驱动轮20或朝着副轮30a拉动滑轮传送带32，从而使驱动轮20与其同步转动。

器械1的操作部件26在预定的范围内移动，这意味着驱动轮20的转动应该被限制在某预定范围内。在前面图5中的实施例中，可以限制致动器40a的轮子的转动，以便限制驱动轮20的转动，为此，可以在所述轮子的某些位置处形成制动闸元件。

在本实施例中，可以将滑块42的移动导轨设计得具有这样的长度，该长度允许滑块42在限定的范围内移动，从而对器械1的操作部件26的移动设置限制。

建议滑块42和滑轮传送带32之间的摩擦系数较高，与前面图5中的实施例类似。可以在滑块42上形成凹槽，使得能够将滑轮传送带32***滑块42中，并且滑块42和/或滑轮传送带32的表面可以由摩擦系数高的材料(诸如橡胶)制成，从而能够使滑块42的移动有效地转化成驱动轮20的转动。

图7是侧视图，示出了本发明的另一个实施例所述的手术器械的联结结构。图7示出了器械1、外壳10、驱动轮20、丝线24、致动器40b和驱动齿轮44。

本实施例的一个特征是，环绕驱动轮20的外周形成轮齿，并且致动器40b包括驱动齿轮44，每个驱动齿轮44与其对应的驱动轮20形成齿轮组合，从而驱动轮20与驱动齿轮44同步转动。

驱动齿轮44和驱动轮20之间的齿轮组合可以是图7所示的直齿轮(spur gear)，也可以是斜齿轮(helical gear)、蜗轮(worm gear)、齿条-小齿轮(rack and pinion)等。

采用这种配置，致动器40b能够传送驱动能量，并且驱动轮20和驱动齿轮44之间的齿轮比可以改变以调节器械1的精度。

与前面图5和图6中的实施例不同，摩擦系数的作用不太重要，因为齿轮在传送驱动能量上是有效的。

从以上看出，本发明提供一种手术器械，其中，通过改变驱动轮的尺寸、优化驱动轮的配置、以及使用副轮，可以减小外壳的宽度或尺寸。

图8是透视图，示出了本发明的另一个实施例所述的手术器械的联结结构。图8示出了器械1、外壳10、驱动轮20、操作部件26、和致动器40c。

本实施例介绍了驱动轮20的排列的一个例子，其中，多个驱动轮20按对来排列，一些对被设置在外壳10的前部，而其余的对则被设置在后部，但所有的驱动轮都沿着图4中的驱动轴叠放。

致动器40c可以具有与图4类似的配置，或者，如果驱动轮圆盘如图8所示那样部分或全部地露出在外壳10的外部，那么，致动器40c可以具有多个轮子，这些轮子从外壳10的外侧与驱动轮20啮合。换言之，致动器40c具有与驱动轮20相对应的轮子，从而与驱动轮20同步来转动驱动轮20。

为了实现致动器40c的轮子与驱动轮20的有效率的结合，驱动轮20的圆盘表面和/或致动器40c的轮子面对驱动轮20的表面由橡胶制成，并且也可以在所述表面上形成凹凸。或者，可以在每个驱动轮20的圆盘上形成轮齿，而致动器40c的每个轮子可以是与驱动轮20的轮齿形成齿轮组合的驱动齿轮(未示出)。

另外，当驱动轮20沿着外壳10的长度方向按对排列成行时，外壳10的厚度可以比图4所示实施例的窄。

图9是透视图，示出了本发明的另一个实施例所述的手术器械的联结结构。图9示出了器械1、外壳10、副轮30b、操作部件26、致动器40d、以及驱动器46。

如图8所示减小器械1的外壳10的尺寸可以便于实现以卡匣方式顺序地提供多个器械1的自动更换***。

同时，为了对器械1运用更换***，每个副轮30b的一端可以如图9所示那样在外壳10的后侧露出。上述对驱动轮的描述在本实施例中同样有效。

在图9所示的实施例中，外壳10中的驱动轮通过轮齿、丝线、滑轮传送带等与副轮30b结合，并且每个副轮30b的一端都在外壳10的后侧露出。对于副轮30b和所述驱动轮的结合，可以使用例如蜗轮结合，以便使副轮30b的一端露出到外壳10的外表面上。

在副轮30b的露出面上，可以形成一字形或十字形等的槽，如螺丝头上所示的，并且具有末端形状以与所述槽对应的驱动器46可以与副轮30b啮合，从而可以将驱动能量提供给器械1。

更具体地说，驱动器46转动，引起副轮30b的转动，与此同步，与副轮30b相结合的驱动轮(未示出)也进行转动，最终能使操作部件26工作。

尽管参考某些优选实施例描述了本发明，但本领域中的技术人员会认识到，在不偏离本发明的原理和精神的情况下可以做出改动，而本发明的范围则由所附权利要求书及其等同物来确定。

Claims (14)

1.一种用于手术器械的联结结构，所述联结结构包括：

外壳；以及

设置在所述外壳中的多个圆盘形驱动轮，

其中，所述驱动轮沿着穿过所述驱动轮的驱动轴层叠起来，并且由分别对应着所述多个驱动轮而设置的多个致动器来提供驱动能量。

2.根据权利要求1所述的联结结构，还包括多条丝线，所述多条丝线分别缠绕所述驱动轮，并向形成在所述手术器械的前端上的操作部件传送驱动能量。

3.根据权利要求1所述的联结结构，其中，所述驱动轴垂直于所述驱动轮的表面。

4.根据权利要求1所述的联结结构，其中，所述驱动轴穿过所述驱动轮的中心。

5.根据权利要求1所述的联结结构，其中，所述外壳的厚度近似等于所述多个驱动轮的厚度之和。

6.根据权利要求1所述的联结结构，其中，所述多个致动器沿着轴层叠，并且每个致动器都包括通过滚动接触与相应的驱动轮接合的轮子。

7.根据权利要求1所述的联结结构，其中，所述驱动轮的外周表面包含橡胶材料，在所述橡胶材料上形成有多个凸起。

8.根据权利要求1所述的联结结构，其中，所述驱动轮的表面露出在所述外壳的外表面上，并且每个致动器都包括与相应的驱动轮的圆盘相接触的轮子。

9.根据权利要求8所述的联结结构，其中，所述驱动轮的面对着所述致动器的表面包括橡胶材料，在所述橡胶材料上形成多个凸起。

10.根据权利要求8所述的联结结构，其中，在所述驱动轮的面对着所述致动器的表面上形成轮齿，并且所述致动器包括与所述驱动轮形成齿轮组的驱动齿轮。

11.根据权利要求1所述的联结结构，还包括多个副轮，所述多个副轮被设置在所述外壳内，分别与所述多个驱动轮相对应，并且与所述驱动轮分别形成滑轮组，其中，每个致动器都包括滑块，所述滑块通过滑动向所述滑轮施加拉力。

12.根据权利要求1所述的联结结构，其中，在所述驱动轮的外周表面上形成轮齿，并且每个致动器都包括驱动齿轮，该驱动齿轮与所述驱动轮形成齿轮组。

13.根据权利要求1所述的联结结构，还包括多个副轮，所述多个副轮在所述外壳的一侧上露出，而分别与所述多个驱动轮相对应，并与所述驱动轮形成齿轮组或滑轮组，其中，每个致动器都包括驱动器，所述驱动器对相应的副轮施加力矩。

14.根据权利要求13所述的联结结构，其中，在所述副轮的露出区域上形成凹槽，并且在所述驱动器的一端上形成凸起，所述凸起的形状与所述凹槽的形状相对应。

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