CN102256550A - 手术器械及用于手术机器人的联结结构 - Google Patents

Abstract

公开手术器械及用于手术机器人的联结结构。所述手术器械可以被安装在手术机器人上以进行操作，并且可以通过移动和转动与其一端接合的执行器来执行手术所需的动作，所述手术器械可以包括：第一驱动组件，绕第一轴转动；第二驱动组件，与所述第一驱动组件接合，所述第二驱动组件使所述第一驱动组件绕与所述第一轴相交的第二轴转动；第三驱动组件，与所述第二驱动组件接合，所述第三驱动组件使所述第二驱动组件绕与所述第二轴相交的第三轴转动；杆，与所述第三驱动组件接合，所述杆沿一个方向延伸并且使所述执行器接合在一个末端；以及外壳，容纳所述第一驱动组件、所述第二驱动组件和所述第三驱动组件。由于可以以***地连接的形式提供用于移动所述执行器的驱动组件，而不是单独布置各个驱动组件，从而可以减小手术器械的大小。此外，通过形成三维结构的驱动组件，而不是利用二维滑轮，可以同时完成执行器的复杂移动所需的力的传送。本发明的实施例也可以容易地应用于蛇型手术器械。

Description

手术器械及用于手术机器人的联结结构

技术领域

本发明涉及一种手术器械及用于手术机器人的联结结构。

背景技术

在医学领域，手术是指使用医疗设备进行切割或切入或以其它方式操作患者的皮肤、黏膜或其它组织，以处理病理状况的过程。诸如切开皮肤并且处理、重构或切除内脏等的剖腹手术的手术过程可能会存在失血、副作用、疼痛以及疤痕的问题，因此，手术机器人的使用目前被认为是一种受欢迎的替代方式。

一组手术机器人可以包括：主动机器人，由外科医生操作所述主动机器人以产生和传输所需的信号；以及从动机器人，其接收来自主动机器人的信号，以对患者进行实际操作。主动机器人和从动机器人可以作为一体单元或单独的装置而被布置在手术室中。

从动机器人可以装配有机器人臂，以进行手术操作，同时可以在机器人臂的前端安装器械。如图1所示，传统的器械54可以包括外壳108、从外壳108延伸的轴102以及安装在要***手术部位中的轴102的远端106的钳状执行器部件112。接口部件110可以形成在外壳108的底面上。

如图2所示，在此类型的传统器械54的底面上，可以接合多个驱动轮118。与执行器部件112的各个部分连接的线可以通过滑轮与驱动轮118接合，从而当驱动轮118转动时，可以向线施加拉力，使得执行器部件112的一部分移动。

然而，对于传统的器械来说，为了使执行器112具有4自由度地移动，例如，可能需要四个独立的滑轮，因此需要在接口部件110上安装四个驱动轮118。

换言之，为传统的器械提供具有一定数量的自由度的执行器会需要在所述器械上安装相对应数量的独立滑轮和相应数量的单独的驱动轮。由于安装多个驱动轮的空间被设置在外壳内，因此存在减小器械的整体大小的限制。

发明内容

技术问题

本发明的一个方面提供一种手术器械及用于手术机器人的联结结构，其中，可以最小化移动手术器械的执行器的驱动部件的尺寸，并且由于形成所述驱动部件的驱动组件有***地进行连接，因此利用所述手术器械及用于手术机器人的联结结构可以同时实现执行器的复杂移动。

技术方案

本发明的一个方面提供一种手术器械，其可以被安装在手术机器人上以进行操作，并且所述手术器械可以通过移动和转动与其一端接合的执行器来执行手术所需的动作。这种手术器械包括：第一驱动组件，绕第一轴转动；第二驱动组件，与所述第一驱动组件接合，所述第二驱动组件使所述第一驱动组件绕与所述第一轴相交的第二轴转动；第三驱动组件，与所述第二驱动组件接合，所述第三驱动组件使所述第二驱动组件绕与所述第二轴相交的第三轴转动；杆，与所述第三驱动组件接合，所述杆沿一个方向延伸并且使所述执行器接合在其末端；以及外壳，容纳所述第一驱动组件、所述第二驱动组件和所述第三驱动组件。

所述执行器可以包括用来执行抓握移动的一对卡爪，并且用于操作所述一对卡爪的线与所述第一驱动组件接合。在这种情形中，所述线的一端可以穿过所述第一驱动组件的一部分，并且所述线的另一端与所述一对卡爪连接。

所述第一驱动组件可以包括每个都绕所述第一轴转动的一对驱动器，并且所述执行器可以包括执行抓握移动的一对卡爪，同时，用于操作所述一对卡爪的一对滑轮线可以分别与所述一对驱动器接合。此外，所述执行器可以包括：一对卡爪，执行抓握移动；第一转轴，作为所述一对卡爪的抓握移动的转动中心；以及第二转轴，作为转动中心，使得所述一对卡爪面向特定方向，其中，所述一对驱动器中的一个可以通过滑轮与所述第一转轴接合，所述一对驱动器中的另一个可以通过滑轮与所述第二转轴接合。

所述驱动器可以被塑形为极点被所述第一轴穿过的半球，并且所述一对驱动器可以被放置为使得所述半球的大圆周互相毗邻。所述第一驱动组件可以被塑形为极点被所述第一轴穿过的球形，所述第二驱动组件可以被塑形为环绕所述第一驱动组件的外周的带形，并且所述第三驱动组件可以被塑形为环绕所述第二驱动组件的筒状。

所述执行器可以被构造为绕着特定的倾斜轴倾斜，并且滑轮线可以与所述第二驱动组件接合，所述滑轮线可以与所述倾斜轴接合使得所述执行器能够倾斜。所述执行器可以被构造为与所述杆联动地转动，并且所述杆可以被构造为与所述第三驱动组件联动地绕第三轴转动。在这种情形中，所述执行器可以与所述杆接合，并且所述杆可以与所述第三驱动组件接合为一体。柄可以与所述第一驱动组件接合，并且所述第一驱动组件可以被构造为根据所述柄的操纵绕所述第一轴转动。

本发明的另一方面提供一种手术器械，其可以安装在手术机器人上进行操作，并且所述手术器械可以转动沿一个方向延伸的杆，使得与所述杆的远端接合的执行器朝向手术部位移动。所述手术器械包括：第一驱动组件，绕第一轴转动；第二驱动组件，与所述第一驱动组件接合，所述第二驱动组件使所述第一驱动组件绕与所述第一轴相交的第二轴转动；第三驱动组件，与所述第二驱动组件接合，所述第三驱动组件使所述第二驱动组件绕与所述第二轴相交的第三轴转动；以及外壳，容纳所述第一驱动组件、所述第二驱动组件和所述第三驱动组件，其中，所述杆与所述第三驱动组件接合。

线可以与所述第一驱动组件和所述第二驱动组件中的每个接合，所述线提供拉力从而使得所述杆可以沿特定方向弯曲。所述第一驱动组件可以包括每个都被构造为绕所述第一轴转动的一对驱动器，所述执行器可以包括被构造为进行抓握移动的一对卡爪，同时，操作所述一对卡爪的抓握移动的线可以与所述一对驱动器接合或者与所述第二驱动器接合。在这种情形中，所述一对驱动器和所述第二驱动组件中未通过线与所述一对卡爪接合的所述一对驱动器或所述第二驱动组件可以与提供拉力从而使得所述杆沿特定方向弯曲的线接合。

所述驱动器可以被塑形为极点被所述第一轴穿过的半球，并且所述一对驱动器可以被放置为使得所述半球的大圆周互相毗邻地放置。所述第一驱动组件可以被塑形为极点被所述第一轴穿过的球形，所述第二驱动组件可以被塑形为环绕所述第一驱动组件的外周的带形，并且所述第三驱动组件可以被塑形为环绕所述第二驱动组件的筒状。

所述执行器可以被构造为与所述杆联动地转动，并且所述杆可以被构造为与所述第三驱动组件联动地绕所述第三轴转动。柄可以与所述第一驱动组件接合，并且所述第一驱动组件和/或所述第二驱动组件和/或所述第三驱动组件可以根据所述柄的操作进行操作，从而移动和转动所述杆。

本发明的再一方面提供一种用于手术机器人的联结结构，所述手术机器人上可以安装有上述手术器械。所述手术机器人可以装配有致动器，并且通过经由所述致动器传送的驱动力可以操作所述器械，同时外壳安装在所述致动器上。

柄可以与所述第一驱动组件接合，并且所述第一驱动组件可以被构造为根据所述柄的操作绕第一轴和/或第二轴和/或第三轴转动。所述致动器可以包括进行往复移动的驱动块，所述驱动块可以包括柄孔，所述柄孔中可以***有所述柄，并且在将所述柄***所述柄孔时可以通过所述驱动块的移动操作所述柄。

所述第一驱动组件可以包括每个都绕所述第一轴转动的一对驱动器，可以包括与所述一对驱动器相对应的一对驱动块，同时具有不同横截面的柄可以与所述一对驱动器中的每个接合，并且所述柄孔可以形成为与所述柄的横截面相对应的形状。

在所述驱动块的面对着所述柄的一侧，所述柄孔可以形成为所述柄孔的尺寸大于柄的截面积，并且所述柄孔的尺寸朝向所述驱动块的另一侧变小，与所述柄的截面积相对应。因此，通过将所述柄***所述柄孔使所述第一驱动组件中，可以设置在初始位置。

所述驱动块可以与所述致动器接合，使得所述驱动块能够绕所述第二轴和所述第三轴转动，所述第一驱动组件可以根据所述驱动块的往复移动绕所述第一轴转动，所述第一驱动组件可以根据所述驱动块绕所述第二轴的转动绕所述第二轴转动，并且所述第一驱动组件可以根据所述驱动块绕所述第三轴的转动绕所述第三轴转动。此外，所述驱动块可以与所述致动器接合，使得所述驱动块能够在多个方向上往复移动，其中，所述第一驱动组件可以根据所述驱动块在一个方向上的往复移动绕所述第一轴转动，并且所述第一驱动组件可以根据所述驱动块在另一个方向上的往复移动绕所述第二轴转动。

本发明的另一方面提供一种手术器械，包括：驱动部件，通过从手术机器人传送的驱动力进行操作；以及执行器，连接到所述驱动部件，用以通过根据所述驱动部件的操作进行移动和转动来执行手术所需的动作。这里，所述驱动部件包括：第一驱动组件，包括被构造为绕第一轴转动的一对驱动器；以及第二驱动组件，绕与所述第一轴相交的第二轴转动，其中，所述执行器包括一对卡爪，所述一对卡爪可以进行抓握移动并且可以关于特定的倾斜轴倾斜。由所述一对驱动器的转动提供的3个自由度的移动和所述第二驱动组件的转动与所述一对卡爪的抓握移动的三种操作和所述一对卡爪的倾斜移动相对应。

所述驱动部件和所述执行器可以分别与沿第三轴延伸的杆的两端接合，所述驱动部件可以进一步包括绕所述第三轴转动的第三驱动组件，并且所述执行器可以与所述第三驱动组件的转动联动地绕第三轴转动。

本发明的又一方面提供一种手术器械，其可以安装在手术机器人上进行操作，并且可以通过移动和转动与其一端接合的执行器来执行手术所需的动作。所述手术器械包括：第一驱动组件，绕第一轴转动；第二驱动组件，绕与所述第一轴相交的第二轴转动；第三驱动组件，绕与所述第一轴和所述第二轴都相交的第三轴转动；杆，与所述第三驱动组件接合，所述杆沿一个方向延伸并且使所述执行器接合在一个末端；以及外壳，容纳所述第一驱动组件、所述第二驱动组件和所述第三驱动组件。

除了上述之外的其它方面、特征和优点将从权利要求和以下的书面说明书中显而易见。

有益效果

根据以上公开的本发明的一些方面，可以以***地连接的形式提供用于移动所述执行器的驱动组件，而不是单独布置各个驱动组件，从而可以减小手术器械的大小。此外，通过形成三维结构的驱动组件，而不是利用二维滑轮，可以同时完成执行器的复杂移动所需的力的传送。本发明的实施例也可以容易地应用于蛇型手术器械。

附图说明

图1和图2图示了根据现有技术的机器人手术的器械；

图3是根据本发明的一个实施例的手术器械的概要图；

图4是图3所示的手术器械的平面图；

图5是根据本发明的另一实施例的手术器械的概要图；

图6是根据本发明的又一实施例的手术器械的概要图；

图7是根据本发明的一个实施例的手术机器人的联结结构的概要图；

图8是根据本发明的一个实施例的手术机器人的联结结构的剖视图；

图9是根据本发明的另一实施例的手术机器人的联结结构的透视图。

具体实施方式

由于本发明允许各种变型和多个实施例，因此将在附图中示出并在书面说明书中详细描述具体的实施例。然而，这不意在将本发明限制在具体的实施方式中，并且应该理解，所有不脱离本发明的精神和技术范围的变型、同等物和替换都包括在本发明中。在书面说明书中，当现有技术的某些详细说明被视为不必要地使本发明的实质不清楚时，省略这些详细说明。

尽管诸如“第一”和“第二”之类的术语可以用于描述各种元件，但是这些元件一定不限于上述术语。上述术语仅用于将一个元件和其它元件区分开来。

在本说明书中使用的术语仅用于描述具体的实施例，并且不意在限制本发明。除非在上下文中具有清晰的不同含义，单数表达就可以包括复数表达。在本说明书中，应该理解，诸如“包括”和“具有”之类的术语意在表示公开在说明书中的特征、数量、步骤、操作、元件、部件或其结合的存在，并且意在不排除存在或增加一个或多个不同的特征、数量、步骤、操作、元件、组件或其结合的可能。

将在下文中参照附图详细描述本发明的一些实施例。在所有附图中使用相同的附图标记表示相同或相对应的元件，并且省略对相同元件的重复描述。

图3是根据本发明的一个实施例的手术器械的概要图，图4是图3所示的手术器械的平面图。图3和图4示出了第一轴5、第二轴7、第三轴9、第一驱动组件10、驱动器12、柄14、第二驱动组件16、第三驱动组件18、外壳20、杆22、执行器30、卡爪32、线34和倾斜轴36。

本实施例的特征是，用于移动手术器械的执行器的驱动部件由三维地接合在一起的多个驱动组件构成。因此，若干滑轮线可以接合到一个一体式的驱动组件上，而不是使用分开的、独立的滑轮来移动执行器的各个部件，从而可以最小化所述器械，特别是驱动部件的尺寸。此外，由于可以以一体方式操作所述驱动部件，因此可以同时实现执行器的各个部件的移动。

驱动部件可以包括第一驱动组件、第二驱动组件和第三驱动组件、驱动器、柄等，稍后将对其进行进一步的详细描述。术语“驱动部件”意在包含***作以移动执行器30的所有元件，并且在本实施例中，驱动部件可以实现为安置在外壳20中的结构的形式。

根据本实施例的手术器械可以被安装到手术机器人臂的末端，并且可以通过经由形成在机器人臂的末端上的致动器所传送的驱动力进行操作。当操作所述器械时，可以移动和转动利用杆22接合到远端的执行器30，以进行手术所需的各种动作，诸如抓握、切割、倾斜、转动等。

根据本实施例的器械的驱动部件可以由安置在外壳20中的第一驱动组件10、第二驱动组件16和第三驱动组件18构成。例如，第一驱动组件10可以绕第一轴5(比如x轴)转动，例如，第二驱动组件16可以与第一驱动组件10接合，以使得第一驱动组件10可以绕第二轴7(比如y轴)转动，例如，同时第三驱动组件18可以与第二驱动组件16接合，以使得第一驱动组件10和第二驱动组件16可以绕第三轴9(比如z轴)转动。

杆22可以与第三驱动组件18接合，执行器30可以与杆22的末端接合，从而当第三驱动组件18绕z轴转动时，杆22和执行器30可以相应地绕z轴转动。

如图3所示，通过将第一驱动组件10形成为球形，将第二驱动组件16形成为环绕第一驱动组件10的***的带形，以及将第一驱动组件10和第二驱动组件16沿第一轴5轴向地接合，可以使第一驱动组件10绕第一轴5转动。此外，通过将第二驱动组件16沿第二轴7轴向地接合到第三驱动组件18，可以使将第二驱动组件16绕第二轴7转动，并且第一驱动组件10也可以与第二驱动组件16一起绕第二轴7转动。第三驱动组件18可以这样安装在外壳20中，使得第三驱动组件18能够绕第三轴9转动，从而使得第一驱动组件10和第二驱动组件16可以与第三驱动组件18一起绕第三轴9转动。

以此方式，根据本实施例的器械的驱动部件可以由可绕空间中的三个轴(例如，x轴、y轴和z轴)转动的驱动组件构成。当线34连接到每个驱动组件并且通过滑轮与执行器30的各个部件接合时，每个驱动组件的转动可以使执行器30的各个部件相应地移动，之后，如果驱动组件在某一方向转动，而不是在各个轴向转动，则执行器30的部件可以以相应的方式同时移动。就是说，由于根据本实施例的驱动部件的驱动组件形成了三维结构，因此用单个动作可以同时实现沿各个轴向的运动。

参照图3，当力沿某一方向施加到柄14上，使得驱动组件的某些部分转动或整体转动时，可以经由接合到所述驱动组件的滑轮线34传送驱动力，使得执行器30的部件移动。

手术器械的执行器30可以接合到杆22的远端，并且可以包括执行抓握或切割动作一对卡爪32。在卡爪32的支点处，可以接合能使一组卡爪32整体地以特定角度倾斜的倾斜轴36。整个执行器30可以被构造为与杆22的转动联动地转动。

在此情形中，驱动部件的第一驱动组件10可以通过滑轮与该对卡爪32接合。当第一驱动组件10绕第一轴5转动时，可以通过线34传送驱动力，由此使得该对卡爪32可以面对特定的方向，进行抓握移动或提供所有这些操作。

如果使用一组滑轮线34移动该对卡爪32，则可以通过齿轮等连接该对卡爪32，并且滑轮线34可以与该对卡爪32中的一个接合或者与该对卡爪32所接合的部分相接合，以传送驱动力。当然，可以应用能够使该对卡爪32执行抓握移动的各种其它使用一组滑轮的装置。

在第一驱动组件10由一对驱动器12构成的情形中，驱动器12中的一个可以用于操作卡爪32的抓握移动，而另一个驱动器12可以用于改变卡爪32所面对的方向。换言之，第一驱动器可以控制卡爪的打开和关闭，而第二驱动器可以控制卡爪的方向。可以应用各种装置来操作所述卡爪，诸如分别通过滑轮将驱动器12和该对卡爪32接合。

为了单独移动该对卡爪32中的每个，可以将第一驱动组件10分成一对驱动器12。就是说，第一驱动组件10可以由各自绕第一轴5转动的一对驱动器12构成，每个驱动器12通过滑轮分别连接到卡爪32，从而使得可以单独操作该对卡爪32中的每个。

如图3所示，在第一驱动组件10形成为球形的情形中，形成第一驱动组件10的一对驱动器12中的每个可以被塑形为与第一驱动组件10的一半相同。就是说，一对驱动器12可以被塑形为半球并且可以被放置为使得大圆周(当球体被分成两等份时所获得的圆周)互相面对地毗邻放置，并且第一轴5穿过每个半球的极点。因此，第一驱动组件10可以被分为一对驱动器12.

然而，根据本实施例的驱动器12不是必须形成为半球。显然，可以以各种方法分割第一驱动组件10，只要驱动器12中的每个可以绕第一轴5转动并且这种转动可以操作一对卡爪32中的每个。

驱动部件的第二驱动组件16可以通过滑轮与倾斜轴36接合，以使卡爪32倾斜。就是说，当第二驱动组件16绕第二轴7转动时，可以经由线34传送驱动力，使得卡爪32倾斜。

由于根据本实施例的第一驱动组件10可以与第二驱动组件16绕第二轴7的转动联动地绕第二轴7转动，用于倾斜的滑轮线34也可以接合到第一驱动组件10上的合适位置。

例如，在第一驱动组件10由一对驱动器12构成的情形中，用于操作卡爪32中的一个的一组滑轮线34可以与驱动器12中的一个接合(参见图4的34a)，同时，用于操作卡爪32中的另一个的一组滑轮线34可以与另一驱动器12接合(参见图4的34b)。

此外，连接到倾斜轴的滑轮线34中的一股可以与驱动器12中的一个接合，并且另一股可以与另一驱动器12接合(参见图4的34c)。

被构造为绕第三轴9转动的第三驱动组件18可以与杆22接合，从而使得杆22以及与所述杆的远端椄合的执行器30可以与第三驱动组件18的转动联动地绕第三轴9转动。例如，执行器30可以固定到杆22上，并且杆22可以固定到第三驱动组件18上，由此，第三驱动组件18的转动的驱动力可以直接传送到执行器30。

图3示出的例子是将手术器械的驱动部件形成为三维结构，并由此最小化尺寸。在此例子中，第一驱动组件10可以形成为球形，第一轴5穿过其极点；第二驱动组件16可以形成为带形，环绕第一驱动组件10的外周，并且通过第一轴5与第一驱动组件10轴向地接合；以及第三驱动组件18可以形成为筒状，环绕第一驱动组件10和第二驱动组件16，并且通过第二轴7与第二驱动组件16轴向地接合。如上面已描述的，第三驱动组件18可以被安置外壳20中作为可绕第三轴9转动的一种结构。

如图3所示，三组滑轮线34可以与第一驱动组件10的各个部分接合。在第一驱动组件10被分为一对驱动器12的情形中，可以使用两组滑轮线34来分别使该对驱动器12和一对卡爪32通过滑轮接合，并且剩余的一组滑轮线34可以用于使第一驱动组件10或第二驱动组件16通过滑轮与执行器30的倾斜轴36接合。

一组滑轮线34可以将第二驱动组件16和倾斜轴36连接，或者，滑轮线可以接合到第一驱动组件10上的合适位置，例如，一股接合到第一驱动组件10的一侧，另一股接合到第一驱动组件10的另一侧。如上面已描述的，如果第一驱动组件10被分为一对驱动器12，则一股滑轮线34可以接合到驱动器12中的一个，另一股可以接合到另一个驱动器12。

因此，通过用滑轮将一对卡爪32接合到被构造为绕第一轴5转动的第一驱动组件10，用滑轮将倾斜轴36接合到被构造为绕第二轴7转动的第二驱动组件16，以及将杆22和执行器30接合到被构造为绕第三轴9转动的第三驱动组件18，可以控制执行器30的所有移动，即，抓握移动、倾斜移动和转动移动。

如图3所示，柄14可以接合到第一驱动组件10，并且，可以通过在柄14上施加力使第一驱动组件10在某一方向上转动。换言之，通过操作柄14，可以绕第一轴5、第二轴7和第三轴9中的任一轴或由这些轴的方向合成的某一方向转动第一驱动组件10。在此过程中，不仅第一驱动组件10，而且第二驱动组件16和第三驱动组件18也可以一起转动。

在第一驱动组件10被分为一对驱动器12的情形中，可以操作分别与驱动器接合的柄14，其中，旋转驱动器12可以控制各自的卡爪32来进行抓握移动，旋转第二驱动组件16可以使执行器30倾斜，而旋转第三驱动组件18可以整体转动执行器30。

还可以利用一根线34来操作一对卡爪32，而不是分别移动卡爪32中的每一个。为此，第一驱动组件10可以形成为单个球体，而不分割为两部分，同时线的一端连接到第一驱动组件10上的合适位置(例如可以在第一驱动组件10的中心部分打孔，所述线可以***所述孔)并且线34的另一端连接到一对卡爪。然后，可以操作与第一驱动组件10接合的柄14，使得第一驱动组件10绕第一轴5转动，从而使一对卡爪32可以一起移动，即执行打开或关闭的抓握移动。

通过根据驱动组件的操作来调节执行器30移动的速率，可以提供更大的便利并且还可以减小驱动部件的尺寸。例如，如果在第一驱动组件10上滑轮线34所接合到的点之间的距离被调节为使得第一驱动组件10的转角和执行器30最终转角之间的比率为2∶1，那么通过使第一驱动组件仅转动45度就可以使执行器30移动接近90度。

通过这样使得第一驱动组件10、第二驱动组件16和第三驱动组件18形成三维地互相连接的结构，而不是单独地和二维地布置用于移动执行器30的驱动组件，可以减小驱动部件的尺寸。

图5是根据本发明的另一实施例的手术器械的概要图。图5示出了第一轴5、第二轴7、第三轴9、第一驱动组件10、驱动器12、柄14、第二驱动组件16、第三驱动组件18、外壳20、杆22、执行器30、卡爪32、线34和倾斜轴36。

前面公开的实施例是利用这样的例子来描述的，在该例子中，第一驱动组件10被塑形为球形，并且如果第一驱动组件10被分为一对驱动器12，则驱动器12被塑形为半球。然而，根据本发明的一个方面的第一驱动组件10不是必须形成为球形，第一驱动组件10可以形成为各种形状，只要可以获得与前面公开的实施例相同的功能和动作。

如图5所示，通过将第一驱动组件10形成为“T”形并且将第二驱动组件16形成为通过第一轴5与第一驱动组件10轴向地接合的十字形，可以使第一驱动组件10绕第一轴5转动。此外，通过将第三驱动组件18形成为环绕第二驱动组件16的***的带形并且通过第二轴7使第二驱动组件16和第三驱动组件18轴向地接合，可以使第二驱动组件16绕第二轴7转动，其中，第一驱动组件10也可以与第二驱动组件16一起绕第二轴7转动。并且，通过将第三驱动组件18在外壳20中使得第三驱动组件18可以绕第三轴9转动，第一驱动组件10和第二驱动组件16可以与第三驱动组件一起绕第三轴9转动。

以此方式，根据本实施例的器械的驱动部件可以由能够绕三个空间轴转动的驱动组件构成，并且当所述驱动组件在除各个轴向之外的某一方向上转动时，根据所述转动可以同时实现执行器30的各部件的移动。这样，仅用一次操作就可以完成与各个轴向相关的移动。

参照图5，一个或多个柄14可与第一驱动组件10接合，或者T形第一驱动组件10的端部可用作柄14。与前面公开的实施例相似，当力沿着某一方向施加到柄14部分，使得驱动组件的某些部分或整体转动时，可以经由与驱动组件接合的滑轮线34来传送驱动力，以使得执行器30的部件转动。

如果将第一驱动组件10安装为单个组件，或者第一驱动组件10不是由单独转动的驱动器12构成，则可以使用单独的线来使第一驱动组件10和一对卡爪32接合。就是说，当第一驱动组件10绕第一轴5转动时，可以经由线34传送驱动力，从而使得一对卡爪32可以进行抓握移动。可以应用各种装置来使一对卡爪32利用一根或多根线进行抓握移动。

为了分别移动一对卡爪32中的每个，第一驱动组件10可以形成为一对驱动器12。就是说，如图5所示，驱动器12可以形成为T形构件，并且第一驱动组件10可以由T形构件形成，即由一对驱动器形成。

在图5所示的例子中，第一驱动组件10可以由T形构件形成，同时第一轴5穿过每个“T”的线相交的点。第二驱动组件16(可以是使两个T形构件互相连接的十字形构件)可以通过第一轴5与第一驱动组件10轴向地接合，同时，第三驱动组件18(可以被塑形为环绕第一驱动组件10和第二驱动组件16的***的带形)可以通过第二轴7与第二驱动组件16轴向地接合。第三驱动组件18可以安置在外壳20内，作为可绕第三轴9转动的结构。

每个驱动组件的转动方法、驱动组件之间的连接、驱动组件和执行器的各部件之间通过滑轮连接的方法以及驱动机制可与图3所示的例子所使用的那些基本相同。在本实施例中，可以将一个或多个柄14接合到第一驱动之间10上，或者，可以将T形构件的竖直部分的端部用作柄14。柄14的操作方法和驱动组件根据柄14的操作的转动机制可与图3所示的例子所使用的那些基本相同。

这样，根据本发明的实施例的第一驱动组件10、第二驱动组件16和第三驱动组件18可以具有不同的形状，包括：条状、框架、板状、带形等。显然，在各个驱动组件的操作方法和执行器30的最终移动不偏离本发明的精神的情况下，驱动组件可以实现为各种形状和结构。

图6是根据本发明的又一实施例的手术器械的概要图。图6示出了第一驱动组件10、驱动器12、柄14、第二驱动组件16、第三驱动组件18、外壳20、杆22、执行器30、卡爪32和线34。

在本实施例中，以上描述的驱动部件的构造应用于所谓的“蛇型”器械。蛇型器械是指其中的杆可以变形为在某一方向上弯曲，从而增加手术所需的动作的自由度并且允许以方便且直观的方法进行手术的一种器械。

可以使用接合到杆22将要变形的点并且与驱动部件连接的至少四根线34来操作蛇型器械。然后，当操作驱动部件时，施加在每根线34上的拉力可以相应地不同，从而使得杆22朝向拉力较大的方向弯曲。

因此，器械允许杆22自我变形和转动，从而使得与杆22的末端接合的执行器30可以面对所期望的方向。与前面公开的实施例类似，此器械还可以形成为包括安置在外壳20中的第一驱动组件10、第二驱动组件16和第三驱动组件18，并且第三驱动组件18与杆22接合。

在图3和图5示出的例子中，如果第一驱动组件10形成为一体式组件，则驱动部件可以与两组滑轮线34(第一驱动组件和第二驱动组件各一组)接合，并且，如果第一驱动组件10形成为一对驱动器12，则驱动部件可以与三组滑轮线34(一对驱动器中的每一个和第二驱动组件各一组)接合。当驱动部件应用于蛇型器械时，两组线34，即四根线34可以用来提供用于在特定的方向上弯曲杆22的拉力。

在与第一驱动组件10接合的线34用于使杆22变形的情形中，在特定的方向上操作与第一驱动组件10接合的柄14会使得杆22在与操作柄14的方向一致的方向变形。

在此情形中，可以使用额外的线来操作用于执行器30的抓握移动的一对卡爪32。就是说，在一对驱动器和第二驱动组件中，除了那些与用于使杆22变形的线34相接合的之外，剩余的那个可以与额外的线接合(例如，通过在第一驱动组件10的中心部分打孔并且将额外的线***所述孔)，以用于完成一对卡爪32的抓握移动。

因此，根据本实施例的驱动部件既可以容易地用于移动执行器30的一些部件，也可以应用于不同的器械结构，诸如蛇型器械。由于杆22可以根据驱动部件的操作方向变形，因此可以直观且更方便地操作所述器械。

与图3所示的例子相似，根据本实施例的第一驱动组件10也可以形成为球形，并且第一驱动组件10可以被分为形成一对驱动器12的两半。就是说，一对驱动器12可以形成为半球形，同时大圆周彼此相对地毗邻放置，并且第一轴5穿过每个半球的极点，从而使第一驱动组件10可以被分为一对驱动器12。

当然，根据本实施例的器械的驱动部件也可以是与图3所示的结构相似的结构，其中，第一驱动组件10可以形成为球形，第一轴5穿过其极点；第二驱动组件16可以形成为带形，环绕第一驱动组件10的外周，并且通过第一轴5与第一驱动组件10轴向地接合；以及第三驱动组件18可以形成为筒状，环绕第一驱动组件10和第二驱动组件16，并且通过第二轴7与第二驱动组件16轴向地接合。

此外，杆22可以与可绕第三轴9转动的第三驱动组件18接合，从而使得杆22和与杆22的末端接合的执行器30可以与第三驱动组件18的转动联动地绕第三轴9转动。

一个或多个柄14可以接合到第一驱动组件10，并且，可以通过在柄14上施加力使第一驱动组件10在某一方向上转动。就是说，可以操纵柄14来使第一驱动组件10绕第一轴5、第二轴7和第三轴9中的任一轴或由这些轴的方向合成的某一方向转动第一驱动组件10。在此过程中，不仅第一驱动组件10，而且第二驱动组件16和第三驱动组件18也可以一起进行操作，使得杆变形为面向特定的方向。

图7是根据本发明的一个实施例的用于手术机器人的联结结构的概要图，图8是根据本发明的一个实施例的用于手术机器人的联结结构的剖视图。图7和图8示出了机器人臂1、器械3、第一驱动组件10、驱动器12、柄14、第二驱动组件16、第三驱动组件18、外壳20、杆22、执行器30、致动器40、驱动块42和柄孔44。

本实施例涉及用于将上述器械3接合到手术机器人的结构，即，用于安装器械3的联结结构。如上所述，当器械3形成为三维接合的结构时，可以有利于使即将安装上器械3的手术机器人臂1的端部形成为与器械3的结构相对应的形状和结构。

根据本实施例，手术机器人和器械3之间的联结结构可以包括形成在手术机器人臂1的端部的致动器40，器械3的外壳20部分可以安装在致动器40上，并且可以通过从致动器40传送的驱动力来操作器械3。

在前面公开的实施例中，柄14可以接合到器械3的第一驱动组件10上，并且第一驱动组件10可以根据柄14上的操作绕第一轴5、第二轴7和第三轴9或者由这些轴向合成的某一方向转动。

以此方式构造的器械3所安装到的致动器40可以包括驱动块42，所述驱动块42能够在特定的区域内沿直线或曲线路径进行往复移动。可以在驱动块42中形成能够被柄14***的柄孔44。当器械3安装在致动器40上时，柄14可以***柄孔44中，并且当驱动块42在特定区域内进行往复移动时，可以在驱动块42的移动方向上操作柄14。

根据前面公开的实施例，如果第一驱动组件10形成为一对驱动器12以分别移动一对卡爪32，则驱动块42也可以相应地形成为一对。如果柄14将要与一对驱动器12中的每个接合，则一对驱动块42可以分别具有可以被柄14***的柄孔44。

如果驱动器12和驱动块42都分别成对地形成，则存在当器械3安装到致动器40时柄14未***正确的柄孔44中的风险。使柄14***错误的柄孔44可能是器械3出故障的一个原因。

为了从一开始就避免出现此风险，可以使接合到各个驱动器12的柄具有不同的形状，并且穿孔于驱动块42中的柄孔44可以塑形为与各自的柄14的形状相对应的形状。就是说，一对柄14可以形成为具有不同截面柱体；例如，一个柄14可以形成为方柱，另一个柄14可以形成为三棱柱，同时可以将一对柄孔44打造为一个是正方形而另一个为三角形，从而当器械3安装到致动器40上时，柄14可以正确地***它们的配对柄孔44中。

如果操纵与第一驱动组件10接合的柄14，则可以相应地移动执行器30的一些部件，反之，如果执行器30的一些部件不在它们的初始位置，则柄14可能也偏离了它们的初始位置。例如，如果在机器人手术完成之后，在未使执行器30返回它的初始位置时移走器械3，则柄14会保持偏离它们的初始位置。随后，当器械3被再次安装在机器人臂1上时，由于柄14不在它们的初始位置，因此柄14不能正确地***柄孔44。

为了解决此问题，柄孔44的形状可以形成为，当观看驱动块42的截面时，柄孔44的面对着柄14的一侧的尺寸大于柄14的截面积，而柄孔44朝向相反侧的尺寸变小，直到其尺寸最终基本等于柄14的截面积。然后，可以获得一种自动初始化，使得即使当柄14不在初始位置时，柄14也可以在器械3安装到致动器40上以及柄14***柄孔44时自然地返回它的初始位置。

再次参照图7并继续描述根据本实施例的驱动块42的操作，装配在致动器40上的驱动块42除了如上所述地在某一区域内进行往复移动之外可以被构造为绕第二轴7和第三轴9转动。能够以各种方法来实现使驱动块42进行往复移动和绕第二轴7和第三轴9转动移动的机制，这里不给出其详细描述。

当器械3安装到致动器40上时，柄14可以***柄孔44中，因此，移动驱动块42可以使得柄14被相应地操纵。在图7所示的例子中，以往复移动的方式移动驱动块42使得柄14被相应地操作，由此使得第一驱动组件10可以绕第一轴5转动；使驱动块42绕第二轴7转动使得柄14被相应地操作，由此使得第一驱动组件10可以绕第二轴7转动；以及使驱动块42绕第三轴9转动使得柄14被相应地操作，由此使得第一驱动组件10可以绕第三轴9转动。

然而，驱动块42不是必须可以绕第二轴7转动，而是可以被构造为可以沿两个正交的方向往复移动，如图7所示。然后，当驱动块42沿一个方向往复移动时，可以相应地操纵柄14，使得第一驱动组件10绕第一轴5转动，并且当驱动块42沿另一方向往复移动时，可以相应地操纵柄14，使得第一驱动组件10和/或第二驱动组件16绕第二轴7转动。

当第一驱动组件10绕第一轴5转动时，一对卡爪32可以与此转动联动地移动，以被打开或关闭。当第一驱动组件10绕第二轴7转动时，不仅第二驱动组件16可以与此转动联动地移动从而绕第二轴7转动，并且可以使执行器30进行倾斜移动。当第一驱动组件10绕第三轴9转动时，不仅第二驱动组件16和第三驱动组件18以及杆22可以与此转动联动地移动从而绕第三轴9转动，而且可以使执行器30绕第三轴9转动。

如上所述，可以调节执行器30根据驱动组件的操作而移动的速率，例如，使得第一驱动组件10的转角与执行器30的最终转角之间的比率为2∶1。然后，仅仅根据装配在致动器40上的驱动块42的微小操作可以使得执行器30移动所需的量。

根据本实施例的器械的驱动部件可以被构造为使得一对驱动器12，即两个驱动器12，绕第一轴5转动，第二驱动组件16绕第二轴7转动，并且第三驱动组件18绕第三轴9转动，从而可以存在总共四个可能的转动移动。在另一方面，执行器30需要总共四个操作，即用于操作一对驱动卡爪32(打开和关闭运动)、使卡爪32倾斜以及整体转动执行器30。

如果第三驱动组件18的转动移动与执行器30的转动操作相关联，则驱动部件剩余的三个移动，即三个自由度的移动，可以任意地与执行器30的三个操作相匹配。就是说，驱动器12绕第一轴5的转动不是必须与卡爪32的打开和关闭相关，第二驱动组件16绕第二轴7的转动也不是必须与卡爪32的倾斜操作相关。驱动部件的三个驱动移动可以以各种方式与三种操作(用于打开和关闭一对卡爪32中的每个和倾斜等)相匹配。

图9是根据本发明的另一实施例的用于手术机器人的联结结构的透视图。图9示出了第一轴5、第二轴7、第三轴9、第一驱动组件10、第二驱动组件16、第三驱动组件18和杆22。

如图9所示的例子，根据本实施例的第一驱动组件10、第二驱动组件16和第三驱动组件18不是必须互相联动地移动，并且可以使每个驱动组件独立地移动。

就是说，使第一驱动组件可以绕第一轴5转动，使第二驱动组件16可以与第一驱动组件10的转动相独立地绕第二轴7转动，使第三驱动组件18可以与第一驱动组件10和第二驱动组件18相独立地绕第三轴9转动。

例如，在图9中，当第一驱动组件10绕第二轴7转动时，第二驱动组件16不仅可以与第一驱动组件10联动地转动，还可以自身单独地绕第二轴7转动。在第二驱动组件16单独地转动的情形中，手术机器人上的致动器可以额外包括用于单独地移动第二驱动组件16的驱动块。

此外，当第一驱动组件10和第二驱动组件16绕第三轴9转动时，第三驱动组件18不仅可以与第一驱动组件10和第二驱动组件16接合从而全部一起转动，还可以自身单独地绕第三轴9转动。

工业应用性

尽管参照特定的实施例描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，在不脱离如下附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种变型和改进。

Claims (31)

1.一种安装在手术机器人上的手术器械，所述手术器械被构造为通过移动和转动与该手术器械的一端接合的执行器来执行手术所需的动作，所述手术器械包括：

第一驱动组件，被构造为绕第一轴转动；

第二驱动组件，与所述第一驱动组件接合，所述第二驱动组件被构造为使所述第一驱动组件绕与所述第一轴相交的第二轴转动；

第三驱动组件，与所述第二驱动组件接合，所述第三驱动组件被构造为使所述第二驱动组件绕与所述第二轴相交的第三轴转动；

杆，与所述第三驱动组件接合，所述杆沿一个方向延伸并且使所述执行器接合在所述杆的末端；以及

外壳，容纳所述第一驱动组件、所述第二驱动组件和所述第三驱动组件。

2.如权利要求1所述的手术器械，其中，所述执行器包括被构造为执行抓握移动的一对卡爪，并且

线与所述第一驱动组件接合，所述线被构造为操作所述一对卡爪。

3.如权利要求2所述的手术器械，其中，所述线的一端穿过所述第一驱动组件的一部分，并且所述线的另一端与所述一对卡爪连接。

4.如权利要求1所述的手术器械，其中，所述第一驱动组件包括每个都被构造为绕所述第一轴转动的一对驱动器。

5.如权利要求4所述的手术器械，其中，所述执行器包括被构造为执行抓握移动的一对卡爪，并且

一对滑轮线分别与所述一对驱动器接合，所述一对滑轮线被构造为操作所述一对卡爪。

6.如权利要求4所述的手术器械，其中，所述执行器包括：

一对卡爪，被构造为执行抓握移动；

第一转轴，被构造作为所述一对卡爪的抓握移动的转动中心；

第二转轴，被构造作为所述一对卡爪在面向特定方向时的转动中心；并且

所述一对驱动器中的一个通过滑轮与所述第一转轴接合，所述一对驱动器中的另一个通过滑轮与所述第二转轴接合。

7.如权利要求4所述的手术器械，其中，各所述驱动器被塑形为极点被所述第一轴穿过的半球，并且所述一对驱动器被放置为使得各所述半球的大圆周互相毗邻地放置。

8.如权利要求2或7所述的手术器械，其中，所述第一驱动组件被塑形为极点被所述第一轴穿过的球形，

所述第二驱动组件被塑形为环绕所述第一驱动组件的外周的带形，并且

所述第三驱动组件被塑形为环绕所述第二驱动组件的筒状。

9.如权利要求1所述的手术器械，其中，所述执行器被构造为绕着特定的倾斜轴倾斜，并且

滑轮线与所述第二驱动组件接合，所述滑轮线与所述倾斜轴接合使得所述执行器能够倾斜。

10.如权利要求1所述的手术器械，其中，所述执行器被构造为与所述杆联动地转动，并且

所述杆被构造为与所述第三驱动组件联动地绕所述第三轴转动。

11.如权利要求10所述的手术器械，其中，所述执行器与所述杆接合，并且所述杆与所述第三驱动组件接合为一体。

12.如权利要求1所述的手术器械，其中，柄与所述第一驱动组件接合，并且所述第一驱动组件被构造为根据所述柄的操作绕所述第一轴转动。

13.一种安装在手术机器人上的手术器械，所述手术器械被构造为转动沿一个方向延伸的杆，使得与所述杆的远端接合的执行器朝向手术部位移动，所述手术器械包括：

第一驱动组件，被构造为绕第一轴转动；

第二驱动组件，与所述第一驱动组件接合，所述第二驱动组件被构造为使所述第一驱动组件绕与所述第一轴相交的第二轴转动；

第三驱动组件，与所述第二驱动组件接合，所述第三驱动组件被构造为使所述第二驱动组件绕与所述第二轴相交的第三轴转动；以及

外壳，容纳所述第一驱动组件、所述第二驱动组件和所述第三驱动组件，

其中，所述杆与所述第三驱动组件接合。

14.如权利要求13所述的手术器械，其中，线与所述第一驱动组件和所述第二驱动组件中的每个接合，所述线提供拉力从而使得所述杆沿特定方向弯曲。

15.如权利要求13所述的手术器械，其中，所述第一驱动组件包括每个都被构造为绕所述第一轴转动的一对驱动器，

所述执行器包括被构造为进行抓握移动的一对卡爪，并且

线与所述一对驱动器接合或者与所述第二驱动器接合，所述线被构造为操作所述一对卡爪的抓握移动。

16.如权利要求15所述的手术器械，其中，提供拉力从而使得所述杆沿特定方向弯曲的线与所述一对驱动器和所述第二驱动组件中未通过线与所述一对卡爪接合的所述一对驱动器或所述第二驱动组件接合。

17.如权利要求15所述的手术器械，其中，所述驱动器被塑形为极点被所述第一轴穿过的半球，并且所述一对驱动器被放置为使得各所述半球的大圆周互相毗邻地放置。

18.如权利要求13或17所述的手术器械，其中，所述第一驱动组件被塑形为极点被所述第一轴穿过的球形，

所述第二驱动组件被塑形为环绕所述第一驱动组件的外周的带形，并且

所述第三驱动组件被塑形为环绕所述第二驱动组件的筒状。

19.如权利要求13所述的手术器械，其中，所述执行器被构造为与所述杆联动地转动，并且

所述杆被构造为与所述第三驱动组件联动地绕所述第三轴转动。

20.如权利要求13所述的手术器械，其中，柄与所述第一驱动组件接合，并且所述第一驱动组件、所述第二驱动组件和所述第三驱动组件中的至少一个被构造为根据所述柄的操作进行操作，从而移动所述杆。

21.一种用于手术机器人的联结结构，所述手术机器人上安装有根据权利要求1或权利要求13中的任意一项的所述手术器械，

其中，所述手术机器人装配有致动器，并且通过经由所述致动器传送的驱动力来操作所述器械，同时外壳安装在所述致动器上。

22.根据权利要求21所述的联结结构，其中，柄与所述第一驱动组件接合，并且所述第一驱动组件被构造为根据所述柄的操作绕选自包括第一轴、第二轴和第三轴的组中的一个或多个轴转动。

23.根据权利要求22所述的联结结构，其中，所述致动器包括被构造为进行往复移动的驱动块，

所述驱动块包括在所述驱动块上形成的柄孔，所述柄孔中***有所述柄，并且

在将所述柄***所述柄孔时通过所述驱动块的移动操作所述柄。

24.根据权利要求23所述的联结结构，其中，所述第一驱动组件包括每个都被构造为绕所述第一轴转动的一对驱动器，所述致动器包括与所述一对驱动器相对应的一对驱动块，

具有不同横截面的柄与所述一对驱动器中的每个接合，并且

所述柄孔形成为与所述柄的横截面相对应的形状。

25.根据权利要求23所述的联结结构，其中，在所述驱动块的面对着所述柄的一侧，所述柄孔的尺寸大于所述柄的截面积，并且所述柄孔的尺寸朝向所述驱动块的另一侧变小，与所述柄的截面积相对应。

26.根据权利要求25所述的联结结构，其中，通过将所述柄***所述柄孔中，使所述第一驱动组件设置在初始位置。

27.根据权利要求23所述的联结结构，其中，所述驱动块与所述致动器接合，使得所述驱动块能够绕所述第二轴和所述第三轴转动，

所述第一驱动组件根据所述驱动块的往复移动绕所述第一轴转动，

所述第一驱动组件根据所述驱动块绕所述第二轴的转动而绕所述第二轴转动，并且

所述第一驱动组件根据所述驱动块绕所述第三轴的转动绕所述第三轴转动。

28.根据权利要求23所述的联结结构，其中，所述驱动块与所述致动器接合，使得所述驱动块能够在多个方向上往复移动，

所述第一驱动组件根据所述驱动块在一个方向上的往复移动绕所述第一轴转动，并且

所述第一驱动组件根据所述驱动块在另一个方向上的往复移动绕所述第二轴转动。

29.一种手术器械，包括：驱动部件，通过从手术机器人传送的驱动力进行操作；以及执行器，连接到所述驱动部件，并且所述执行器被构造为通过根据所述驱动部件的操作进行移动和转动来执行手术所需的动作，

所述驱动部件包括：

第一驱动组件，包括被构造为绕第一轴转动的一对驱动器；以及

第二驱动组件，被构造为绕与所述第一轴相交的第二轴转动，

其中，所述执行器包括被构造为进行抓握移动的一对卡爪，所述一对卡爪被构造为绕特定的倾斜轴倾斜，并且

由所述一对驱动器的转动提供的3个自由度的移动和所述第二驱动组件的转动与所述一对卡爪的抓握移动的三种操作和所述一对卡爪的倾斜移动相对应。

30.如权利要求29所述的手术器械，其中，所述驱动部件和所述执行器分别与沿第三轴延伸的杆的两端接合，

所述驱动部件进一步包括被构造为绕所述第三轴转动的第三驱动组件，并且

所述执行器被构造为与所述第三驱动组件的转动联动地绕所述第三轴转动。

31.一种安装在手术机器人上的手术器械，所述手术器械被构造为通过移动和转动与其一端接合的执行器来执行手术所需的动作，所述手术器械包括：

第一驱动组件，被构造为绕第一轴转动；

第二驱动组件，被构造为绕与所述第一轴相交的第二轴转动；

第三驱动组件，被构造为绕与所述第一轴和所述第二轴都相交的第三轴转动；

杆，与所述第三驱动组件接合，所述杆沿一个方向延伸并且使所述执行器接合在所述杆的末端；以及

外壳，容纳所述第一驱动组件、所述第二驱动组件和所述第三驱动组件。

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