用于铰接手术器械的驱动装置制造方法及图纸

一种机器人手术器械，其包括主轴；端部执行器第一元件，将所述端部执行器第一元件连接至所述主轴的远端的铰接件，所述端部执行器第一元件能够相对于所述铰接件运动，以及在所述主轴的近端的驱动机构。驱动机构包括通过第一对驱动元件来连接至所述端部执行器第一元件的第一致动器。所述第一对驱动元件被构造成由所述第一致动器来对所述第一对驱动元件的第一驱动元件施加张力以使得所述端部执行器第一元件相对于所述铰接件在第一运动方向上运动，并且对所述第一对驱动元件的第二驱动元件施加张力以使得所述端部执行器第一元件相对于所述铰接件在第二运动方向上运动。第一对驱动元件的第一驱动元件在所述第一致动器和所述端部执行器第一元件之间具有第一路径，并且第一对驱动元件的第二驱动元件在所述第一致动器和所述端部执行器第一元件之间具有第二路径。所述第一路径相比于所述第二路径具有更低的张力损失，使得所述第一运动方向比所述第二方向传递张力的更大比例至所述端部执行器第一元件。

Driving device for articulated surgical instruments

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于铰接手术器械的驱动装置
本专利技术涉及一种用于铰接手术器械的驱动装置。
技术介绍
采用机器人来辅助和进行手术是已知的。图1示出了典型的手术机器人100，其由基部108，臂102和器械105构成。基部支承机器人，并且基部自身刚性地与例如手术室地面、手术室天花板或小车连接。臂在基部和器械之间延伸。臂沿其长度借助于多个柔性接合件103而铰接，所述接合件用于在相对于患者所需的位置上定位手术器械。手术器械连接至机器人臂的远端104。手术器械在端口107处穿透患者101的身体以到达手术部位。器械在其远端包括用于参与医疗程序的端部执行器106。图2示出了用于执行机器人腹腔镜检查手术的典型手术器械200。手术器械包括基部201，手术器械通过该基部201而连接至机器人臂。主轴202在基部201和铰接件203之间延伸。铰接件203终止于端部执行器204。在图2中，一对锯齿状的钳部被示为端部执行器204。铰接件203允许端部执行器204相对于主轴202运动。借助于铰接件，预期为端部执行器204的运动提供至少两个自由度。机器手术器械是长的并且具有狭窄的外径。典型地，其长度约为40厘米，直径为8毫米。图3示出了已知手术器械300的一个例子，其中端部执行器204借助于俯仰摆动接合件(pitchjoint)301和两个偏航(绕竖直轴水平摆动)接合件(yawjoint)302而实现端部执行器204相对于主轴202的运动。接合件301使得端部执行器204能够绕着俯仰轴303旋转。接合件302使得端部执行器204的每个钳部能够绕着偏航轴304旋转。通过使得钳部绕着偏航轴在相对的方向上旋转，所述钳部能够夹住和释放组织。接合件通过缆索306、307和308驱动。将张力施加到基部201中的缆索307和308以使得端部执行器的钳部绕着偏航轴304旋转。器械的细长本质导致可用于放大施加到基部201中的缆索307和308的张力的力矩非常有限。可施加到每根缆索的力受其结构以及其如何在终端处受到固定的限制。因此,端部执行器的钳部用于夹紧在其间的物体的力受到限制。需要提高端部执行器的可用的夹紧力以有助于外科医生操作组织，执行切割操作并夹紧诸如针的其它器械。此外，需要减小器械的外径以最小化穿过患者皮肤的切口的尺寸，并最大限度地减少在患者体内的破坏。这减小了可由器械主轴和铰接件容纳的缆索的尺寸，并因此进一步减小了可施加到端部执行器的力。期望满足减小器械的外径和增加端部执行器的钳部的夹持力的竞争需要。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供一种机器人手术器械，其包括：主轴；端部执行器第一元件；将所述端部执行器第一元件和所述主轴的远端连接的铰接件，所述端部执行器第一元件能够相对于所述铰接件运动；以及在所述主轴的近端、包括第一致动器的驱动机构，所述第一致动器通过第一对驱动元件来与端部执行器第一元件连接，所述第一对驱动元件被构造成由所述第一致动器来对所述第一对驱动元件的第一驱动元件施加张力以使得所述端部执行器第一元件相对于所述铰接件在第一运动方向上运动，并且对所述第一对驱动元件的第二驱动元件施加张力以使得所述端部执行器第一元件相对于所述铰接件在第二运动方向上运动；其中，所述第一对驱动元件的第一驱动元件在所述第一致动器和所述端部执行器第一元件之间具有第一路径，所述第一对驱动元件的第二驱动元件在所述第一致动器和所述端部执行器第一元件之间具有第二路径，所述第一路径相比于所述第二路径具有更低的张力损失，使得所述第一运动方向比所述第二方向传递张力的更大比例至所述端部执行器第一元件。所述机器人手术器械还可以包括：端部执行器第二元件；将所述端部执行器第二元件和所述主轴的远端连接的铰接件，所述端部执行器第二元件能够相对于所述铰接件运动；以及包括第二致动器的驱动机构，所述第二致动器通过第二对驱动元件来与端部执行器第二元件连接，所述第二对驱动元件被构造成由所述第二致动器来对所述第二对驱动元件的第一驱动元件施加张力以使得所述端部执行器第二元件相对于所述铰接件在所述第二运动方向上运动，并且对所述第二对驱动元件的第二驱动元件施加张力以使得所述所述端部执行器第二元件相对于所述铰接件在所述第一运动方向上运动；其中，所述第二对驱动元件的第一驱动元件在所述第二致动器和所述端部执行器第二元件之间具有第三路径，所述第二对驱动元件的第二驱动元件在所述第二致动器和所述端部执行器第二元件之间具有第四路径，所述第三路径相比于所述第四路径具有更低的张力损失，使得所述第二运动方向比所述第一方向传递张力的更大比例至所述端部执行器第二元件。所述第一路径与所述机器人手术器械的内部结构接触的接触长度可以小于所述第二路径与所述机器人手术器械的内部结构接触的接触长度。所述第三路径与所述机器人手术器械的内部结构接触的接触长度可以小于所述第四路径与所述机器人手术器械的内部结构接触的接触长度。所述第一路径的总长度可以小于所述第二路径的总长度。所述第三路径的总长度可以小于所述第四路径的总长度。所述第一路径可以与所述第三路径相匹配。所述第二路径可以与所述第四路径相匹配。第一对驱动元件的第一驱动元件可以被约束成围绕M个滑轮而运动，第一对驱动元件的第二驱动元件可以被约束成围绕N个滑轮而运动，其中M<N。在一个例子中，M<N-l。例如，M＝4，并且N＝6。第二对驱动元件的第一驱动元件可以被约束成围绕J个滑轮而运动，第二对驱动元件的第二驱动元件可以被约束成围绕K个滑轮而运动，其中J<K。在一个例子中，J<K-l。例如，M＝J，并且N＝K。第一对驱动元件的第一驱动元件可以具有比第一对驱动元件的第二驱动元件更大的直径。相比于第一对驱动元件的第二驱动元件，第一对驱动元件的第一驱动元件由较少数量的较粗股线构成。第二对驱动元件的第一驱动元件可以具有比第二对驱动元件的第二驱动元件更大的直径。相比于第二对驱动元件的第二驱动元件，第二对驱动元件的第一驱动元件由较少数量的较粗股线构成。每个驱动元件都可以包括多个辐条(spoke)。每个驱动元件可以是缆索。每个驱动元件可以抵抗沿其路径的压缩力和张力。每对驱动元件的第一和第二个可以是一体成型的。所述端部执行器第一元件可以相对于所述铰接件而围绕第一轴线旋转，并且所述第一对驱动元件可以构造成由所述第一致动器来对所述第一对驱动元件的第一驱动元件施加张力以使得所述端部执行器第一元件围绕所述第一轴线在第一旋转方向上旋转，并且所述第一对驱动元件的第二驱动元件施加张力以使得所述端部执行器第一元件围绕所述第一轴线在第二旋转方向上旋转。所述端部执行器第二元件可以相对于所述铰接件而围绕所述第一轴线旋转，并且所述第二对驱动元件可以构造成由所述第二致动器来对所述第二对驱动元件的第一驱动元件施加张力以使得所述端部执行器第二元件围绕所述第一轴线在所述第二旋转方向上旋转，并且对所述第二对驱动元件的第二驱动元件施加张力以使得所述端部执行器第二元件围绕所述第一轴线在所述第一旋转方向上旋转。机器人手术器械可以构造成由所述第一致动器来对所述第一对驱动元件的第一驱动元件施加张力以使得所述端部执行器第一元件朝向所述端部执行器第二元件旋转，并且由所述第二致动器来对所述第二对驱动元件的第一驱动元件施加张力以使得所述端部执行器第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机器人手术器械，其包括：主轴；端部执行器第一元件；将所述端部执行器第一元件和所述主轴的远端连接的铰接件，所述端部执行器第一元件能够相对于所述铰接件运动；以及在所述主轴的近端、包括第一致动器的驱动机构，所述第一致动器通过第一对驱动元件来与端部执行器第一元件连接，所述第一对驱动元件被构造成由所述第一致动器来对所述第一对驱动元件的第一驱动元件施加张力以使得所述端部执行器第一元件相对于所述铰接件在第一运动方向上运动，并且对所述第一对驱动元件的第二驱动元件施加张力以使得所述端部执行器第一元件相对于所述铰接件在第二运动方向上运动；其中，所述第一对驱动元件的第一驱动元件在所述第一致动器和所述端部执行器第一元件之间具有第一路径，所述第一对驱动元件的第二驱动元件在所述第一致动器和所述端部执行器第一元件之间具有第二路径，所述第一路径相比于所述第二路径具有更低的张力损失，使得所述第一运动方向比所述第二方向传递张力的更大比例至所述端部执行器第一元件。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.14 GB 1617448.41.一种机器人手术器械，其包括：主轴；端部执行器第一元件；将所述端部执行器第一元件和所述主轴的远端连接的铰接件，所述端部执行器第一元件能够相对于所述铰接件运动；以及在所述主轴的近端、包括第一致动器的驱动机构，所述第一致动器通过第一对驱动元件来与端部执行器第一元件连接，所述第一对驱动元件被构造成由所述第一致动器来对所述第一对驱动元件的第一驱动元件施加张力以使得所述端部执行器第一元件相对于所述铰接件在第一运动方向上运动，并且对所述第一对驱动元件的第二驱动元件施加张力以使得所述端部执行器第一元件相对于所述铰接件在第二运动方向上运动；其中，所述第一对驱动元件的第一驱动元件在所述第一致动器和所述端部执行器第一元件之间具有第一路径，所述第一对驱动元件的第二驱动元件在所述第一致动器和所述端部执行器第一元件之间具有第二路径，所述第一路径相比于所述第二路径具有更低的张力损失，使得所述第一运动方向比所述第二方向传递张力的更大比例至所述端部执行器第一元件。2.根据权利要求1所述的机器人手术器械，进一步包括：端部执行器第二元件；将所述端部执行器第二元件和所述主轴的远端连接的铰接件，所述端部执行器第二元件能够相对于所述铰接件运动；以及包括第二致动器的驱动机构，所述第二致动器通过第二对驱动元件来与端部执行器第二元件连接，所述第二对驱动元件被构造成由所述第二致动器来对所述第二对驱动元件的第一驱动元件施加张力以使得所述端部执行器第二元件相对于所述铰接件在所述第二运动方向上运动，并且对所述第二对驱动元件的第二驱动元件施加张力以使得所述端部执行器第二元件相对于所述铰接件在所述第一运动方向上运动；其中，所述第二对驱动元件的第一驱动元件在所述第二致动器和所述端部执行器第二元件之间具有第三路径，所述第二对驱动元件的第二驱动元件在所述第二致动器和所述端部执行器第二元件之间具有第四路径，所述第三路径相比于所述第四路径具有更低的张力损失，使得所述第二运动方向比所述第一方向传递张力的更大比例至所述端部执行器第二元件。3.根据前述任一项权利要求所述的机器人手术器械，其中所述第一路径与所述机器人手术器械的内部结构接触的接触长度小于所述第二路径与所述机器人手术器械的内部结构接触的接触长度。4.根据权利要求2所述的机器人手术器械或当从属于权利要求2时根据权利要求3所述的机器人手术器械，其中所述第三路径与所述机器人手术器械的内部结构接触的接触长度小于所述第四路径与所述机器人手术器械的内部结构接触的接触长度。5.根据前述任一项权利要求所述的机器人手术器械，其中所述第一路径的总长度小于所述第二路径的总长度。6.根据权利要求2所述的机器人手术器械或当从属于权利要求2时根据权利要求3至5任一项所述的机器人手术器械，其中所述第三路径的总长度小于所述第四路径的总长度。7.根据权利要求2所述的机器人手术器械或当从属于权利要求2时根据权利要求3至6任一项所述的机器人手术器械，其中所述第一路径匹配于所述第三路径。8.根据权利要求2所述的机器人手术器械或当从属于权利要求2时根据权利要求3至7任一项所述的机器人手术器械，其中所述第二路径匹配于所述第四路径。9.根据前述任一项权利要求所述的机器人手术器械，其中所述第一对驱动元件的第一驱动元件被约束成围绕M个滑轮而运动，所述第一对驱动元件的第二驱动元件被约束成围绕N个滑轮而运动，其中M<N。10.根据权利要求9所述的机器人手术器械，其中M<N-l。11.根据权利要求10所述的机器人手术器械，其中M＝4并且N＝6。12.根据权利要求2所述的机器人手术器械或者当从属于权利要求2时根据权利要求3至11任一项所述的机器人手术器械，所述第二对驱动元件的第一驱动元件被约束成围绕J个滑轮而运动，所述第二对驱动元件的第二驱动元件被约束成围绕K个滑轮而运动，其中J<K。13.根据权利要求12所述的机器人手术器械，其中J<K-l。14.当从属权利要求11或12或13时，根据权利要求12或13所述的机器人手术器械，其中M＝J，并且N＝K。15.根据前述...

【专利技术属性】
技术研发人员：本·罗伯特·卓别林，罗斯·汉密尔顿·亨利伍德，阿奇·约翰·拉尔夫·洛奇，
申请(专利权)人：CMR外科有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB