致动机构的制作方法

1.本发明涉及一种致动机构，并且具体地但非排他性地涉及一种便于用单对缆线致动两个夹钳部件的致动机构。本发明在手术机器人的领域中具有特别的应用，以便于致动构成手术器械末端执行器的一部分的两个夹钳部件，用于微创手术，尽管本发明不限于这种应用，并且还可以用于其他的医疗/手术设备或者其他的机器人设备，这些设备包括带有两个或更多可移动零件(诸如夹钳部件)的缆线驱动的末端执行器。
2.在此，本发明主要关于手术机器人领域中的应用来描述。然而，这只是为了说明性目的，并不排除本发明在其他领域中的应用。


背景技术：

3.构成机器人手术系统的一部分的已知的手术器械包括轴、铰接部分和末端执行器。轴可以从手术机器人的其他构件延伸，这些构件控制并驱动铰接部分和末端执行器的移动。轴由此可以促进铰接部分和末端执行器定位在患者的所需区域。铰接部分可以包括多个彼此相邻定位的接头，以提供末端执行器相对于轴的移动的自由度。最后，末端执行器可以被调整以执行外科手术中所需的特定动作。
4.已知的末端执行器包括带有两个可移动夹钳部件的末端执行器，例如抓取器、镊子、剪刀和剥离器。一些已知的末端执行器是由缆线驱动的，这意味着末端执行器的每个可能的铰接运动是由锚定在末端执行器或其部分上的缆线的牵引所引起。另外，已知的末端执行器是由拮抗的多对缆线所驱动，以确保每个铰接运动可以反向进行。例如，如果夹钳部件在第一方向上的致动是由第一缆线的拉动所引起，那么夹钳部件在相反的第二方向上的致动可能需要牵引第二(拮抗的)缆线。


技术实现要素：

5.根据本发明的第一方面，提供了一种致动机构，该致动机构包括：第一夹钳，能够绕夹钳轴线旋转，并包括第一槽；第二夹钳，能够绕夹钳轴线旋转，并包括第二槽；滑块，能够沿滑块轴线在第一位置与第二位置之间移动，并能够与第一夹钳和第二夹钳可动地接合，该滑块包括能够可滑动地容纳在第一槽内的第一突起、以及能够可滑动地容纳在第二槽内的第二突起，其中当相应的突起与槽接合时，每个槽在与滑块轴线不平行的方向上延伸；返回件，能够附接至致动机构，并与滑块间隔开；以及致动部件，能够与滑块和返回件可操作地接合，该致动部件包括第一端、第二端、从第一端延伸至返回件的第一部分、以及从返回件延伸至第二端的第二部分，第一部分能够固定至滑块，由此第一部分远离返回件的移动导致滑块朝向第一位置移动，第二部分远离返回件的移动导致滑块朝向第二位置移动。
6.在使用时，当滑块沿滑块轴线在第一位置与第二位置之间移动时，第一突起和第二突起中的每一个可以在它们相应的槽内滑动。由于每个槽在与滑块轴线不平行的方向上延伸，因此每个突起在其相应槽内的移动会导致槽相对于滑块轴线移动。每个槽的移动是
通过相应的夹钳绕夹钳轴线的旋转所促成，因此滑块的移动会导致夹钳绕夹钳轴线旋转。另外，每个夹钳尤其是每个槽都可以配置成使得夹钳在彼此相反的意义上绕夹钳轴线旋转，即滑块的移动将导致第一夹钳在第一意义上旋转，而第二夹钳在与第一意义相反的第二意义上旋转。
7.致动部件的第一部分从致动部件的第一端延伸到返回件，并且可以固定至滑块，使得在使用时，第一部分远离返回件的移动会导致滑块远离返回件移动到第一位置。换言之，牵引致动部件的第一部分远离返回件会导致滑块朝向第一位置移动。致动部件的第二部分从返回件延伸到致动部件的第二端，并且未被固定至滑块。在使用时，第二部分远离回位件的移动会导致致动部件的第一部分朝向返回件移动，且因此导致滑块朝向第二位置移动。因此，牵引致动部件的第二端远离返回件会导致滑块朝向第二位置移动。
8.因此，通过本发明，致动机构的第一夹钳和第二夹钳均可以通过致动单个致动部件而同时在彼此相反的意义上旋转。另外，还可以通过拮抗地驱动致动部件，使每个夹钳在第一意义上，或者在与第一意义相反的第二意义上旋转。换言之，将致动部件的第一部分远离返回件移动可以使夹钳朝向彼此旋转，而将致动部件的第二部分远离返回件移动可以使夹钳远离彼此旋转。
9.例如，如果致动机构被用于致动机器人手术器械的末端执行器，则致动部件可以延伸穿过手术器械的铰接部分。致动部件可以是狭窄且柔性的，且更特别地可以是缆线、绳索、金属丝、线、缆索、或者其他任何类型的适合于类似致动方式的部件。
10.在一些已知的末端执行器中，每个夹钳都由单独的一对拮抗缆线驱动。这意味着末端执行器的操作需要四根缆线，而不是带有第一部分和第二部分的单根缆线。每根缆线将具有相关联的运动零件，其驱动缆线的致动，并将缆线的移动转移至末端执行器的相应夹钳。这种已知的末端执行器可能遭受限制，例如手术器械能够有多小以实现所有四根缆线和相关联的运动零件，以及如何可以低成本地制造，同时包括所有必要的马达和其他构件来驱动那四根缆线。本发明克服了这些缺点，因为只需要单根缆线，其具有均延伸穿过手术器械的第一部分和第二部分。因此，手术器械可以更加紧凑，因为需要容纳更少的缆线。而且，由于只有一根缆线，相关联的运动零件的数量可以减少一半，即使不进一步减少的话。
11.夹钳可以施加的力的大小和可能的旋转程度分别取决于槽相对于滑块轴线的角度。当滑块沿滑块轴线移动时，每个突起都经由相应的槽将力传递至相应的夹钳。其中一些力会导致夹钳绕夹钳轴线旋转，一些力会克服突起与槽之间的摩擦，可以认为其余的力会传递给夹钳，并在夹钳打开和闭合时由夹钳施加。当滑块处于给定位置时每个槽与滑块轴线之间的夹角越小，导致滑块沿滑块轴线每移动一个单位时的夹钳旋转量就越小，因此用来导致夹钳旋转的力就越小。较小的角度还减少了克服突起与槽之间的摩擦所需的力。因此，角度越小，导致传递到夹钳的力的大小就越大，该力然后在夹钳打开或闭合时由夹钳施加。
12.反之，每个槽与滑块轴线之间的夹角越大，导致滑块沿滑块轴线每移动一个单位时的夹钳旋转距离就越远，而夹钳可以施加的力的大小就越大。
13.槽相对于滑块轴线的角度、以及槽的形状可以被调整以满足应用，使得当滑块沿滑块轴线位于给定的位置时，可以由夹钳施加的力是适当的。另外，槽的角度和形状可以被
调整，使得夹钳在相对于夹钳轴线以不同的旋转角度定位时能够施加不同大小的力。这可以允许针对特定的应用来优化力。
14.每个槽可以线性或非线性地延伸。线性槽可以在夹钳位置与可施加的力之间提供较简单的关系，且因此允许致动机构的更直观使用。非线性槽可以在夹钳位置与可施加的力之间提供更多样的可能关系。这种关系可能更加复杂，这可以允许致动机构针对将使用其的应用的更大优化。
15.在本发明的实施例中，返回件可以包括能够绕返回轴线旋转的滑轮，并且致动部件可以在第一部分与第二部分之间绕过滑轮。
16.在本发明的这些实施例中，滑轮可以通过使第一端或者第二端远离返回件移动来减少当致动部件被拮抗地致动时由致动部件与返回件的接合所产生的摩擦。减少的摩擦可以提供一些优点，例如更大的致动部件耐用性，更低的能量需求用以致动致动部件，和/或改善的致动部件性能，因为滑块及因此夹钳可以被更精确地致动，出现反冲或急动急停运动的可能性更小。
17.在本发明的实施例中，返回件还可以包括轮轴，该轮轴沿返回轴线延伸并支撑滑轮。
18.在本发明的这些实施例中，滑轮可以绕轮轴旋转，轮轴可以绕返回轴线旋转，或者两者均成立。
19.在本发明的其他实施例中，返回件可以相对于返回轴线固定，并且返回件和/或致动部件可以被调整，使得致动部件可以以低摩擦系数在返回件上滑动。
20.在本发明的实施例中，返回轴线可以与夹钳轴线共轴。另外，在本发明的一些实施例中，第一夹钳和第二夹钳可以与轮轴可旋转地接合，使得第一夹钳和第二夹钳由轮轴支撑并能够绕轮轴旋转。
21.在本发明的这些实施例中，由于夹钳和滑轮能够绕同一轴线和同一轮轴旋转，夹钳、返回件和滑块所占据的纵向空间可以减少。因此，致动机构整体上可以更加紧凑。从所需零件的数量来看，致动机构的复杂性也可以降低，这继而可以降低制造成本并提高致动机构的耐用性，因为更少的零件可能出现故障。
22.在本发明的实施例中，致动部件可以与滑块可滑动地接合，滑块位于返回件与第二端之间。
23.在本发明的这些实施例中，致动部件的第二部分保持能够相对于滑块移动，以确保滑块既可以朝向返回件移动，也可以远离返回件移动。此外，致动部件的第二部分与滑块的可滑动接合可以提高滑块的稳定性，因为滑块会响应于致动部件第一部分的移动而沿滑块轴线移动。特别是，它可以降低滑块因相应的夹钳对第一和第二突起施加的力而发生扭曲的可能性。
24.在本发明的实施例中，滑块可以包括第一部件接收部分和第二部件接收部分，并且致动部件可以经由第一部件接收部分固定至滑块，并能够可滑动地接收在第二部件接收部分内。
25.在本发明的这些实施例中，第一和第二部件接收部分可以与滑块的其余部分单独地形成，并且可以附接至滑块的其余部分，或者第一和第二部件接收部分可以与滑块的其余部分成一体。例如，第一和第二部件接收部分可以是第一和第二套圈，其能够通过任何合
适的方式固定到滑块，例如通过激光点焊。备选地，第一和第二部件接收部分可以是延伸穿过滑块的第一和第二通道。
26.致动部件的第一部分可以通过任何合适的方式固定到第一部件接收部分。例如，如果第一部件接收部分是套圈，则套圈可以被压接、粘接、激光点焊或者焊接到致动部件。
27.在本发明的实施例中，每个夹钳可以包括工具部分，滑块朝向第一位置的移动可以导致第一夹钳和第二夹钳朝向多个工具部分彼此接触的闭合构型旋转，滑块朝向第二位置的移动可以导致第一夹钳和第二夹钳朝向多个工具部分相间隔的打开构型旋转。
28.在本发明的这些实施例中，拮抗地驱动致动部件的第一部分和第二部分可以使第一夹钳和第二夹钳在闭合构型与打开构型之间旋转。
29.在本发明的实施例中，工具部分可以配置为剪刀片、镊子、剥离器或者抓取器。此外，在本发明的实施例中，工具部分可配置为构成任何合适的双极工具，其可以受益于由包括可拮抗致动的第一部分和第二部分的单个致动部件来驱动。因此，根据本发明的致动机构可以被调整，以提供一系列适合执行不同任务的装置。
30.在本发明的实施例中，致动机构可以进一步包括壳体，该壳体包括第一导向部和第二导向部；其中，当滑块沿滑块轴线移动时，第一突起由第一导向部引导，并且第二突起由第二导向部引导。
31.在本发明的这些实施例中，导向部可以支撑滑块，以阻止滑块因夹钳对突起施加的力而绕滑块轴线旋转或扭曲。
32.导向部可以通过任何合适的方式被调整以支撑突起。例如，在本发明的一些实施例中，第一导向部和第二导向部可以是通道，突起能够可滑动地接收在通道内。在本发明的其他实施例中，每个导向部可以是脊，每个突起可以包括通道，相应的导向部能够可滑动地接收在通道内。
33.根据本发明的第二方面，提供了一种手术器械，该手术器械包括轴、与轴耦合的铰接部分、以及与铰接部分耦合的末端执行器，该末端执行器包括根据本发明第一方面的致动机构。
34.手术器械可以用于外科手术，并且可以是机器人手术器械。铰接部分可以被致动，以促进末端执行器相对于轴以多达六个自由度运动。此外，铰接部分可以由多根缆线致动，这些缆线沿轴延伸至例如可驱动缆线的致动的致动器和马达。
35.在使用时，末端执行器、铰接部分和轴可以根据需要相对于患者定位，使得末端执行器可以被操纵(经由铰接部分的致动)，并且经由致动机构来致动，以执行相关外科手术所需的任务。更特别地，通过拮抗地致动致动部件的第一部分和第二部分，可以致动末端执行器以便使滑块沿滑块轴线移动，这继而导致夹钳的旋转。
附图说明
36.现在将参考附图仅以举例的方式来描述本发明，在附图中：
37.图1是根据本发明第一方面的实施例的致动机构的示意图；
38.图2是图1所示的致动机构的示意图，其中第一和第二夹钳处于闭合构型；
39.图3是图1所示的致动机构的示意图，其中第一和第二夹钳处于打开构型；
40.图4是滑块、致动部件、返回件和壳体的示意图，它们各自构成图1所示的致动机构
的一部分；
41.图5是图4所示的滑块和致动机构的示意图；
42.图6是图4所示的滑块和壳体的剖面图。
具体实施方式
43.首先参见图1至图3，根据本发明实施例的致动机构大体上用参考标号2表示。致动机构2包括第一夹钳4和第二夹钳6，每个夹钳能够绕夹钳轴线8旋转。每个夹钳4、6包括工具部分10。夹钳4、6能够在多个工具部分10彼此接触的闭合构型(如图1和图2中所示)、与工具部分10彼此间隔的打开位置(如图3中所示)之间旋转。
44.在本发明的该实施例中，工具部分10构成抓取器，然而在其他实施例中，夹钳4、6可以包括用两个可相对旋转的夹钳构成任何适当类型的工具(例如剪刀、镊子或者剥离器)的工具部分。
45.致动机构2还包括壳体12，壳体12适于隐藏和保护致动机构2的内部构件。这可以降低运动零件被堵塞、阻塞或损坏的风险。壳体12还具有基本上光滑、规则且连续的外表面，锐利的边缘或拐角极少。如果致动机构2被用作手术器械的一部分，壳体12可以保护患者的内部组织不接触致动机构2的零件的不规则表面。
46.现在参见图2至图6，特别是如图2和图3中所示，致动部件2还包括滑块14、返回件16和致动部件18。此外，第一夹钳4包括第一槽20，且第二夹钳6包括第二槽22。
47.滑块14能够与第一夹钳4和第二夹钳6可动地接合，特别是能够沿滑块轴线24在如图2中所示的第一位置与如图3中所示的第二位置之间移动。滑块14包括能够可滑动地容纳在第一槽20内的第一突起26，以及能够可滑动地容纳在第二槽22内的第二突起28，如图4、图5和图6中所示。当相应的突起26、28与槽20、22接合时，每个槽20、22在与滑块轴线24不平行的方向上延伸。另外，每个槽20、22包括第一端21和第二端23，第一端21定位成当滑块14位于第一位置时接收相应的突起26、28，如图2中所示，第二端23定位成当滑块14位于第二位置时接收相应的突起26、28，如图3中所示。这意味着，滑块14的移动会导致第一夹钳4在第一意义上旋转，以及第二夹钳6在与第一意义相反的第二意义上旋转。更具体地，滑块14朝向第一位置的移动会导致夹钳4、6朝向闭合构型旋转，而滑块朝向第二位置的移动会导致夹钳4、6朝向打开构型旋转。
48.槽20、22相对于滑块轴线24的角度，以及槽20、22的形状可以被调整以满足应用。特别是，每个槽20、22可以调整成使得当滑块14处于给定的位置时，每个槽20、22的角度适合于允许由夹钳4、6在它们绕夹钳轴线8旋转特定角度时施加适当大小的力。例如，当滑块处于第一位置时(如图2中所示)每个槽20、22与滑块轴线24之间的角度越小，当夹钳4、6处于或接近闭合构型时夹钳4、6可以施加的力就越大。这是因为，越小的角度致使花费越小的力来导致夹钳4、6旋转，以及克服第一和第二突起26、28与相应的槽20、22之间的摩擦。增加夹钳4、6能用来闭合的力在手术应用中可能特别地有用，例如，其中夹钳4、6可以用于抓住诸如针的小物体。能够尽可能牢固地抓住针可以提高可使用致动机构的安全性和信心。
49.返回件16能够附接至致动机构2，更具体地附接至壳体12，并与滑块14间隔开。致动部件18能够与滑块14和返回件16两者可操作地接合，并且包括第一端30、第二端32、第一部分34和第二部分36。第一部分34从第一端30延伸到返回件16，而第二部分36从返回件16
延伸到第二端32。第一部分34能够固定至滑块14。这意味着在使用中，第一部分34远离返回件16的移动会导致滑块14朝向第一位置移动，如图2中所示。反之，第二部分36远离返回件16的移动会导致第一部分34朝向返回件移动，且因此导致滑块14朝向第二位置移动，如图3中所示。如上所述，滑块在第一位置与第二位置之间的移动会导致夹钳4、6分别在闭合构型与打开构型之间旋转。因此，致动部件18的拮抗性致动会导致夹钳4、6的铰链运动。
50.特别地如图4中所示，返回件16包括滑轮38和轮轴40。轮轴40由壳体12支撑，并沿返回轴线42延伸。轮轴40继而支撑能够绕返回轴线42旋转的滑轮38。在本发明的该实施例中，滑轮38能够绕轮轴40自由地旋转，以减少当致动部件18沿任一方向被致动，也就是使第一端30或第二端32远离返回轴线16移动时所经历的摩擦。在本发明的其他实施例中，滑轮可以固定至轮轴，且轮轴能够相对于壳体旋转；或者滑轮和轮轴都可以固定，且滑轮可以被调整，例如便于致动部件以低摩擦系数在滑轮上滑动。
51.在本发明的该实施例中，返回轴线42与夹钳轴线8共轴，如图1至图3中所示。另外，第一和第二夹钳4、6能够与轮轴40可旋转地接合，使得夹钳4、6由轮轴40支撑并能够绕轮轴40旋转。将返回件16定位为使返回轴线42与夹钳轴线8共轴减少了夹钳4、6、返回件16和滑块14所需的纵向空间，并且允许致动机构2整体上更加紧凑。在所需零件的数量方面，它还降低了致动机构2的复杂性，这可以降低制造成本并提高致动机构2的耐用性，因为更少的零件可能出现故障。
52.滑块14包括第一部件接收部分44和第二部件接收部分46。致动部件18能经由第一部件接收部分44在第一端30与返回件16之间固定至滑块14。另外，致动部件18能够在返回件16和第二端32之间与滑块14可滑动地接合，更特别地能够可滑动地接收在第二部件接收部分46内。虽然致动部件18的第二部分36与滑块可滑动接合不会直接影响滑块14沿滑块轴线24的移动，但它可以提高滑块14在其沿滑块轴线24移动时的稳定性。特别是，它可以降低滑块14因相应的夹钳4、6施加在第一和第二突起26、28上的力而发生扭曲的可能性。
53.在本发明的该实施例中，第一部件接收部分44和第二部件接收部分46是第一套圈45和第二套圈47，它们分别经由接头48连接到滑块，如图5中所示。每个接头48可以通过激光点焊或者任何其他合适的方式创建，以用于将套圈固接到滑块。为了将致动部件18的第一部分34固定到滑块14，第一套圈45被压接至致动部件18。同时，第二套圈47保持未被压接，使得促动部件18可以自由地滑动穿过它。
54.现在参见图6，壳体12包括第一导向部50和第二导向部52。在使用时，当滑块14沿滑块轴线24移动时，第一突起26由第一导向部50引导，且第二突起28由第二导向部52引导。特别地，导向部可以支撑滑块14，以阻止其因夹钳4、6对突起26、28施加的力而绕滑块轴线24旋转或扭曲。
55.在本发明的该实施例中，第一导向部50和第二导向部52是通道，突起26、28能够可滑动地接收在该通道内。然而，在本发明的其他实施例中，导向部可以被调整以通过任何合适的方式支撑突起。例如，每个导向部可以是脊，并且每个突起可以包括通道，相应的导向部能够可滑动地接收在通道内。
56.除非上下文另外指明，本发明的给定方面、特征或参数的优选方案和选项应当被视为已经结合本发明的所有其他方面、特征和参数的任何及所有优选方案和选项所公开。

技术特征：
1.一种致动机构，包括：第一夹钳，能够绕夹钳轴线旋转，并包括第一槽；第二夹钳，能够绕所述夹钳轴线旋转，并包括第二槽；滑块，能够沿滑块轴线在第一位置与第二位置之间移动，并能够与所述第一夹钳和所述第二夹钳可动地接合，所述滑块包括能够可滑动地容纳在所述第一槽内的第一突起、以及能够可滑动地容纳在所述第二槽内的第二突起，其中当相应的突起与槽接合时，每个槽在与所述滑块轴线不平行的方向上延伸；返回件，能够附接至所述致动机构，并与所述滑块间隔开；以及致动部件，能够与所述滑块和所述返回件可操作地接合，所述致动部件包括第一端、第二端、从所述第一端延伸至所述返回件的第一部分、以及从所述返回件延伸至所述第二端的第二部分，所述第一部分能够固定至所述滑块，由此所述第一部分远离所述返回件的移动导致所述滑块朝向所述第一位置移动，所述第二部分远离所述返回件的移动导致所述滑块朝向所述第二位置移动。2.根据权利要求1所述的致动机构，其特征在于，所述返回件包括能够绕返回轴线旋转的滑轮，所述致动部件在所述第一部分与所述第二部分之间绕过所述滑轮。3.根据权利要求2所述的致动机构，其特征在于，所述返回件还包括轮轴，所述轮轴沿所述返回轴线延伸并支撑所述滑轮。4.根据权利要求3所述的致动机构，其特征在于，所述返回轴线与所述夹钳轴线共轴。5.根据权利要求4所述的致动机构，其特征在于，所述第一夹钳和所述第二夹钳能够与所述轮轴可旋转地接合，使得所述第一夹钳和所述第二夹钳由所述轮轴支撑并能够绕所述轮轴旋转。6.根据前述权利要求中的任一项所述的致动机构，其特征在于，所述致动部件能够与所述滑块可滑动地接合，所述滑块位于所述返回件与所述第二端之间。7.根据权利要求6所述的致动机构，其特征在于，所述滑块包括第一部件接收部分和第二部件接收部分，所述致动部件能够经由所述第一部件接收部分固定至所述滑块，并能够可滑动地接收在所述第二部件接收部分内。8.根据前述权利要求中的任一项所述的致动机构，其特征在于，每个夹钳包括工具部分，所述滑块朝向所述第一位置的移动导致所述第一夹钳和所述第二夹钳朝向多个所述工具部分彼此接触的闭合构型旋转，所述滑块朝向所述第二位置的移动导致所述第一夹钳和所述第二夹钳朝向多个所述工具部分相间隔的打开构型旋转。9.根据权利要求8所述的致动机构，其特征在于，所述工具部分被配置为剪刀片、镊子、剥离器、或者抓取器。10.根据前述权利要求中的任一项所述的致动机构，其特征在于，还包括壳体，所述壳体包括第一导向部和第二导向部；其中，当所述滑块沿所述滑块轴线移动时，所述第一突起由所述第一导向部引导，所述第二突起由所述第二导向部引导。11.一种手术器械，包括轴、与所述轴耦合的铰接部分、以及与所述铰接部分耦合的末端执行器，所述末端执行器包括根据前述权利要求中的任一项所述的致动机构。

技术总结
本专利公开了一种致动机构，包括：第一夹钳，能够绕夹钳轴线旋转，并包括第一槽；第二夹钳，能够绕夹钳轴线旋转，并包括第二槽；滑块，能够沿滑块轴线在第一位置与第二位置之间移动，并能够与第一夹钳和第二夹钳可动地接合，滑块包括能够可滑动地容纳在第一槽内的第一突起、以及能够可滑动地容纳在第二槽内的第二突起，其中当相应的突起与槽接合时，每个槽在与滑块轴线不平行的方向上延伸；返回件，能够附接至致动机构，并与滑块间隔开；以及致动部件，能够与滑块和返回件可操作地接合，致动部件包括第一端、第二端、从第一端延伸至返回件的第一部分、以及从返回件延伸至第二端的第二部分，第一部分能够固定至滑块，由此第一部分远离返回件的移动导致滑块朝向第一位置移动，第二部分远离返回件的移动导致滑块朝向第二位置移动。位置移动。位置移动。


技术研发人员：T
受保护的技术使用者：普锐医疗有限公司
技术研发日：2022.02.07
技术公布日：2023/10/7