本技術(shù)整體涉及外科機(jī)器人系統(tǒng)，例如用于外科器械的具有基于彈簧的剪刀刀片的端部執(zhí)行器。

背景技術(shù)：

1、外科剪刀一般用于在外科手術(shù)期間通過(guò)將外科剪刀的刀片的切割邊緣合在一起來(lái)切割人體組織?？赏ㄟ^(guò)圍繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)刀片來(lái)將切割邊緣合在一起。然而，典型的外科剪刀通常會(huì)經(jīng)歷剪切角度的變化，從而導(dǎo)致切割不均勻或無(wú)效。

2、此外，在傳統(tǒng)腹腔鏡手術(shù)中使用的外科剪刀通常具有遠(yuǎn)離外科剪刀的樞轉(zhuǎn)點(diǎn)朝近側(cè)延伸、在切割刀片近側(cè)的突片。這些突片朝向彼此彎曲，使得當(dāng)保持在一起時(shí)，突片充當(dāng)彈簧，從而提供刀片的反作用力。雖然手動(dòng)全尺寸剪刀通常具有可用于提供反作用力的刀片平緩曲率，但這在外科剪刀中是不可能的，因?yàn)橥饪萍舻恫痪哂杏糜谑謩?dòng)剪刀所使用的平緩曲線的足夠長(zhǎng)度。此外，可能不期望以與腹腔鏡剪刀相同的方式設(shè)計(jì)機(jī)器人外科剪刀，因?yàn)榇祟愅黄瑢⑹蛊餍导舛松扉L(zhǎng)并且降低靈巧性。

3、因此，一些外科剪刀組件的刀片不能有效地切割，并且對(duì)于一些其他外科剪刀組件，刀片可能由于變化的剪切角度而不均勻地切割。因此，需要可在機(jī)器人手術(shù)中使用的改進(jìn)的外科剪刀。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開整體涉及用于提供與外科器械一起使用的設(shè)備諸如與外科器械一起使用的切割端部執(zhí)行器的系統(tǒng)、裝置和方法。

2、在一些實(shí)施方案中，一種設(shè)備可包括第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件，其中第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件中的每一者具有切割邊緣和限定橢圓形開口的安裝端部。銷可延伸穿過(guò)第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件的安裝端部中的每一者的橢圓形開口。第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件中的每一者可被構(gòu)造為圍繞由銷限定的第一軸線和垂直于第一軸線的第二軸線獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)，同時(shí)被約束而不能圍繞垂直于第一軸線和第二軸線的第三軸線旋轉(zhuǎn)，使得第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件的第一切割邊緣與第二切割邊緣之間的剪切角度可保持恒定。在一些實(shí)施方案中，剪切角度可介于約160度至約180度之間。第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件中的每一者可具有彎曲區(qū)段。第一切割構(gòu)件的切割邊緣可在接觸點(diǎn)處接觸第二切割構(gòu)件的切割邊緣，當(dāng)?shù)谝磺懈顦?gòu)件和第二切割構(gòu)件中的一者或多者圍繞第一軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，該接觸點(diǎn)沿著相應(yīng)切割邊緣平移。在一些實(shí)施方案中，第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件可被構(gòu)造為沿著第一軸線平移。

3、每個(gè)橢圓形開口可具有小于第二側(cè)向尺寸的第一側(cè)向尺寸。第二軸線可平行于第一側(cè)向尺寸。第一側(cè)向尺寸可基本上等于銷的外徑。第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件的安裝端部中的每一者還可限定連接到橢圓形開口的圓形開口。銷可被構(gòu)造為延伸穿過(guò)第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件的安裝端部中的每一者的圓形開口和橢圓形開口。在一些實(shí)施方案中，橢圓形開口的第一側(cè)向尺寸可基本上等于圓形開口的直徑。橢圓形開口的第一側(cè)向尺寸和圓形開口的直徑可基本上等于銷的外徑。橢圓形開口可設(shè)置在第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件的彼此面對(duì)的內(nèi)側(cè)上，并且圓形開口可設(shè)置在第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件的外側(cè)上。

4、該設(shè)備還可包括聯(lián)接到第一切割構(gòu)件的第一彈簧和聯(lián)接到第二切割構(gòu)件的第二彈簧。第一彈簧和第二彈簧可被構(gòu)造為將第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件彼此壓靠。第一彈簧和第二彈簧中的每一者可包括貝氏彈簧。第一彈簧和第二彈簧中的每一者可被構(gòu)造為允許第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件中的相應(yīng)切割構(gòu)件沿著第一軸線平移。

5、在一些實(shí)施方案中，一種設(shè)備可包括：第一切割構(gòu)件，該第一切割構(gòu)件包括第一切割邊緣和限定第一橢圓形開口的第一安裝端部；第二切割構(gòu)件，該第二切割構(gòu)件包括第二切割邊緣和限定第二橢圓形開口的第二安裝端部，該第二橢圓形開口與該第一橢圓形開口對(duì)準(zhǔn)；和圓柱形銷，該圓柱形銷限定x軸。圓柱形銷可延伸穿過(guò)第一橢圓形開口和第二橢圓形開口。第一橢圓形開口和第二橢圓形開口中的每一者可包括基本上等于圓柱形銷直徑的第一側(cè)向尺寸和大于圓柱形銷直徑的第二側(cè)向尺寸。第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件中的每一者被構(gòu)造為(1)圍繞x軸并圍繞平行于第一橢圓形開口和第二橢圓形開口的第一側(cè)向尺寸的z軸獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)，以及(2)沿著x軸獨(dú)立地平移，同時(shí)被約束而不能圍繞垂直于x軸和z軸的y軸旋轉(zhuǎn)。第一長(zhǎng)形開口和第二長(zhǎng)形開口的第一側(cè)向尺寸與第二側(cè)向尺寸的比率可被構(gòu)造為允許圍繞z軸的旋轉(zhuǎn)以適應(yīng)第一切割構(gòu)件與第二切割構(gòu)件之間的接觸點(diǎn)的平移。

6、第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件中的每一者可具有彎曲區(qū)段。第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件中的每一者可被構(gòu)造為圍繞x軸和z軸中的一者或多者旋轉(zhuǎn)并且同時(shí)沿著x軸平移。第一切割構(gòu)件在接觸點(diǎn)處接觸第二切割構(gòu)件，當(dāng)?shù)谝磺懈顦?gòu)件和第二切割構(gòu)件中的一者或兩者圍繞x軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，該接觸點(diǎn)沿著第一切割邊緣和第二切割邊緣平移。在一些實(shí)施方案中，這可通過(guò)第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件中的一者或兩者圍繞z軸的旋轉(zhuǎn)來(lái)促進(jìn)。

7、該設(shè)備還可包括聯(lián)接到第一切割構(gòu)件的第一彈簧和聯(lián)接到第二切割構(gòu)件的第二彈簧。第一彈簧和第二彈簧可被構(gòu)造為將第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件彼此壓靠。第一彈簧和第二彈簧中的每一者可包括貝氏彈簧。

8、在一些實(shí)施方案中，一種設(shè)備可包括第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件，其中第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件中的每一者可包括切割邊緣、聯(lián)接的近側(cè)端部和自由遠(yuǎn)側(cè)端部，和銷，該銷延伸穿過(guò)第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件中的每一者的聯(lián)接的近側(cè)端部，使得第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件中的每一者可被構(gòu)造為圍繞銷的軸線獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)。第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件中的每一者的切割邊緣可具有近側(cè)部分和遠(yuǎn)側(cè)部分，該近側(cè)部分包括具有第一曲率半徑的曲率，該遠(yuǎn)側(cè)部分包括具有小于第一曲率半徑的第二曲率半徑的曲率。因此，當(dāng)?shù)谝磺懈顦?gòu)件和第二切割構(gòu)件的自由遠(yuǎn)側(cè)端部可朝向彼此旋轉(zhuǎn)以在切割平面中形成切口時(shí)，第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件中的每一者的切割邊緣之間的打開角度可保持恒定。打開角度可介于約30度至約40度之間，例如貫穿整個(gè)切割范圍。

9、第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件中的每一者的遠(yuǎn)側(cè)部分可占相應(yīng)的第一切割構(gòu)件或第二切割構(gòu)件的長(zhǎng)度的約25％至約40％。第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件中的每一者的遠(yuǎn)側(cè)部分可包括相應(yīng)的第一切割構(gòu)件或第二切割構(gòu)件的自由遠(yuǎn)側(cè)端部。近側(cè)部分和遠(yuǎn)側(cè)部分中的每一者的曲率可在遠(yuǎn)離切割平面的方向上彎曲。近側(cè)部分和遠(yuǎn)側(cè)部分中的每一者的曲率可以是第一曲率，并且近側(cè)部分和遠(yuǎn)側(cè)部分中的每一者可包括在平行于切割平面的方向上的第二曲率。

10、在一些實(shí)施方案中，該設(shè)備可包括聯(lián)接到第一切割構(gòu)件的第一彈簧和聯(lián)接到第二切割構(gòu)件的第二彈簧。第一彈簧和第二彈簧可被構(gòu)造為將第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件彼此壓靠。第一彈簧和第二彈簧中的每一者可包括貝氏彈簧。

11、第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件中的每一者的聯(lián)接的近側(cè)端部可限定橢圓形開口。銷可延伸穿過(guò)橢圓形開口。橢圓形開口可具有可小于第二側(cè)向尺寸的第一側(cè)向尺寸。第一側(cè)向尺寸可基本上等于銷的外徑。銷的軸線可以是第一軸線，并且第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件中的每一者可被構(gòu)造為圍繞第一軸線和垂直于第一軸線的第二軸線獨(dú)立地旋轉(zhuǎn)，同時(shí)被約束而不能圍繞垂直于第一軸線和第二軸線的第三軸線旋轉(zhuǎn)，使得第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件中的每一者的切割邊緣之間的剪切角度可保持恒定。剪切角度可介于約160度至約180度之間。

12、根據(jù)實(shí)施方案，本文所述的設(shè)備可提供恒定的切割角度。該設(shè)備可包括在執(zhí)行切割時(shí)形成切割角度的第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件。切割角度可限定在切割構(gòu)件的切割邊緣的接觸點(diǎn)處。切割構(gòu)件中的一者(例如，第一切割構(gòu)件)的曲率可以是預(yù)先確定的曲率，而另一個(gè)切割構(gòu)件(例如，第二切割構(gòu)件)的曲率可根據(jù)第一切割構(gòu)件的預(yù)先確定曲率來(lái)限定，以便在第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件的相應(yīng)切割邊緣之間保持恒定的切割角度。在實(shí)施方案中，第一切割構(gòu)件的切割邊緣在xy平面(例如，切割平面)中具有恒定曲率半徑，而第二切割構(gòu)件的切割邊緣具有各自具有被選擇以便在第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件的相應(yīng)切割邊緣之間保持恒定切割角度的曲率半徑的部分。第二切割構(gòu)件的切割邊緣包括至少兩個(gè)部分，這兩個(gè)部分被稱為近側(cè)部分和遠(yuǎn)側(cè)部分，每個(gè)部分具有確定的曲率半徑。部分的數(shù)量可被選擇以便在第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件朝向彼此旋轉(zhuǎn)時(shí)保持切割角度恒定(或基本上恒定)。在一些實(shí)施方案中，部分的數(shù)量可介于1個(gè)部分與10個(gè)部分之間，包括它們之間的所有值和子范圍。因此，當(dāng)?shù)谝磺懈顦?gòu)件和第二切割構(gòu)件的自由遠(yuǎn)側(cè)端部可朝向彼此旋轉(zhuǎn)以在切割平面中形成切口時(shí)，第一切割構(gòu)件和第二切割構(gòu)件中的每一者的切割邊緣之間的切割角度可保持恒定。切割角度可介于約1度至約5度之間，包括它們之間的所有值和子范圍。

13、在一些實(shí)施方案中，端部執(zhí)行器可包括第一剪刀刀片，該第一剪刀刀片具有第一安裝主體和第一刀片，該第一安裝主體被構(gòu)造為被致動(dòng)以使第一剪刀刀片圍繞端部執(zhí)行器的軸線旋轉(zhuǎn)，該第一刀片具有聯(lián)接到第一安裝主體的第一根部部分和從第一根部部分朝遠(yuǎn)側(cè)延伸的第一切割部分。該第一根部部分可包括與第一刀片一體地形成的第一彈簧。此外，端部執(zhí)行器可包括第二剪刀刀片，該第二剪刀刀片具有第二安裝主體和第二刀片，該第二安裝主體被構(gòu)造為被致動(dòng)以使第二剪刀刀片圍繞端部執(zhí)行器的軸線旋轉(zhuǎn)，該第二刀片具有聯(lián)接到第二安裝主體的第二根部部分和從第二根部朝遠(yuǎn)側(cè)延伸的第二切割部分。該第二根部還可包括與第二刀片一體地形成的第二彈簧。此外，第一安裝主體和第二安裝主體被構(gòu)造為能夠獨(dú)立地致動(dòng)，使得第一安裝主體和第二安裝主體在相反方向上的致動(dòng)導(dǎo)致第一剪刀刀片和第二剪刀刀片在打開和閉合自由度中的致動(dòng)。

14、第一彈簧和第二彈簧中的至少一彈簧可包括u形彈簧，并且第一刀片和第二刀片可具有預(yù)先確定的曲率。第一彈簧和第二彈簧可不朝近側(cè)延伸超過(guò)端部執(zhí)行器的軸線。此外，第一彈簧和第二彈簧被構(gòu)造為在打開和閉合自由度中在第一刀片與第二刀片之間提供相對(duì)一致的反作用力。第一安裝主體可與第一刀片一體地形成，并且第二安裝主體可與第二刀片一體地形成。第一安裝主體和第二安裝主體在相同方向上的致動(dòng)可導(dǎo)致第一剪刀刀片和第二剪刀刀片在俯仰自由度中的致動(dòng)。

15、第二安裝主體可與第一安裝主體同心地對(duì)準(zhǔn)。附加地，第一安裝主體和第二安裝主體可被構(gòu)造為能夠分別經(jīng)由第一力傳遞元件和第二力傳遞元件獨(dú)立地致動(dòng)。例如，第一力傳遞元件和第二力傳遞元件可以是纜線。第一安裝主體可具有第一溝槽，該第一溝槽的大小和形狀被設(shè)定成接收第一力傳遞元件，并且第二安裝主體可具有第二溝槽，該第二溝槽的大小和形狀被設(shè)定成接收第二力傳遞元件。此外，第一安裝主體可包括被構(gòu)造為將第一力傳遞元件固定到第一溝槽的第一夾具，并且第二安裝主體可包括被構(gòu)造為將第二力傳遞元件固定到第二溝槽的第二夾具。端部執(zhí)行器還可包括具有近側(cè)區(qū)域和遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域的框架，該框架被構(gòu)造為能夠旋轉(zhuǎn)地接收第一安裝主體和第二安裝主體。該框架可包括銷，該銷被構(gòu)造為允許第一安裝主體和第二安裝主體圍繞端部執(zhí)行器的軸線的旋轉(zhuǎn)。此外，框架的近側(cè)區(qū)域可被構(gòu)造為被致動(dòng)以導(dǎo)致第一剪刀刀片和第二剪刀刀片在偏航自由度中的致動(dòng)。

16、在一些實(shí)施方案中，端部執(zhí)行器的近側(cè)部分可包括一個(gè)或多個(gè)凸塊，該一個(gè)或多個(gè)凸塊的大小和形狀被設(shè)定成由設(shè)置在外科器械的器械軸的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域上的一個(gè)或多個(gè)對(duì)應(yīng)開口接收，該器械軸的該遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域包括柔性翼片，該柔性翼片被構(gòu)造為將該一個(gè)或多個(gè)凸塊固定在該一個(gè)或多個(gè)對(duì)應(yīng)開口內(nèi)，從而將該端部執(zhí)行器固定到該器械軸。該一個(gè)或多個(gè)凸塊包括幾何結(jié)構(gòu)，使得該一個(gè)或多個(gè)凸塊相對(duì)于柔性翼片朝近側(cè)的移動(dòng)導(dǎo)致該柔性翼片在徑向擴(kuò)張狀態(tài)與塌縮狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變，在該徑向擴(kuò)張狀態(tài)下，該一個(gè)或多個(gè)凸塊被允許朝向一個(gè)或多個(gè)對(duì)應(yīng)溝槽移動(dòng)，在該塌縮狀態(tài)下，該柔性翼片將該一個(gè)或多個(gè)凸塊固定在該一個(gè)或多個(gè)對(duì)應(yīng)溝槽內(nèi)。

17、因此，用于與外科器械一起使用的端部執(zhí)行器可包括一對(duì)能夠獨(dú)立地致動(dòng)的剪刀刀片，每個(gè)剪刀刀片包括安裝主體和刀片，該安裝主體被構(gòu)造為被致動(dòng)以使該對(duì)能夠獨(dú)立地致動(dòng)的剪刀刀片中的相應(yīng)剪刀刀片圍繞該安裝主體的軸線旋轉(zhuǎn)，該刀片包括聯(lián)接到該安裝主體的根部部分和從該根部部分朝遠(yuǎn)側(cè)延伸的切割部分。該根部部分可包括與該刀片一體地形成的彈簧，該彈簧被構(gòu)造為在該對(duì)能夠獨(dú)立地致動(dòng)的剪刀刀片致動(dòng)時(shí)在該對(duì)能夠獨(dú)立地致動(dòng)的剪刀刀片之間提供相對(duì)一致的反作用力。因此，該對(duì)能夠獨(dú)立地致動(dòng)的剪刀刀片在相反方向上的致動(dòng)導(dǎo)致該對(duì)能夠獨(dú)立地致動(dòng)的剪刀刀片中的刀片在打開和閉合自由度中的致動(dòng)。

18、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于致動(dòng)外科器械的端部執(zhí)行器的方法。該方法可包括：旋轉(zhuǎn)該端部執(zhí)行器的第一剪刀刀片的第一安裝主體以致動(dòng)經(jīng)由第一根部部分從該第一安裝主體延伸的第一刀片，該第一根部部分包括與該第一刀片一體地形成的第一u形彈簧；以及旋轉(zhuǎn)該端部執(zhí)行器的第二剪刀刀片的第二安裝主體以致動(dòng)經(jīng)由第二根部部分從該第二安裝主體延伸的第二刀片，該第二根部部分包括與該第二刀片一體地形成的第二u形彈簧，其中該第一安裝主體和該第二安裝主體在相反方向上的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致該第一剪刀刀片和該第二剪刀刀片在打開和閉合自由度中的致動(dòng)，使得該第一u形彈簧和該第二u形彈簧在該第一刀片與該第二刀片之間提供相對(duì)一致的反作用力。

19、根據(jù)本公開的另一方面，提供了一種具有該端部執(zhí)行器的外科器械和一種具有該外科器械的外科機(jī)器人系統(tǒng)。例如，該外科器械的器械軸可包括設(shè)置在該器械軸的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域上的一個(gè)或多個(gè)開口，以及在該一個(gè)或多個(gè)開口遠(yuǎn)側(cè)的一個(gè)或多個(gè)柔性翼片，使得該一個(gè)或多個(gè)柔性翼片從該器械軸的遠(yuǎn)側(cè)端部朝向該一個(gè)或多個(gè)開口延伸。該外科器械還可包括被構(gòu)造為能夠移除地聯(lián)接到該器械軸的遠(yuǎn)側(cè)區(qū)域的端部執(zhí)行器，使得該端部執(zhí)行器的近側(cè)部分可包括一個(gè)或多個(gè)凸塊，該一個(gè)或多個(gè)凸塊的大小和形狀被設(shè)定成由該器械軸的該一個(gè)或多個(gè)開口接收。此外，該一個(gè)或多個(gè)凸塊可具有幾何結(jié)構(gòu)，使得該一個(gè)或多個(gè)凸塊相對(duì)于該一個(gè)或多個(gè)柔性翼片朝近側(cè)的移動(dòng)導(dǎo)致該一個(gè)或多個(gè)柔性翼片在徑向擴(kuò)張狀態(tài)與塌縮狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變，在該徑向擴(kuò)張狀態(tài)下，該一個(gè)或多個(gè)凸塊被允許朝向該一個(gè)或多個(gè)開口移動(dòng)，在該塌縮狀態(tài)下，該一個(gè)或多個(gè)柔性翼片將該一個(gè)或多個(gè)凸塊固定在該一個(gè)或多個(gè)開口內(nèi)，從而將該端部執(zhí)行器固定到該器械軸。

20、此外，該器械軸可包括設(shè)置在該器械軸的近側(cè)區(qū)域上的一個(gè)或多個(gè)開口，以及在該一個(gè)或多個(gè)開口近側(cè)的一個(gè)或多個(gè)柔性翼片。該一個(gè)或多個(gè)柔性翼片可從該器械軸的近側(cè)端部朝向該器械軸的近側(cè)區(qū)域處的一個(gè)或多個(gè)開口延伸。因此，該系統(tǒng)還可包括被構(gòu)造為能夠移除地聯(lián)接到該器械軸的近側(cè)區(qū)域的器械轂，使得該器械轂可包括一個(gè)或多個(gè)轂凸塊，該一個(gè)或多個(gè)轂凸塊的大小和形狀被設(shè)定成由該器械軸的近側(cè)區(qū)域處的該一個(gè)或多個(gè)開口接收。此外，該器械轂的該一個(gè)或多個(gè)轂凸塊包括幾何結(jié)構(gòu)，使得該一個(gè)或多個(gè)轂凸塊相對(duì)于該一個(gè)或多個(gè)柔性翼片朝遠(yuǎn)側(cè)的移動(dòng)導(dǎo)致該一個(gè)或多個(gè)柔性翼片在徑向擴(kuò)張狀態(tài)與塌縮狀態(tài)之間轉(zhuǎn)變，在該徑向擴(kuò)張狀態(tài)下，該一個(gè)或多個(gè)轂凸塊被允許朝向該一個(gè)或多個(gè)開口移動(dòng)，在該塌縮狀態(tài)下，該一個(gè)或多個(gè)柔性翼片將該一個(gè)或多個(gè)轂凸塊固定在該一個(gè)或多個(gè)開口內(nèi)，從而將該器械轂固定到該器械軸。