CN116585016A - 器械组件、手术器械和手术机器人 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种器械组件、手术器械和手术机器人。其中，所述器械组件包括壳体以及壳体内部安装的齿轮组件，所述齿轮组件包括开口齿轮；所述开口齿轮的中心轴为中空轴，内部形成贯通轴长的中心轴孔；所述开口齿轮设有侧面开口，侧面开口沿齿轮外边沿向内开设且与开口齿轮的中心轴孔连通；所述器械工具可锁紧或解锁地安装于所述中空轴内；自侧面开口进出的方式将所述器械工具安装于开口齿轮的中空轴内或者将器械工具移出开口齿轮；所述输入齿轮和开口齿轮之间传动配合，由输入齿轮的转动带动开口齿轮及其中心轴内安装的器械工具转动。器械组件与主机连接构成手术器械，手术器械安装于机械臂构成手术械器人。

Description

器械组件、手术器械和手术机器人

技术领域

本申请涉及医疗器械，尤其是一种器械组件、手术器械和手术机器人。

背景技术

在骨科手术机器人中，特别是脊柱手术机器人，经常涉及椎弓根螺钉置入的内固定手术。其一般流程是先用机械臂定位到手术部位，然后由医生徒手使用手钻进行置钉操作，或者由机械臂末端的电动工具进行自动置钉操作。现有技术中无论是医生手工置钉或者机器人置钉，手术工具例如骨钻的拆装一般是沿长度方向或（进给方向）整体进入或退出手术器械内。现有技术的手术器械一般均由电机直接驱动器械工具转动，例如中国专利公开第CN105848606A号专利文献，手术电钻包括电钻头和驱动电钻头运行的电钻电机，即，电机直接与电钻头连接。手术电钻整体沿轴线进退地拆装，钻头移动较长距离，这就要求在手术器械末端的操作运动空间要尽可能大，才能支持整体进出的操作，这些缺陷影响手术器械的小型化，且对手术室空间要求也较大，同时还可能会造成手术操作工具与机械臂干涉碰撞。

另外，在椎弓根置针等骨科手术中，根据不同术式需要，所用的克氏针长度、直径都不一样，目前还没有任何一款置钉的手术器械可以兼容不同规格的克氏针等器械工具。

发明内容

本申请主要目的在于提供一种器械组件和手术器械，旨在解决现有技术的手术器械拆装或更换手术操作工具操作不便、需要较大操作空间等问题。

为实现上述目的，本申请提供一种器械组件，包括壳体以及壳体内部安装的齿轮组件，所述齿轮组件包括开口齿轮；所述开口齿轮的中心轴为中空轴，内部形成贯通轴长的中心轴孔；所述开口齿轮设有侧面开口，侧面开口沿齿轮外边沿向内开设且与开口齿轮的中心轴孔连通；所述器械工具可锁紧或解锁地安装于所述中空轴内；自侧面开口进出的方式将所述器械工具安装于开口齿轮的中空轴内或者将器械工具移出开口齿轮；所述输入齿轮和开口齿轮之间传动配合，由输入齿轮的转动带动开口齿轮及其中心轴内安装的器械工具转动。

在一些实施例中，所述壳体设置有侧面开口，与开口齿轮的侧面开口相适配；开口齿轮的侧面开口位于壳体的侧面开口内；开口齿轮的中心轴可转动地安装于壳体的侧面开口内。

在一些实施例中，所述开口齿轮通过若干万向轴承可转动地安装于壳体内；所述若干万向轴承设置于壳体的内侧面与开口齿轮的正面和/或背面之间，以限定开口齿轮的轴向和径向自由度；所述开口齿轮上设置有V形槽，V型槽内布设有所述若干万向轴承；万向轴承的一端为钢珠；万向轴承的钢珠与V型槽的壁面之间滚动接触，万向轴承的另一端与壳体内侧面形成的对应孔配合； 所述V形槽为沿开口齿轮的径向圆弧设置的环形槽。

在一些实施例中，所述器械组件还包括法兰，所述法兰与开口齿轮紧固连接、同步转动；所述法兰具有中心轴孔，且设有侧面开口；法兰的侧面开口自外边沿向内开设至与法兰的中心轴孔连通；法兰与开口齿轮：中心轴孔对齐连通、侧面开口对齐连通，从而形成侧面开口的通道；所述器械工具自所述侧面开口的通道移入或移出开口齿轮和法兰的中心轴孔内。

在一些实施例中，所述法兰的中心轴孔套在开口齿轮的中心轴上；所述法兰的中心轴孔与开口齿轮的中心轴形成卡槽和凸缘之间卡紧配合；所述法兰与开口齿轮的中心轴通过紧固件紧固连接；所述法兰位于所述壳体外。

在一些实施例中，所述壳体包括前壳和后壳，前壳和后壳扣合内部形成所述空腔；所述前壳和后壳之间通过紧固件连接，所述齿轮组可转动地安装于前壳与后壳之间；所述开口齿轮与前壳和/或后壳内侧面之间设置有若干万向轴承滚动配合，从而将开口齿轮可转动且限位地安装于前壳和后壳之间；所述齿轮组件选择性地包括输出齿轮；壳体的内壁设置与输入齿轮、输出齿轮、开口齿轮相适配的安装槽，壳体设有若干安装孔，以安装各齿轮的中心轴或轴承；所述输入齿轮与输出齿轮之间啮合传动；所述输出齿轮与开口齿轮之间啮合传动。

在一些实施例中，所述器械组件还包括锁紧件；器械工具沿轴线安装于所述开口齿轮的中心轴孔内，且由所述锁紧件可解锁地将器械工具与开口齿轮之间锁紧连接，以同步转动；所述器械组件还包括驱动装置，所述驱动装置与输入齿轮连接以驱动所述输入齿轮转动，从而实现驱动开口齿轮的中心轴内安装的器械工具转动。

在一些实施例中，所述锁紧件包括拨片和限位板；拨片包括侧面开口以及侧面开口两侧的爪部；所述限位板包括侧面开口，限位板上设置有滑道；所述限位板与所述法兰紧固连接，拨片的侧面开口、限位板的侧面开口与开口齿轮及法兰的中心轴孔对齐连通，供器械工具插入并安装其内；限位板、法兰以及开口齿轮的各侧面开口连通；所述拨片可沿所述滑道转动地装配于所述限位板上；所述拨片设置为：转动拨片使爪部转入限位板、法兰以及开口齿轮的各侧面开口连通形成的通道中，用于锁紧限位所述器械工具；通过转离拨片的爪部使以拨片、限位板、开口齿轮及法兰的各侧面开口对齐连通而进行解锁。

在一些实施例中，所述拨片及限位板与器械工具之间通过可拔出的紧固件进一步固定连接。

在一些实施例中，所述锁紧件为按钮锁紧器；所述法兰内固定安装锁紧器套；器械工具上对应设置有安装孔，所述按钮锁紧器穿过所述器械工具的安装孔插入法兰上的锁紧器套内；通过按压按钮锁紧器实现将所述器械工具与所述法兰锁紧或松开。

在一些实施例中，所述器械工具包括连接杆，所述连接杆的后端形成定位座；所述连接杆内沿轴线方向形成贯通的中心通道；所述定位座上设置有安装孔；所述连接杆的前端形成或安装有手术操作工具；所述连接杆轴向地插入所述开口齿轮和法兰的中心轴孔内可解锁地固定连接；所述锁紧件对应设置有安装孔，由紧固件插入定位座及锁紧件的安装孔内以将所述连接杆与锁紧件固定连接，通过松开紧固件以解锁所述固定连接；或者，所述法兰上固定安装有锁紧器套，由锁紧器穿过定位座的安装孔且插入锁紧器套内从而将所述连接杆与法兰锁紧连接。

在一些实施例中，所述连接杆的前端连接有夹头，夹头内沿轴线方向形成贯通的中心通道；连接杆与夹头的中心通道连通，用于插入导针；所述夹头用于夹持手术操作工具。

在一些实施例中，所述驱动装置为电机，电机的输出轴与输入齿轮的中心轴连接，以驱动输入齿轮转动；所述输入齿轮的中心轴穿过壳体的安装孔与壳体外的驱动装置连接。

本申请还提供一种手术器械，所述手术器械包括主机，还包括如上任一实施例所述的器械组件，所述主机内安装有控制电路板以及与控制电路板电连接的电池和所述驱动装置；电池用于提供电源；所述驱动装置与所述输入齿轮连接以驱动所述输入齿轮转动；主机上设置有开关，通过手动操作开关来启动所述驱动装置。

在一些实施例中，所述主机与所述输入齿轮的中心轴之间通过转接头连接；所述转接头为中空套筒形状，内部设置有联轴器，联轴器前端与所述输入齿轮的中心轴连接，后端与主机内驱动装置的输出轴连接；齿轮组件的壳体与转接头前端之间相对固定地连接。

在一些实施例中，主机前端设置有限位套和滑动套；滑动套可相对滑动地套设于限位套外部；限位套和滑动套之间设置有卡环，卡环固定在限位套上，用来限制滑动套向前的滑动距离；限位套和滑动套之间设置有压缩弹簧，压缩弹簧套在限位套上，压缩弹簧的一端固定在限位套上，另一端抵紧在滑动套上；限位套和滑动套之间设置有球，球可滚动地嵌入限位套上的孔内。

在一些实施例中，转接头的外壁设置有止转凸台和配合沟槽；转接头的止转凸台与主机的限位套上的对应缺口连接，所述球压入限位套的孔内，且球的一部分进入转接头的配合沟槽，从而将主机与转接头连接；滑动套配置为：将滑动套向后滑动，将转接头插入主机中时，转接头的联轴器与主机内驱动装置的输出轴连接，转接头上的止转凸台与主机的限位套上的对应缺口连接；通过将滑动套向前滑动，使球沿着滑动套的斜面被压入限位套的孔内，球的一部分进入转接头的配合沟槽，以将主机与转接头连接。

本申请还提供一种手术器械，所述手术器械包括致动器，还包括如上任一项实施例所述的器械组件；所述致动器驱动所述器械组件在空间维度运动以调节器械工具中连接的手术操作工具的空间位置或姿态。

在一些实施例中，所述致动器包括座体以及座体内安装的驱动单元和座体顶部的滑块；所述器械组件通过移动平台与滑块连接；由所述驱动单元驱动所述滑块在致动器顶部运动，由滑块带动所述器械组件整体运动。

在一些实施例中，所述驱动单元为电机或者为传动盘，其中传动盘由外部动力驱动或由手术机器人控制和驱动；所述座体内还设置有直线导轨，由驱动单元驱动滑块沿直线导轨往复运动，从而带动所述器械组件及器械工具整体直线往复运动；所述驱动单元为直线电机，滑块与直线电机的动子连接；或者，所述驱动单元包括电机以及由电机驱动的滚珠丝杠，所述滑块与丝杠螺母连接。

本申请还提供一种手术机器人，所述手术机器人包括如上任一实施例所述的手术器械；所述手术器械安装于手术机器人的机械臂上。

本申请的有益效果是：

本申请的器械组件，通过设置开口齿轮，其具有侧面开口且与中心轴孔连通，从而可实现以侧面进出的方式而非整体前后进退的方式进行安装或拆卸更换器械工具，所需手术器械末端的操作空间较小。

附图说明

图1是本申请器械组件的爆炸图。

图2是本申请第一实施例的锁紧件的立体图。

图3是本申请第一实施例的锁紧件与法兰配合的爆炸图。

图4是本申请第一实施例的器械组件的爆炸图。

图5是本申请第一实施例的器械组件状态图，其中(a)图解锁状态图，(b)图为锁紧状态图。

图6是本申请示例的器械工具的立体图，其中(a)所示为钻头，(b)所示为环锯。

图7是本申请第一实施例的器械组件的剖视图。

图8是本申请第二实施例的器械组件的爆炸图。

图9-10是本申请第二实施例的器械组件不同视角的立体图。

图11是本申请第二实施例的器械组件的剖视图。

图12是本申请器械组件的立体图。

图13是本申请手术器械第一实施例的立体图。

图14是图13的爆炸图。

图15是致动器的内部结构示意图。

图16是本申请机器人的机械臂的立体图。

图17是本申请手术器械第二实施例的爆炸图。

图18是本申请手术器械第二实施例的主机的立体图。

图19是图18中沿A-A线的剖视图。

图20是本申请手术器械第二实施例的转接器的平面图。

图21是本申请手术器械第二实施例的转接器的剖视图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施方式。虽然附图中显示了本申请的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”、“前端”、“后侧”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

参照图1-17，本申请提供一种器械组件100和手术器械1000，用于安装和驱动手术操作工具进行手术操作。手术操作工具包括但不限于克氏针、导管、椎弓根螺钉、骨钻、扩孔钻等，还可用于安装其他旋转工作的手术操作工具。

其中，器械组件100包括齿轮组件1、驱动装置2。器械工具5安装于齿轮组件1中。齿轮组件1包括壳体13，壳体13内部限定空腔以及空腔内安装的输入齿轮11、选择性包括输出齿轮12，还包括一个开口齿轮10，齿轮之间啮合传动。具体地，输入齿轮11与输出齿轮12啮合传动，输出齿轮12与开口齿轮10啮合传动，从而由输入齿轮的转动带动开口齿轮10转动。输出齿轮12可设置一个或多个，以使开口齿轮10在预定转速稳定转动。不设置输出齿轮12时，开口齿轮10与输入齿轮11之间啮合传动。输出齿轮12的数量，可根据手术操作工具所需的转速来配置。

壳体13的内壁可设置与输入齿轮11、输出齿轮12、开口齿轮10相适配的安装槽，壳体设有若干通孔或安装孔，以安装各齿轮的中心轴或轴承。输入齿轮11的中心轴115转动地安装于壳体13内，且中心轴穿过壳体上的通孔与驱动装置2连接。输出齿轮12通过其中心轴或轴承可转动地安装于壳体13。

壳体13包括前壳130和后壳131装配在一起，内部形成空腔。示例的，通过紧固件例如螺钉7或插销等将壳体13(前壳及后壳)以及驱动装置的安装支架21之间固定连接，螺钉7可以采用不脱出螺钉。壳体13即前壳130和后壳131上设置有侧面开口132，自外侧边沿向内开设预定宽度，与开口齿轮10的侧面开口101相适配，开口齿轮10的侧面开口101与壳体的侧面开口132一致。开口齿轮10的侧面开口101位于壳体13的侧面开口132内部，开口齿轮10的中心轴103可转动地安装于壳体13的侧面开口132内。器械工具5可从开口齿轮10的侧面开口101（或壳体的侧面开口132）移出或移入其中心轴孔（或轴线方向的中心通道）内。

开口齿轮10的侧面形成有侧面开口101，侧面开口101沿齿轮外边沿向内开孔且连通至开口齿轮10的中心轴孔。侧面开口101具有宽度。器械工具5自侧面开口101侧向进出的方式安装于齿轮10的中心轴孔内或者从中心轴内拆卸，无需沿中心轴的长度方向整体进退的方式安装或拆除器械工具，以减小移动距离。开口齿轮10的中心轴103设置为空心轴，沿轴向方向形成中心通道或中心轴孔，用于安装器械工具5。侧面开口101自齿轮外边沿连通至其中心通道（或中心轴孔）内。拆装器械工具5是自侧面开口101移入或移出空心轴103内。

本实施例中通过设置万向轴承14对开口齿轮10进行限位安装。万向轴承14的一端为钢珠，开口齿轮10上设置有环形的V型槽102；多个万向轴承14沿环形的V型槽分布，其钢珠置于V型槽102内，万向轴承14一端的钢珠与V型槽102的壁面之间滚动接触，另一端安装于前壳130、后壳131上对应的孔内，以此来限定开口齿轮10的轴向和径向自由度，从而将开口齿轮10可转动地安装于壳体13内。可以在开口齿轮10的正面和/或背面，且沿开口齿轮的径向圆弧方向设置V型槽102，V型槽102中沿圆弧布置万向轴承14。

器械组件100还包括法兰60，法兰60与开口齿轮10固定连接，具体是安装于开口齿轮10的空心轴103后端，紧固连接从而同步转动。示例的，法兰60与开口齿轮10的中心轴后端通过卡槽配合，且二者中心轴孔的孔壁对应设置有安装孔，插入紧固件如螺钉9法法兰60固定连接于开口齿轮10上。法兰60位于壳体13（后壳131）外。法兰60设置有侧面开口601，侧面开口601自法兰60的外边沿连通至其中心轴孔。开口齿轮10和法兰60的配合：中心轴孔对齐连通、侧面开口101、601对齐连通，从而形成侧面开口的通道65。器械工具5自侧面开口的通道65移入移出开口齿轮10和法兰60的中心轴孔内安装或拆卸。

参照图2-11，本申请的器械组件100还包括锁紧件6。器械工具5沿轴线安装于开口齿轮10的中心轴孔103内，且由锁紧件6可解锁地将器械工具与开口齿轮之间锁紧连接，以同步转动。器械组件100还包括驱动装置2。驱动装置2与输入齿轮11连接以驱动输入齿轮11转动，从而实现驱动开口齿轮10的中心轴103内安装的器械工具5转动。示例的，驱动装置2为电机，电机的输出轴21与输入齿轮11的中心轴115连接，以驱动输入齿轮11转动。

参照图2-7，本申请的器械组件100的第一实施例，器械组件100包括齿轮组件1，齿轮组件包括侧面开口的通道65，器械工具5可自侧面开口的通道65侧向进出的方式安装于开口齿轮和法兰的中心轴孔内，或者拆卸器械工具5。器械组件100还包括锁紧件6。本实施例中，锁紧件6包括拨片61和限位板62。

拨片61和限位板62各形成侧面开口，与开口齿轮10和法兰60的中心轴孔以及侧面开口101、601相对应连通形成的侧面开口的通道65，器械工具5自侧面开口的通道65移入开口齿轮10、法兰60的中心轴孔内，由拨片61锁紧或解锁。

拨片61配置为沿限位板62转动配合，也可相对开口齿轮10的中心轴103或器械工具的连接杆50转动，转动至预定位置进行锁紧或解锁器械工具5（连接杆50）。锁紧件6通过限位板62与法兰60相对固定连接；示例的，在限位板62和法兰60上对应设置有安装孔，通过紧固件如螺钉9插入安装孔内固定连接。拨片61自外边沿向其内形成侧面开口611，限位板62自外边沿向内形成侧面开口621。拨片61的侧面开口611设为置U形开口，U形开口的两侧形成（弧形）爪部613，拨片61的边沿可形成突出的拨片部610，便于操作拨片。拨片61上还设置孔614，用于安装万向轴承63，若干万向轴承63对应放置于拨片61上的若干孔614内，万向轴承63一端为钢珠，通过钢珠与限位板62上对应设置的孔的孔壁滚动配合，以此来限定拨片61的轴向和径向自由度。孔614可以是通孔，也可以是未贯通的孔。限位板62上设置有预定弧长的滑道620、622，滑道620和622形成台阶，拨片61可沿滑道620、622转动。具体地，拨片61的爪部613位于滑道620内限位地滑动配合，弧形边沿相互配合；突出的拨片部610位于滑道622内且向外突出且滑动配合，以便于拨动拨片。拨片61沿滑道620、622转动至相应位置，转动位置设置为：当拨片61的侧面开口611与开口齿轮10的侧面开口101（位于壳体13的侧面开口132内）、法兰60的侧面开口601、限位板62的侧面开口621对齐形成贯通的侧面开口的通道65，器械工具的连接杆50在开口齿轮的中心轴内为解锁状态，可自通道65（图5的(a)）侧向移出；拨动拨片61转动至其爪部613位于侧面开口的通道65（图5的（b））中时，器械工具的连接杆50由拨片61的爪部613抵挡且限位而锁定于通道65内；例如，拨片自解锁位置转动预定角度例如60°时，器械工具5被锁定，无法取出，阻止器械工具移出。

器械工具5锁紧在齿轮组件1中时，可采用紧固件将器械工具5进一步固定安装。示例的，使用拔销52插入手术工具的连接杆50上设置的安装孔，穿过限位板62上设置的安装孔623，插入拨片61的安装孔612内进一步固定连接。拔销52上可套设压缩弹簧53，将拔销52弹性抵紧在拨片的安装孔612内锁紧。

参照图6-7，示例的，本申请的器械工具5包括连接杆50，连接杆50内沿中心轴线或杆长形成贯通的中心轴孔或中心通道，后端可设置外径增大的定位座56。参照图6中(a)，连接杆50的前端可根据需要连接夹头51，由夹头51可拆卸地夹紧安装前端组件即手术操作工具；或者，在连接杆50的前端形成前端组件即手术操作工具，如图6中(b)，在连接杆50前端形成环形锯齿。夹头51可用于夹紧安装手术操作工具如导针54或钻头等。中空连接杆50安装于开口齿轮10的中心通道内，由紧固件将限位板62与连接杆的定位座56锁定。连接杆50上设置有卡槽，限位板62的侧向开口内侧边沿卡紧地安装在连接件50的卡槽内。定位座56上设置有通孔（安装孔）560，与限位板62上的通孔（安装孔）623及拨片61的安装孔612对齐，将紧固件如拔销52插入安装孔560、623、612内，从而将定位座56与限位板62和拨片61固定连接，拔出拔销52可松开定位座56。

器械工具5安装于器械组件100中时，开口齿轮10的中心轴孔及侧面开口101（位于壳体13的侧面开口132内）、法兰60的中心轴孔及侧面开口601、限位板62的侧面开口621对齐形成侧面开口的通道65，器械工具的连接杆50侧向地移入通道65内，夹头51前端伸出壳体13外；定位座56位于限位板62后方。拨动拨片61，使其爪部613转入所述通道65内锁紧器械工具即连接杆50，通过拔销52将定位座56与锁紧件6进一步固定连接。拔出拔销52，拨动拨片61，使其爪部613离开所述通道65内，拨片的侧面开口612与通道65对齐连通从而解锁器械工具连接杆50，拔出拔销52，便可侧向地整体移出器械工具5。配置拔销52以及拔销52上的套设的压缩弹簧53，以便进一步将连接杆50与锁紧件6或与法兰60或与开口齿轮10之间固定连接。

器械工具5自侧面开口101移入开口齿轮10的中心轴孔内锁定后，由开口齿轮10带动同步转动。器械工具5可从中心轴孔内自侧面开口101移出拆除。器械工具5的连接杆50可锁紧或解锁地安装于中心轴103内。连接杆50为中空杆，中心轴线方向形成贯通杆长的轴孔或中心通道，可用于插入导针。

参照图8-11，本申请的器械组件100的第二实施例，器械组件100包括齿轮组件1，齿轮组件1的开口齿轮10与法兰60的中心通道以及侧面开口对齐，形成侧面开口的通道65，器械工具5（连接杆50）可自侧面开口的通道65移入或移出开口齿轮10的中心轴内，以实现侧面拆装更换手术工具。器械组件100还包括锁紧件6。与第一实施例相比较而言，本实施例不同之处主要在于锁紧件6采用锁紧器64取代上述限位板62和拨片61。锁紧器64可采用现有技术的快速锁紧器，例如采用按钮锁紧器，锁紧器64的锁紧器套640紧固安装于法兰60上设置的安装孔602内，锁紧器套640内侧形成有斜面。按钮锁紧器64包括按钮641、中空本体642、楔块643、楔块上套设的压缩弹簧和球644。楔块643上形成有凹槽，可容纳球644。锁紧时，将锁紧器64插入连接杆50的定位座56上的安装孔560以及法兰60内的锁紧器套640中，下压按钮锁紧器的按钮641，位于锁紧器本体内的球644缩进楔块的凹槽内，将按钮锁紧器插入快速锁紧器套后，松开按钮641，此时楔块回弹使球弹出，并紧紧压在锁紧器套640内部的斜面上锁紧，从而使连接杆50（或定位座56）与法兰60固定连接，且将连接杆50（器械工具5）锁紧在开口齿轮10和法兰60的中心轴孔内。当再次压下按钮，球644缩进楔块的凹槽内解除压紧状态，可以将按钮锁紧器64从锁紧器套640内拔出,从而使连接杆50（或定位座56）与法兰60松开，器械工具5（包括连接杆50及其前端组件）可整体自开口齿轮10和法兰60的中心轴孔内通过侧面开口的通道65移出，实现侧面拆装器械工具5。

本实施例中的齿轮组件1与第一实施例相同，齿轮组件1的输入齿轮11、（选择性包括）输出齿轮12和开口齿轮10可转动地安装于壳体13内部的空腔内，壳体内壁可设置与输入齿轮11、输出齿轮12、开口齿轮10相适配的安装槽，齿轮之间啮合传动。输入齿轮11的中心轴115转动地安装于壳体13内，且中心轴穿过壳体上的通孔与后方的驱动装置2的输出轴连接。开口齿轮10的中心轴103可转动地安装于壳体13的侧面开口132内。通过设置多个万向轴承14对开口齿轮10进行轴向和径向限位。万向轴承14的一端的钢珠与开口齿轮10上设置有环形的V型槽102的壁面之间滚动接触，以此来限定开口齿轮10的轴向和径向自由度。壳体13即前壳130和后壳131上相应地设置有侧面开口132，开口齿轮10的侧面开口101位于壳体的侧面开口132内且对齐。开口齿轮10的中心轴103设置为侧面开口的空心轴，与齿轮侧面开口101连通。器械工具5或连接杆50自侧面开口101移入或移出空心轴103内。器械工具5的连接杆50插入开口齿轮10以及法兰60的中心轴孔内，由锁紧器64将连接杆50的定位座56与法兰60锁紧，由开口齿轮10带动器械工具5同步转动。连接杆50为空心杆，沿中心轴线方向形成贯通的中心通道，连接杆50的后端形成定位座56。连接杆50的中心通道与前端的夹头51的中心轴孔连通，可用于插入导针。

参照图12，本申请的器械组件100还包括驱动装置2。其驱动装置2用于驱动器械工具5转动。在一些实施例中，驱动装置2可以是外置，也可以是内置方式例如内置于主机中。器械组件100应用于自动操作方式的手术器械或应用于智能手术系统时，驱动装置2可通过线缆与外部电源例如交流电源连接，或者与机器人的控制系统电连接，通过控制系统控制驱动装置。

驱动装置2内置式配置时，可由电池供电。示例的，驱动装置2内置于主机内，主机内还设置有电池和控制电路板，由电池给驱动装置2供电，这种方式一般用于手动操作方式的手术器械。所述驱动装置2包括输出轴21，输出轴21与齿轮组件1的输入齿轮11的中心轴115连接，以驱动输入齿轮11转动。驱动装置2通常采用电机，电机的输出轴21与齿轮组件的输入齿轮11的中心轴115连接，以驱动输入齿轮11转动。

参照图13-15，本申请的手术器械1000的一种实施例，包括器械组件100以及致动器300。致动器300包括座体310以及座体内的驱动单元。致动器300用于驱动器械组件100在空间维度的运动，即调节器械工具5的手术操作工具在一个空间维度位置或姿态。致动器300还可用于支撑和安装器械组件100且可用于将手术器械1000安装于机械臂。

器械组件100的驱动装置2包括支架21，支架21与齿轮组件1的壳体13之间连接，例如通过紧固件例如不脱出螺钉7将前壳130、后壳131以及支架21之间固定连接。驱动装置2的输出轴与齿轮组件1的输入齿轮11的输入轴115之间耦合连接，或者，输入齿轮11安装于驱动装置2的输出轴上，从而由驱动装置2驱动输入齿轮11转动。输入齿轮11与输出齿轮12啮合、输出齿轮12与开口齿轮10之间相互啮合，由输入齿轮11通过输出齿轮12带动开口齿轮10转动。输出齿轮12可根据需要设置一个或多个，也可不设置输出齿轮，由输入齿轮12与开口齿轮10啮合传动。输入齿轮11、输出齿轮12与开口齿轮10配合，实现开口齿轮10的连续转动。示例的，在输入齿轮11和开口齿轮10之间上下位置对称地安装两个输出齿轮12来实现由输入齿轮11带动开口齿轮10的连续转动，从而带动开口齿轮10的中心轴内安装的器械工具5转动。

驱动装置2一般采用电机，由支架21与齿轮组件的壳体13连接，同时，电机输出轴与齿轮组件的输入齿轮连接。

示例的，致动器300提供使器械组件100直线运动的动力，使器械组件100整体直线往复运动；例如，直线往复运动为深度方向，从而使手术操作工具进给运动。致动器300提供直线运动的动力，可以通过滚珠丝杠组件或直线电机等方式。

致动器300的座体310内部安装有驱动单元3，驱动单元3为电机或者为其他电驱动形式，也可以是传动盘；传动盘由设置于机器人或者外部的动力装置驱动。示例的，驱动单元3为电机，安装于座体310内部。座体310内部设置有传动装置30，传动装置连接滑块320，由驱动单元3通过传动装置30带动滑块320往复运动。示例的，传动装置30为滚珠丝杠组件，包括滚珠丝杠32和丝杠螺母31，丝杠螺母31套设于滚珠丝杠32上。滚珠丝杠32通过轴承36以及联轴器35与驱动单元3的输出轴耦合连接，同步转动，由驱动单元3驱动滚珠丝杠32转动，从而使丝杠螺母31沿滚珠丝杠32直线往复运动。座体310的底壁上安装有直线导轨313，用于导向丝杠螺母31的直线运动，丝杠螺母31与直线导轨313滑动连接。直线导轨313的两端设置有限位块312，用于限位导向螺母31的运动位置。座体310的底壁上还安装有端座34、37，分别支撑滚珠丝杠32的两端。

器械组件100与滑块320连接，由滑块320带动器械组件100直线往复运动。所述器械组件100直线往复运动可以是沿手术部位的深度方向，实现手术操作工具进入或退出手术部位。滑块320设置于座体310的顶部且与座体310内部的丝杠螺母连接；滑块320设置（或者连接）有移动平台330连接，器械组件100安装于移动平台330和/或滑块320，由滑块320带动移动平台330从而带动器械组件100在座体顶部直线往复移动。

致动器300的前端安装有前端支架4，用于支撑器械工具5的前端组件，例如支撑导针套管55或连接杆50的前端。示例的，连接杆50前端安装于夹头51，连接杆50与夹头中心轴线方向的通道（或轴孔）连通，可插入导针（克氏针）54，导针54前端套入导针套55内，导针套55由前端支架4支撑定位。拆除导针套时将前端支架4的顶盖打开，松开夹头51即可更换导针，进行二次置针。器械工具5为置针工具时，夹头51内安装导针；器械工具为骨钻时，夹头51内安装钻头，夹头51安装导针或钻头可采用现有技术的结构来实现。当器械工具5为环锯时，连接杆50的前端（或头部）设置锯齿，无需使用夹头51，前端由前端支架4支撑定位。

本申请的手术器械1000中，器械工具5自侧面开口101移入安装于开口齿轮10的中心轴103内，由锁紧件6将锁紧连接杆50。可参照图1-15所示，本申请的第一实施例的手术器械1000包括器械组件100以及致动器300，可应用于手术机器人，致动器300安装于机械臂2000上。本实施例中，由致动器300提供动力实现器械工具沿手术深度方向的往复运动，由驱动装置2提供动力实现器械工具的旋转运动。需要拆除或更换手术操作工具时，可松开锁紧件6，将器械工具从齿轮组件1的侧面开口的通道65移出开口齿轮10的中心轴103。

参照图16，本申请的手术机器人，其机械臂2000上安装有上述实施例中的手术器械1000。手术器械的致动器300安装于机械臂的关节上。可通过传感器实现机器人控制手术器械1000的动作。手术机器人包括控制系统，可根据现有技术进行设计，由控制系统控制致动器300的驱动单元以及控制手术器械1000的驱动装置2工作。

在其他实施例中，致动器300为底座或底板，致动器300不设置驱动单元，仅用于支撑和安装器械组件100。

参照图17-21，本申请的器械组件100应用于手动器械1000。手动器械1000包括手动主机20，驱动装置2安装于主机20内部，采用现有主机取代前述实施例的外部电源电动驱动方式，手动操作来实现。本实施例手动器械1000，不需要配置致动器300。驱动装置2的输出轴26与齿轮组件1的输入齿轮11的中心轴115通过转接头22连接，以驱动输入齿轮11转动。输入齿轮11、输出齿轮12与开口齿轮10配合，实现开口齿轮10的连续转动，从而带动开口齿轮10的空心轴103内安装的器械工具5转动。

主机20为现有结构，使用本申请的器械组件100对现有手动工具进行改造。在主机20的头部且在输出轴26的前端，设置有快拆限位套27和滑动套28，滑动套28套设在快拆限位套27限位套27外部。限位套27与滑动套28之间设置有压缩弹簧25、球24以及卡环23。卡环23固定在快拆限位套27上，用来限制滑动套28向前的滑动距离。压缩弹簧25套在快拆限位套27上，一端固定在快拆限位套27上，另一端顶在滑动套28上。球24在快拆限位套27上的孔内活动。

转接头22为中空套筒形状，内部设置有联轴器222，联轴器222前端与齿轮组件的输入齿轮11的中心轴115连接，后端与主机（驱动装置）2的输出轴连接，由主机内的驱动装置2驱动输入齿轮11转动，以带动器械工具5转动。输入齿轮11的中心轴115插入转接头22的前端内部。转接头22的后端插入主机（驱动装置）2的前端内部。转接头22的外壁设置有止转凸台220以及配合沟槽221。转接头22用于将器械组件100快拆式地与主机（驱动装置）2连接。转接头22可为现有结构。

快拆装过程为：将滑动套28向后滑动，将转接头22插入主机20中，转接头的联轴器222与主机20的输出轴26连接，转接头22上的止转凸台220与主机20的快拆限位套27上的对应缺口连接，此时将滑动套28向前滑动，球24将沿着滑动套28的斜面，被压入快拆限位套的孔内，最终球24的一部分将进入转接头22的配合沟槽221内，至此，主机20与转接头22连接完成。主机20内有驱动装置2（通常为电机）、电池以及控制电路板，用于提供动力。驱动装置2、电池与控制电路板电连接。主机20上设置有开关，开关与控制电路板电连接，用于控制电机工作。使用时，按压开关后电机转动，由电机输出轴26驱动齿轮组件1的输入轴115转动，经输入齿轮11、输出齿轮12以及开口齿轮10之间的啮合，带动开口齿轮10的中心轴孔内安装的器械工具5转动，进行手术操作。

上述各实施例的器械组件100、手术器械1000以及手术机器人，具有以下优点：

可以在骨科手术如钻骨后，可保留钻头或导针位置不动，将克氏针尾部随夹头及连接杆整体从侧面移出，因此拆卸更换手术操作工具时器械工具移动距离较小，所需的操作空间较小；

2）器械工具5可适用不同长度的克氏针：连接杆50、夹头51及开口齿轮10的中心轴103采用中空式设计，可以容纳不同长度克氏针，适应不同术式要求不同规格克氏针；

3）自动置针平台更小，结构更简洁：齿轮组件1的结构设计，可以进行整体拿出和装入器械工具，且没有电子元件，因此不再受限于传感器等电子元件、灭菌等密封结构影响；

4）采用开口齿轮10的手术器械，在医疗器械领域非常新颖，一方面可以适用自动置针模块，另一方面也可以兼容现有手动置针工具，有利于适应不同风格的操作习惯，也能提供产品的性价比。

尽管已经示出和描述了本申请的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本申请的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本申请的保护范围由所附权利要求及其等同范围限定。

Claims (21)

1.一种器械组件，包括壳体以及壳体内部安装的齿轮组件，所述齿轮组件包括输入齿轮；其特征在于：所述齿轮组件包括开口齿轮；所述开口齿轮的中心轴为中空轴，内部形成贯通轴长的中心轴孔；所述开口齿轮设有侧面开口，侧面开口沿齿轮外边沿向内开设且与开口齿轮的中心轴孔连通；所述器械工具可锁紧或解锁地安装于所述中空轴内；自侧面开口进出的方式将所述器械工具安装于开口齿轮的中空轴内或者将器械工具移出开口齿轮；所述输入齿轮和开口齿轮之间传动配合，由输入齿轮的转动带动开口齿轮及其中心轴内安装的器械工具转动。

2.如权利要求1所述的器械组件，其特征在于：

所述壳体设置有侧面开口，与开口齿轮的侧面开口相适配；开口齿轮的侧面开口位于壳体的侧面开口内；开口齿轮的中心轴可转动地安装于壳体的侧面开口内。

3.如权利要求2所述的器械组件，其特征在于：

所述开口齿轮通过若干万向轴承可转动地安装于壳体内；

所述若干万向轴承设置于壳体的内侧面与开口齿轮的正面和/或背面之间，以限定开口齿轮的轴向和径向自由度；

所述开口齿轮上设置有V形槽，V型槽内布设有所述若干万向轴承；万向轴承的一端为钢珠；万向轴承的钢珠与V型槽的壁面之间滚动接触，万向轴承的另一端与壳体内侧面形成的对应孔配合；

所述V形槽为沿开口齿轮的径向圆弧设置的环形槽。

4.如权利要求2所述的器械组件，其特征在于：

所述器械组件还包括法兰，所述法兰与开口齿轮紧固连接、同步转动；

所述法兰具有中心轴孔，且设有侧面开口；

法兰的侧面开口自外边沿向内开设至与法兰的中心轴孔连通；

法兰与开口齿轮的配置：中心轴孔对齐连通、侧面开口对齐连通，从而形成侧面开口的通道；所述器械工具自所述侧面开口的通道移入或移出开口齿轮和法兰的中心轴孔内。

5.如权利要求4所述的器械组件，其特征在于：

所述法兰的中心轴孔套在开口齿轮的中心轴上；

所述法兰的中心轴孔与开口齿轮的中心轴形成卡槽和凸缘之间卡紧配合；

所述法兰与开口齿轮的中心轴通过紧固件紧固连接；

所述法兰位于所述壳体外。

6.如权利要求2所述的器械组件，其特征在于：

所述壳体包括前壳和后壳，前壳和后壳扣合内部形成所述空腔；

所述前壳和后壳之间通过紧固件连接，所述齿轮组可转动地安装于前壳与后壳之间；

所述开口齿轮与前壳和/或后壳内侧面之间设置有若干万向轴承滚动配合，从而将开口齿轮可转动且限位地安装于前壳和后壳之间；

所述齿轮组件选择性地包括输出齿轮；壳体的内壁设置与输入齿轮、输出齿轮、开口齿轮相适配的安装槽，壳体设有若干安装孔，以安装各齿轮的中心轴或轴承；

所述输入齿轮与输出齿轮之间啮合传动；所述输出齿轮与开口齿轮之间啮合传动。

7.如权利要求1-6任一项所述的器械组件，其特征在于：

所述器械组件还包括锁紧件；器械工具沿轴线安装于所述开口齿轮的中心轴孔内，且由所述锁紧件可解锁地将器械工具与开口齿轮之间锁紧连接，以同步转动；

所述器械组件还包括驱动装置，所述驱动装置与输入齿轮连接以驱动所述输入齿轮转动，从而实现驱动开口齿轮的中心轴内安装的器械工具转动。

8.如权利要求7所述的器械组件，其特征在于：

所述锁紧件包括拨片和限位板；

拨片包括侧面开口以及侧面开口两侧的爪部；

所述限位板包括侧面开口，限位板上设置有滑道；所述限位板与所述法兰紧固连接，拨片的侧面开口、限位板的侧面开口与开口齿轮及法兰的中心轴孔对齐连通，供器械工具插入并安装其内；

限位板、法兰以及开口齿轮的各侧面开口连通；

所述拨片可沿所述滑道转动地装配于所述限位板上；所述拨片设置为：转动拨片使爪部转入限位板、法兰以及开口齿轮的各侧面开口连通形成的通道中，用于锁紧限位所述器械工具；通过转离拨片的爪部使以拨片、限位板、开口齿轮及法兰的各侧面开口对齐连通而进行解锁。

9.如权利要求8所述的器械组件，其特征在于：

所述拨片及限位板与器械工具之间通过可拔出的紧固件进一步固定连接。

10.如权利要求7所述的器械组件，其特征在于：

所述锁紧件为按钮锁紧器；所述法兰内固定安装锁紧器套；

器械工具上对应设置有安装孔，所述按钮锁紧器穿过所述器械工具的安装孔插入法兰上的锁紧器套内；通过按压按钮锁紧器实现将所述器械工具与所述法兰锁紧或松开。

11.如权利要求7所述的器械组件，其特征在于：

所述器械工具包括连接杆，所述连接杆的后端形成定位座；所述连接杆内沿轴线方向形成贯通的中心通道；所述定位座上设置有安装孔；所述连接杆的前端形成或安装有手术操作工具；

所述连接杆轴向地插入所述开口齿轮和法兰的中心轴孔内可解锁地固定连接；

所述锁紧件对应设置有安装孔，由紧固件插入定位座及锁紧件的安装孔内以将所述连接杆与锁紧件固定连接，通过松开紧固件以解锁所述固定连接；或者，所述法兰上固定安装有锁紧器套，由锁紧器穿过定位座的安装孔且插入锁紧器套内从而将所述连接杆与法兰锁紧连接。

12.如权利要求11所述的器械组件，其特征在于：

所述连接杆的前端连接有夹头，夹头内沿轴线方向形成贯通的中心通道；连接杆与夹头的中心通道连通，用于插入导针；所述夹头用于夹持手术操作工具。

13.如权利要求7所述的器械组件，其特征在于：所述驱动装置为电机，电机的输出轴与输入齿轮的中心轴连接，以驱动输入齿轮转动；所述输入齿轮的中心轴穿过壳体的安装孔与壳体外的驱动装置连接；所述驱动装置包括安装支架，所述安装支架与壳体之间紧固连接。

14.一种手术器械，其特征在于：所述手术器械包括主机，还包括权利要求1-13任一项所述的器械组件，所述主机内安装有控制电路板以及与控制电路板电连接的电池和所述驱动装置；电池用于提供电源；所述驱动装置与所述输入齿轮连接以驱动所述输入齿轮转动；主机上设置有开关，通过手动操作开关来启动所述驱动装置。

15.如权利要求14所述的手术器械，其特征在于：

所述主机与所述输入齿轮的中心轴之间通过转接头连接；

所述转接头为中空套筒形状，内部设置有联轴器，联轴器前端与所述输入齿轮的中心轴连接，后端与主机内驱动装置的输出轴连接；

转接头前端与所述壳体之间相对固定地连接。

16.如权利要求15所述的手术器械，其特征在于：

主机前端设置有限位套和滑动套；滑动套可相对滑动地套设于限位套外部；

限位套和滑动套之间设置有卡环，卡环固定在限位套上，用来限制滑动套向前的滑动距离；

限位套和滑动套之间设置有压缩弹簧，压缩弹簧套在限位套上，压缩弹簧的一端固定在限位套上，另一端抵紧在滑动套上；

限位套和滑动套之间设置有球，球可滚动地嵌入限位套上的孔内。

17.如权利要求16所述的手术器械，其特征在于：

转接头的外壁设置有止转凸台和配合沟槽；转接头的止转凸台与主机的限位套上的对应缺口连接，所述球压入限位套的孔内，且球的一部分进入转接头的配合沟槽，从而将主机与转接头连接；

滑动套配置为：将滑动套向后滑动，将转接头插入主机中时，转接头的联轴器与主机内驱动装置的输出轴连接，转接头上的止转凸台与主机的限位套上的对应缺口连接；通过将滑动套向前滑动，使球沿着滑动套的斜面被压入限位套的孔内，球的一部分进入转接头的配合沟槽，以将主机与转接头连接。

18.一种手术器械，其特征在于：所述手术器械包括致动器，还包括权利要求1-13任一项所述的器械组件；所述致动器驱动所述器械组件在空间维度运动以调节器械工具中连接的手术操作工具的空间位置或姿态。

19.如权利要求18所述的手术器械，其特征在于：所述致动器包括座体以及座体内安装的驱动单元和座体顶部的滑块；所述器械组件通过移动平台与滑块连接；由所述驱动单元驱动所述滑块在致动器顶部运动，由滑块带动所述器械组件整体运动。

20.如权利要求19所述的手术器械，其特征在于：

所述驱动单元为电机或者为传动盘，其中传动盘由外部动力驱动或由手术机器人控制和驱动；

所述座体内还设置有直线导轨，由驱动单元驱动滑块沿直线导轨往复运动，从而带动所述器械组件及器械工具整体直线往复运动；

所述驱动单元为直线电机，滑块与直线电机的动子连接；或者，所述驱动单元包括电机以及由电机驱动的滚珠丝杠，所述滑块与丝杠螺母连接。

21.一种手术机器人，其特征在于：所述手术机器人包括如权利要求18-20任一项所述的手术器械；所述手术器械安装于手术机器人的机械臂上。