CN101584594B - 腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手，包括由食指、中指和拇指构成的手指机构、手掌机构、变胞执行机构、基杆机构、驱动检测机构和专用工具；所述食指和中指铰接于所述手掌机构；所述变胞执行机构铰接于所述手掌机构和所述基杆机构之间；所述手掌机构和所述拇指分别与所述基杆机构铰接，所述基杆机构通过设置在金属软管中的软丝与驱动检测机构连接；所述基杆机构通过螺栓安装于机器人本体并随之运动；工具手的关节由嵌于金属软管内的软丝驱动。中指、拇指可收缩并入基杆内，食指伸直与基杆平行，变胞工具手整体可进出腹腔表皮。变胞工具手进入腹腔后展开为不同构型工具手，既可对腹腔器官和组织直接操作或抓持工具进行间接操作。
Description
技术领域
本发明涉及一种微创外科手术机器人医疗设备，特别是涉及一种可进入腹腔内部、可整体伸展、收缩，其拓扑结构可变化，具有多种操作功能，使用方便、操作灵活的腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手。
背景技术
微创手术是借助先进的手术器械与设备、以较小的创伤完成手术，达到优于传统开口手术的疗效。机器人技术进入微创外科手术领域后，为完成复杂的手术操作，机器人末端工具要求有较高灵活性，末端工具由最初的单自由度构型发展为多自由度构型，但现有机器人末端工具缺乏对较大组织及器官的操作能力，并且一种工具只可进行特定单一的功能操作，在完成其任务后需更换其它工具，同时工具缺乏有益的交互力信息。
变胞机构是1998年提出的一种可高度展开、折叠的机构，变胞机构改变了传统的机构概念和机构设计方法，提出了新的可变自由度和可变构件数目的机构。该机构具有构态变换和自动组合等特点，能在不同的状态下改变机构有效杆件的数目从而提供不同的自由度数，自动组合出新的机构，以适应不同的功能要求。迄今为止，在医学微创外科手术机器人方面，尚未出现应用变胞理论的机构设计以及可使用的医疗设备，特别是在微创外科手术机器人末端工具领域，没有相关的产品得到开发与使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手，该工具手可方便迅速地进入病人腹腔内部进行手术操作、整体构型是可变的多自由度变胞机构，既能利用该工具手本身的不同构型对腹腔内组织、器官进行直接手术操作，也可使用其中的三指工具手构型抓持专用工具对组织、器官进行间接手术操作。
为了解决上述技术问题，本发明腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手予以实现的技术方案是，包括：手指机构、手掌机构、变胞执行机构、基杆机构、驱动检测机构和专用工具；所述手指机构包括食指、中指和拇指；所述食指和中指铰装于所述手掌机构；所述变胞执行机构铰接于所述手掌机构和所述基杆机构之间；所述手掌机构与所述基杆机构铰接，所述拇指铰接于所述基杆机构内，所述基杆机构通过设置在金属软管中的不锈钢丝与驱动检测机构连接；所述基杆机构通过螺栓安装于机器人本体并随之运动；所述工具手手指机构和手掌机构操作专用工具；所述拇指和中指沿基杆机构的轴向移动，以实现所述拇指和中指可收缩于基杆机构内或分别伸展至基杆机构外；所述拇指、中指与食指及手掌构成不同的工具构型；所述工具手进入腹腔后，所述食指独自动作，从而构成单指的工具构型；所述拇指和/或中指先后展开后，与食指构成两指或三指的工具构型；所述单指构型、两指构型或三指的工具构型均直接对手术对象进行操作，所述三指的工具构型在腹腔内操作专用工具进行相应操作；上述形成的各种工具构型进入或退出腹腔表皮时，所述中指和拇指均收缩在基杆机构内；所述食指保持竖直状态，并随基杆机构通过腹腔表皮切口退出腹腔。
为了满足微创手术的要求，本发明利用变胞理论开发一种变胞工具手，该变胞工具手在机器人本体支撑以及后置电机的驱动下实现手掌和手指的独立驱动，使该工具手可以整体收缩或张开。当变胞工具手收缩为一体时，可进出腹腔表皮切口；当变胞工具手展开时，可分别构成单指工具构型、两指工具构型或三指工具手构型，这些工具构型在腹腔内部直接对组织和器官进行操作，其中，三指工具构型的工具手还可使用本发明提供的专用工具进行间接操作。本发明变胞工具手可完成类似人手的功能，协助医生进行微创手术操作。与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：
(1)本发明变胞工具手采用软管、软丝传动形式，其结构简洁，驱动装置后置安装，可增加工具手独立可控的自由度数，提高了工具手动作的灵活性；
(2)本发明变胞工具手整体拓扑结构可变，变胞工具手的中指和拇指可根据功能需求收入或者伸出基杆内部；
(3)本发明变胞工具手整体可方便、迅速的、以细长杆构型通过腹腔表皮切口进入腹腔内部；
(4)本发明变胞工具手进入腹腔内部后，变胞执行机构可快速地将变胞工具手由细长杆结构变胞为单指工具构型、两指工具构型或三指工具构型结构，这三种构型工具可直接对手术对象进行相应操作；
(5)本发明形成的三指工具手可使用多种专用工具对手术对象进行间接手术操作；
(6)本发明变胞工具手在完成手术操作后，其中的变胞执行机构可快速地将变胞工具手由不同工具结构变胞为细长杆结构，以方便变胞工具手退出腹腔。
附图说明
图1-1是本发明腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手结构示意图；
图1-2、图1-3和图1-4是本发明腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手构成示意图；
图2是本发明腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手食指结构示意图；
图3是本发明腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手中指结构示意图；
图4是本发明腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手拇指结构示意图；
图5是本发明腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手手掌结构示意图；
图6是本发明腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手变胞执行结构示意图；
图7是本发明腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手基杆结构示意图；
图8是本发明腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手驱动检测结构示意图；
图9是本发明腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手专用工具结构示意图；
图10是本发明腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手驱动单元驱动、传动示意图；
图11是本发明腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手整体结构变胞示意图；
图12-1是本发明腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手专用工具收缩状态示意图；
图12-2是本发明腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手专用工具展开状态示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手作进一步详细描述。
本发明腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手中主要零部件和细节说明如下：
1-手掌体I 34-中指体IV 67-转轮 100-销轴
2-食指体I 35-导轮 68-次级基杆 101-销轴
3-食指体II 36-导轮 69-拇指体I 102-管套
4-食指体III 37-销轴 70-管套 103-管套
5-食指体IV 38-销轴 71-指体 2104-导向块
6-管套 39-导轮 72-管套 105-推杆
7-管套 40-销轴 73-管套 106-连杆I
8-销轴 41-导轮 74-拇指体III 107-销轴
9-销轴 42-销轴 75-拇指体IV 108-销轴
10-销轴 43-导轮 76-管套座 109-连杆II
11-转轮 44-销轴 77-销轴 110-基座
12-销轴 45-导轮 78-导轮 111-基管
13-销轴 46-导轮 79-销轴 112-轮座
14-管套 47-销轴 80-导轮 113-导轮
15-管套 48-导轮 81-销轴 114-销轴
16-销轴 49-销轴 82-转轮 115-轮座
17-转轮 50-导轮 83-销轴 116-导轮
18-销轴 51-销轴 84-导轮 117-销轴
19-销轴 52-导轮 85-导轮 118-锁紧环I
20-管套 53-销轴 86-销轴 119-锁紧环II
21-管套 54-导轮 87-转轮 120-绕丝杆
22-销轴 55-销轴 88-转轮 121-轮座
23-转轮 56-导轮 89-销轴 122-销轴
24-挡块 57-导轮 90-转轮 123-导轮
25-转轮 58-销轴 91-基杆 124-轮座
26-转轮 59-导轮 92-转轮 125-销轴
27-销轴 60-销轴 93-销轴 126-导轮
28-手掌体II 61-导轮 94-销轴 127-导向块
29-导轮 62-销轴 95-管套 128-轴承
30-销轴 63-导轮 96-管套 129-轴承
31-中指体I 64-销轴 97-销轴 130-固定块
32-中指体II 65-导轮 98-导轮 131-绕丝块
33-中指体III 66-销轴 99-导轮 132-绕丝块
133-软管接头 139-激光测距器II 145-钳体II 151-销轴
134-软管接头 140-导轮 146-销轴 152-销轴
135-底座 141-销轴 147-销轴 153-连杆
136-软丝 142-驱动电机 148-销轴 154-连杆
137-金属软管 143-驱动转轮 149-滑杆 155-销轴
138-激光测距器I 144-钳体I 150-滑杆 156-销轴
如图1-1、图1-2和图1-3所示，腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手系统，包括：手指机构F(该手指机构F由食指A、中指B和拇指C构成)、手掌机构V、变胞执行机构M、基杆机构P、驱动检测机构D、专用工具T。其中，食指A、中指B安装于手掌机构V，变胞执行机构M铰接安装于手掌机构V和基杆机构P之间，手掌机构V铰接于基杆机构P，拇指C铰接于基杆机构P内部，基杆机构P通过金属软管137中的软丝连接于驱动检测机构P。基杆机构P安装于机器人本体R上并随之运动。工具手手指机构F和手掌机构V操作专用工具T。中指B、拇指C可收缩于基杆机构P内部使工具手为细长杆结构或单指工具构型，拇指C、中指B也可分别伸出基杆机构P，与食指A构成两指工具构型、三指工具手构型，该三指工具手在腹腔内可操作专用工具T进行相应操作。
如图2所示，所述食指A包括手掌体I 1，食指体I 2通过销轴10与手掌体I 1铰接；食指体II3通过销轴16与食指体I 2铰接；食指体III4通过销轴22铰接于食指体II3；食指体IV5通过销轴27与食指体III4铰接。管套6、7分别通过销轴8、9安装于手掌体I 1内部；转轮11焊接于食指体I 2内部绕销轴10转动；管套14、15分别通过销轴12、13安装于食指体I 2内部；转轮17焊接于食指体II3内部绕销轴16转动；管套20、21分别通过销轴18、19安装于食指体II 3内部；挡块24通过销轴22安装于食指体II3内部；转轮25焊接于挡块24绕销轴22转动；转轮23焊接于食指体III4绕销轴22转动；转轮26焊接于食指体IV5绕销轴27旋转。
如图3所示，中指B包括手掌体II28，中指体I 31通过销轴30铰接于手掌体II28中指体II32通过销轴44铰接于中指体I 31；中指体III33通过销轴55铰接于中指体II32；中指体IV34通过销轴66铰接于中指体III33。转轮29通过销轴37固结于中指体I 31绕销轴30转动；导轮35、36通过销轴30依次安装于手掌体II28与转轮29之间；导轮39通过销轴38安装于中指体I 31内部；导轮41、43分别通过销轴40、42安装于中指体I 31内部；导轮45、46通过销轴44安装于中指体I 31、II32之间；导轮48、50分别通过销轴47、49安装于中指体II32内部；导轮52、54分别通过销轴51、53安装于中指体II32内部；导轮56、57通过销轴55安装于中指体II32、III33之间；导轮59、61分别通过销轴58、60安装于中指体III33内部；导轮63、65分别通过销轴62、64安装于中指体III33内部；转轮67焊接于中指体IV34绕销轴66转动。
如图4所示，拇指C包括次级基杆68，拇指体I 69通过销轴81铰接于次级基杆68；拇指体II 71通过轴孔机构安装于拇指体I 69；拇指体III74通过销轴86铰接于拇指体II 71；拇指体IV75通过销轴89铰接于拇指体III74。管套座76铰接于次级基杆68；导轮78、80分别通过销轴77、79安装于次级基杆68；转轮82焊接于拇指体I 69绕销轴81转动；管套70通过轴、孔结构安装于拇指体I 69；导轮84、85通过销轴83安装于拇指体I 69；转轮87焊接于拇指体II71绕销轴86转动；转轮88焊接于拇指体III74绕销轴86转动；转轮90焊接于拇指体IV75绕销轴89转动。
如图5所示，手掌机构V包括基杆91，手掌体I 1通过销轴93铰接于基杆91；手掌体II 28通过销轴97安装于手掌体I 1。转轮92焊接于手掌体I 1绕销轴93转动；管套95、96通过销轴94安装于手掌体I 1；管套102、103通过销轴101安装于手掌体I 1；管套6、7分别通过销轴8、9安装于手掌体I 1；销轴10安装于手掌体I 1；导轮99、98通过销轴97安装于手掌体I 1；销轴100铰接于手掌体II28。
如图6所示，变胞执行机构包括基杆91，间隙配合安装于基杆91的导向块104；间隙配合于导向块104的推杆105；通过销轴107铰接于推杆105的连杆I 106；通过销轴108铰接于连杆I 106的连杆II 109；手掌体II28通过销轴100铰接于连杆II 109；手掌体II28通过销轴97安装于手掌体I 1；手掌体I 1通过销轴93铰接于基杆91。
如图7所示，基杆机构P包括基座110，基杆91通过轴承128、129安装于基座110；基管111通过螺钉安装于基杆91；锁紧环I 118和锁紧环II 119通过螺钉锁紧安装于基杆；绕丝杆120通过锁紧环I 118和锁紧环II 119安装于基杆。轮座112通过螺钉安装于基座110；导轮113通过销轴114安装于轮座112；轮座115通过螺钉安装于基座110；导轮116通过销轴117安装于轮座115；轮座121通过螺钉安装于基管111；导轮123通过销轴122安装于轮座121；轮座124通过螺钉安装于基管111；导轮126通过销轴125安装于基管111；软管接头134通过螺钉安装于基管111；导向块104、127配合安装于基杆91内部；次级基杆68通过螺钉固结于导向块104、107；推杆105配合安装于导向块104、107；固定块130配合安装于基杆91末端内部并通过螺钉与基杆91及基管111固结；绕丝块131、132分别通过螺钉固结于次级基杆68与推杆105；软管接头133通过螺钉固结于次级基杆68末端。
如图8所示，驱动检测机构D包括底座135，激光测距器I 138及激光测距器II 139固结于基座135；导轮140通过销轴141安装于底座135；驱动电机142固结于底座135；驱动转轮143固结于驱动电机142。金属软管137连接于底座135的端部凹孔内；软丝136安装于金属软管137内并通过导轮140缠绕固结于驱动转轮143。
如图9所示，专用工具T包括钳体I 144，钳体II 145通过销轴146铰接于钳体I 144；滑杆149通过销轴147铰接于钳体II 145；连杆153分别通过销轴151、155铰接于滑杆149及钳体II 145；滑杆150通过销轴148铰接于钳体I 144；连杆154分别通过销轴152、156铰接于滑杆150及钳体I 144。
由上述描述中可见，本发明腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手中所涉及到的被铰接部位的基本形状为转动关节结构，用于铰接部位的结构基本上是由销轴、转轮、导轮和套管构成的铰接部件，而且套管中穿有由驱动转动带动的软丝，软丝可驱动转轮及其固结部件共同绕销轴转动。因此，各铰接部位可以实现相关的动作功能。
下面将说明本发明腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手的动作实施过程。
一、变胞工具手驱动单元驱动、传动动作
工具手单元驱动、传动动作：如图10所示，软丝缠绕固结于转轮后，正、反向驱动软丝分别穿入安装于管套处的正、反向金属软管，由正、反向金属软管导引至驱动转轮处，正、反向驱动软丝缠绕固结于驱动转轮。驱动转轮驱动正、反向驱动软丝带动转轮转动，转轮即可带动相关关节部件动作，变胞工具手的所有动作关节均由转轮驱动实现。
二、变胞工具手各手指关节动作
食指各关节动作：软丝缠绕固结于转轮11后，正、反向驱动软丝分别穿入固结于管套6、7的正、反向金属软管，正、反向驱动软丝由软管导引至驱动转轮并缠绕固结于其上，驱动转轮驱动正、反向驱动软丝带动转轮11及食指体I 2绕销轴10相对手掌体I 1转动，为R1。软丝缠绕固结于转轮17后，正、反驱动软丝分别穿入固结于管套14、15的正、反向金属软管，正、反向驱动软丝由金属软管导引至驱动转轮并缠绕固结于其上，驱动转轮驱动正、反向软丝带动转轮17及食指体II3绕销轴22相对食指体I 1转动，为R2。软丝缠绕固结于转轮23后，正、反向驱动软丝分别穿入固结于管套20、21的正、反向金属软管，正、反向驱动软丝由金属软管导引至驱动转轮并缠绕固结于其上，驱动转轮驱动正、反向驱动软丝带动转轮23及食指体III4绕销轴22相对食指体II 3转动，为R3。软丝缠绕固结于转轮25后反向交叉缠绕固结于转轮26，当R3运动时，食指体II 3相对于食指体III4的转动R由转轮25通过软丝传递至转轮26，驱动转轮26带动食指体IV5相对于食指体III4转动，为R4。
中指各关节动作：软丝缠绕固结于转轮67后，正向驱动软丝依次由导轮63、导轮59导引绕过导轮57后侧，依次由导轮52、48导引绕过导轮46后侧，继续由导轮41导引绕过导轮35、98，穿入安装于管套96的金属软管由其导引至驱动转轮，反向驱动软丝依次由导轮65、61导引绕过导轮56前侧，依次由导轮54、50导引绕过导轮45前侧，继续由导轮43及导轮39导引绕过导轮36，穿入安装于管套103的金属软管并由其导引至驱动转轮，正、反驱动软丝缠绕固结于驱动转轮。驱动转轮驱动正、反向驱动软丝带动转轮67及中指体IV34绕销轴66相对于中指体III33转动，为R5。当R5运动停止后，正、反驱动软丝继续运动，可驱动中指体III33绕销轴55相对于中指体II 32转动，为R6。当R5、R6停止运动后，正、反向驱动软丝继续运动，可驱动中指体II 32绕销轴44相对于中指体I 31转动，为R7。软丝缠绕固结于转轮29后，正、反向驱动软丝分别穿入安装于管套102、95的正、反向金属软管中并由之导引到驱动转轮处并固结于其上，驱动转轮驱动正、反向驱动软丝带动转轮29及中指体I绕销轴30相对于手掌体II转动，为R8。
拇指各关节动作：软丝缠绕固结于转轮82后，正、反向驱动软丝分别经导轮78、80导引穿入安装于软管接头133的正、反向金属软管，由正、反向金属软管导引并缠绕固结于驱动转轮，驱动转轮驱动正、反驱动软丝带动转轮82及拇指体I 69绕销轴81相对于次级基杆68转动，为R9。软丝缠绕固结于拇指体II 71上部丝槽后，正、反向驱动软丝分别由导轮84、85穿入安装于管套70两端的正、反金属软管，由金属软管导引缠绕固结于驱动转轮，驱动转轮驱动正、反向驱动软丝带动拇指体II71相对于拇指体I 69转动，为R10。软丝缠绕固结于转轮88后，正、反向驱动软丝穿入安装于管套72、73的正、反向金属软管，由金属软管导引缠绕固结于驱动转轮，驱动转轮驱动正、反驱动软丝带动转轮及拇指体III绕销轴86相对于拇指体II 71转动，为R11。软丝缠绕固结于转轮87后，正、反向驱动软丝反向缠绕固结于转轮90，当R10转动时，拇指体II 71相对于拇指体III74的转动R经软丝传递到转轮90，驱动转轮90带动拇指体IV绕销轴89相对于拇指体III74转动，为R12。
三、手掌动作
当手掌体I 1与基杆91轴线重合时，软丝缠绕固结于转轮92后，正、反向驱动软丝穿过基杆91上对应位置处设置的通孔，分别穿入安装于固定块130处的正、反向金属软管，由金属软管导引至驱动转轮处并缠绕固结于其上，驱动转轮驱动正、反向驱动软丝带动转轮92及手掌体I 1绕销轴93转动，为R13。
四、基杆机构各自由度动作
软丝缠绕固结于绕丝杆120后，正、反向驱动软丝分别通过导轮113、116穿入固结于底座110的正、反向金属软管，由金属软管导引至驱动转轮处并缠绕固结于其上，驱动转轮驱动正、反向驱动软丝带动基杆91相对于基座110转动，为R14。软丝缠绕固结于绕丝块132后，正向驱动软丝绕过导轮123后穿入安装于轮座121的正向金属软管并由之导引到驱动转轮处，反向驱动软丝穿入安装于软管接头134处的反向金属软管并由之导引到驱动转轮处，正、反向驱动软丝缠绕固结于驱动转轮，驱动转轮驱动正、反向驱动软丝带动绕丝块132、次级基杆68、导向块104、127相对于基杆91直线运动，为P15。软丝缠绕固结于绕丝块131后，正向驱动软丝绕过导轮126后穿入安装于轮座124的正向金属软管并由之导引到驱动转轮处，反向驱动软丝穿入安装于软管接头134处的反向金属软管并由之导引到驱动转轮处，正、反向驱动软丝缠绕固结于驱动转轮，驱动转轮驱动正、反向驱动软丝带动绕丝块131、推杆105相对于导向块104、107直线运动，为P16。
五、变胞执行机构动作
变胞工具手变胞执行机构动作：当手掌体I 1与基杆91轴线重合时，推杆105直线运动P16驱动连杆106I带动连杆II 109推动手掌体II绕销轴97相对于手掌体I 1转动，为R16。当推杆105自由度P15处于后侧极限位置时，手掌体II 28与基杆91保持平行，中指B在自由度R8作用下转动至基杆91内与基杆91平行位置处。中指即可收入基杆内。推杆105前推至P16自由度前侧极限位置时，手掌体II 28与基杆91垂直，中指B在自由度R8作用下转动至与手掌体II 28垂直位置处，中指为与食指A平行展开状态。当推杆自由度P16及中指自由度R8反向驱动时，中指B由展开状态收缩进入基杆91内部，中指B为收缩状态。
拇指自由度R9、R10、R11、R12分别动作使得拇指I、II、III、IV均与次级基杆68保持平行，次级基杆自由度P15后退至后侧极限位置处时，拇指C收缩至基杆91内部。当拇指C自由度R9、动作使得拇指I与次级基杆68保持非平行且伸出基杆，次级基杆68自由度P15前伸至前侧极限位置处时，拇指C为展开状态。当次级基杆68自由度P15及拇指C自由度R9反向驱动时，拇指C由展开状态收缩进入基杆91内部，拇指C为收缩状态。
变胞执行机构的动作如图11所示，中指B和拇指C分别由基杆91内部展开，构成三指工具手型机构。
当拇指C、中指B处于基杆91内部，食指A单独动作时，变胞工具手为单指工具构型，可完成一般手术工具的功能，如手术刀；当拇指C伸出基杆91内部，拇指C和食指A配合动作时，变胞工具手为两指工具构型，可完成单自由度类手术工具的功能，如手术钳、镊子；当拇指C、中指B都伸出基杆91内部与食指A配合动作时，变胞工具手为三指工具手构型，可完成类似人手的功能，如抓持其他工具进行手术操作。
六、专用工具动作；
专用工具动作：如图12所示，当连杆153、连杆154与钳体I 144、钳体II 145互相平行时，工具整体为一个细长杆结构；驱动连杆153、连杆154分别相对钳体I 144、钳体II145向外侧转出时，工具展开为一个钳体结构。当连杆153、连杆154分别相对钳体I 144、钳体II 145向内侧转动时，工具收缩为一个细杆结构。
尽管结合附图对本发明进行了上述描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之列。
Claims (9)
1.一种腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手，其特征在于：
包括：手指机构(F)、手掌机构(V)、变胞执行机构(M)、基杆机构(P)、驱动检测机构(D)和专用工具(T)；所述手指机构(F)包括食指(A)、中指(B)和拇指(C)；所述食指(A)和中指(B)铰接于所述手掌机构(V)；所述变胞执行机构(M)铰接于所述手掌机构(V)和所述基杆机构(P)之间；所述手掌机构(V)与所述基杆机构(P)铰接，所述拇指(C)铰接于所述基杆机构(P)内，所述基杆机构(P)通过设置在金属软管中的不锈钢丝与驱动检测机构(P)连接；
所述基杆机构(P)通过螺栓安装于机器人本体(R)并随之运动；
所述工具手手指机构(F)和手掌机构(V)操作专用工具(T)；
所述拇指(C)和中指(B)沿基杆机构(P)的轴向移动，以实现所述拇指(C)和中指(B)可收缩于基杆机构(P)内或分别伸展至基杆机构(P)外；
所述拇指(C)、中指(B)与食指(A)及手掌(V)构成不同的工具构型；所述工具手进入腹腔后，所述食指(A)独自动作，从而构成单指的工具构型；所述拇指(C)和/或中指(B)先后展开后，与食指(A)构成两指或三指的工具构型；所述单指构型、两指构型或三指的工具构型均直接对手术对象进行操作，所述三指的工具构型在腹腔内操作专用工具(T)进行相应操作；
上述形成的各种工具构型进入或退出腹腔表皮时，所述中指(B)和拇指(C)均收缩在基杆机构(P)内；所述食指(A)保持竖直状态，并随基杆机构(P)通过腹腔表皮切口退出腹腔。
2.根据权利要求1所述的腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手，其特征在于：所述食指(A)包括与手掌体I(1)顺次铰接的食指体I(2)、食指体II(3)、食指体III(4)和食指体IV(5)；通过各铰接处的铰接部件，使食指(A)完成具有人手食指自由度的动作。
3.根据权利要求1所述的腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手，其特征在于：所述中指(B)包括与手掌体II顺次(28)铰接的中指体I(31)、中指体II(32)、中指体III(33)和中指体IV(34)；通过各铰接处的铰接部件，使中指(B)完成具有人手中指自由度的动作。
4.根据权利要求1所述的腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手，其特征在于：所述拇指(C)包括与次级基杆(68)顺次铰接的拇指体I(69)、拇指体II(71)、拇指体III(74)和拇指体IV(75)；所述拇指(C)铰接于基杆机构(P)内的次级基杆(68)末端；通过各铰接处的铰接部件，使拇指(C)完成具有人手拇指自由度的动作。
5.根据权利要求1所述的腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手，其特征在于：所述变胞执行机构(M)包括设置在基杆(91)内的导向块(104)，所述导向块(104)内设置有推杆(105)，所述基杆(91)与导向块(104)之间及所述导向块(104)与推杆(105)之间均为间隙配合；与推杆(105)依次连接有连杆I(106)、连杆II(109)，手掌体II(28)与连杆铰接；
所述手掌机构(V)包括与基杆(91)顺次铰接的手掌体I(1)和手掌体II(28)；
所述手掌体II(28)通过销轴(97)与手掌体I(1)连接，所述手掌体I(1)通过销轴(93)铰接于基杆(91)；通过各铰接处的铰接部件，使手掌机构(V)完成具有相对基杆(93)俯、仰自由度的动作。
6.根据权利要求1所述的腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手，其特征在于：所述基杆机构(P)包括顺次连接的基座(110)、基杆(91)基管(111)；通过锁紧环I(118)和锁紧环II(119)将绕丝杆(120)安装在所述基杆(91)上；所述基管(111)上固定有软管接头(134)，所述基杆(91)内部装配有两个导向块(104、127)，通过该两个导向块(104、127)将次级基杆(68)配合安装在所述基杆(91)的末端内部，绕丝块(131、132)分别通过螺钉固结，所述次级基杆(68)与推杆(105)之间通过螺钉固接有绕丝块(131、132)；软管接头(133)通过螺钉固结于次级基杆(68)的末端。
7.根据权利要求1所述的腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手，其特征在于：所述驱动检测机构(D)包括设置在底座(135)上的两套驱动部件，所述每套驱动部件均包括设置在底座(135)上激光测距器I(138)和激光测距器II(139)，设置在底座(135)上并与驱动电机(142)连接的驱动转轮(143)，一驱动软丝(136)穿过金属软管(137)后通过导轮(140)缠绕于所述驱动转轮(143)，所述驱动软丝(136)设置在底座(135)端部的凹孔中，所述激光测距器I(138)和激光测距器II(139)与所述端部凹孔对正。
8.根据权利要求1所述的腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手，其特征在于：所述专用工具(T)包括由相互铰接的钳体I(144)和钳体II(145)构成，所述每个钳体形成一由滑杆、连杆和钳体构成的三连杆机构，所述滑杆的一端与钳体铰接，其另一端与设置在钳体上并与该钳体长度方向一致的滑槽配合。
9.根据权利要求8所述的腹腔微创外科手术机器人用变胞工具手，其特征在于：所述钳体I(144)和钳体II(145)的上部形成镊子、剪刀或者具有单自由度开合的工具构型。
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| US20130190774A1 (en) | 2010-08-11 | 2013-07-25 | Ecole Polytechnique Ferderale De Lausanne (Epfl) | Mechanical positioning system for surgical instruments |
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| JP5715304B2 (ja) | 2011-07-27 | 2015-05-07 | エコール ポリテクニーク フェデラル デ ローザンヌ （イーピーエフエル） | 遠隔操作のための機械的遠隔操作装置 |
| CN102488554B (zh) * | 2011-11-14 | 2013-06-05 | 天津大学 | 一种基于模块关节的微创外科手术机器人用微器械末端 |
| US10265129B2 (en) | 2014-02-03 | 2019-04-23 | Distalmotion Sa | Mechanical teleoperated device comprising an interchangeable distal instrument |
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| ES2968221T3 (es) | 2014-12-19 | 2024-05-08 | Distalmotion Sa | Instrumento quirúrgico con efector final articulado |
| EP3232977B1 (en) | 2014-12-19 | 2020-01-29 | DistalMotion SA | Docking system for mechanical telemanipulator |
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| CN105286989B (zh) * | 2015-10-15 | 2017-08-15 | 天津大学 | 一种微创手术机器人用双极能量工具 |
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| US11844585B1 (en) | 2023-02-10 | 2023-12-19 | Distalmotion Sa | Surgical robotics systems and devices having a sterile restart, and methods thereof |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6436107B1 (en) * | 1996-02-20 | 2002-08-20 | Computer Motion, Inc. | Method and apparatus for performing minimally invasive surgical procedures |
| US6592572B1 (en) * | 1999-11-22 | 2003-07-15 | Olympus Optical Co., Ltd. | Surgical operation apparatus |
| CN1730246A (zh) * | 2005-08-04 | 2006-02-08 | 天津大学 | 喉部手术用微机械手 |
| CN101011292A (zh) * | 2007-02-02 | 2007-08-08 | 天津大学 | 微创外科手术用多自由度微机械手 |
| CN101444431A (zh) * | 2008-12-23 | 2009-06-03 | 天津大学 | 辅助微创外科手术机器人的三维力反馈主操作手 |
-
2009
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6436107B1 (en) * | 1996-02-20 | 2002-08-20 | Computer Motion, Inc. | Method and apparatus for performing minimally invasive surgical procedures |
| US6592572B1 (en) * | 1999-11-22 | 2003-07-15 | Olympus Optical Co., Ltd. | Surgical operation apparatus |
| CN1730246A (zh) * | 2005-08-04 | 2006-02-08 | 天津大学 | 喉部手术用微机械手 |
| CN101011292A (zh) * | 2007-02-02 | 2007-08-08 | 天津大学 | 微创外科手术用多自由度微机械手 |
| CN101444431A (zh) * | 2008-12-23 | 2009-06-03 | 天津大学 | 辅助微创外科手术机器人的三维力反馈主操作手 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 郑金勇.球面五杆变胞机械手运动分析与手掌综合.《大连理工大学硕士学位论文》.2007,全文. * |
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