CN102973325B - 一种手术机器人图像显示系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种手术机器人图像显示系统，它包括底座，在底座上有两个下支撑杆，在每一个下支撑杆的顶部转动连接有一个连接锁紧模块，每一连接锁紧模块包括连接装置、第一转臂和安装在第一转臂下方的第二转臂，第一转臂和第二转臂的一端通过安装在下支撑杆顶端的销轴转动相连，第一转臂、第二转臂与连接装置相连，一个悬撑横梁的两端分别通过边块与第一转臂固定相连，一个悬挂块通过撑片固定在悬撑横梁的中间，显示器悬挂在悬挂块上。本发明可透过半透半反玻璃同时观察手部动作及立体图像，手在立体图像中运动并与图像中手术工具位置重合，操作直观感强。
Description
技术领域
本发明涉及一种手术机器人用图像显示系统，特别涉及图像系统用可实现角平分线机构支架。
背景技术
以腹腔镜为代表的微创外科被誉为20世纪医学科学对人类文明的重要贡献之一，它是指借助先进的手术器械与设备，医生利用细长的手术工具通过体表微小切口探入到体内进行手术操作，具有创伤小、失血少、疤痕小、术后恢复快等优点，受到广大医患的青睐，进而被广泛地应用于临床手术。
在手术过程中，医生只能通过监视器上的二维图像获得手术场景信息，缺乏深度方向上的感觉，这增加了医生训练的复杂性和长期性，限制了微创手术在诸如心脏手术、泌尿手术等一系列复杂手术中的运用。因此，能够获得病灶的三维立体图像具有重要意义。以Da Vinci（专利号US6574355B2）、Microhand A（专利号200910068276）为代表的医疗机器人图像系统虽然具有立体视觉，但立体图像空间与医生手部操作并无直接对应，操作直观性差。因此，发明一种能同时显示立体图像又能将立体图像与医生手部操作直接对应的图像显示系统对提高手术机器人的操作性能有重要意义。
发明内容
本发明的目的是在于克服已有技术的缺陷，提供一种使操作者可同时观察手部操作与立体手术视野图像，提高操作直观性，确保景象图像位置的一种手术机器人图像显示系统。
本发明的一种手术机器人图像显示系统，它包括底座，在所述的底座上间隔平行设置有两个下支撑杆，在每一个所述的下支撑杆的顶部转动连接有一个连接锁紧模块，每一所述的连接锁紧模块包括连接装置、第一转臂和安装在所述的第一转臂下方的第二转臂，所述的第一转臂和第二转臂的一端通过安装在下支撑杆顶端的销轴转动相连，所述的第一转臂、第二转臂与连接装置相连并且在连接装置的作用下两者之间能够共同绕销轴旋转使两者闭合或张开相对设置，一个悬撑横梁的两端分别通过边块与第一转臂固定相连，一个悬挂块通过撑片固定在悬撑横梁的中间，显示器悬挂在悬挂块上，所述的边块能够在第一转臂上滑动并与之固定相连，所述的第二转臂内侧开有玻璃滑槽，玻璃封框的两侧嵌在玻璃滑槽中并且能够与之滑动配合，玻璃封框与玻璃滑槽固定相连，显示玻璃固定在玻璃封框内。
本发明的优点：
本发明提出的一种手术机器人图像显示系统具有以下有益效果：
1.本发明可透过半透半反玻璃同时观察手部动作及立体图像，手在立体图像中运动并与图像中手术工具位置重合，操作直观感强。
2.本发明的一种实施方式采用弹性撑杆支撑显示器，可提供适当的开启力，从而实现支架平稳、自动地张开。
3.本发明两种实施方式均使用连接销连接竖直轴、中间轴和上边轴，可实现显示器在设定的工作调整角度范围内任意位置的锁紧。
附图说明
图1-1是本发明的一种手术机器人图像显示系统的工作状态图；
图1-2是本发明的一种手术机器人图像显示系统的闭合状态图；
图2是本发明中图1所示的系统的连接锁紧模块原理图；
图3是本发明中图1所示的系统的自锁紧模块的结构与功能原理图；
图4是本发明中图1所示的系统的玻璃调整模块的结构与功能原理图；
图5是本发明中图1所示的系统的显示器悬撑模块的结构与功能原理图；
图6-1是本发明中一种手术机器人图像显示系统的另一种实现方式的工作状态图；
图6-2是本发明中一种手术机器人图像显示系统的另一种实现方式的闭合状态图；
图6-3是图6-2所示装置的圆圈内结构的局部放大图；
图7是是图6-1所示的系统的原理示意图；
图8为本发明系统应用的操作原理示意图；
图9为本发明系统应用的显示效果示意图。
其中：
1-1–显示器模块 1-2–支撑模块 1-3-玻璃调整模块 1-4–连接锁紧模块 1-5–悬撑模块 1-6–自锁紧模块2-1–限位块 2-2–旋转手柄 2-3–上边轴 2-4–下边轴2-5-中间轴 2-6–销轴 3-1–限位罩 3-2–强磁铁 3-3–锁紧横梁 3-4–铁块 3-5–显示器 4-1–玻璃滑槽 4-2–玻璃封框 4-3–玻璃边块 4-4–显示玻璃 5-1–边块 5-2–悬挂块 5-3–悬撑横梁 5-4–撑片 6-1-下支撑杆 6-2上支撑杆 6-3-连接杆Ⅰ 6-4-连接杆Ⅱ 6-5-中间杆 6-6-滑块6-7-边销 7-1-杆Ⅰ 7-2-杆Ⅱ 7-3-连杆Ⅰ 7-4-连杆Ⅱ 7-5-摇杆 7-6-滑块8-1-医疗机器人本体 8-2-机器人手术工具 8-3-立体腹腔镜 8-4-手 8-5-立体图像 8-6-立体虚像 9-1-病灶图像 9-2-手术工具图像 9-3-双手
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明加以详细说明：
本发明的一种手术机器人图像显示系统，它包括底座，在所述的底座上间隔平行设置有两个下支撑杆，在所述的每一下支撑杆的顶部转动连接有一个连接锁紧模块，每一所述的连接锁紧模块包括连接装置、第一转臂和安装在所述的第一转臂下方的第二转臂，所述的第一转臂和第二转臂的一端通过安装在下支撑杆顶端的销轴转动相连，所述的第一转臂、第二转臂与连接装置相连并且在连接装置的作用下两者之间能够共同绕销轴旋转使两者闭合或张开相对设置，一个悬撑横梁5-3的两端分别通过边块5-1与第一转臂固定相连，一个悬挂块5-2通过撑片5-4固定在悬撑横梁5-3的中间，显示器3-5悬挂在悬挂块5-2上，所述的边块5-1能够在第一转臂上滑动并与之固定相连；所述的第二转臂内侧开有玻璃滑槽4-1，玻璃封框4-2的两侧嵌在玻璃滑槽4-1中并且能够与之滑动配合，玻璃封框4-2与玻璃滑槽4-1固定相连，显示玻璃4-4固定在玻璃封框4-2内。
优选的在所述的底座上安装有多个圆柱形的强磁铁3-2，所述的强磁铁3-2可以由限位罩3-1覆盖并由螺钉固定在底座上，当支架机构闭合时，在所述的两个第一转臂的端部安装有锁紧横梁3-3，在所述的锁紧横梁3-3上嵌有铁块3-4，铁块3-4正好吸附在限位罩3-1上，强磁铁3-2和铁块3-4可以设置多组相互吸附来保证锁紧的可靠性。
作为本发明的一种实施方式，所述的下支撑杆为下边轴2-4，所述的第一转臂为上边轴2-3，第二转臂为中间轴2-5，所述的连接装置包括能够在下边轴2-4上滑动并紧固在下边轴2-4上的限位块2-1，所述的销轴与中间轴2-5螺纹连接，所述的销轴2-6与上边轴2-3和下边轴2-4通过光孔连接，第一气撑2-7的一端与上边轴2-3铰接相连并且其另一端与中间轴2-5铰接相连，第二气撑2-8的一端与下边轴2-4铰接相连并且其另一端与中间轴2-5铰接相连，所述的限位块2-1能够与上边轴2-3顶紧设置。优选的第一、第二气撑2-7、2-8相对于显示玻璃4-4的上下两侧呈对称布置，所述的第一气撑2-7与上边轴2-3、中间轴2-5组成的三角支撑结构与第二气撑2-8、下边轴2-4、中间轴2-5组成的三角支撑结构为对称三角支撑结构，采用对称支撑原理实现显示玻璃4-4始终处在显示器3-5所在平面与下边轴2-4所在竖直面夹角的角平分线上，从而实现中间轴2-5的角平分线特性。
作为本发明的另一种实施方式，所述的第一转臂为上支撑杆6-2，第二转臂为中间杆6-5，所述的连接装置包括与中间杆6-5滑动相连的滑块6-6，连接杆Ⅰ6-3和连接杆Ⅱ6-4的一端与所述的滑块6-6由边销6-7铰接相连，所述的连接杆Ⅰ6-3的另一端与下支撑杆6-1铰接相连，所述的连接杆Ⅱ6-4的另一端与上支撑杆6-2铰接相连，所述的连接杆Ⅰ6-3、下支撑杆6-1和中间杆6-5形成的三角形与所述的上支撑杆6-2、连接杆Ⅱ和中间杆6-5形成的三角形全等。
下面再结合每一幅图对本发明加以详细说明。
图1所示为本发明整体结构图，支架呈对称结构，图1-1是支架的工作状态，图1-2是支架的闭合状态。本机构包括显示器模块1-1、支撑模块1-2、玻璃调整模块1-3、连接锁紧模块1-4、悬撑模块1-5、自锁紧模块1-6。显示器模块1-1和支撑模块1-2通过连接锁紧模块1-4相连接，连接锁紧模块1-4的末端与玻璃调整模块1-3相连接。支撑模块1-2支撑在连接锁紧模块1-4的下端。连接锁紧模块1-4的上端与显示器模块1-1连接，显示器模块1-1通过悬撑模块1-5与连接锁紧模块1-4固定连接。在图1-2所示支架的闭合状态时，自锁紧模块1-6起到锁紧作用。
图2所示是本发明连接锁紧模块1-4的结构与功能原理图。限位块2-1被夹紧在上边轴2-3与下边轴2-4之间，可跟随上边轴2-3与下边轴2-4夹角变化而在下边轴2-4上前后滑动，并可由螺钉紧固，以此来实现支架的限位；销轴2-6的外侧与旋转手柄2-2连接，两者之间没有相对运动；销轴2-6的内侧部分与中间轴2-5通过螺纹配合，销轴2-6与中间轴2-5和上边轴2-3通过光孔连接；当转动旋转手柄2-2时，中间轴2-5会将上边轴2-3、下边轴2-4和旋转手柄2-2压紧，三者之间压力所产生的摩擦力可配合第一气撑2-7的弹力将支架机构固定在如图1所示的工作状态，摩擦力大小的调整可以通过转动旋转手柄2-2来实现。
图3所示的是本发明自锁紧模块1-6的结构与功能原理图。圆柱形的强磁铁3-2由限位罩3-1覆盖并由螺钉固定在底座上，当支架机构闭合时，嵌在锁紧横梁3-3中的铁块3-4正好吸附在限位罩3-1上，强磁铁3-2和铁块3-4共有三组相互吸附来保证锁紧的可靠性。
图4所示的是本发明玻璃调整模块1-3的结构与功能原理图。中间轴2-5内侧开有玻璃滑槽4-1，矩形的玻璃封框4-2的两侧正好嵌在中间轴2-5的玻璃滑槽4-1中，可在玻璃滑槽4-1中任意滑动来调整位置，并由平端紧定螺钉紧固。显示玻璃4-4放置在玻璃封框4-2内，由四个玻璃边块4-3固定。
图5所示的是本发明悬撑模块1-5的结构与功能原理图。两个边块5-1通过螺钉连接在悬撑横梁5-3的两端，两个边块5-1分别与上边轴2-3固连；悬挂块5-2通过撑片5-4固定在悬撑横梁5-3的中间，显示器3-5悬挂在悬挂块5-2上。边块5-1可在上边轴2-3小范围滑动，由此可微调显示器3-5在上边轴2-3上的位置。
图6-1、6-2、6-3是本发明的另外一种实现形式。图6-1是支架的工作状态，图6-2是支架的闭合状态。本发明实现形式是基于双曲柄滑块原理，原理图如图7所示。杆Ⅰ7-1固定，杆Ⅱ7-2与杆Ⅰ7-1铰接在A点；连杆Ⅰ7-3、连杆Ⅱ7-4分别与杆Ⅰ7-1、杆Ⅱ7-2铰接于B、C两点，且有AB=AC；连杆Ⅰ7-3、连杆Ⅱ7-4的另一端点与滑块7-6铰接于D点，滑块7-6能在摇杆7-5上自由滑动。当杆Ⅱ7-2绕点A转动时，滑块7-6可跟随杆Ⅱ7-2的转动而在摇杆7-5上移动，在动作过程中，三角形ABD与三角形ACD始终全等，故角α与角β始终相等，摇杆7-5始终在杆Ⅰ7-1、杆Ⅱ7-2的角平分线上。
图6-1中的下支撑杆6-1、上支撑杆6-2、连接杆Ⅰ6-3、连接杆Ⅱ6-4、中间杆6-5、滑块6-6分别对应图7中的杆Ⅰ7-1、杆Ⅱ7-2、连杆Ⅰ7-3、连杆Ⅱ7-4、摇杆7-5、滑块7-6。图6-1中，边销6-7安装在滑块6-6上，并将连接杆Ⅰ6-3、连接杆Ⅱ6-4铰接相连，滑块6-6可在中间杆6-5上滑动。
图8为本发明的操作示意图。本系统与手术机器人本体8-1（可采用专利号ZL200810152764.7方式）连接。立体腹腔镜8-3采集手术视野图像信息并经显示器3-5显示形成立体图像8-5；立体图像8-5经显示玻璃4-4反射后形成立体虚像8-6；双手8-4通过主操作手（可采用专利号ZL200910305576.8方式）在立体虚像8-6中运动，操纵机器人手术工具8-2（可采用专利号ZL200910306053）。
图9为本发明显示效果示意图。双手9-3通过主操作手控制机器人手术工具8-2对立体虚像8-6中所示的病灶部位9-1执行手术操作；在手术操作过程中，双手9-3位置与立体虚像8-6中的手术工具图像9-2始终重合；具体控制策略非本发明内容，故在此不再赘述。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其它形式的传动、驱动装置以及连接方式不经创造性的设计与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种手术机器人图像显示系统，它包括底座，其特征在于：在所述的底座上间隔平行设置有两个下支撑杆，在每一个所述的下支撑杆的顶部转动连接有一个连接锁紧模块，每一所述的连接锁紧模块包括连接装置、第一转臂和安装在所述的第一转臂下方的第二转臂，所述的第一转臂和第二转臂的一端通过安装在下支撑杆顶端的销轴转动相连，所述的第一转臂、第二转臂与连接装置相连并且在连接装置的作用下两者之间能够共同绕销轴旋转使两者闭合或张开相对设置，一个悬撑横梁的两端分别通过边块与第一转臂固定相连，一个悬挂块通过撑片固定在悬撑横梁的中间，显示器悬挂在悬挂块上，所述的边块能够在第一转臂上滑动并与之固定相连，所述的第二转臂内侧开有玻璃滑槽，玻璃封框的两侧嵌在玻璃滑槽中并且能够与之滑动配合，玻璃封框与玻璃滑槽固定相连，显示玻璃固定在玻璃封框内。
2.根据权利要求1所述的手术机器人图像显示系统，其特征在于：在所述的底座上安装有多个圆柱形的强磁铁，在所述的两个第一转臂的端部安装有锁紧横梁，在所述的锁紧横梁上嵌有铁块，所述的铁块能与强磁铁吸附配合。
3.根据权利要求1或2所述的手术机器人图像显示系统，其特征在于：所述的下支撑杆为下边轴，所述的第一转臂为上边轴，第二转臂为中间轴，所述的连接装置包括能够在下边轴上滑动并紧固在下支撑杆上的限位块，所述的销轴与中间轴螺纹连接，所述的销轴与上边轴和下边轴通过光孔连接，第一气撑的一端与上边轴铰接相连并且其另一端与中间轴铰接相连，第二气撑的一端与下支撑杆铰接相连并且其另一端与中间轴铰接相连，所述的限位块能够与上边轴顶紧设置。
4.根据权利要求3所述的手术机器人图像显示系统，其特征在于：所述的第一、第二气撑相对于显示玻璃的上下两侧呈对称布置，所述的第一气撑与上边轴、中间轴组成的三角支撑结构与第二气撑、下边轴、中间轴组成的三角支撑结构为对称三角支撑结构。
5.根据权利要求1或2所述的手术机器人图像显示系统，其特征在于：所述的第一转臂为上支撑杆，第二转臂为中间杆，所述的连接装置包括与中间杆滑动相连的滑块，连接杆Ⅰ和连接杆Ⅱ的一端与所述的滑块共同铰接相连，所述的连接杆Ⅰ的另一端与下支撑杆铰接相连，所述的连接杆Ⅱ的另一端与上支撑杆铰接相连，所述的连接杆Ⅰ、下支撑杆和中间杆形成的三角形与所述的上支撑杆、连接杆Ⅱ和中间杆形成的三角形全等。
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