CN104013471B - 一种主从一体型外科手术机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主从一体型外科手术机器人系统，包括摆位装置，所述摆位装置通过摆位固定座与伸缩装置相连，所述伸缩装置的一端设置有主操作手，另一端设置有从端手术器械，所述主操作手通过主手连接件与伸缩装置连接，主操作手通过支撑架设置在主手连接件的下方，所述从端手术器械通过手持滑台与伸缩装置连接，所述从端手术器械通过手术器械连接座设置在手持滑台的一侧，所述伸缩装置内部设置有驱动装置，所述驱动装置接收主操作手的编码器发出的信号。本发明的主从外科手术机器人系统克服了通信时延的问题，提高了手术操作过程的可靠性和安全性。

Description

一种主从一体型外科手术机器人系统

技术领域：

本发明涉及医疗器械技术领域，更具体的说涉及一种外科手术机器人系统。

背景技术：

医疗机器人具有定位准确、运行稳定、灵巧性强、工作范围大、不怕辐射和感染等优点，广泛的应用于各种手术中。医用机器人不仅可以协助医生完成手术部位的精确定位，而且可以实现手术最小损伤，提高疾病诊断、手术治疗的精度与质量，提高手术安全，缩短治疗时间，降低医疗成本。近年来其研究已经成为机器人应用的新领域。

外科手术机器人的使用，有助于提高外科医生手术的精度，解决外科医生手部的颤抖、疲劳、肌肉神经的反馈、是医生能够在最舒适的状态下进行手术操作，对于提高手术成功率、减轻患者痛苦具有重要价值。目前，外科手术机器人一般采用主从遥控作业方式，现有的外科手术机器人系统中的主操作手和从端手术器械相互独立，两者之间通过网络进行通信。由于网络通信时延的存在，降低了手术操作过程中的可靠性和稳定性。因此，为了避免现有技术中存在的问题予以改进。

发明内容：

本发明的目的就是针对现有技术之不足，而提供一种主从一体型外科手术机器人系统，其克服了主从外科手术机器人系统通信时延的问题，提高了手术操作过程的可靠性和安全性。

本发明的技术解决措施如下：一种主从一体型外科手术机器人系统，包括摆位装置，所述摆位装置通过摆位固定座与伸缩装置相连，所述伸缩装置的一端设置有主操作手，另一端设置有从端手术器械，所述主操作手通过主手连接件与伸缩装置连接，主操作手通过支撑架设置在主手连接件的下方，所述从端手术器械通过手持滑台与伸缩装置连接，所述从端手术器械通过手术器械连接座设置在手持滑台的一侧，所述伸缩装置内部设置有驱动装置，所述驱动装置接收主操作手的编码器发出的信号；所述的伸缩装置为两个平行设置的平行四连杆机构组成，包括上横杆、侧横杆、长连杆、短连杆和连杆托架，所述侧横杆贴合在所述上横杆长度方向的两侧，并通过销轴与上横杆连接，所述上横杆与侧横杆所围合的空间内设置有长连杆和短连杆，所述长连杆和短连杆的一端分别铰接在连杆托架的两端，所述长连杆的另一端通过销轴与上横杆相连，所述短连杆的另一端通过销轴与上横杆和侧横杆相连；所述的摆位装置包括卡槽、摆座、第一关节、第一连杆、第二关节、第二连杆和第三关节，所述摆座通过卡槽设置在手术床上，卡槽固定在所述摆座的顶端面上，所述摆座上设置有第一关节，第一关节通过旋转轴和一对轴承与第一连杆连接，所述第一连杆上还设置有第二关节，第二关节通过旋转轴与一对轴承与第一连杆连接，所述第一关节设置在第一连杆的底端面上，第二关节设置在第一连杆的顶端面上，所述第二关节的侧上方设置有第三关节，所述第二关节与第三关节之间设置有第二连杆，所述第二连杆为平行四边形机构。

作为上述技术方案的优选，所述的主手连接件通过销轴与所述伸缩装置的上横杆和侧横杆的一端相连。

作为上述技术方案的优选，所述的手持滑台通过销轴与所述伸缩装置的上横杆和侧横杆的另一端相连。

作为上述技术方案的优选，所述的手持滑台的底端设置有夹持从端手术器械的手持套管夹。

作为上述技术方案的优选，所述的摆位固定座与伸缩装置的连杆托架固定联接。

作为上述技术方案的优选，所述的第二连杆通过销轴与所述第二关节与第三关节连接，所述第三关节通过旋转轴与一对轴承与摆位固定座连接。

作为上述技术方案的优选，所述的手术器械连接座通过卡扣卡设在所述手持滑台上。

本发明的有益效果在于：外科手术机器人系统采用主从一体型结构形式，主操作手直接通过机械装置将运动传递给从端手术器械，避免了两者之间的通信延时，提高了手术操作的安全性和稳定性。其中，主操作手具有足够的工作空间，伸缩装置和摆位装置可以满足术前摆位的要求，从端手术器械可以做到快速更换，可以满足临床手术的实际要求，与现有技术相比有如下优点：

1.所述的主操作手和从端手术器械是一体的，即主操作手和从端手术器械通过伸缩装置连接在一起，主操作手的运动可以直接带动从端手术器械的运动，主操作手运动时，通过设置在伸缩装置内部的驱动装置采集主操作手编码盘的信号，然后驱动装置给从端手术器械的电机发送指令，使从端手术器械运动。

2.所述伸缩装置为平行四边形机构，可以使得手术器械的末端为远心不动点，即在伸缩装置的作用下，无论从端手术器械如何运动，手术过程中其末端的位置保持不变。

3.所述摆位装置具有多个自由度，通过各个关节的转动可使从端手术器械到达指定的位置，完全满足外科手术对工作空间的特定要求。

4.所述主操作手的运动方向和从端手术器械的运动方向是相同的，由于该系统中伸缩装置为平行四边形机构，基于平行四边形的运动机理，使得主操作手和从端手术器械的运动方向保持完全一致。

5.所述的从端手术器械可以快速更换，通过手术器械连接座，使得不同类型的手术器械的更换变得十分容易和快捷。

附图说明：

图1为本发明主从一体型外科手术机器人系统的结构示意图；

图2为本发明主从一体型外科手术机器人系统伸缩装置的分解结构示意图；

图3为本发明主从一体型外科手术机器人系统摆位装置的结构示意图；

图4为本发明主从一体型外科手术机器人系统总体结构示意图。

图中，10、主操作手；11、支撑架；20、主手连接件；30、伸缩装置；31、上横杆；32、侧横杆；33、长连杆；34、短连杆；35、连杆托架；40、手持滑台；41、销孔；50、从端手术器械；51、手术器械连接座；60、摆位固定座；70、摆位装置；71、卡槽；72、摆座；73、第一关节；74、第一连杆；75、第二关节；76、第二连杆；77、第三关节。

具体实施方式：

实施例：以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，本实施例中提到的“上方”、“下方”、“顶部”、“底端”等描述是按照通常的意义而定义的，比如，参考重力的方向定义，重力的方向是下方，相反的方向是上方，类似地在上方的是顶部或者顶端，在下方的是底部或底端，也仅为便于叙述明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，也当视为本发明可实施的范畴，实施例中所述的“第一”、“第二”和“第三”同样是为了方便叙述而定义的。

如图1至4所示，一种主从一体型外科手术机器人系统，包括摆位装置70、安装在摆位装置70上的伸缩装置30以及连接在伸缩装置30两端的主操作手10和从端手术器械50，其中摆位装置70可以用来进行术前摆位，将从端手术器械50摆位到指定的位置，手术过程中，医生通过主操作手10来控制从端手术器械50的运动，从而可以满足规定的手术作业要求。

主从一体型外科手术机器人系统各个部分的具体连接关系为：摆位装置70通过摆位固定座60与伸缩装置30相连，所述伸缩装置30的一端设置有主操作手10，另一端设置有从端手术器械50，所述主操作手10通过主手连接件20与伸缩装置30连接，主操作手10通过支撑架11设置在主手连接件20的下方，所述从端手术器械50通过手持滑台40与伸缩装置30连接，所述从端手术器械50通过手术器械连接座51设置在手持滑台40的一侧，所述手术器械连接座51通过卡扣卡设在所述手持滑台40上，这样从端手术器械可以快速更换，通过手术器械连接座51使得不同类型的手术器械的更换变得十分容易和快捷。

所述伸缩装置30内部设置有驱动装置，所述驱动装置接收主操作手10的编码器发出的信号，然后驱动装置给从端手术器械的电机发送指令，使从端手术器械运动，这里所述的驱动装置与电机未在图中标示出。伸缩装置30为两个平行设置的平行四连杆机构组成，包括上横杆31、侧横杆32、长连杆33、短连杆34和连杆托架35，所述侧横杆32贴合在所述上横杆31长度方向的两侧，并通过销轴与横杆31连接，所述横杆31与侧横杆32所围合的空间内设置有长连杆33和短连杆34，所述长连杆33和短连杆34的一端分别铰接在连杆托架35的两端，所述长连杆33的另一端通过销轴与横杆31相连，所述短连杆34的另一端通过销轴与横杆31和侧横杆32相连。

主手连接件20通过销轴与所述伸缩装置30的上横杆31和侧横杆32的一端相连，所述手持滑台40通过销轴与所述伸缩装置30的上横杆31和侧横杆32的另一端相连，手持滑台40通过伸缩装置30可对从端手术器械50做一些微调，将从端手术器械50调试到方便手术的位置，手持滑台40的底端设置有夹持从端手术器械50的手持套管夹，所述手持套管夹可以夹持从端手术器械50的细长端，起到一个导向和约束的作用，所述摆位固定座60与伸缩装置30的连杆托架35固定联接，通过摆位固定座60将摆位装置70与伸缩装置30相连。

摆位装置70包括卡槽71、摆座72、第一关节73、第一连杆74、第二关节75、第二连杆76和第三关节77，所述摆座72通过卡槽71设置在手术床上，卡槽71固定在所述摆座72的顶端面上，所述摆座72上设置有第一关节73，第一关节73通过旋转轴和一对轴承与第一连杆74连接，所述第一连杆74上还设置有第二关节75，第二关节75通过旋转轴与一对轴承与第一连杆74连接，所述第一关节74设置在第一连杆74的底端面上，第二关节75设置在第一连杆74的顶端面上，所述第二关节75的侧上方设置有第三关节77，所述第二关节75与第三关节77之间设置有第二连杆76，所述第二连杆76为平行四边形机构，所述第二连杆76通过销轴与所述第二关节75与第三关节77连接，所述第三关节77通过旋转轴与一对轴承与摆位固定座60连接。

工作原理：通过主操作手10的运动带动从端手术器械50的运动，主操作手10运动时，通过设置在伸缩装置30内部的驱动装置采集主操作手编码盘的信号，然后驱动装置给从端手术器械的电机发送指令，使从端手术器械运动主操作手10可以对从端手术器械50的姿态进行控制。手持滑台40和摆位装置70可以用来进行术前摆位，将从端手术器械50摆位到指定的位置，手术过程中，医生通过主操作手10来控制从端手术器械50的运动，从而可以满足规定的手术作业要求。所述从端手术器械50通过手术器械连接座51设置在手持滑台40的一侧，所述手术器械连接座51通过卡扣卡设在所述手持滑台40上，这样从端手术器械可以快速更换，通过手术器械连接座51使得不同类型的手术器械的更换变得十分容易和快捷。

所述实施例用以例示性说明本发明，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对所述实施例进行修改，因此本发明的权利保护范围，应如本发明的权利要求所列。

Claims (7)

1.一种主从一体型外科手术机器人系统，其特征在于：包括摆位装置(70)，所述摆位装置(70)通过摆位固定座(60)与伸缩装置(30)相连，所述伸缩装置(30)的一端设置有主操作手(10)，另一端设置有从端手术器械(50)，所述主操作手(10)通过主手连接件(20)与伸缩装置(30)连接，主操作手(10)通过支撑架(11)设置在主手连接件(20)的下方，所述从端手术器械(50)通过手持滑台(40)与伸缩装置(30)连接，所述从端手术器械(50)通过手术器械连接座(51)设置在手持滑台(40)的一侧，所述伸缩装置(30)内部设置有驱动装置，所述驱动装置接收主操作手(10)的编码器发出的信号；

所述伸缩装置(30)为两个平行设置的平行四连杆机构组成，包括上横杆(31)、侧横杆(32)、长连杆(33)、短连杆(34)和连杆托架(35)，所述侧横杆(32)贴合在所述上横杆(31)长度方向的两侧，并通过销轴与上横杆(31)连接，所述上横杆(31)与侧横杆(32)所围合的空间内设置有长连杆(33)和短连杆(34)，所述长连杆(33)和短连杆(34)的一端分别铰接在连杆托架(35)的两端，所述长连杆(33)的另一端通过销轴与上横杆(31)相连，所述短连杆(34)的另一端通过销轴与上横杆(31)和侧横杆(32)相连；

所述摆位装置(70)包括卡槽(71)、摆座(72)、第一关节(73)、第一连杆(74)、第二关节(75)、第二连杆(76)和第三关节(77)，所述摆座(72)通过卡槽(71)设置在手术床上，卡槽(71)固定在所述摆座(72)的顶端面上，所述摆座(72)上设置有第一关节(73)，第一关节(73)通过旋转轴和一对轴承与第一连杆(74)连接，所述第一连杆(74)上还设置有第二关节(75)，第二关节(75)通过旋转轴与一对轴承与第一连杆(74)连接，所述第一关节(74)设置在第一连杆(74)的底端面上，第二关节(75)设置在第一连杆(74)的顶端面上，所述第二关节(75)的侧上方设置有第三关节(77)，所述第二关节(75)与第三关节(77)之间设置有第二连杆(76)，所述第二连杆(76)为平行四边形机构。

2.根据权利要求1所述的一种主从一体型外科手术机器人系统，其特征在于：所述主手连接件(20)通过销轴与所述伸缩装置(30)的上横杆(31)和侧横杆(32)的一端相连。

3.根据权利要求2所述的一种主从一体型外科手术机器人系统，其特征在于：所述手持滑台(40)通过销轴与所述伸缩装置(30)的上横杆(31)和侧横杆(32)的另一端相连。

4.根据权利要求3所述的一种主从一体型外科手术机器人系统，其特征在于：所述手持滑台(40)的底端设置有夹持从端手术器械(50)的手持套管夹。

5.根据权利要求1所述的一种主从一体型外科手术机器人系统，其特征在于：所述摆位固定座(60)与伸缩装置(30)的连杆托架(35)固定联接。

6.根据权利要求1所述的一种主从一体型外科手术机器人系统，其特征在于：所述第二连杆(76)通过销轴与所述第二关节(75)与第三关节(77)连接，所述第三关节(77)通过旋转轴与一对轴承与摆位固定座(60)连接。

7.根据权利要求1所述的一种主从一体型外科手术机器人系统，其特征在于：所述手术器械连接座(51)通过卡扣卡设在所述手持滑台(40)上。