CN104983468B - 一种腔镜操作手机器手手臂及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种腔镜操作手机器手臂及其操作方法。包括前球型关节、后球型关节和中间关节；还包括连接于前球型关节与中间关节之间的前连接杆和连接于中间关节与后球型关节之间的后连接杆；所述前球型关节通过连接器与腔镜操作手相连；所述后球型关节通过支撑杆与固定座相连；所述前连接杆和后连接杆能够以中间关节为旋转中心旋转；该手臂的可操作空间为两个球面之间的空间，外球面的半径为前球型关节到中间关节之间的距离与中间关节到后球型关节之间的距离两个距离之和，内球面的半径为所述两个距离之差。能够在腔镜手术全过程中挟持腔镜，具有定位精准、不会疲劳的特点，满足手术医生观看意图，解决传统手术过程中挟持腔镜的难题。

Description

一种腔镜操作手机器手手臂及其操作方法

技术领域

本发明涉及一种腔镜操作手机器手臂及其操作方法，特别是涉及一种适用于腔镜手术医疗器械的腔镜操作手机器手臂及其操作方法。

背景技术

传统微创手术需要腔镜全程观看，必然要一个医生全程挟持腔镜。该医生还必须非常明了手术医生的意图，才能将内窥镜向正确的方向运动。然而，医生长时间操持腔镜，容易产生疲劳，医生情绪或生理活动等不稳定因素也会导致手部抖动，由于显示的图像是放大的，微小的手臂颤动就有可能造成显示屏上令人烦恼的抖动，影响腔镜观看，浪费人力资源，增加了手术风险。研发一种代替医生挟持腔镜的“机器手”非常需要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种节省人力资源，降低手术风险的腔镜操作手机器手臂及其操作方法。

本发明采用的技术方案如下：一种腔镜操作手机器手臂，其特征在于：包括前球型关节1、后球型关节3和中间关节2三个关节；还包括连接于前球型关节1与中间关节2之间的前连接杆4和连接于中间关节2与后球型关节3之间的后连接杆5；所述前球型关节1通过连接器6与腔镜操作手相连；所述后球型关节3通过支撑杆7与固定座8相连；所述前连接杆4和后连接杆5能够以中间关节2为旋转中心旋转；该手臂的可操作空间为两个球面之间的空间，外球面的半径为前球型关节1到中间关节2之间的距离与中间关节2到后球型关节3之间的距离之和，内球面的半径为前球型关节1到中间关节2之间的距离与中间关节2到后球型关节3之间的距离之差。

作为优选，所述中间关节2包括上支座21、下支座22和转动中心轴；上支座21和下支座22能够绕中心轴相对转动；所述前连接杆4与上支座21固定连接；所述后连接杆5与下支座22固定连接。

作为优选，每个所述球型关节的具体结构为：包括与球头连杆11相连的球头12、球头座13、顶杆14和连接支座15；所述球头座13与连接杆之间固定有连接支座15；所述顶杆14穿过连接支座15，能在连接支座15中心轴方向来回移动；所述顶杆14包括用于将球头12顶住锁紧的顶杆头部141；没有对球头12锁紧的情况下，球头12需要转动时，球头12压迫顶杆头部141，顶杆14向与球头12相对的方向移动，球头12得以在球头座13内自由转动。

作为优选，所述中间关节2包括一个旋钮9，通过旋钮9的顺时针或逆时针的旋转，两个球型关节和中间关节2同时锁紧或松开。

作为优选，所述顶杆连杆18套在连接杆内部，能够在连接杆中心轴方向来回移动；所述顶杆连杆18与顶杆14固定连接；所述顶杆连杆18的一端伸出连接杆到支座内部；所述上支座21的空心内部设置有上斜堵23，下支座22的空心内部设置有下斜堵24；所述旋钮9与下斜堵24固定连接，旋钮9向内旋转时，上斜堵23和下斜堵24相向运动，上斜堵23和下斜堵24同时挤压两个顶杆连杆伸出连接杆的头部，顶杆连杆18带动顶杆14向球头12方向移动，顶杆头部141压迫球头12，对球头进行锁紧，同时，旋钮9向内旋转时，带动下支座22靠近上支座21，使下支座22与上支座21接触摩擦力增大锁紧中间关节2；当旋钮9向外旋转时，上斜堵23和下斜堵24反向运动，上斜堵23和下斜堵24同时松开对两个顶杆连杆伸出连接杆的头部的挤压，顶杆头部141对球头12锁紧松开，同时，旋钮9向外旋转时，带动下支座22离开上支座21，使下支座22与上支座21不再接触，松开中间关节2。

作为优选，所述顶杆连杆18套在连接杆内部，能够在连接杆中心轴方向来回移动；所述顶杆连杆18与顶杆14固定连接；所述顶杆连杆18的一端伸出连接杆到支座内部；所述上支座21的空心内部设置有上斜堵23，下支座22的空心内部设置有下斜堵24；所述旋钮9与上斜堵23固定连接，旋钮9向内旋转时，上斜堵23和下斜堵24相向运动，上斜堵23和下斜堵24同时挤压两个顶杆连杆伸出连接杆的头部，顶杆连杆18带动顶杆14向球头12方向移动，顶杆头部141压迫球头12，对球头进行锁紧，同时，旋钮9向内旋转时，带动上支座21靠近下支座22，使下支座22与上支座21接触摩擦力增大锁紧中间关节2；当旋钮9向外旋转时，上斜堵23和下斜堵24反向运动，上斜堵23和下斜堵24同时松开对两个顶杆连杆伸出连接杆的头部的挤压，顶杆头部141对球头12锁紧松开，同时，旋钮9向外旋转时，带动上支座21离开下支座22，使下支座22与上支座21不再接触，松开中间关节2。

作为优选，所述顶杆连杆18套在连接杆内部，能够在连接杆中心轴方向来回移动；所述顶杆连杆18与顶杆14固定连接；所述顶杆连杆18的一端伸出连接杆到支座内部；所述上支座21和下支座22的空心内部的转动中心轴上设置有上斜面凹槽和下斜面凹槽，当球头为完全松开状态时，两个伸到支座内部的顶杆连杆的端头分别完全位于上斜面凹槽内和下斜面凹槽内，同时，两个支座为分离状态，此时三个关节同时处于松开状态；中心轴的一端连接有旋钮9，当旋钮9向内旋转时，旋钮9与所述转动中心轴相向运动，挤压两个顶杆连杆伸出连接杆的头部，顶杆连杆18带动顶杆14向球头12方向移动，顶杆头部141压迫球头12，对球头进行锁紧，同时，旋钮9向内旋转时，带动上支座21靠近下支座22，或带动下支座22靠近上支座21，使下支座22与上支座21接触摩擦力增大锁紧中间关节2；当旋钮9向外旋转时，旋钮9和所述转动中心轴反向运动，转动中心轴同时松开对两个顶杆连杆伸出连接杆的头部的挤压，顶杆头部141对球头12锁紧松开，同时，旋钮9向外旋转时，带动上支座21离开下支座22，或带动下支座22离开上支座21，使下支座22与上支座21不再接触，松开中间关节2。

作为优选，所述球型关节还包括复位弹簧16，所述复位弹簧16位于顶杆头部141与连接支座15之间，套在顶杆14上。

作为优选，所述球型关节还包括转接螺母17，所述连接支座15通过转接螺母17固定于连接杆和球头座13之间。

基于上述腔镜操作手机器手臂的机器手臂操作方法，通过旋钮9松开三个关节，人工调节前连接杆和后连接杆的空间状态，使固定于连接器6的腔镜操作手达到需要的空间，然后通过旋钮9锁紧三个关节。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够在腔镜手术全过程中挟持腔镜，具有定位精准、不会疲劳的特点，满足手术医生观看意图，解决传统手术过程中挟持腔镜的难题。

附图说明

图1为本发明腔镜操作手机器手臂的整体结构示意图。

图2为本发明其中一实施例的球型关节结构示意图。

图3为本发明其中一实施例的中间关节结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本说明书（包括摘要和附图）中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

具体实施例一

如图1所示的腔镜操作手机器手臂，包括前球型关节1和后球型关节3两个球型关节以及中间关节2共三个关节；还包括连接于前球型关节1与中间关节2之间的前连接杆4和连接于中间关节2与后球型关节3之间的后连接杆5共两个连接杆；所述前球型关节1通过连接器6与腔镜操作手相连；所述后球型关节3通过支撑杆7与固定座8相连；所述前连接杆4和后连接杆5能够以中间关节2为旋转中心旋转以调节两个连接杆的空间位置；该腔镜操作手机器手臂的可操作空间为两个球面之间的空间，外球面的半径为前球型关节1到中间关节2之间的距离与中间关节2到后球型关节3之间的距离之和，内球面的半径为前球型关节1到中间关节2之间的距离与中间关节2到后球型关节3之间的距离之差。前球型关节和后球型关节分别有三个自由度，两个摆动自由度和一个旋转自由度；中间关节有一个自由度，两个连接杆将三个关节连接在一起。能够在腔镜手术全过程中挟持腔镜，具有定位精准、不会疲劳的特点，满足手术医生观看意图，解决传统手术过程中挟持腔镜的难题。

如图3所示，在本具体实施例中，所述中间关节2包括上支座21、下支座22和转动中心轴；上支座21和下支座22能够绕中心轴相对转动以调节两个连接杆之间的空间位置；所述前连接杆4与上支座21固定连接；所述后连接杆5与下支座22固定连接。

如图2和图3所示，在本具体实施例中，两个球型关节结构相同，具体结构为：包括与球头连杆11相连的球头12、球头座13、顶杆14和连接支座15；所述球头座13与连接杆之间固定有连接支座15；所述顶杆14穿过连接支座15，能在连接支座15中心轴方向来回移动；所述顶杆14包括用于将球头12顶住锁紧的顶杆头部141，球头能够在球头座和顶杆头部141所形成的空间内转动；没有对球头12锁紧的情况下，球头12需要转动时，球头12压迫顶杆头部141，顶杆14向与球头12相对的方向移动，球头12得以在球头座13内自由转动。

所述中间关节2包括一个旋钮9，通过旋钮9的顺时针或逆时针的旋转，两个球型关节和中间关节2三个关节能够同时锁紧或松开。

所述顶杆连杆18套在连接杆内部，能够在连接杆中心轴方向来回移动；所述顶杆连杆18与顶杆14固定连接；所述顶杆连杆18的一端伸出连接杆到支座内部；所述上支座21的空心内部设置有上斜堵23，下支座22的空心内部设置有下斜堵24；所述旋钮9与下斜堵24固定连接，旋钮9向支座内旋转时，上斜堵23和下斜堵24相向运动，互相靠近，上斜堵23和下斜堵24同时挤压两个顶杆连杆伸出连接杆的头部，这样，顶杆连杆18带动顶杆14向球头12方向移动，两个顶杆头部141分别压迫各自对应的球头12，同时对两个球头进行锁紧，同时，旋钮9向内旋转时，带动下支座22靠近上支座21，使下支座22与上支座21接触，使上支座和下支座之间的摩擦力增大从而锁紧中间关节2，三个关节同时锁紧；当旋钮9向外旋转时，上斜堵23和下斜堵24反向运动，上斜堵23和下斜堵24同时松开对两个顶杆连杆伸出连接杆的头部的挤压，顶杆头部141对球头12锁紧松开，同时，旋钮9向外旋转时，带动下支座22离开上支座21，使下支座22与上支座21不再接触，松开中间关节2，三个关节同时松开。

球型关节的球头包在球头座中，松开时，连杆18能够进行两个维度的摆动，还能够有一个维度的旋转。顶杆14和顶杆连杆18等构成球形关节的锁紧（制动）机构，顶杆用力顶住球头时，摩擦阻力阻止球头和球头座相对运动，达到锁紧目的。顶杆顶住球头的力量减小或没有作用力时，球头和球头座恢复相对运动。

所述球型关节还包括复位弹簧16，所述复位弹簧16位于顶杆头部141与连接支座15之间，套在顶杆14上。

所述球型关节还包括转接螺母17，所述连接支座15通过转接螺母17固定于连接杆和球头座13之间。

基于上述腔镜操作手机器手臂的机器手臂操作方法，通过旋钮9松开三个关节，人工调节前连接杆和后连接杆的空间状态，使固定于连接器6的腔镜操作手达到需要的空间，然后通过旋钮9锁紧三个关节。

具体实施例二

与具体实施例一的区别仅在于：所述旋钮9与上斜堵23固定连接，旋钮9向内旋转时，上斜堵23和下斜堵24相向运动，互相靠近，上斜堵23和下斜堵24同时挤压两个顶杆连杆伸出连接杆的头部，这样，顶杆连杆18带动顶杆14向球头12方向移动，两个顶杆头部141分别压迫各自对应的球头12，同时对两个球头进行锁紧，同时，旋钮9向内旋转时，带动上支座21靠近下支座22，使下支座22与上支座21接触，使上支座和下支座之间的摩擦力增大从而锁紧中间关节2，三个关节同时锁紧；当旋钮9向外旋转时，上斜堵23和下斜堵24反向运动，上斜堵23和下斜堵24同时松开对两个顶杆连杆伸出连接杆的头部的挤压，顶杆头部141对球头12锁紧松开，同时，旋钮9向外旋转时，带动上支座21离开下支座22，使下支座22与上支座21不再接触，松开中间关节2，三个关节同时松开。

具体实施例三

与具体实施例一和具体实施例二的区别在仅于：所述上支座21和下支座22的空心内部的转动中心轴上设置有上斜面凹槽和下斜面凹槽，当两个球头为完全松开状态时，两个伸到支座内部的顶杆连杆的端头分别完全位于上斜面凹槽内和下斜面凹槽内，同时，两个支座为分离状态，此时三个关节同时处于松开状态；中心轴的一端连接有旋钮9，当旋钮9向内旋转时，旋钮9与所述转动中心轴相向运动，挤压两个顶杆连杆伸出连接杆的头部，顶杆连杆18带动顶杆14向球头12方向移动，两个顶杆头部141分别压迫各自对应的球头12，同时对两个球头进行锁紧，同时，旋钮9向内旋转时，带动上支座21靠近下支座22，或带动下支座22靠近上支座21，使下支座22与上支座21接触，使上支座和下支座之间的摩擦力增大从而锁紧中间关节2，三个关节同时锁紧；当旋钮9向外旋转时，旋钮9和所述转动中心轴反向运动，转动中心轴同时松开对两个顶杆连杆伸出连接杆的头部的挤压，顶杆头部141对球头12锁紧松开，同时，旋钮9向外旋转时，带动上支座21离开下支座22，或带动下支座22离开上支座21，使下支座22与上支座21不再接触，松开中间关节2，三个关节同时松开。

Claims (8)

1.一种腔镜操作手机器手臂，其特征在于：包括前球型关节（1）、后球型关节（3）和中间关节（2）三个关节；还包括连接于前球型关节（1）与中间关节（2）之间的前连接杆（4）和连接于中间关节（2）与后球型关节（3）之间的后连接杆（5）；所述前球型关节（1）通过连接器（6）与腔镜操作手相连；所述后球型关节（3）通过支撑杆（7）与固定座（8）相连；所述前连接杆（4）和后连接杆（5）能够以中间关节（2）为旋转中心旋转；该手臂的可操作空间为两个球面之间的空间，外球面的半径为前球型关节（1）到中间关节（2）之间的距离与中间关节（2）到后球型关节（3）之间的距离之和，内球面的半径为前球型关节（1）到中间关节（2）之间的距离与中间关节（2）到后球型关节（3）之间的距离之差；

顶杆连杆（18）套在连接杆内部，能够在连接杆中心轴方向来回移动；所述顶杆连杆（18）与顶杆（14）固定连接；

每个所述球型关节的具体结构为：包括与球头连杆（11）相连的球头（12）、球头座（13）、顶杆（14）和连接支座（15）；所述球头座（13）与连接杆之间固定有连接支座（15）；所述顶杆（14）穿过连接支座（15），能在连接支座（15）中心轴方向来回移动；所述顶杆（14）包括用于将球头（12）顶住锁紧的顶杆头部（141）；没有对球头（12）锁紧的情况下，球头（12）需要转动时，球头（12）压迫顶杆头部（141），顶杆（14）向与球头（12）相对的方向移动，球头（12）得以在球头座（13）内自由转动；

所述球型关节还包括复位弹簧（16），所述复位弹簧（16）位于顶杆头部（141）与连接支座（15）之间，套在顶杆（14）上。

2.根据权利要求1所述的腔镜操作手机器手臂，其特征在于：所述中间关节（2）包括上支座（21）、下支座（22）和转动中心轴；上支座（21）和下支座（22）能够绕中心轴相对转动；所述前连接杆（4）与上支座（21）固定连接；所述后连接杆（5）与下支座（22）固定连接。

3.根据权利要求2所述的腔镜操作手机器手臂，其特征在于：所述中间关节（2）包括一个旋钮（9），通过旋钮（9）的顺时针或逆时针的旋转，两个球型关节和中间关节（2）同时锁紧或松开。

4.根据权利要求3所述的腔镜操作手机器手臂，其特征在于：所述顶杆连杆（18）套在连接杆内部，能够在连接杆中心轴方向来回移动；所述顶杆连杆（18）与顶杆（14）固定连接；所述顶杆连杆（18）的一端伸出连接杆到上、下支座内部；所述上支座（21）的空心内部设置有上斜堵（23），下支座（22）的空心内部设置有下斜堵（24）；所述旋钮（9）与下斜堵（24）固定连接，旋钮（9）向内旋转时，上斜堵（23）和下斜堵（24）相向运动，上斜堵（23）和下斜堵（24）同时挤压两个顶杆连杆伸出连接杆的头部，顶杆连杆（18）带动顶杆（14）向球头（12）方向移动，顶杆头部（141）压迫球头（12），对球头进行锁紧，同时，旋钮（9）向内旋转时，带动下支座（22）靠近上支座（21），使下支座（22）与上支座（21）接触摩擦力增大锁紧中间关节（2）；当旋钮（9）向外旋转时，上斜堵（23）和下斜堵（24）反向运动，上斜堵（23）和下斜堵（24）同时松开对两个顶杆连杆伸出连接杆的头部的挤压，顶杆头部（141）对球头（12）锁紧松开，同时，旋钮（9）向外旋转时，带动下支座（22）离开上支座（21），使下支座（22）与上支座（21）不再接触，松开中间关节（2）。

5.根据权利要求3所述的腔镜操作手机器手臂，其特征在于：所述顶杆连杆（18）套在连接杆内部，能够在连接杆中心轴方向来回移动；所述顶杆连杆（18）与顶杆（14）固定连接；所述顶杆连杆（18）的一端伸出连接杆到上、下支座内部；所述上支座（21）的空心内部设置有上斜堵（23），下支座（22）的空心内部设置有下斜堵（24）；所述旋钮（9）与上斜堵（23）固定连接，旋钮（9）向内旋转时，上斜堵（23）和下斜堵（24）相向运动，上斜堵（23）和下斜堵（24）同时挤压两个顶杆连杆伸出连接杆的头部，顶杆连杆（18）带动顶杆（14）向球头（12）方向移动，顶杆头部（141）压迫球头（12），对球头进行锁紧，同时，旋钮（9）向内旋转时，带动上支座（21）靠近下支座（22），使下支座（22）与上支座（21）接触摩擦力增大锁紧中间关节（2）；当旋钮（9）向外旋转时，上斜堵（23）和下斜堵（24）反向运动，上斜堵（23）和下斜堵（24）同时松开对两个顶杆连杆伸出连接杆的头部的挤压，顶杆头部（141）对球头（12）锁紧松开，同时，旋钮（9）向外旋转时，带动上支座（21）离开下支座（22），使下支座（22）与上支座（21）不再接触，松开中间关节（2）。

6.根据权利要求3所述的腔镜操作手机器手臂，其特征在于：所述顶杆连杆（18）套在连接杆内部，能够在连接杆中心轴方向来回移动；所述顶杆连杆（18）与顶杆（14）固定连接；所述顶杆连杆（18）的一端伸出连接杆到上、下支座内部；所述上支座（21）和下支座（22）的空心内部的转动中心轴上设置有上斜面凹槽和下斜面凹槽，当球头为完全松开状态时，两个伸到上、下支座内部的顶杆连杆的端头分别完全位于上斜面凹槽内和下斜面凹槽内，同时，两个支座为分离状态，此时三个关节同时处于松开状态；中心轴的一端连接有旋钮（9），当旋钮（9）向内旋转时，旋钮（9）与所述转动中心轴相向运动，挤压两个顶杆连杆伸出连接杆的头部，顶杆连杆（18）带动顶杆（14）向球头（12）方向移动，顶杆头部（141）压迫球头（12），对球头进行锁紧，同时，旋钮（9）向内旋转时，带动上支座（21）靠近下支座（22），或带动下支座（22）靠近上支座（21），使下支座（22）与上支座（21）接触摩擦力增大锁紧中间关节（2）；当旋钮（9）向外旋转时，旋钮（9）和所述转动中心轴反向运动，转动中心轴同时松开对两个顶杆连杆伸出连接杆的头部的挤压，顶杆头部（141）对球头（12）锁紧松开，同时，旋钮（9）向外旋转时，带动上支座（21）离开下支座（22），或带动下支座（22）离开上支座（21），使下支座（22）与上支座（21）不再接触，松开中间关节（2）。

7.根据权利要求4到6之一所述的腔镜操作手机器手臂，其特征在于：所述球型关节还包括转接螺母（17），所述连接支座（15）通过转接螺母（17）固定于连接杆和球头座（13）之间。

8.基于权利要求3所述的腔镜操作手机器手臂的机器手臂操作方法，通过旋钮（9）松开三个关节，人工调节前连接杆和后连接杆的空间状态，使固定于连接器（6）的腔镜操作手达到需要的空间，然后通过旋钮（9）锁紧三个关节。