CN107981931B - 一种肿瘤切除手术机器人机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种肿瘤切除手术机器人机械臂，属于医疗设备领域，旨在提供一种在人体微小创口的情况下实现手术器材的尽大范围内活动，提高手术的操作自由程度，包括：连接件，所述的连接件与机器人机械臂连接，并设有安装座可以绕着机械臂转动；固定装置，所述的固定装置用来固定进行手术操作的外科器材，所述的固定装置设有一个安装手术器材的第一固定座，第一固定座连接有可以驱动第一固定座移动的第一动力装置，第一动力装置驱动第一固定座进而控制外科器材的移动进一步控制手术器材末端达到预想的位置。

Description

一种肿瘤切除手术机器人机械臂

技术领域

本发明涉及医疗设备领域，具体来讲是一种肿瘤切除手术机器人机械臂

背景技术

微创手术，通俗的来讲就是微小创伤的手术，是指利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械及相关设备进行的手术。 一般情况下，为了进行手术，需要将手术的器材通过微小的皮肤表面开口伸进人体内，通过器材末端的执行结构进行相应的手术操作，而末端和人体的操作端之间为一个长管结构。

在现阶段开发的远程手术机器人（如达芬奇手术机器人、妙手手术机器人），可以让医生通过在远程操作发出相应的指令，而在手术室设有一个机器人手术台，机器人通过若干个机器人臂（一般为4-6个）末端的手术器材（一般是耗材可以拆卸）在人体进行手术操作。

而为了完成相应的手术操作（如切、夹、抓）等操作，这个时候就需要将手术器材深入到人体内进行操作，在深入的过程当中，要实现外科手术器材在较大幅度的旋转和平移，在现有的技术方案当中，手术器械的平移和旋转是两个相互独立的运动，在器械深入人体进行操作的时候，由于是微创手术，两种运动协调起来比较困难，进而可能要开较大的开口进行手术操作。

同时在器材末端动作幅度较大的时候，势必要导致器材的长管由较大幅度的移动，所以有时候为了手术的操作，需要在人体上开较大的开口，而这与微创手术的初衷是格格不入的，所以需要在手术的时候尽可能的将长管的某一个位置点固定，而又可以在器材的执行端进行自由操作。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种肿瘤切除手术机器人机械臂，能够更微创的切除人体肿瘤部分，具体包括：

连接件，所述的连接件与机器人机械臂连接，并设有安装座可以绕着机械臂转动；

固定装置，所述的固定装置用来固定进行手术操作的外科器材，所述的固定装置设有一个安装手术器材的第一固定座，第一固定座连接有可以驱动第一固定座移动的第一动力装置，第一动力装置驱动第一固定座进而控制外科器材的移动进一步控制手术器材末端达到预想的位置。

而通常情况下连接件与机器人机械臂的这种转动是绕着连接件的一个轴（这个轴可能是虚拟存在的或者是具体存在的，本发明中称为第一转轴），就相当与在这个轴上，连接件只有转动没有移动，这种轴上的某一点很适宜作为皮肤开口的位置点，而通常情况下，这个轴可以是一种虚拟的轴，所述的虚拟的这个转动点是在安装座转轴的延长线上，而这个点是不存在连接上的，而在此设计下，设定有第一固定座可以沿着固定自由移动（伸进），而在第一固定座的带动下，外科手术器材是可以自由移动（伸进）的，通常情况下手术器材是可以自由移动的线和连接件安装座转轴是存在一定交点的或者在误差不大的情况下相交，而这个交点在连接件绕着机器人臂转动的时候是不会发生移动的，通过固定装置的第一动力装置调整外科器材的移动，进一步调整上述的交点在外科器材上的落点（皮肤的开口点）就可以在实现微创的情况下控制器材在体内的长度以及提高可操作的空间。

在优选的实施方案中，所述的第一动力装置为将转动转成移动的动力装置，作为进一步的优选，所述的第一动力装置包括第一电机、与第一电机连接的第一螺杆件、套在第一螺杆件上的第一螺母件，第一螺母件通过第一固定座和外科器材连接在这种情况下在马达比较小的情况下可以尽可能的提高推动力，或者在推动力一定的情况下尽可能的降低马达的功率以及大小。

在优选的实施方案中，所述的连接件上设有弧形导轨，所述的固定装置上设有用于和弧形导轨配合的卡位件，导轨和卡位件的配合使得固定装置可以绕着弧形导轨转动，所述的固定装置还连接有驱动固定装置沿着导轨转动的第二动力装置。弧形导轨是存在一个中心点的，当固定装置在弧形导轨的约束下转动，其就是在绕着这个弧形导轨的中心点转动，而在这个中心点上，固定装置以及以及外科手术器材是不发生移动。在一些优选的实施方案中，这个弧形的中心点可以在第一转轴上的，在这种情况下不管是固定装置绕着导轨转动、还是连接件绕着第一转轴转动以及固定装置带动手术器材前进后退，这种这个中心是可以保持不发生移动的，在具体的手术操作中，可以控制将皮肤创口设在这个点上，这样不仅可以实现微创的操作，也提高了手术器材在体内的灵活性，更好的进行微创手术操作。

作为改进，所述的第二动力装置包括第二电机、与第二电机连接的第二螺杆件、套在第二螺杆件上的第二螺母件，第二螺母件通过第二固定座和固定装置连接。

作为改进，所述的固定装置设有一个带有凹槽的第二连接件，所述的第二固定座通过一个连接柱卡在第二连接件的凹槽里。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的优异效果在于：外科医疗手术机器人特别是微创外科手术机器人，对机械臂的精度具有较高的要求，而本发明公开的机械臂结构满足上述的要求，首先本发明公开的机械臂结构可以使得安装在上面的手术器材能够灵活的进行微创外科手术的操作，在人体表面开小创口就可以在人体内进行多角度的操作。在进一步优选的方案中，在满足微小创口的前提下进一步增大了外科器材末端执行端的灵活性。在一些优选的方案中，本发明具有较强的稳定性，操作误差小，可以满足高精度的要求。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是相对于1从另一个面观察的结构示意图；

图3是本发明优选导轨的示意图；

图4是本优选方案中固定装置动力部件的示意图；

图5是优选方案中第二连接件安装位置示意图；

图6是第二驱动装置的结构图；

图中标记：1-连接件，11-导轨，111-第一凹槽，112-第二凹槽，12-安装座，13-L型连接杆，21-卡位件，22-第二固定座，23-第二电机，24-第二螺杆，25-第二螺母件，31-电机，32-螺杆件，33-螺母件，34-第一固定座，35-第二连接件，36-盖板。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

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仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

具体实施例1：本实施例公开了一种微创手术机器人机械臂，根据附图对各其作出详细说明。

图1是本实施例的整体结构示意图，在图中主要包括两部分；

第一部件是连接件1，在连接件1的末端设有安装在机器人人上的安装座12，以及中间为L型连接杆13，在L型连接杆的下端设有不在同一平面的两个平板结构，较上的一个设有导轨11，导轨11固定在连接件1上，较下的一个安装有动力装置，在安装座12端，整个连接件1可以绕着安装座12的转动。

第二部分是固定装置结构，在本实施例中可以称为滑板，在使用的时候固定装置上是固定安装有手术器材的，通常情况下，手术器材是顺着滑板的方向放置，具体可以参照图5的一种放置方式。滑板是通过两个位置和连接件1连接，第一个位置是在导轨处，第二个位置是滑板的中间位置动力装置处，通过动力装置拉动滑板，使得滑板在导轨的约束下转动，这样手术器材就会沿着远端的一个点转动（如图中的黑点，而黑点在优选在安装座12转动轴的延长线上，可以连接件1转动，连接件在黑点处也保持没有水平位置），这个远端就可以作为皮肤的开口带你，由于手术器材在这个远端点是保持不动的，所以这个开口点就可以开的很小，达到微创的效果。

图2可以看出固定装置和连接件1的具体连接图，在图中，固定装置上设有用于和导轨11配合的卡位件21，同时也可以很清楚看到连接件1的截面结构以及动力装置安装的位置。

图3上导轨的一个较优选择的具体结构，由于手术对器材的位置精度要求非常高，所以导轨和卡位件21的配合误差也需要尽可能的小，在多次实验改进的基础上，设置出一种特殊的导轨，导轨11的两侧中间设有第一凹槽111，两侧的上端设有第二凹槽112，所述的第一凹槽111底部为平面，所述的第二凹槽的地面为曲面结构，与第一凹槽111的下端与第一凹槽的底部连接的面为平面。在此方案中发现器材能够平稳误差即小的运行。

图6是位于连接件1上的动力装置的结构图，包括电机31、与电机连接的螺杆件32、套在螺杆件上的螺母件33，螺母件通过第一固定座34和固定装置连接，在使用的时候控制系统控制电机31，电机带动螺杆机32旋转，进而带动螺母件平移，螺母件带动固定装置绕着导轨旋转。

图5是固定装置和动力装置连接方式的一个优选方式，固定装置设有一个带有凹槽的第二连接件35，所述的第一固定座34通过一个连接柱卡在第二连接件的凹槽里。

图4是优选方案中固定装置动力部件的示意图，固定装置上还设有一个安装手术器材的第二固定座22，第二固定座22连接有驱动第二固定座移动的第二动力装置驱动手术器材沿着滑板反向移动，第二驱动装置具体包括第二电机23，与第二连接连接的第二螺杆24、套在螺杆上的第二螺母件25，所述的第二螺母件和第二固定座22连接，第二固定座22中间设有通道，第二动力装置上设有盖住第二螺杆的第二盖板，所述的第二盖板通过第二固定座22的通道。

在本实施例中手术器材末端执行器上可以形成多个自由度： 第一，执行机械臂在安装座12下绕着机器人机械臂转动，形成第一个自由度；

第二，在动力装置的带动下滑板绕着导轨弧形转动形成第二个自由度；

第三，在第二动力装置下，手术器材在滑板方向上移动，引起器材的移动形成第三个自由度；

手术器材上可以形成相应的自由度。

本发明公开的产品常规情况下可以采用铁、不绣钢等，但在机器人末端要受到重力、阻力等的影响，对其稳定性要求较高，所以需要抗弯强度大等力学性能好的产品，为此，本发明使用了一种特殊的铜合金材料，铜合金材料采用高纯度的铜真空熔融制备，具体按照重量份包括铜100份、镍2份、锌2份、锡1份、镓1份，铅1份，通过常规的真空熔融技术，其结构制备，抗弯强度可以达到1200mpa以上。

Claims (1)

1.一种肿瘤切除手术机器人机械臂，其特征在于，包括：

连接件，所述的连接件与机器人机械臂连接，并设有安装座可以绕着机械臂转动，所述的连接件上设有导轨，导轨为弧形，导轨（ 11） 的两侧中间设有第一凹槽（ 111） ，两侧的上端设有第二凹槽（ 112） ，所述的第一凹槽（ 111） 底部为平面，所述的第二凹槽的底面为曲面结构，第一凹槽（ 111） 的下端与第一凹槽的底部连接的面为平面；

固定装置，所述的固定装置用来固定进行手术操作的外科器材，所述的固定装置上设有用于和导轨配合的卡位件，导轨和卡位件的配合使得固定装置可以绕着导轨转动以使得外科器械能够沿着导轨的弧心点转动，

所述的固定装置还连接有驱动固定装置沿着导轨转动的第一动力装置，所述的第一动力装置包括第一电机、与第一电机连接的第一螺杆件、套在第一螺杆件上的第一螺母件，第一螺母件通过第一固定座和固定装置连接，固定装置设有一个带有凹槽的第二连接件，第一固定座通过一个连接柱卡在第二连接件的凹槽里，连接柱卡在凹槽中的接触点和弧心点的距离大于导轨到弧心点的距离；

所述的固定装置设有一个安装手术器材的第二固定座，第二固定座连接有可以驱动第二固定座移动的第二动力装置，第二动力装置驱动第二固定座进而控制外科器材的移动进一步控制手术器材末端达到预想的位置；所述的第二动力装置包括第二电机、与第二电机连接的第二螺杆件、套在第二螺杆件上的第二螺母件，第二螺母件通过第二固定座和外科器材连接。