CN107997823B - 一种外科手术机器人操作端力传感装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外科手术机器人操作端力传感装置，属于医疗器材领域，通过枪把式的结构设计，能够方医生的操作，能够用在神经外科、心胸外科、心血管外科、肝胆外科、胃肠外科等微创手术中。

Description

一种外科手术机器人操作端力传感装置

技术领域

本发明涉及手术机器人力传感装置。

背景技术

现在的远程操作装置鉴于达芬奇机器人系统的主控制器，用于医生控制台的操作人员控制手术台车仪器设备和内窥镜。有两主要的部分，一个方向平台和一个定位手臂，其中主方向平台具有旋转仪器、打开和关闭仪器手指的功能；定位手臂能够在手术环境中移动仪器。从达芬奇的控制器装置中和机器人手臂上的操作移动不属于同一运行模式，医生不能根据机器人手臂的具体运行需求在医生控制台进行操作。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种外科手术机器人操作端力传感装置，包括有：

活动杆，其用于接收外部操作者的移动操作，活动杆沿着移动方向分布有轮齿；

齿轮，所述齿轮和活动杆上的齿轮配合，活动杆的移动带动齿轮的转动，所述的齿轮上设有能够检测其转动的霍尔传感器；

固定组件，所述的固定组件用于固定齿轮以及活动杆。

本发明通过将齿轮上的霍尔传感器的转动转变到移动距离，并进一步检测活动杆的轴向移动距离，并将相应的数据发送到手术机器人数据处理系统，控制远端执行部件如电凝钳、电刀、施夹钳等的移动，采用这种方式准确度高，传感器位置易设置，在具体，传感器在于检测转动，因此按照现有的方式设置在合理的位置即可。

同时齿轮和活动杆通过齿轮配合，将增大活动杆的稳定性，医生操作的时候，不容易程序轴向距离操作过渡。

作为改进，所述的固定组件上设有一个位于活动杆前端的杆槽，杆槽内设有一个用于活动杆端部通过的槽，其目的在于对活动杆进行轴向限位，提高移动的稳定性。

本发明活动杆通常是通过医生等操作者去控制，其具体可以是各种可以控制活动杆前后移动的部件，但在医疗机器人当中，为了便于医生操作，在优选的方案中，活动杆的近端是操作者手持的枪把组件，类似与现有医疗器械中的这种枪把组件。当为了提供更多的检测自由度，在更优选的实施方案中，所述的枪把组件包括枪把和枪体，枪把能够绕着枪体沿着竖直轴转动，并设有检测其转动的霍尔传感器，医生可以方便的操作这种转动自由度，活动杆位置不会发生变化，在医疗机器人操作当中是至关重要的，医生在操作的时候，位置不应出现大的移动。

作为改进，，所述的枪把包括扳机和手柄，所述的扳机绕着手柄转动，并设有能够检测其转动的霍尔传感器，在操作的时候，这种自由度通常在于给远端的手术器械的执行端开口结构的开闭，如电凝钳的开闭，使得医生看着显示屏操作有身临其境之感，医生也更加快的学习操作机器人。

作为改进，所述的活动杆上设有能够相对活动杆轴向转动的旋转套，并设有检测其相对转动的霍尔传感器，旋转套主要在于控制远端长臂手术器械沿着臂轴转动。

作为改进，所述的活动杆上设有转体，所述的转体限制活动杆并保证活动杆至少在1个自由度方向上运动。

作为改进，所述的转体包括固定活动杆的内固定件，活动杆穿过内固定件并可以相对内固定件沿着活动杆方向移动，并设有检测该移动的霍尔传感器。

作为改进，转体还包括和内固定件转动连接的中旋转件，并设有检测其转动的霍尔传感器。

作为改进，所述的转体包括和中旋转件转动连接的外旋转件，外旋转件固定在外部固定装置上，所述的内固定件和外旋转件包括2个转动自由度。

操作端手术器械在使用的时候，通常要沿着操作端组织各种转动，而这种转动在医生的操作处是难以控制的，上述方案在于解决的这个问题，在使用的时候，通过最外部的旋转件固定操作装置上，能够控制中间的各种旋转件转动。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是实施例1杆端件的结构示意图；

图3是实施例1枪把的结构示意图；

图4是实施例1转体的结构示意图；

图5是实施例1枪把的示意图；

图中标记：图中标记：1-枪把，101-扳机，102-手柄，103-传动杆，104-转动座，2-枪体，201-旋转体，3-活动杆，303-齿轮，4-转体，401-内固定件，402-中旋转件，402-外旋转件，5-杆端件,501-齿轮，502-杆槽。

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：本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种多自由度操作远程操作枪（为了表述方便附图1中向右为X方向，向上为Y方向，垂直与附图向里为Z方向），包括：

传感器组件，所述的传感器包括若干个霍尔传感器，所述的霍尔传感器检测操作腔的移动和转动，所述的霍尔传感器通过检测各个转动或者移动部分的运动，所述的霍尔传感器型号等根据需要采用常用的，能够满足需求即可；

枪把，所述的枪把包括扳机和手柄，所述的扳机绕着手柄转动，所述的扳机和枪把在优选方案中采用和施夹钳或者电凝钳中的枪把类似的结构，其中扳机和手柄可以通过一个传动杆连接，当扣动扳机，传动杆和手柄的连接处会有一个转动，霍尔传感器可以去检测这个转动；

枪体，所述的枪把和枪体转动连接，所述的枪体作用在于连接活动杆和枪把，所述的枪把和枪体可以在一定范围内绕着Y轴方向转动，并设有霍尔传感器去检测这种转动；

活动杆，所述的活动杆和枪体可以在Y轴方向转动，

作为改进，所述的活动杆上设有转体，所述的转体限制活动杆并保证活动杆至少在2个自由度方向上运动，通常情况下，所述的转体和医生操作舱或者控制上的固定部件连接，在一定程度上起着固定操作枪的作用。

作为改进，所述的转体包括固定活动杆的内固定件，活动杆穿过内固定件并可以相对内固定件沿着活动杆方向移动，在这种情况下内固定件和外部连接，活动杆具有一个移动自由度。

作为改进，所述转体和内固定件转动连接的中旋转件，内固定件可以绕着中旋转件在Y轴或Z轴方向上转动，在此情况下中旋转件和外部装置连接，活动杆具有一个转动自由度和一个平移自由度。

作为改进，所述的转体包括和中旋转件转动连接的外旋转件，所述的内固定件和外旋转件包括2个转动自由度，所述的内固定件和中旋转件以及中旋转件和外旋转件的转动方向不在一个轴上，如前者为Y轴，后者为Z轴。

作为改进，所述的转体上设有和转体固定连接的杆端件，所述的活动杆上设有轮齿，所述的杆端件上设有和活动杆上轮齿配合的齿轮并设有检测齿轮转动的霍尔传感器，将活动杆的平移运动转化为转动运动，一方面能够给活动杆的平移提供阻力，限制活动杆的运动，另一方面提高活动杆位移的检测效果。

作为改进，所述的杆端件上设有用于活动杆通过的杆槽，活动杆朝着原离枪把的方向运动时，活动杆进入杆槽。

作为改进，所述的枪体2内设有可以沿着活动杆方向旋转的旋转体，所述的旋转体在X轴方向行自转，并设有传感器进行检测传感。

本发明的操作枪具有多个自由度操作，能够精确的控制位于机械臂终端的施夹钳、电凝钳等手术附件，同时操作枪按照远端附件结构类同设计，能够方便医生的操作。

为了便于理解本发明，公开了一个具体的自由度操作远程操作枪，包括：

传感器组件，所述的传感器包括若干个霍尔传感器，所述的霍尔传感器检测操作手柄的移动和转动；

枪把1，所述的枪把1包括扳机101和手柄102，所述的扳机101绕着手柄转动；

枪体2，所述的枪把1和枪体2转动连接；

活动杆3，所述的活动杆和枪体2转动连接。

所述的活动杆3上设有转体4，所述的转体4限制活动杆3并保证活动杆3至少在2个自由度方向上运动。

所述的转体4包括固定活动杆的内固定件401，活动杆3穿过内固定件401并可以和内固定件沿着沿着活动杆3方向移动，和内固定件401转动连接的设有中旋转件402，和中旋转件402转动连接的设有外旋转件402，所述的内固定件和外旋转件包括2个转动自由度。

转体4上设有和转体4固定连接的杆端件5，所述的活动杆上设有轮齿，所述的杆端件5上设有和活动杆上轮齿配合的齿轮501并设有检测齿轮501转动的霍尔传感器，的杆端件5上设有用于活动杆通过的杆槽502，活动杆朝着原离枪把的方向运动时，活动杆进入杆槽502。

当活动杆摆正的时候，所述的枪体2内设有可以沿着活动杆方向旋转的旋转体201，所述的转体优选旋转套,

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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、 “上”、 “下”、 “左”、 “右”、 “竖直”、“水平”、 “内”、 “外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、 “相连”、 “连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

Claims (3)

1.一种外科手术机器人操作端力传感装置，其特征在于，包括有：

活动杆（3），其用于接收外部操作者的移动操作，活动杆沿着移动方向分布有轮齿；

齿轮（501），所述齿轮和活动杆上的轮齿配合，活动杆的移动带动齿轮的转动，所述的齿轮上设有能够检测其转动的霍尔传感器；

固定组件，所述的固定组件用于固定齿轮以及活动杆（3）；

所述的固定组件上设有一个位于活动杆前端的杆槽（502），杆槽内设有一个用于活动杆端部通过的槽。

所述的活动杆的近端是操作者手持的枪把组件；

所述的枪把组件包括枪把（1）和枪体（2），枪把能够绕着枪体沿着竖直轴转动，并设有检测其转动的霍尔传感器；

所述的活动杆上设有转体（4），所述的转体（4）限制活动杆（3）并保证活动杆（3）至少在1个自由度方向上运动；

所述的转体（4）包括固定活动杆的内固定件（401），活动杆（3）穿过内固定件（401）并可以相对内固定件沿着活动杆（3）方向移动，并设有检测该移动的霍尔传感器；

转体（4）还包括和内固定件（401）转动连接的中旋转件（402），并设有检测其转动的霍尔传感器；

所述的转体（4）包括和中旋转件（402）转动连接的外旋转件（402），外旋转件固定在外部固定装置上，所述的内固定件和外旋转件包括2个转动自由度；

所述的中旋转件设有一中空部，内固定件位于中旋转件的中空部内，所述的外旋转件设有一中空部，中旋转件位于外旋转件的中空部内；

所述的外科手术机器人操作端力传感装置由铜合金材料制备，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。

2.根据权利要求1所述的外科手术机器人操作端力传感装置，其特征在于，所述的枪把（1）包括扳机（101）和手柄（102），所述的扳机（101）绕着手柄转动，并设有能够检测其转动的霍尔传感器。

3.根据权利要求2所述的外科手术机器人操作端力传感装置，其特征在于，所述的活动杆上设有能够相对活动杆轴向转动的旋转套，并设有检测其相对转动的霍尔传感器。