CN108175508B - 一种医疗手术机器人机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种医疗手术机器人机械臂，属于医疗设备领域，旨在提供操作灵活的机器人机械臂，包括：连接件，所述的连接件和机器人手术臂连接；固定装置，所述的固定装置用来固定拥有执行末端的手术器材；转动装置，所述的转动装置用来驱动固定装置转动，进而控制固定装置上的手术器材进行转动，在手术进行的时候找到适合的操作位置；本发明的机械臂特别可以应用在微创手术机器人上。

Description

一种医疗手术机器人机械臂

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体来说是一种医疗手术机器人机械臂。

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，特别是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，提供一种医疗手术机器人机械臂，包括：

连接件，所述的连接件和机器人手术臂连接；

固定装置，所述的固定装置用来固定拥有执行末端的手术器材；

转动装置，所述的转动装置用来驱动固定装置转动，进而控制固定装置上的手术器材进行转动，在手术进行的时候找到适合的操作位置。

在上述结构之下，连接件和机器人手臂的连接可以产生转动，并且转动装置控制固定装置转动进而控制手术器材的转动，这样可以实现手术器材的多自由度操作，提供手术器材的灵活性，减少开口。

在较优的实施方式中，连接件上能够绕着机器人手臂旋转，连接件上通常设定有一个安装座安装在机器人手臂上，连接件在转动的时候就会绕着一个轴（以下称为第一转轴）在转动，也就是这个第一转轴上的点不会产生移动只产生转动的，而在本发明中设有一个固定装置，所述的固定装置用来固定外科器材（通产是带有一个长管结构的施夹钳、电凝钳、内窥镜等）。而在一些有限方案中，当外科器材安装在固定装置上的时候，外科器材是沿着一条轴（可称为第二转轴），分布的，在微创手术的时候一个很重要的考虑因素就是在人体表面开尽可能小的创口，并且使得手术器材的末端执行结构有尽大可能的操作空间，为了达到上述的功效，可以使得第一转轴和第二转相交（这里的相交不是绝对的相交，允许有一定的误差），在这种特殊的情况下，在这一点零部件的移动小，在具体的手术操作中，可以实现人体表面开口尽可能的小，利于术后的恢复。

在更优的实施方案中，转动装置至少包括一个固定件和一个转动件，所述的固定件固定住固定装置上的某一个位置或者约束固定装置上的某一个位置，所述的转动件通过给固定装置提供动力，进而驱动固定装置绕着某一点发生转动，虽然一个固定件一个转动件是常规的转动装置，但是手术器械需要更好的精密度，所以为了提高手术操作的精确度，把固定件安装在手术器材执行端和转动件之间，形成通过杠杆的作用减少误差。

作为改进，所述的固定件为第一连接件，所述的第一连接件上设有分离的两点分别和连接件和固定装置固定连接。作为更进一步的的改进，所述的转动件为第二连接件，所述的第二连接件分别和连接件和固定装置接，第二连接件）连接有第一驱动装置，所述的第一驱动装置驱动第二连接件控制固定装置的转动。

作为改进，所述的第一驱动装置设置在连接件上，所述的第一驱动装置包括第一电机、第一螺杆件、第一螺母件，第一电机驱动第一螺杆机转动，第一螺母件套在第一螺杆件上，并随着第一螺杆件的转动而移动，所述的第一螺母件通过第一安装座和第二连接件连接。

作为改进，所述的固定装置上安装有对手术器材进行限位的定位件，所述定位件的作用在于控制手术器材的稳定性，提高操作的精度，所述的定位件可以采用各种形式的如槽状、管状，在较优的实施方式中定位件包括放置外科器材的支座以及用于管状器材穿过的管套，支座上设有凹槽，管套的一端固定在凹槽里，在操作的时候，由于手术器材一般含有一个长管的器材，管状的微小变动都会引起末端执行器较大的，所有对手术器材的定位至关重要，而在现有的技术文献记载，对手术器材的固定只限于奖一端固定起来，并没有增加定位件的技术记载，一个很重要的原因就是在现有的设计结构下很难有空间安装有一个定位件，而本发明通过特殊的转动结构，可以在合适的位置设置有一个定位件，提高外科器材的固定效果。在具体的实施例中，第一连接件的一端铰接在管套上。

作为改进，所述的固定装置上设有驱动手术器材轴向移动的第二驱动装置，所述的第二驱动驱动装置包括第二电机、第二螺杆件、第二螺母件，第二电机驱动第二螺杆机转动，第二螺母件套在第二螺杆件上，并随着第二螺杆件的转动而移动，所述的第二螺母件通过第二安装座安装固定手术器材。在这种情况下可以达到最小功率的电机最大程度的驱动手术器材。

本发明的优异效果在于：外科医疗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。

附图说明

图1是实施例1的结构示意图；

图2是实施例1第一驱动装置的示意图；

图3是实施例1第二驱动装置以及定位件的结构示意图；

图4是实施例2的整体结构示意图；

图5是实施例2相对于1从另一个面观察的结构示意图；

图6是实施例2优选导轨的示意图；

图7是实施例2本优选方案中固定装置动力部件的示意图；

图8是实施例2优选方案中第二连接件安装位置示意图；

图9是实施例2第二驱动装置的结构图；

图中标记：

实施例1：

1-连接件,11-安装座，2-固定装置，21-定位件，211-管套，212-支座，22-第二电机，23-第二螺杆机，24-第二螺母件，25-第二安装座，31-第一连接件，32-第二连接件，33-第一电机，34-第一螺杆件，35-第一螺母件，36-第一安装座；

实施例2：1-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，26-第二盖板，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：下面通过附图对本实施例公开的具体结构进行说明：

如图1所述，医疗手术机器人机械臂包括连接件、固定装置和转动装置；其中连接件和机器人手术臂连接；固定装置用来固定拥有执行末端的手术器材；连接件上设有第一连接件31和第二连接件32和转动装置连接，其中第一连接件为固定件，和连接件连接的一端为固定连接，和固定装置连接的一端为铰接。第二连接件一端和固定装置铰接，另一端连接有第一驱动装置，第一驱动装置固定在连接件1上，第一驱动装置驱动第二连接件控制固定装置的转动。

如图2所述，第一驱动装置包括第一电机33、第一螺杆件34、第一螺母件35，第一电机驱动第一螺杆机转动，第一螺母件套在第一螺杆件上，并随着第一螺杆件的转动而移动，所述的第一螺母件通过第一安装座36和第二连接件31连接。本实施例中，连接件1末端设有一个按照在机器人手臂上的安装座11。

如图3所示，固定装置上安装有对手术器材进行限位的定位件21，定位件包括放置外科器材的支座212以及用于管状器材穿过的管套211，支座212上设有凹槽，管套的一端固定在凹槽里。在本实施例中，第一连接件31的一端铰接在管套211上。固定装置上设有驱动手术器材轴向移动的第二驱动装置，所述的第二驱动驱动装置包括第二电机22、第二螺杆件23、第二螺母件24，第二电机驱动第二螺杆机转动，第二螺母件套在第二螺杆件上，并随着第二螺杆件的转动而移动，所述的第二螺母件通过第二安装座36安装固定手术器材。

具体实施例2：

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4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1，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5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6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。才次方案中发现器材能够平稳误差即小的运行。

图9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8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35通过一个连接柱卡在第二连接件的凹槽里。

图7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26，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 (3)

1.一种医疗手术机器人机械臂，其特征在于，包括：

连接件（1），所述的连接件和机器人手术臂连接；

固定装置（2），所述的固定装置用来固定拥有执行末端的手术器材；

转动装置，所述的转动装置用来驱动固定装置转动，进而控制固定装置上的手术器材进行转动，在手术进行的时候找到适合的操作位置；

所述的转动装置至少包括一个固定件和一个转动件，所述的固定件固定在固定装置上的某一个位置或者约束在固定装置上的某一个位置，所述的转动件通过给固定装置提供动力，进而驱动固定装置绕着某一点发生转动；

所述的固定件为第一连接件，所述的第一连接件上设有分离的两点分别和连接件以及固定装置连接；

所述的转动件为第二连接件，所述的第二连接件分别和连接件和固定装置连接，第二连接件连接有第一驱动装置，所述的第一驱动装置驱动第二连接件控制固定装置的转动；

所述的第一驱动装置设置在连接件上，所述的第一驱动装置包括第一电机、第一螺杆件、第一螺母件，第一电机驱动第一螺杆机转动，第一螺母件套在第一螺杆件上，并随着第一螺杆件的转动而移动，所述的第一螺母件通过第一安装座和第二连接件连接；

所述的固定装置上安装有对手术器材进行限位的定位件；

所述的定位件包括放置外科器材的支座以及用于管状器材穿过的管套；

所述的第一连接件铰接在管套上。

2.根据权利要求1所述的医疗手术机器人机械臂，其特征在于，支座上设有凹槽，管套的一端固定在凹槽里。

3.根据权利要求2所述的医疗手术机器人机械臂，其特征在于，所述的固定装置上设有驱动手术器材轴向移动的第二驱动装置，所述的第二驱动驱动装置包括第二电机、第二螺杆件、第二螺母件，第二电机驱动第二螺杆机转动，第二螺母件套在第二螺杆件上，并随着第二螺杆件的转动而移动，所述的第二螺母件通过第二安装座安装固定手术器材。