CN108514447A - 内镜手术机器人控制终端及机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了内镜手术机器人控制终端及机器人系统，涉及医疗器械技术领域。本发明提供的内镜手术机器人控制终端包括终端主体、显示设备、控制手柄、控制踏板及控制模块。显示设备包括第一显示器和第二显示器，控制手柄包括第一手柄组件和第二手柄组件，第一手柄组件用于生成第一控制指令并将第一控制指令传输至控制模块，第二手柄组件生成并将第二控制指令传输至控制模块。控制踏板用于生成并将第三控制指令传输至控制模块。本发明还提供一种包括内镜手术机器人控制终端的机器人系统。本发明提供的内镜手术机器人控制终端及机器人系统的结构简单、使用方便，能够进行多种内镜手术，并能够避免对患者造成不必要的损伤。

Description

内镜手术机器人控制终端及机器人系统

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体而言，涉及内镜手术机器人控制终端及机器人系统。

背景技术

本部分旨在为权利要求书及具体实施方式中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

消化内镜的发明和临床应用是近代胃肠病学发展史上的重大突破，经过一个多世纪的发展，消化内镜经历了硬式内镜、半可屈式内镜、光纤内镜(软质镜)及电子内镜和超声内镜的四代变革，从单纯诊断的初期阶段进入融诊断、治疗于一体的微创介入技术的高级阶段。近年来随着医疗机器人技术的发展，消化内镜介入术机器人系统取得了突飞猛进的发展。但传统内镜介入治疗技术存在以下缺点：1.需要医生在诊断治疗过程中长期接触病人的唾液、胃肠液、分泌物及污染的血液等，职业风险大；2.在诊断和治疗过程中人手的轻微抖动很容易造成不必要的出血等，增大治疗风险。

现有医疗机器人系统虽然能够避免传统内镜介入治疗技术的部分缺点，但也容易对患者造成不必要的损伤；同时，目前的机器人系统只能实现简单的内镜检查，无法完成腹腔探查、腹膜活检、肝脏活检、胃肠及肠肠吻合、阑尾切除、胆囊切除等内镜手术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种内镜手术机器人控制终端，其结构简单、使用方便，能够进行多种内镜手术，并能够避免对患者造成不必要的损伤。

本发明提供一种关于内镜手术机器人控制终端的技术方案：

一种内镜手术机器人控制终端，用于机器人系统，所述机器人系统包括机器人。所述内镜手术机器人控制终端包括终端主体、显示设备、控制手柄、控制踏板及控制模块。所述显示设备包括第一显示器和第二显示器，所述第一显示器和所述第二显示器均与所述终端主体活动连接，所述第一显示器和所述第二显示器均与所述控制模块电性连接，以控制所述第一显示器和所述第二显示器的显示内容。所述控制手柄包括第一手柄组件和第二手柄组件，所述第一手柄组件和所述第二手柄组件均与所述终端主体连接并均与所述控制模块电连接，所述第一手柄组件用于生成第一控制指令并将所述第一控制指令传输至所述控制模块，所述第二手柄组件用于生成第二控制指令并将所述第二控制指令传输至所述控制模块。所述控制踏板与所述终端主体连接并与所述控制模块电连接，所述控制踏板用于生成第三控制指令并将所述第三控制指令传输至所述控制模块。所述控制模块用于与所述机器人通信连接，所述控制模块还用于根据所述第一控制指令、所述第二控制指令及所述第三控制指令向所述机器人发送控制指令。

进一步地，所述第一手柄组件包括安装底盘、位置调节结构、中间连接件、姿态调节结构及操作件，所述位置调节结构的两端分别与所述安装底盘和所述中间连接件转动连接，所述姿态调节结构的两端分别与所述中间连接件和所述操作件连接。

进一步地，所述位置调节结构包括第一连接臂、第一控制电机、第二连接臂、第二控制电机、第三连接臂及第三控制电机；所述第一控制电机、所述第二控制电机及所述第三控制电机相互间隔地安装于所述安装底盘上，且所述第一控制电机、所述第二控制电机及所述第三控制电机均与所述控制模块电连接；所述第一连接臂的一端与所述第一控制电机转动连接，另一端与所述中间连接件转动连接；所述第二连接臂的一端与所述第二控制电机转动连接，另一端与所述中间连接件转动件连接；所述第三连接臂的一端与所述第三控制电机转动连接，另一端与所述中间连接件转动连接。

进一步地，所述第一连接臂包括第一臂体、第一转轴、第二臂体及第二转轴，所述第一转轴与所述第一控制电机转动连接且所述第一转轴的两端分别与所述第一臂体和所述第二臂体连接，所述第二转轴与所述中间连接件转动连接且所述第二转轴的两端分别与所述第一臂体和所述第二臂体的另一端连接。

进一步地，所述第一控制电机、所述第二控制电机及所述第三控制电机三者中的任意两者之间的角度相等。

进一步地，所述姿态调节结构包括第一连接件、第一电机、第二连接件、第二电机、第三连接件及第三电机；所述第一连接件的一端与所述中间连接件连接，另一端与所述第一电机连接；所述第二连接件的一端与所述第一电机的输出端连接，另一端与所述第二电机连接；所述第三连接件的一端与所述第二电机的输出端连接，另一端与所述第三电机连接，所述操作件与所述第三电机的输出端连接。

进一步地，所述第一电机的输出端的转动方向、所述第二电机的输出端的转动方向及所述第三电机的输出端的转动方向三者相互垂直。

进一步地，所述终端主体设置有支撑架，且所述支撑架与所述终端主体之间设置有运动空间，所述控制手柄位于所述运动空间内。

进一步地，所述终端主体还设置有多个脚轮。

本发明的另一目的在于提供一种机器人系统，其结构简单、使用方便，能够进行多种内镜手术，并能够避免对患者造成不必要的损伤。

本发明还提供一种关于机器人系统的技术方案：

一种机器人系统，包括机器人和内镜手术机器人控制终端。所述内镜手术机器人控制终端包括终端主体、显示设备、控制手柄、控制踏板及控制模块。所述显示设备包括第一显示器和第二显示器，所述第一显示器和所述第二显示器均与所述终端主体活动连接，所述第一显示器和所述第二显示器均与所述控制模块电性连接，以控制所述第一显示器和所述第二显示器的显示内容。所述控制手柄包括第一手柄组件和第二手柄组件，所述第一手柄组件和所述第二手柄组件均与所述终端主体连接并均与所述控制模块电连接，所述第一手柄组件用于生成第一控制指令并将所述第一控制指令传输至所述控制模块，所述第二手柄组件用于生成第二控制指令并将所述第二控制指令传输至所述控制模块。所述控制踏板与所述终端主体连接并与所述控制模块电连接，所述控制踏板用于生成第三控制指令并将所述第三控制指令传输至所述控制模块。所述控制模块用于与所述机器人通信连接，所述控制模块还用于根据所述第一控制指令、所述第二控制指令及所述第三控制指令向所述机器人发送控制指令，所述控制模块与所述机器人通信连接。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的实施例提供的机器人系统的结构示意图；

图2为本发明的实施例提供的机器人系统在工作时的结构示意图；

图3为本发明的实施例提供的双臂机器人的结构示意图；

图4为本发明的实施例提供的控制终端的结构示意图；

图5为本发明的实施例提供的第一手柄组件在第一视角下的结构示意图；

图6为本发明的实施例提供的第一手柄组件在第二视角下的结构示意图；

图7为图6中VII处的放大结构示意图；

图8为本发明的实施例提供的姿态调节结构的结构示意图。

图标：10-机器人系统；11-介入管；100-控制终端；110-终端主体；112-支撑架；113-运动空间；120-显示设备；121-第一显示器；122-第二显示器；130-控制手柄；131-第一手柄组件；132-第二手柄组件；133-安装底盘；134-位置调节结构；1341-第一连接臂；1342-第一控制电机；1343-第二连接臂；1344-第二控制电机；1345-第三连接臂；1346-第三控制电机；1347-第一臂体；1348-第一转轴；1349-第二臂体；1340-第二转轴；135-中间连接件；136-姿态调节结构；1361-第一连接件；1362-第一电机；1363-第二连接件；1364-第二电机；1365-第三连接件；1367-第三电机；137-操作件；140-控制踏板；200-双臂机器人；210-机器人主体；211-安装主体；212-支撑主体；220-第一多自由度机械臂；230-第二多自由度机械臂；240-送镜结构；250-持镜结构；260-视觉模块。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”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，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，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设备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。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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，“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，“连接”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；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细说明。

请结合参阅图1至图8，本实施例提供了一种机器人系统10，其结构简单、使用方便，能够进行多种内镜手术，并能够避免对患者造成不必要的损伤。

本实施例提供的机器人系统10用于实施消化内镜介入术，其包括用于执行的双臂机器人200和用于控制双臂机器人200动作的内镜手术机器人控制终端100。

本实施例提供的双臂机器人200包括机器人主体210、第一多自由度机械臂220、第二多自由度机械臂230、送镜结构240及持镜结构250。机器人主体210包括支撑主体212和安装主体211，安装主体211与支撑主体212转动连接，第一多自由度机械臂220和第二多自由度机械臂230分别安装于安装主体211上，送镜结构240设置于第一多自由度机械臂220远离安装主体211的端部，持镜结构250安装于第二多自由度机械臂230远离安装主体211的端部，持镜结构250用于固定消化内镜，送镜结构240用于带动消化内镜的介入管11运动。第一多自由度机械臂220和第二多自由度机械臂230均用于与内镜手术机器人控制终端100通信连接，以通过内镜手术机器人控制终端100分别控制第一多自由度机械臂220和第二多自由度机械臂230运动。安装主体211用于与内镜手术机器人控制终端100通信连接，以通过内镜手术机器人控制终端100控制安装主体211相对支撑主体212转动。

在本实施例中，安装主体211设置为人形，以降低患者对机械的排斥感，提升患者的就医体验。安装主体211通过转轴可转动地设置于支撑主体212上。可选地，支撑主体212可以设置有脚轮或者其他驱动设备，以便于搬运。

在使用时，第二多自由度机械臂230用于固定消化内镜的主体，第一多自由度机械臂220用于将消化内镜的介入管11送入人体。工作时，持镜结构250和送镜结构240是同步动作的。持镜结构250实现的是固定消化内镜，送镜结构240的具体结构可以参照目前单臂机器人，在此不再赘述。

此外，第一多自由度机械臂220和第二多自由度机械臂230是机械臂的机械结构和驱动装置，在每个多自由度机械臂上均设置有减速电机或者伺服电机等。可选地，第一多自由度机械臂220和第二多自由度机械臂230均为七自由度的机械臂。可以理解，上述内镜手术机器人控制终端100与第一多自由度机械臂220和第二多自由度机械臂230通信连接指的是与其驱动装置通信连接，以通过驱动装置控制机械臂的状态，按照实际要求实现持镜和送镜功能。

在本实施例中，双臂机器人200还包括力传感器，力传感器设置于介入管11的端部并与内镜手术机器人控制终端100电连接；力传感器用于检测介入管11端部的应力，并将应力传输至内镜手术机器人控制终端100。

可以理解，力传感器的作用是检测介入管11与人体之间的作用力，并将该作用力实时地反馈至内镜手术机器人控制终端100，以便于操作者在操作时能够根据反馈力度适当控制治疗操作，减少意外的发生。

在本实施例中，双臂机器人200还包括视觉模块260，视觉模块260安装于安装主体211上并用于与内镜手术机器人控制终端100通信连接；视觉模块260用于检测第一多自由度机械臂220和第二多自由度机械臂230的动作信息，并将动作信息传输至内镜手术机器人控制终端100。

可以理解，通过视觉系统医生可以实现远程的操作，进而避免直接接触患者的唾液、胃肠液、分泌物及污染的血液等，有效降低职业风险。该视觉模块260可以采用摄像头等设备，并且可以分别设置两个摄像头分别对第一多自由度机械臂220和第二多自由度机械臂230的动作信息进行采集，以提高效率。

本实施例提供的内镜手术机器人控制终端100包括终端主体110、显示设备120、控制手柄130、控制踏板140及控制模块。

在本实施例中，显示设备120包括第一显示器121和第二显示器122，第一显示器121和第二显示器122均与终端主体110活动连接，以便操作者在使用时能够根据需要调节第一显示器121和第二显示器122；第一显示器121和第二显示器122均与控制模块电性连接，在使用时，第一显示器121用于显示视觉模块260的图像信息，第二显示器122用于显示消化内镜的图像信息。视觉模块260用于检测第一多自由度机械臂220和第二多自由度机械臂230的动作信息，并将动作信息传输至控制模块，控制模块用于根据动作信息控制第一显示器121和第二显示器122的显示内容。

在本实施例中，控制手柄130包括第一手柄组件131和第二手柄组件132，第一手柄组件131和第二手柄组件132均与终端主体110连接并均与控制模块电连接，第一手柄组件131用于生成第一控制指令并将第一控制指令传输至控制模块，第二手柄组件132用于生成第二控制指令并将第二控制指令传输至控制模块。控制踏板140与终端主体110连接并与控制模块电连接，控制踏板140用于生成第三控制指令并将第三控制指令传输至控制模块。控制模块用于与双臂机器人200通信连接，控制模块还用于根据第一控制指令控制第一多自由度机械臂220运动，控制模块还用于根据第二控制指令控制第二多自由度机械臂230运动，控制模块还用于根据第三控制指令控制安装主体211相对支撑主体212转动。

第一手柄组件131和第二手柄组件132能够分别对第一多自由度机械臂220和第二多自由度机械臂230进行控制操控，同时力传感器检测介入管11端部的应力也能够反馈至第一手柄组件131和第二手柄组件132，并对第一手柄组件131和第二手柄组件132设置反馈力。第一手柄组件131和第二手柄组件132上的反馈力与力传感器检测到的应力之间可以是按照预设比例进行设置的，该比例可以根据手术环境和操作者的实际情况进行设置。

可以理解，通过力传感器与第一手柄组件131和第二手柄组件132的配合能够是操作者实时地感受消化内镜的力度，进而根据力反馈进行治疗的操作，以减少对患者的不必要损伤和避免意外。

同时，需要说明，在本实施例中，第一手柄组件131和第二手柄组件132的结构一致，以下对第一手柄组件131进行说明，第二手柄组件132可以参照以下说明进行设置。

在本实施例中，第一手柄组件131包括安装底盘133、位置调节结构134、中间连接件135、姿态调节结构136及操作件137，位置调节结构134的两端分别与安装底盘133和中间连接件135转动连接，姿态调节结构136的两端分别与中间连接件135和操作件137连接。

进一步地，在本实施例中，位置调节结构134包括第一连接臂1341、第一控制电机1342、第二连接臂1343、第二控制电机1344、第三连接臂1345及第三控制电机1346；第一控制电机1342、第二控制电机1344及第三控制电机1346相互间隔地安装于安装底盘133上，且第一控制电机1342、第二控制电机1344及第三控制电机1346均与控制模块电连接；第一连接臂1341的一端与第一控制电机1342转动连接，另一端与中间连接件135转动连接；第二连接臂1343的一端与第二控制电机1344转动连接，另一端与中间连接件135转动件连接；第三连接臂1345的一端与第三控制电机1346转动连接，另一端与中间连接件135转动连接；控制模块还用于根据应力设置第一控制电机1342、第二控制电机1344及第三控制电机1346的力矩大小。

更进一步地，在本实施例中，第一连接臂1341包括第一臂体1347、第一转轴1348、第二臂体1349及第二转轴1340，第一转轴1348与第一控制电机1342转动连接且第一转轴1348的两端分别与第一臂体1347和第二臂体1349连接，第二转轴1340与中间连接件135转动连接且第二转轴1340的两端分别与第一臂体1347和第二臂体1349的另一端连接。

在本实施例中，姿态调节结构136包括第一连接件1361、第一电机1362、第二连接件1363、第二电机1364、第三连接件1365及第三电机1367；第一连接件1361的一端与中间连接件135连接，另一端与第一电机1362连接；第二连接件1363的一端与第一电机1362的输出端连接，另一端与第二电机1364连接；第三连接件1365的一端与第二电机1364的输出端连接，另一端与第三电机1367连接，操作件137与第三电机1367的输出端连接；控制模块还用于根据应力设置第一电机1362、第二电机1364及第三电机1367的力矩大小。

可以理解，第一连接臂1341、第二连接臂1343及第三连接臂1345是相互并联的三个自由度，能够实现对机械臂位置的调整；第一连接件1361、第二连接件1363及第三连接件1365是相互串联的三个自由度，能够实现对机械臂姿态和位置的调整。

在本实施例中，第一电机1362、第二电机1364、第三电机1367、第一控制电机1342、第二控制电机1344及第三控制电机1346均为力矩电机，同时对力矩电机进行设置能够使操作者在使用时具有预应力，进而将力传感器检测的应力反馈至操作者。

在本实施例中，第一电机1362的输出端的转动方向、第二电机1364的输出端的转动方向及第三电机1367的输出端的转动方向三者相互垂直。

在本实施例中，终端主体110设置有支撑架112，且支撑架112与终端主体110之间设置有运动空间113，控制手柄130位于运动空间113内。

在本实施例中，终端主体110还设置有多个脚轮。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种内镜手术机器人控制终端，用于机器人系统，所述机器人系统包括机器人，其特征在于，所述内镜手术机器人控制终端包括终端主体、显示设备、控制手柄、控制踏板及控制模块；

所述显示设备包括第一显示器和第二显示器，所述第一显示器和所述第二显示器均与所述终端主体活动连接，所述第一显示器和所述第二显示器均与所述控制模块电性连接，以控制所述第一显示器和所述第二显示器的显示内容；

所述控制手柄包括第一手柄组件和第二手柄组件，所述第一手柄组件和所述第二手柄组件均与所述终端主体连接并均与所述控制模块电连接，所述第一手柄组件用于生成第一控制指令并将所述第一控制指令传输至所述控制模块，所述第二手柄组件用于生成第二控制指令并将所述第二控制指令传输至所述控制模块；

所述控制踏板与所述终端主体连接并与所述控制模块电连接，所述控制踏板用于生成第三控制指令并将所述第三控制指令传输至所述控制模块；

所述控制模块用于与所述机器人通信连接，所述控制模块还用于根据所述第一控制指令、所述第二控制指令及所述第三控制指令向所述机器人发送控制指令。

2.根据权利要求1所述的内镜手术机器人控制终端，其特征在于，所述第一手柄组件包括安装底盘、位置调节结构、中间连接件、姿态调节结构及操作件，所述位置调节结构的两端分别与所述安装底盘和所述中间连接件转动连接，所述姿态调节结构的两端分别与所述中间连接件和所述操作件连接。

3.根据权利要求2所述的内镜手术机器人控制终端，其特征在于，所述位置调节结构包括第一连接臂、第一控制电机、第二连接臂、第二控制电机、第三连接臂及第三控制电机；所述第一控制电机、所述第二控制电机及所述第三控制电机相互间隔地安装于所述安装底盘上，且所述第一控制电机、所述第二控制电机及所述第三控制电机均与所述控制模块电连接；所述第一连接臂的一端与所述第一控制电机转动连接，另一端与所述中间连接件转动连接；所述第二连接臂的一端与所述第二控制电机转动连接，另一端与所述中间连接件转动件连接；所述第三连接臂的一端与所述第三控制电机转动连接，另一端与所述中间连接件转动连接。

4.根据权利要求3所述的内镜手术机器人控制终端，其特征在于，所述第一连接臂包括第一臂体、第一转轴、第二臂体及第二转轴，所述第一转轴与所述第一控制电机转动连接且所述第一转轴的两端分别与所述第一臂体和所述第二臂体连接，所述第二转轴与所述中间连接件转动连接且所述第二转轴的两端分别与所述第一臂体和所述第二臂体的另一端连接。

5.根据权利要求3所述的内镜手术机器人控制终端，其特征在于，所述第一控制电机、所述第二控制电机及所述第三控制电机三者中的任意两者之间的角度相等。

6.根据权利要求2所述的内镜手术机器人控制终端，其特征在于，所述姿态调节结构包括第一连接件、第一电机、第二连接件、第二电机、第三连接件及第三电机；所述第一连接件的一端与所述中间连接件连接，另一端与所述第一电机连接；所述第二连接件的一端与所述第一电机的输出端连接，另一端与所述第二电机连接；所述第三连接件的一端与所述第二电机的输出端连接，另一端与所述第三电机连接，所述操作件与所述第三电机的输出端连接。

7.根据权利要求6所述的内镜手术机器人控制终端，其特征在于，所述第一电机的输出端的转动方向、所述第二电机的输出端的转动方向及所述第三电机的输出端的转动方向三者相互垂直。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的内镜手术机器人控制终端，其特征在于，所述终端主体设置有支撑架，且所述支撑架与所述终端主体之间设置有运动空间，所述控制手柄位于所述运动空间内。

9.根据权利要求1-7中任意一项所述的内镜手术机器人控制终端，其特征在于，所述终端主体还设置有多个脚轮。

10.一种机器人系统，用于消化内镜介入术，其特征在于，所述机器人系统包括机器人和如权利要求1-9中任意一项所述的内镜手术机器人控制终端，所述控制模块与所述机器人通信连接。