CN109124772A - 从操作设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种从操作设备，具有机械臂，所述机械臂包括：多个依次连接的连接部，位于远端的所述连接部用于连接操作臂，相邻两个所述连接部形成一个关节组件，所述关节组件至少为五个，且五个所述关节组件联动，用于调整与其连接的所述操作臂的位置及姿态，以使所述操作臂沿运动中心运动，其中至少一个关节组件沿直线运动。

Description

从操作设备

技术领域

本发明涉及微创手术领域，特别是涉及一种从操作设备。

背景技术

微创手术是指利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械及相关设备在人体腔体内部施行手术的一种手术方式。相比传统手术方式微创手术具有创伤小、疼痛轻、恢复快等优势。

随着科技的进步，微创手术机器人技术逐渐成熟，并被广泛应用。微创手术机器人通常包括主操作台及从操作设备，主操作台用于根据医生的操作向从操作设备发送控制命令，以控制从操作设备，从操作设备用于响应主操作台发送的控制命令，并进行相应的手术操作。

从操作设备通常包括机械臂及设置于机械臂上的操作臂，操作臂通过机械臂调节位置及姿态，并用于伸入体内，并执行手术操作。目前从操作设备在调节机械臂的位置及姿态时较为复杂，且调节时间较长。

发明内容

基于此，有必要提供一种调节简单，所需时间较少的从操作设备。

一种从操作设备，具有机械臂，所述机械臂包括：多个依次连接的连接部，位于远端的所述连接部用于连接操作臂，相邻两个所述连接部形成一个关节组件，所述关节组件至少为五个，且五个所述关节组件联动，用于调整与其连接的所述操作臂的位置及姿态，以使所述操作臂沿运动中心运动，其中至少一个关节组件沿直线运动。

上述从操作设备的机械臂，由于多个关节组件联动，且联动的关节组件既可以调节操作臂的位置，又可以调节操作臂的姿态，能够简化调节操作，令调节更加高效。此外，由于第一关节组件通过直线运动方式调节操作臂的位置，令机械臂结构更加紧凑，进而减小机械臂的尺寸及调整时所占用的空间。

附图说明

图1为本发明手术机器人一实施例的结构示意图；

图2为本发明从操作设备一实施例的局部示意图；

图3为本发明从操作设备一实施例的局部示意图；

图4为本发明从操作设备一实施例的使用状态示意图；

图5为图4所示从操作设备机械臂的结构示意图；

图6为本发明从操作设备一实施例的使用状态示意图；

图7为图6所示从操作设备机械臂的结构示意图；

图8为本发明从操作设备一实施例的使用状态示意图；

图9为图8所示从操作设备机械臂的结构示意图；

图10为本发明从操作设备一实施例的使用状态示意图；

图11为图10所示从操作设备机械臂的结构示意图；

图12为本发明从操作设备一实施例的使用状态示意图；

图13为图12所示从操作设备机械臂的结构示意图；

图14为本发明从操作设备一实施例的使用状态示意图；

图15为图14所示从操作设备机械臂的结构示意图；

图16为本发明从操作设备一实施例的使用状态示意图；

图17为图16所示从操作设备机械臂的结构示意图；

图18为本发明从操作设备一实施例的使用状态示意图；

图19为图18所示从操作设备机械臂的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。当一个元件被认为是“耦合”另一个元件，它可以是直接耦合到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。本文所使用的术语“远端”、“近端”作为方位词，该方位词为介入医疗器械领域惯用术语，其中“远端”表示手术过程中远离操作者的一端，“近端”表示手术过程中靠近操作者的一端。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图3所示，其分别为本发明手术机器人一实施例的结构示意图，及从操作设备不同实施例的局部示意图。

手术机器人包括主操作台1及从操作设备2。其中，主操作台1用于根据医生的操作向从操作设备2发送控制命令，以控制从操作设备2，其还用于显示从设备2获取的影像。从操作设备2用于响应主操作台1发送的控制命令，并进行相应的操作，并且从操作设备2还用于获取体内的影像。

具体地，从操作设备2包括机械臂10、设置于机械臂10上的动力机构20、设置于动力机构20上的操作臂30，以及套设操作臂30的套管40。机械臂10用于调节操作臂30的位置及姿态；动力机构20用于驱动操作臂30执行相应操作；操作臂30用于伸入体内，并通过其位于远端的末端器械31执行手术操作，及/或获取体内影像。具体的，如图2、图3所示，操作臂30穿设套管40，其末端器械31伸出套管40外，并通过动力机构20驱动其执行操作。图2中，操作臂30位于套管40内的区域为刚性区域；图3中，操作臂30位于套管40内的区域为柔性区域，套管随柔性区域弯曲。其他实施例中，也可以省略套管40，此时，无需套管。

一实施例中，操作臂30为多个，均设置于同一个动力机构20上，多个操作臂30的远端通过人体上的一个切口伸入体内，以使其末端器械31移动至病灶3附近进行手术操作。具体地，动力机构具有多个动力部，每个动力部与一操作臂对应连接。其他实施例中，动力机构为多个，每个动力机构20上设置一个操作臂30，且多个操作臂从一个切口伸入体内，此时多个动力机构20既可以设置于一个机械臂10上，也可以设置于多个机械臂10上。需要说明的是，多个操作臂30也可以从多个切口伸入体内，例如，每个切口内伸入两个操作臂，再如，每个切口内伸入一个操作臂。

一实施例中，从操作设备2还包括戳卡，戳卡用于穿设人体上的切口，并固定设置于切口区域，操作臂通过戳卡伸入到体内。

如图4至图15所示，其为本发明不同实施例的结构示意图。

机械臂10包括多个依次连接的连接部100，位于远端的连接部100用于连接操作臂30，具体地，位于远端的连接部100连接动力机构，并通过动力机构连接操作臂30。相邻两个连接部100形成一个关节组件200，关节组件200至少为五个，且五个关节组件200联动，用于调整与其连接的操作臂30的位置及姿态，以使操作臂30沿运动中心300运动，其中，至少一个关节组件200沿直线运动，以调节操作臂30的位置。

多个关节组件200联动指联动的关节组件200中任一关节改变状态时，其他与其联动的关节组件200均改变状态，以使操作臂30沿运动中心300运动。其中，关节组件200改变状态指形成该关节组件的连接部100相对运动，以使关节组件200转动、沿直线滑动等；沿运动中心300运动既可以沿运动中心300直线运动，也可以为绕运动中心300旋转。通常运动中心300为病人身上的切口区域。

上述机械臂10，由于多个关节组件200联动，且联动的关节组件200既可以调节操作臂30的位置，又可以调节操作臂30的姿态，能够简化调节操作，令调节更加高效。此外，由于第一关节组件210通过直线运动方式调节操作臂30的位置，令机械臂10结构更加紧凑，进而减小机械臂10的尺寸及调整时所占用的空间。

第一关节组件210沿直线运动，且用于调节操作臂30与水平面之间的距离，即当病人平躺于与水平面垂直的病床上时，第一关节组件210用于调节操作臂30相对于病人的高度。一实施例中，第一关节组件210的运动方向与水平面垂直，并且第一关节组件210可设置于需要的位置上。例如，图4、图5，图10至图15所示实施例中，第一关节组件210位于机械臂10的近端。再如，第一关节组件210位于机械臂10的远端。又如，图6至图9所示实施例中，第一关节组件210位于两个关节组件200之间。第一关节组件210沿与水平面垂直的方向运动，相比第一关节通过转动运动方式调节，能够减小驱动第一关节组件210驱动部的负载。

其他实施例中，第一关节也可以不与水平面垂直，例如，与水平面形成夹角，夹角大于70度，这样，第一关节既可以调节操作臂30与水平面之间的距离，也可以调整操作臂30相对水平面的位置，即操作臂30相对病人在水平面方向的位置。

多个关节组件200中，第二关节组件220、第三关节组件230、第四关节组件240均用于调节操作臂30与机械臂10近端之间的距离。当第一关节组件210沿与水平面垂直的方向运动时，第二关节组件220至第四关节组件240用于调节操作臂30在水平面上的位置。

图10、图11所示实施例中，第二关节组件220沿直线运动，第三关节组件230、第四关节组件240均为旋转关节组，沿其旋转轴旋转。具体地，本实施例中，第二关节组件220的运动方向与水平面平行，第三关节组件230、第四关节组件240的旋转轴平行，且均与水平面垂直。其他实施例中，与第一关节组件210相同，第二关节组件220也可以与水平面非平行设置，此处不再复述。第三关节组件230、第四关节组件240的旋转轴也可以非平行设置；或者，第三关节组件230、第四关节组件240的旋转轴与水平面非垂直设置，此时，第三关节组件230、第四关节组件240在旋转时同样可以调节操作臂30与水平面之间的垂直距离。

需要说明的是，其他实施例中，也可以通过第一关节组件210的运动方向，确定第二关节组件220至第四关节组件240的运动。例如，第二关节组件220的运动方向与第一关节组件210的运动方向正交，第三关节组件230、第四关节组件240的旋转轴与第一关节组件210的运动方向平行或重合。其他实施例中，第一关节组件210也可以为旋转关节组件，此时，第二关节组件220为直线运动关节组件，并且第一关节组件通过转动调节操作臂与水平面之间的距离。

如图4至图9，图12至图15所示实施例中，第二关节组件220、第三关节组件230、第四关节组件240均为旋转关节组件，其中，第二关节组件220的旋转轴与水平面垂直，并且第二关节组件220、第三关节组件230、第四关节组件240的旋转轴平行。

其他实施例中，第二关节组件220的旋转轴也可以与第一关节组件210运动路径平行或重合，第三关节组件230、第四关节组件240的旋转轴与第二关节组件220平行。

需要说明的是，各关节组件平行既可以指各关节组件在运动过程中均保持平行状态，也可以指在运动过程中，某一姿态时为平行状态。

进一步地，第二关节组件220、第三关节组件230、第四关节组件240可具有多种位置关系。图4、图5所示实施例中，三个关节组件依次排列，其中，第二关节组件220临近机械臂10的近端，第四关节组件240临近机械臂10的远端。具体地，第一、第二、第三、第四关节组件240依次排列。图6、图7所示实施例中，第一关节组件210位于第二关节组件220、第三关节组件230之间，第二、第一、第三、第四关节组件依次排列。图8、图9所示实施例中，第一关节组件位于第三关节组件、第四关节组件之间，第二、第三、第一、第四关节组件依次排列。图10、图11所示实施例中，第二关节组件220位于第三关节组件230、第四关节组件240之间，第三关节组件230临近机械臂10的近端，第四关节组件240临近机械臂10的远端。本实施例中，第一、第三、第二、第四关节组件顺序设置。

其他实施例中，第二关节组件、第三关节组件、第四关节组件也可以为其他位置关系，只要保证多个关节组件联动，且令操作臂沿运动中心运动即可。例如，第二关节组件220位于机械臂10的近端，第一关节组件210与第四关节组件240相邻。再如，第三关节组件230或第四关节组件240位于机械臂10的近端，第一关节组件210位于第二、第三、第四关节组件240中任两个关节组件之间。又如，第二关节组件220位于机械臂10的远端，此时，第三、第四关节组件240既可以与第二关节组件220相邻，也可以间隔设置。其中，两个间隔设置的关节组件200指两个关节组件200中还设有其他关节组件200，以使两个关节组件200不相邻。

第五关节组件250为旋转关节组件，用于调节操作臂30的姿态。图4至图15所示实施例中，第五关节组件250与第四关节组件240配合调节操作臂30的姿态，以使操作臂30获得较大的活动范围。其中，第四关节组件240、第五关节组件250的旋转轴非平行设置，且第五关节组件与第四关节组件的旋转轴在相异平面上。例如，两个关节组件的旋转轴正交，其中第四关节组件的旋转轴与水平面垂直，第五关节组件250的旋转轴与水平面平行。这样，令操作臂30沿运动中心300的运动空间至少为球体上的部分扇形空间，进而令操作臂30更加灵活，能够进行在更大范围内进行手术操作。

进一步地，第四关节组件240、第五关节组件250相邻，其中，第五关节位于机械臂10的远端，操作臂30与形成第五关节组件250远端的连接部100连接。其他实施例中，第五关节组件250也可以位于两个关节组件200之间，或者位于机械臂10的近端。当第五关节组件位于两个旋转轴平行的关节组件之间时，多个旋转轴在运动过程中平行，非实时平行，例如，第二、第三、第四关节组件的旋转轴平行设置，第五关节组件位于第二关节组件、第三关节组件之间。

需要说明的是，第一关节组件、第二关节组件、第三关节组件、第四关节组件、第五关节组件也可以为其他位置关系，只要保证多个关节组件联动，且令操作臂沿运动中心运动即可。例如，第一关节组件沿直线运动，第三关节组件、第四关节组件为旋转关节组件，旋转轴与第一关节运动方向垂直，第五关节组件的旋转轴与第四关节的旋转轴形成夹角，第二关节组件沿直线运动，其运动方向与第一关节组件垂直，或者第二关节组件为旋转关节组件，其旋转轴与第三关节组件平行，五个关节组件的位置任意排列。

图12至图19所示实施例中，关节组件200为六个，其中，第六关节组件260既可以与第一关节组件210至第五关节组件250联动，也可以独立运动，即不与第一关节组件210至第五关节组件250联动。

如图12至图15所示实施例中，第六关节组件独立运动。具体地，第六关节组件260可在其调节范围内，将机械臂10调节至大致方位，固定第六关节组件260后，再通过调节第一关节组件210至第五关节组件250，调节操作臂30的姿态及位置。

进一步地，第六关节组件260沿直线运动，其运动方向与水平面垂直或平行。图12、图13中，第六关节组件260位于第二关节组件220、第三关节组件230之间，第一、第二、第六、第三、第四、第五关节组件依次排列。图14、图15中，第六关节组件260位于第三关节组件230、第四关节组件240之间，第一、第二、第三、第六、第四、第五关节组件依次排列。其他实施例中，当第六关节组件沿直线运动时，其也可以与第一至第五关节组件联动。

与上述各实施例相同，第六关节组件260也可以通过第一关节组件210确定其运动方向。例如，第六关节组件260沿直线运动，其运动方向与第一关节组件210的运动方向垂直或平行。再如，第六关节组件260为旋转关节组件，其旋转轴与第一关节组件210的运动方向垂直或平行。

如图16至图19所示实施例中，第六关节组件与第一至第五关节组件联动。具体地，第六关节组件260为旋转关节组件，其旋转轴与第五关节组件250的旋转轴非平行设置，以进一步扩大调整范围，例如，第六关节组件260的旋转轴与第五关节组件250、第四关节组件240的旋转轴正交，以调整动力机构的角度。其中，第六关节组件旋转轴的延伸方向随第五关节组件的转动而改变，第五关节组件、第四关节组件的旋转轴之间的夹角固定，第六关节组件、第四关节组件旋转轴之间的夹角随第五关节组件旋转而改变。第六关节组件260的旋转范围可根据需要进行设定，例如，旋转范围为0至360度，又如旋转范围为0至180度。图16、图17所示实施例中，动力机构20的壳体的侧面设有导轨21，位于远端的连接部100与导轨21转动连接，以使动力机构20沿第六关节组件260可转动，进而调节设置于动力机构内的操作臂。图18、图19所示实施例中，导轨21设置于动力机构20壳体的底面上。其他实施例中，当第六关节组件为旋转关节组件且旋转轴与第五关节组件的旋转轴非平行设置时，其也可以独立运动，不与第一至第五关节组件联动。

其他实施例中，第六关节组件260也可以为旋转关节组件，其旋转轴与水平面垂直或平行，例如，第六关节组件260与第一关节组件210相邻，且其旋转轴与水平面平行，第一关节组件210位于机械臂10的近端，这样，第六关节组件260能够调整其余关节组件相对水平面的角度。

需要说明的是，机械臂10也可以包括更多的关节组件200，其既可以与第一关节组件210至第五关节组件250联动，也可以独立运动。

一实施例中，联动的关节组件200均通过算法控制其联动。其他实施例中，也可以部分通过算法控制联动，部分通过结构进行联动。例如，机械臂10包括七个关节组件200，其中三个关节组件200通过双平行四边形结构进行联动，该三关节组件200中至少其一与另外四个关节组件200通过算法控制进行联动，以使七个关节组件200联动。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种从操作设备，具有机械臂，其特征在于，所述机械臂包括：多个依次连接的连接部，位于远端的所述连接部用于连接操作臂，相邻两个所述连接部形成一个关节组件，所述关节组件至少为五个，且五个所述关节组件联动，用于调整与其连接的所述操作臂的位置及姿态，以使所述操作臂沿运动中心运动，其中至少一个关节组件沿直线运动。

2.根据权利要求1所述的从操作设备，其特征在于，第一关节组件沿直线运动，且所述第一关节组件的运动方向与水平面垂直。

3.根据权利要求1所述的从操作设备，其特征在于，第一关节组件沿直线运动，且所述第一关节组件位于所述机械臂的近端或远端。

4.根据权利要求1所述的从操作设备，其特征在于，第一关节组件沿直线运动，且所述第一关节组件位于两个所述关节组件之间。

5.根据权利要求1所述的从操作设备，其特征在于，所述第二关节组件、所述第三关节组件、所述第四关节组件均用于调节所述操作臂与所述机械臂近端之间的距离。

6.根据权利要求5所述的从操作设备，其特征在于，所述第二关节组件沿直线运动，且所述第二关节组件的运动方向与水平面平行。

7.根据权利要求5所述的从操作设备，其特征在于，第一关节组件、所述第二关节组件均沿直线运动，且所述第二关节组件的运动方向与所述第一关节组件的运动方向正交。

8.根据权利要求5所述的从操作设备，其特征在于，所述第三关节组件、所述第四关节组件均为旋转关节组件。

9.根据权利要求8所述的从操作设备，其特征在于，所述第三关节组件、所述第四关节组件的旋转轴平行，且与水平面垂直。

10.根据权利要求1所述的从操作设备，其特征在于，联动的所述关节组件通过算法控制其联动。