CN109288589B - 一种手术机器人 - Google Patents
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Abstract
本申请提供的手术机器人包括推手、台车、设置在台车上的机械臂、手术器械组件以及用于连接机械臂和手术器械组件的滑台,手术器械组件包括器械固定装置和手术器械,滑台包括限位组件以限定手术器械沿滑台方向的运动范围,机械臂具有至少六个自由度,台车的侧部设置有伸缩臂,伸缩臂能够沿着台车的高度方向上下平移。通过该手术机器人,使得该手术机器人具有更大的灵活性和敏捷度,可以执行多种不同的手术动作,满足了手术时对手术器械的自由度、灵活性和灵敏度的要求。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域,尤其涉及一种手术机器人。
背景技术
在微创外科手术中,经常需要医生手动进行组织的切割、剥离、缝合等,对于一些复杂的外科手术,需要医生长时间站立并手持微型手术器械进行手术,医生很容易疲劳,从而影响手术的质量。同时,常规的微创手术器械是对传统开放性手术器械的简单模仿,自由度少、灵活性低且器械内摩擦力大,会导致传动力的衰减以及医生疲劳,难以避免医生的手颤、疲劳引起的手术的精确度的降低,不便于手术的顺利开展。
目前,有机器人辅助的微创外科手术逐步应用到实际的临床中,这些机器人辅助的外科手术有的自由度较低,例如在进行较复杂的微创手术时,无法满足医生在进行手术时对手术器械的自由度、灵活性和灵敏度的要求,因此现有技术中机器人手术操作存在不灵活的技术问题。
发明内容
本发明通过使机械臂具有至少六个自由度,同时在台车侧部设置伸缩臂,使得该手术机器人具有更大的灵活性和敏捷度,可以执行多种不同的手术动作,满足了手术时对手术器械的自由度、灵活性和灵敏度的要求。
本发明提供的手术机器人,包括推手、台车、设置在台车上的机械臂、手术器械组件以及用于连接机械臂和手术器械组件的滑台,手术器械组件包括器械固定装置和手术器械,滑台包括限位组件以限定手术器械沿滑台方向的运动范围,机械臂具有至少六个自由度,台车的侧部设置有伸缩臂,伸缩臂能够沿着台车的高度方向上下平移。
在一个实施方式中,机械臂包括末端关节以及分别与第一连臂和第二连臂相连的中间关节,末端关节包括与台车相连的第一关节以及与滑台相连的第六关节。
在一个实施方式中,中间关节包括与第一关节转动连接的第二关节、连接第一连臂和第二连臂的第三关节、与第二连臂转动连接的第四关节以及分别与第四关节和第六关节转动连接的第五关节。
在一个实施方式中,第一关节的旋转轴与台车的高度方向平行,并与第二关节的旋转轴垂直。
在一个实施方式中,限位组件包括分别位于滑台的两个端部的第一限位开关和第二限位开关。
在一个实施方式中,滑台通过手术器械连接支座与手术器械连接。
在一个实施方式中,滑台还包括戳卡机构,戳卡机构包括戳卡以实现手术器械组件在患者体内沿着戳卡的轴线方向的插入和拔出。
在一个实施方式中,戳卡上设置标识线以对进入患者体内的手术戳卡进行定位。
在一个实施方式中,伸缩臂包括固定臂和运动臂,固定臂固定连接在台车上,固定臂与运动臂之间通过直线滑轨连接在一起,运动臂能够通过直线滑轨沿伸缩臂的轴向做直线运动。
在一个实施方式中,伸缩臂的数量为2支,分别设置在台车的两侧。
本发明相比于现有技术的优点在于:通过使连接手术器械的机械臂具有多个自由度,可以使得手术器械可以再多个方向上操作,增加了操作的维度;同时在台车侧部设置伸缩臂,以使得机械臂可以沿着台车的高度方向上下平动和垂直于台车高度方向前后平动,增加了机械臂的运动范围,使得该手术机器人具有更大的灵活性和敏捷度,可以执行多种不同的手术动作,满足了手术时对手术器械的自由度、灵活性和灵敏度的要求更加有利于手术的顺利进行;而通过在滑台上设置限位组件以限制手术器械的直线运动范围,则使得手术器械始终在安全地范围内操作,避免手术器械运动到极限位置而导致损坏的情况发生。
上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代,只要能够达到本发明的目的。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中:
图1显示了根据本发明实施例的手术机器人的示意图;
图2至图5显示了根据本发明实施例的滑台的示意图;
图6显示了根据本发明实施例的手术器械连接支座的立体图;
图7显示了根据本发明实施例的机械臂的示意图;
图8显示了根据本发明另一实施例的手术机器人的示意图;
图9显示了根据本发明实施例的台车的示意图;
图10显示了根据本发明实施例的伸缩臂的示意图;
图11显示了根据本发明实施例的图9中台车的顶部放大示意图。
在附图中,相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示,该手术机器人1包括推手2、机械臂3、台车4、滑台5以及手术器械组件6。
如图2中的(a)和(b)所示,滑台5由壳体51、驱动电机52、安装板53、传动部54、手术器械组件连接支座55以及戳卡机构56组成,其中,传动部54包括主动轮541、从动轮542、同步带543、支架544、丝杠副545,丝杠副545包括丝杠546和第一滑块547。
如图2和图3所示的,驱动电机52优选地带有编码器,该驱动电机52沿着安装板53的长度方向通过驱动电机固定构件57设置于安装板53的正面,该驱动电机固定构件57包括设置于安装板53两侧的安装片571以及支撑在这两个安装片571上方的滑动安装板572。具体地,在安装板53的安装驱动电机52的顶端开设有沿着安装板53宽度方向延伸的安装槽531,该安装槽531的宽度与安装片571的长度(垂直于安装板方向)相等以便可以通过螺栓将安装片571分别固定安装于安装槽531中。滑动安装板572优选为正方形构造,其宽度与安装板53的宽度相等,顶部两侧边缘设置有多个第一螺孔5721,该第一螺孔5721构造成两侧为半圆形的长条形螺孔,通过使螺栓穿透该第一螺孔5721而使滑动安装板572牢固地安装在两侧安装片571的顶部。
另外,该滑动安装板572的顶部中心设置有第一中心圆孔5722,其直径大于驱动电机52的输出轴的直径以使得该驱动电机52的输出轴可以穿过该第一中心圆孔5722,在第一中心圆孔5722周围均匀分布有多个螺孔以使滑动安装板572与驱动电机52紧固连接。由于该第一螺孔5721的特殊形状,使得可以对驱动电机52相对于安装板53的安装距离进行调节。
驱动电机52的输出轴穿过第一中心圆孔5722后与主动轮541固定连接,从而使主动轮541随着驱动电机52的旋转而旋转。
在安装板53的背面固定设置支架544,如图4和图5所示,该支架544的长度优选与安装板53的长度大致相等以保证结构的紧凑。具体地,沿着安装板53和支架544的长度方向等量均匀地分布有多个螺孔,从而通过螺钉实现固定连接。该支架544包括顶部的第一支架部5441和底部的第二支架部5442,第一支架部5441和第二支架部5442的中央分别设置有第二中心圆孔5443和第三中心圆孔5444,丝杠的两端分别设置于第二中心圆孔5443和第三中心圆孔5444中。第二中心圆孔5443中设置有旋转部5445,该旋转部5445与第二中心圆孔5443之间存在间隙以使旋转部能够在第二中心圆孔5443中自由旋转。该旋转部5445中设置有第四中心圆孔5446,该第四中心圆孔5446的直径与丝杠的直径相等以便使丝杠穿过并紧固于其中,沿着第四中心圆孔5446的径向方向设置有切口槽,在丝杠的靠近第一端部的位置设置有与切口槽对应的卡合件,在将丝杠的该端部穿过第四中心圆孔5446后,该卡合件与切口槽形成卡扣连接,以更加牢固地固定丝杠与旋转部中。在丝杠545的第一端部处形成较小直径的连轴部,该连轴部的直径构造成能够与从动轮542紧固地固定,并且该连轴部的长度构造成使得从动轮542与主动轮541位于同一高度以保证传动效率和精度。
在主动轮541和从动轮542之间套设有同步带543,这样,从动轮542就能够随着主动轮541的旋转而旋转。
为了能够在安装同步带543时对同步带543进行预紧,可以在滑动安装板572的远离安装板53的底部设置两个凸耳573,凸耳573从安装板53的顶端向着底端的方向延伸,在这两个凸耳573处分别设置有螺孔,在安装驱动电机52时,通过使拧紧螺栓574穿过该螺孔而抵靠在相应安装片571的侧部。在这种构造下,在安装同步带543时,通过拧紧该螺栓而使滑动安装板572向螺栓移动的反方向平移一定距离,从而带动驱动电机52和主动轮541平移相同距离,继而实现同步带543的预紧,保证了传统系统的整体精度较高。
在第一滑块547内部沿着第一滑块547的长度方向设置有内含螺纹的通孔,将丝杆穿过该通孔以与丝杠形成丝杠副545,该丝杠副545能够将丝杠546的旋转运动转化为第一滑块547的直线运动。在第一滑块547的顶部沿着周向均匀地分布有多个螺孔从而与手术器械组件连接支座55紧固连接。
在这里,如图6所示,该手术器械组件连接支座55的横截面呈“工”字型,其包括优选为一体成型的位于上方的第一支座部551、下方的第二支座部552以及连接二者的筋板553。第一支座部551的尺寸大于第二支座部552,沿第一支座部551的周向均匀分布有多个螺孔,从而与第一滑块547顶部的相应周向螺孔通过螺钉而紧固地连接。第二支座部552用于与手术器械组件6的隔离座固定,从而将滑台5与手术器械组件6固定连接在一起。在该手术器械组件连接支座55的筋板553的远离第一滑块547的一侧固定设置有线卡554以允许电缆穿过进而与手术器械组件6电性连接。另外,在该滑台的壳体51上的对应于滑台顶部的位置处,沿着滑台5长度方向开设有运动避让槽511,在该滑台5安装完成以后,第一支座部551位于壳体51以内,第二支座部552位于壳体51以外,筋板553可以在该运动避让槽511内随着第一滑块547的移动而移动。
返回参照图5,在安装板53的一个侧部设置有限位组件以最大限度地减少第一滑块547运动到极限位置以外的情况发生,该限位组件包括第一限位开关532和第二限位开关533。具体地,该第一限位开关532和第二限位开关533分别固定设置在靠近安装板53的顶部和底部的位置处。限位开关可以包括固定设置在安装板53侧部上的限位开关本体以及与限位开关本体紧固连接或一体式构造的限位片,在这里,第一滑块547的相应侧部处固定连接有限位块5471,以使得当第一滑块547运动到限位开关位置时,该限位块5471与该限位片接触,使相对应的限位开关变换电平输出型号,系统根据该信号限制滑台的运动。例如,当第一限位开关532得到信号时第一滑块547不能再继续往顶部运动,当第二限位开关533得到信号时第一滑块547不能再继续往底部运动。优选地,该限位块5471的两端呈斜面形式以便以为该限位提供一定的缓冲。更优选地,该限位片以一定角度与限位开关本体紧固连接或一体式连接。优选地,该限位片的与限位块5471接触的端部设置滚轮,以减小限位片与限位块之间的摩擦力,延长使用寿命。
优选地,限位开关上的紧固螺孔为两端为半圆形的长条形螺孔,这样,可以通过调节螺栓的位置而调节限位开关的前进或后退,以达到更加灵活地操控第一滑块547运动的极限位置的目的。
另一方面,系统每次启动时第一滑块547会自动往驱动电机52一侧运动直到与第一限位开关532碰撞,系统会自动将此位置标定为滑台零位。由于驱动电机52上安装有编码器,通过编码器的记录和走线拖链548的换算,后续第一滑块547在滑台5上运动到任意位置都可以计算得出,具体地,第一滑块547在后续运动时,由于驱动电机52上安装有编码器可以精确检测出驱动电机52旋转角度,通过固定的机械传动比可由此旋转角度计算得出第一滑块547实际直线运动的距离,从而实时地得出第一滑块547此时在滑台上相对于零位的位置,从而对第一滑块547以及安装于第一滑块547上的手术器械组件位置进行有效的监控。通过该数据的反馈,对比系统软件限定的第一滑块547运动范围。当计算得出第一滑块547所在位置超出限定范围时,也能从软件上停止第一滑块547的继续运动,达到利用软件进行限位的目的。
在安装板53的另一侧部设置有用于容纳和保护从滑台通往手术器械组件的信号电缆的走线拖链548,该走线拖链548为由多个拖链单元首尾连接而成的直链状结构,来自控制系统的电缆穿过始端部的拖链单元并沿着走线拖链548的延伸方向从末端部的拖链单元穿出,经过设置于手术器械组件连接支座55上的线卡554而与手术器械组件6连接。在安装板53的该另一侧部的某一位置固定设置有第一拖链连接机构,在第一滑块547的相应侧固定设置有第二拖链连接机构,该走线拖链548的始端部通过该第一拖链连接机构与安装板53固定连接,其末端部通过该第二拖链连接机构与安装板53固定连接。在上述构造下,走线拖链548的末端部随着第一滑块547的直线往复运动而相应地运动。
在图5中还示出了在安装板53的底部处固定设置有戳卡机构56以实现手术器械组件6在人体内沿着戳卡的轴线方向的插入和拔出功能。该戳卡机构56包括戳卡561和戳卡安装架562,戳卡安装架562的一端固定连接于安装板53的背面底部,另一端则通过戳卡快拆机构连接戳卡,以实现手术准备过程和结束阶段戳卡561与滑台5之间的快速安装和拆卸。
戳卡561主要包括安装腔5611和管壁5612,安装腔5611用于安装手术器械组件和腹腔镜,在手术器械组件和腹腔镜穿过管壁5612内部从而能够进入患者体内进行观察和手术操作。在管壁5612的外侧表面上,设置有标识线,通过标识线可以对进入患者体内的戳卡561装置进行定位,从而掌握戳卡561装置的插入位置和深度,达到手术的要求。
如图5中所示出的,第一标识线5613设置于在戳卡561装置处于正常安装时能够外露于患者皮肤外并能够通过肉眼观察到的位置,具体设置位置本领域技术人员可以根据实际需要进行调整。第二标识线5614设置于在戳卡561装置处于正常安装时能够完全埋藏于皮肤层位置内,第三标识线5615设置于在戳卡561装置处于正常安装时能够通过内窥镜观察到的位置。同理,第二标识线5614和第三标识线5615的具体设置位置本领域技术人员可以根据实际需要进行调整,在此不做尺寸上的限定。通过这样的设置,可以满足每次对戳卡561装置的插入位置的精确设置和深度达到一致。
优选地,上述标识线,例如第一标识线5613,第二标识线5614以及第三标识线5615的一个或多个,沿管壁5612的外侧周向地设置。通过这样的设置,可以使得操作者从各个角度都能清楚地观察到标识线所处的位置,从而掌握戳卡561装置的插入深度和位置。
优选地,上述标识线设置于管壁5612的前部。通过将标识线设置于管壁5612的前部,满足了实际使用时在患者皮肤的附近,极为方便地通过对标识线的观察而掌握戳卡561装置的插入深度和位置。
优选地,标识线为黑色实线。通过这样的设置,可以在手术灯光下有对标识线较好的视觉效果。
优选地,第二标识线5614在管壁5612轴向的宽度大于第一标识线5613和第三标识线5615。通过这样的设置,可以在插入时迅速地对各个标识线进行区分,将相对较粗的第二标识线5614设置在患者皮肤层位置内,避免因误识和混淆标识线而造成设置位置的错误。
该滑台5还包括机械臂安装部549,该机械臂安装部549紧固设置于安装板53的正面,其包括靠近安装板53正面底部的第一机械臂安装部和靠近驱动电机52的第二机械臂安装部,机械臂的连接机构固定连接于第一机械臂安装部和第二机械臂安装部之间,且二者之间的距离取决于该机械臂4的连接机构的长度。
在安装时,通常通过机械臂的连接机构将机械臂3和滑台5牢固连接,也就是说,该机械臂的连接机构的一端连接滑台5,另一端连接机械臂3。
如图1所示,该手术机器人1具有至少一个机械臂3以及与机械臂3对应连接的至少一个滑台5。下文中将以其中一组机械臂和滑台为例进行介绍。
机械臂3具有至少六个自由度。例如,机械臂3可以具有六个转动自由度和一个以上的平动自由度。
根据本发明的一个方面,机械臂3的六个转动自由度的实现方式如下。
如图7所示,机械臂3包括末端关节以及分别与第一连臂37和第二连臂38相连的中间关节,末端关节包括与台车4相连的第一关节31以及与手术工具2的安装座21相连的第六关节36。可选的,该第六关节36用作机械臂的连接机构以连接滑台5和机械臂3。
进一步地,中间关节包括与第一关节31转动连接的第二关节32、连接第一连臂37和第二连臂38的第三关节33、与第二连臂38转动连接的第四关节34以及分别与第四关节34和第六关节36转动连接的第五关节35。即第一连臂37的两端分别与第二关节32和第三关节33相连,第一连臂37和第二连臂38之间的相对运动则靠第三关节33实现。
如图8所示,第一关节31的旋转轴L1与台车4的高度方向平行,并与第二关节32的旋转轴L2垂直。第四关节34的旋转轴L4、第五关节35的旋转轴L5以及第六关节36的旋转轴L6相互垂直。通过上述的六个关节的旋转,能够实现机械臂3的六个转动自由度,从而机械臂3的动作能够完全模仿人体的手臂运动,从而将实际需要操作的病灶位置精确地进行定位而无需医生的辅助操作,使医生的视线与需要操作的病灶位置重合,避免了医生手眼不一致而增大手术的风险。
另外,上述的六个关节上均可设置关节传感器,以测量各关节的转动角度,从而获得内窥镜当前姿态信息;并且上述的六个关节均可通过马达进行驱动。
进一步地,上述的每个关节都是动作的执行单元,各执行单元之间串联,使得各个关节之间具有较好的各向同性,且无累积误差,使得机器人整机具有较高的精度,并具有动态响应好等技术特点。
第二连臂38以第三关节33的轴线为旋转轴进行旋转时,最大旋转角度为360°。
第一连臂37以第二关节32的轴线为旋转轴进行旋转时,最大旋转角度为180°。
在本发明的一个实施例中,上述的机械臂3的数量可以是两个或者两个以上,多个机械臂3可以固定在台车4的不同侧部,以及机械臂3的末端可以安装有不同的手术工具,从而满足复杂手术的要求。
根据本发明的另一方面,机械臂3的一个以上平动自由度包括上下平动自由度和前后平动自由度,二者的实现方式如下。
如图8所示,伸缩臂13通过伸缩臂安装座1323安装在立柱12上,在伸缩臂13的外部设置有伸缩臂外壳以保护伸缩臂13的结构,该伸缩臂13包括固定臂132和运动臂133,在固定臂132上设置转接法兰安装板1321以与台车侧部设置的转接法兰牢固连接以固定伸缩臂13。
如图10所示,固定臂132上沿固定臂132的轴向固定安装有直线滑轨1322,运动臂133滑动连接在直线滑轨1322上,运动臂133与直线滑轨1322之间设置有第二滑块134,运动臂133可以通过第二滑块134沿直线滑轨1322轴向运动,从而使得运动臂133可以沿固定臂132的轴向,即伸缩臂13的轴向作直线运动,实现伸缩臂13长度的调节。同时直线滑轨1322还可以承受运动臂133除轴向力外其他方向所受的负载。
在运动臂133与固定臂132之间设置有容纳和保护经过伸缩臂13的信号电缆的第一拖链135,第一拖链135依靠自身结构弯曲成弧形,一端连接在运动臂133的末端,另一端与固定臂132固定连接。当运动臂133沿直线滑轨1322直线运动时,第一拖链135的随动状态能使其外形保持在一定的空间范围内,同时第一拖链135的弯曲成的半圆弧保持不变并随运动臂133的直线运动进行随动。
在运动臂133后端安装有定位电磁铁136对运动臂133进行轴向的定位。而在固定臂132的两侧分别安装有橡胶防撞块,对运动臂133的运动方位进行限定,避免运动臂133运动到所需范围以外。
该伸缩臂13在安装完成后,未给定位电磁铁通电的情况下,固定在运动臂133上的定位电磁铁由于磁力的关系与固定臂132吸合在一起,此时操作人员正常的操作力不能克服此电磁力,使得运动臂133固定不动。当需要调节伸缩臂13的长度时,触发运动臂133前端的解锁按钮,同时系统对定位电磁铁通电解除电磁铁吸力,定位电磁铁在弹簧作用下被抬高,运动臂133和固定臂132也同时分开,此时可以轻松的推动运动臂133在直线滑轨1322的轴向方向滑动。待运动到所需的位置后,释放解锁按钮,运动臂133和固定臂132重新吸合固定在一起。
机械臂3与运动臂133的一端固定连接,同时,机械臂3的第一关节31能够围绕旋转轴L1旋转。一方面,固定臂132连同运动臂133能够沿着台车高度方向在在立柱12上下双向地滑动,从而实现机械臂3的上下平动自由度;另一方面,通过运动臂133在固定臂132中沿着直线导轨1322自由滑动,带动该机械臂3的前后自由滑动。
如图9所示,台车4包括台车底座11以及固定设置在台车底座11上的立柱12,机械臂3设置在立柱12上。台车底座11和立柱12均设置在台车壳体的内部,台车壳体不仅将控制部件和机械部件进行集成,更能起到美观、保护内部结构的作用。
台车底座11的底部的四角分别设置有液压升降脚轮,液压升降脚轮包括液压支撑脚111及万向轮112。
液压支撑脚111通过液压管与设置在台车底部的液压泵113相连接,液压泵113设置有摇杆手柄,通过人为控制摇杆手柄,可以控制液压支撑脚111以及万向轮112的伸缩,当摇动摇杆手柄将液压支撑脚111收起时,万向轮112着地,可实现台车4的移动,当摇动摇杆手柄将液压支撑脚111伸出时,液压支撑脚111会支撑台车使得万向轮112离地,实现台车4停驻。
在台车4的后部连接有推手2,可用于推动台车4。
如图9和图11所示,立柱12包括立柱主体121、外导轨组件122、动滑轮组件123及定滑轮组件124,外导轨组件122分别安装于立柱主体121的左右两侧,动滑轮组件123分别设置在外导轨组件122上,定滑轮组件124设置在台车4的顶部,通过定滑轮组124将位于立柱两侧的动滑轮组件连接在一起,
外导轨组件122包括设置在立柱左右两侧的转接法兰1221和设置在立柱12前侧的第二拖链1222,转接法兰1221能够沿立柱的轴线做上、下直线运动。第二拖链1222的一端与转接法兰1221相连接,另一端连接在位于第二拖链1222下方的安装板上,同时第二拖链1222依靠自身结构弯曲成一个半圆弧形。线缆则嵌套在第二拖链1222形成的中空结构中,当转接法兰1221上下运动时,第二拖链1222的随动状态能使其外形保持在一定的空间范围内,同时第二拖链1222的顶端弯曲的半圆弧保持不变并随转接法兰1222的直线运动进行随动。既保护了线缆不与外部的结构摩擦导致磨损漏电,同时消除了因线缆没有限制的运动与其他结构的碰撞刮擦导致的异响。
如图10所示,定滑轮组件124包括电磁刹车1241及主定滑轮1242和从定滑轮1243,电磁刹车1241分别与主定滑轮1241通过轴进行连接,定滑轮缠绕有钢丝绳1244,钢丝绳1244与立柱外侧安装座连接后,通过与定滑轮组件124的定滑轮、动滑轮组件123的动滑轮缠绕组合,然后与立柱12内部的内导轨及配重组件相连接件。通过电磁刹车1241的通电开启与断电关闭控制滑轮转动功能的开启与停止。电磁刹车1241通电开启后即可上下移动外导轨组件122至目标位置,实现一个运动自由度的开启与关闭,断电后即可实现外导轨组件122悬停。
台车4的外壳包括前壳和后壳,台车前后壳扣合处的中间安装有连接板,台车4的前后壳左右两边均设计有条形槽及开口,供转接法兰1222连接的外部结构配合安装及进行上下直线运动,连接板则用于盖住开口,方便内部部件的检修。在条形槽一侧设置有刻度尺,为上、下直线运动的伸缩臂13提供相对于地面的高度启示。
在本发明的一个实施例中,机械臂3设置在立柱12的顶端。其中,立柱12的顶端设置有机械接口,机械臂3与机械接口固定连接。
当机械臂3设置在立柱12的侧面时,立柱12的壳体的上端设置有指示灯和/或控制按钮,以方便对机械臂3进行控制。
可选地,第一关节31与台车4相连处设置有导线管,导线管的轴线方向分别与第一关节31的轴线方向以及立柱12的高度方向垂直。类似地,第六关节36与机械臂连接结构相连处也设置有导线管,以对关节中引出的导线进行保护。
通过使连接手术器械的机械臂具有多个自由度,可以使得手术器械可以再多个方向上操作,增加了操作的维度;同时在台车侧部设置伸缩臂,以使得机械臂可以沿着台车的高度方向上下平动和垂直于台车高度方向前后平动,增加了机械臂的运动范围,使得该手术机器人具有更大的灵活性和敏捷度,可以执行多种不同的手术动作,满足了手术时对手术器械的自由度、灵活性和灵敏度的要求更加有利于手术的顺利进行;而通过在滑台上设置限位组件以限制手术器械的直线运动范围,则使得手术器械始终在安全地范围内操作,避免手术器械运动到极限位置而导致损坏的情况发生。
在本发明的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“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,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。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明,但是应该理解的是,这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是,可以对示例性的实施例进行许多修改,并且可以设计出其他的布置,只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是,可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是,结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。
Claims (2)
1.一种手术机器人,包括推手、台车、设置在所述台车上的机械臂、手术器械组件以及用于连接所述机械臂和所述手术器械组件的滑台,所述手术器械组件包括器械固定装置和手术器械,其特征在于,所述滑台包括限位组件以限定所述手术器械沿滑台方向的运动范围,所述机械臂具有至少六个自由度,所述台车的侧部设置有伸缩臂,所述伸缩臂能够沿着所述台车的高度方向上下平移;
所述机械臂包括末端关节以及分别与第一连臂和第二连臂相连的中间关节,所述末端关节包括与所述台车相连的第一关节以及与所述滑台相连的第六关节;
所述中间关节包括与所述第一关节转动连接的第二关节、连接所述第一连臂和所述第二连臂的第三关节、与所述第二连臂转动连接的第四关节以及分别与所述第四关节和所述第六关节转动连接的第五关节;
所述第一关节的旋转轴与所述台车的高度方向平行,并与所述第二关节的旋转轴垂直;
所述限位组件包括分别位于所述滑台的两个端部的第一限位开关和第二限位开关;第一限位开关和第二限位开关分别固定设置在靠近安装板的顶部和底部的位置处;所述第一限位开关和第二限位开关均包括固定设置在安装板侧部上的限位开关本体以及与限位开关本体紧固连接或一体式构造的限位片,第一滑块的侧部处固定连接有限位块,当第一滑块运动到第一限位开关或第二限位开关位置时,限位块与限位开关的限位片接触,使限位开关变换电平输出信号,系统根据信号限制第一滑块的运动;
系统每次启动时第一滑块自动往驱动电机一侧运动直到与第一限位开关碰撞,系统自动将此位置标定为滑台零位;驱动电机上安装有编码器,通过编码器的记录和走线拖链的换算计算出第一滑块在滑台上运动的位置,第一滑块运动时,由于驱动电机上安装有编码器检测出驱动电机旋转角度,通过固定的机械传动比可由此旋转角度计算得出第一滑块实际直线运动的距离,实时得出第一滑块此时在滑台上相对于零位的位置;对第一滑块以及安装于第一滑块上的手术器械组件位置进行监控,通过监控数据的反馈和对比系统软件限定的第一滑块运动范围;当计算得出第一滑块所在位置超出限定范围时,系统软件停止第一滑块的继续运动;所述滑台通过手术器械连接支座与所述手术器械连接;
所述滑台还包括戳卡机构,所述戳卡机构包括戳卡以实现所述手术器械组件在患者体内沿着所述戳卡的轴线方向的插入和拔出;
所述戳卡上设置标识线以对进入患者体内的手术戳卡进行定位;
所述伸缩臂包括固定臂和运动臂,所述固定臂固定连接在所述台车上,所述固定臂与运动臂之间通过直线滑轨连接在一起,所述运动臂能够通过所述直线滑轨沿所述伸缩臂的轴向做直线运动。
2.根据权利要求1所述的手术机器人,其特征在于,所述伸缩臂的数量为2支,分别设置在台车的两侧;在运动臂后端安装有定位电磁铁对运动臂进行轴向的定位;在固定臂的两侧分别安装有橡胶防撞块,对运动臂的运动方位进行限定;
伸缩臂在安装完成后,未给定位电磁铁通电时,固定在运动臂上的定位电磁铁由于磁力与固定臂吸合在一起,运动臂固定不动;当需要调节伸缩臂的长度时,触发运动臂前端的解锁按钮,同时系统对定位电磁铁通电解除电磁铁吸力,定位电磁铁在弹簧作用下被抬高,运动臂和固定臂也同时分开,推动运动臂沿直线滑轨在固定臂的轴向方向滑动;待运动到所需的位置后,释放解锁按钮,运动臂和固定臂吸合固定在一起。
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105361951A (zh) * | 2015-12-14 | 2016-03-02 | 山东科技大学 | 一种微创腹腔手术持镜机器人 |
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CN105686883A (zh) * | 2016-03-14 | 2016-06-22 | 昆山邦泰汽车零部件制造有限公司 | 一种冗余自由度持镜机械臂 |
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