CN109350243B - 具有单孔及多孔微创手术功能的手术机器人机构 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种具有单孔及多孔微创手术功能的手术机器人机构，包括：支架和从手机构；从手机构与支架相连，从手机构由支架支撑；从手机构包括：功能转换架和姿态调整臂组件；功能转换架用于手术机器人结构在单孔微创手术功能和多孔微创手术功能间切换；姿态调整臂组件与功能转换架相连，用于调整手术工具的位置和姿态。本公开的结构设计兼具多孔微创手术与单孔微创手术功能，通过对机器人结构的重组与携带的手术工具的选择，即可灵活改变其适用环境。

Description

具有单孔及多孔微创手术功能的手术机器人机构

技术领域

本公开涉及微创手术机器人领域，尤其涉及一种具有单孔及多孔微创手术功能的手术机器人机构。

背景技术

微创手术具手创口小，出血量少，恢复时间快及美容效果好等诸多优点，传统微创手术工具多为长直杆状，由医生手持，经由胸腔、腹腔或其它部位的微小创口置入，配合医用内窥镜，在显示器画面下完成手术操作，在此种操作模式中，需由主刀医生、持镜医生及其他辅助医生多人配合下进行手术操作，手术过程中，常因相互配合不协调或显示器画面中视野不合理以及手术器械运动不符合直觉操作规律等多种原因，出现手术工具干涉等问题，进而影响手术的顺利进行。

微创手术机器人是针对微创手术所研发的外科手术机器人，其手术器械工作原理与传统微创手术器械相似，将长直杆型手术器械通过微小创口置入患者体腔内，但医生并不直接操作机器人手术器械，而是通过操作机器人的操纵平台对手术器械进行运动控制，微创手术机器人多采用主-从控制系统，通过运动学、动力学、控制系统原理、机器人学、机器视觉等多种原理，使手术器械的运动能够精准模拟医生手部动作，从而达到更加高效安全地实施手术。

本公开涉及的微创手术机器人领域，机器人类型可大致分为三类：多孔微创手术机器人、单孔微创手术机器人及自然腔道微创手术机器人。此三类手术机器人依据不同手术类型特点与约束，各自针对适应的环境进行手术，因此，某一类手术机器人只能适用于一类手术，即：多孔微创手术机器人只能用于多孔微创手术，单孔微创手术机器人只能用于单孔微创手术，自然腔道手术机器人只能用于自然腔道手术。

鉴于微创手术种类繁多，病灶部件各不相同，环境需求迥异，体内操作空间约束繁杂，某一类微创手术机器人亦不能完全适应其所针对的手术领域，医院需要配备多种类型手术机器人才能满足不同患者的手术需求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种具有单孔及多孔微创手术功能的手术机器人机构，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种具有单孔及多孔微创手术功能的手术机器人机构，包括：支架；从手机构，与所述支架相连，所述从手机构由所述支架支撑；所述从手机构包括：功能转换架，用于所述手术机器人机构在单孔微创手术功能和多孔微创手术功能间切换；姿态调整臂组件，与所述功能转换架相连，用于调整手术工具的位置和姿态。

在本公开的一些实施例中，所述功能转换架包括：基座，与所述支架相连；第一悬臂，与所述基座第一端通过第一轴相连；第二悬臂，与所述基座第二端通过第二轴相连；单个所述姿态调整臂组件与所述基座、第一悬臂和第二悬臂中任一个相连。

在本公开的一些实施例中，所述姿态调整臂组件包括：第一主动臂，所述第一主动臂第一端与所述功能转换架通过第三轴相连，所述第三轴的中心轴线与所述第一悬臂的表面相垂直；主动臂关节，所述主动臂关节第一端与所述第一主动臂第二端通过第四轴相连，所述第四轴的中心轴线与所述第一主动臂表面相垂直，且与所述第三轴的中心轴线相平行；第二主动臂，所述第二主动臂第一端与所述主动臂关节第二端通过第五轴相连，所述第五轴的中心轴线与所述第四轴的中心轴线相垂直；被动臂关节，所述被动臂关节第一端与所述第二主动臂第二端通过第六轴相连，所述第六轴的中心轴线与所述第四轴的中心轴线相垂直，且与所述第五轴的中心轴线相平行；被动臂，所述被动臂第一端与所述被动臂关节第二端通过第七轴相连，所述第七轴的中心轴线与所述被动臂的中心轴线相重合，所述被动臂第二端与手术工具通过第八轴相连，所述第八轴的中心轴线与所述第七轴的中心轴线相垂直。

在本公开的一些实施例中，在多孔微创手术模式下，所述基座、第一悬臂和第二悬臂设置在同一平面内。

在本公开的一些实施例中，在单孔微创手术模式下，所述基座分别与所述第一悬臂和所述第二悬臂各呈一夹角设置。

在本公开的一些实施例中，所述姿态调整臂组件为n个，其中，n≥1。

在本公开的一些实施例中，所述夹角为0～180°。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开具有单孔及多孔微创手术功能的手术机器人机构至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)功能转换架的设置，通过调整功能转换架以实现手术机器人机构在单孔微创手术功能和多孔微创手术功能间切换。

(2)姿态调整臂组件结构组成能够使末端携带的手术工具可在空间进行多自由度运动，便于根据具体病灶环境进行调整。

(3)本公开可应用于单孔微创手术，通过调整姿态调整臂组件，使组合后的手术工具通过同一个创口进入人体，到达病灶部位后实现单孔微创手术操作。

(4)本公开可应用于多孔微创手术，由多个姿态调整臂组件连接的手术工具分别通过创口进入人体，到达病灶部位后实现多孔微创手术操作。

(5)本公开的结构设计兼具多孔微创手术与单孔微创手术功能，通过对机器人结构的重组与携带的手术工具的选择，即可灵活改变其适用环境。

附图说明

图1为本公开实施例具有单孔及多孔微创手术功能的手术机器人机构整体结构示意图。

图2为本公开实施例具有单孔及多孔微创手术功能的手术机器人机构功能转换架结构示意图。

图3为本公开实施例具有单孔及多孔微创手术功能的手术机器人机构多孔微创手术模式结构示意图。

图4为本公开实施例具有单孔及多孔微创手术功能的手术机器人机构姿态调整臂组件结构示意图。

图5为本公开实施例具有单孔及多孔微创手术功能的手术机器人机构单孔微创手术模式结构示意图。

图6为图5的局部结构示意图。

图7本公开实施例具有单孔及多孔微创手术功能的手术机器人机构单孔微创手术模式实施示意图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

100-从手机构；

110-功能转换架；

111-基座； 112-第一悬臂；

113-第二悬臂；

120-姿态调整臂组件；

121-第一主动臂； 122-主动臂关节；

123-第二主动臂； 124-被动臂关节；

125-被动臂；

130-手术工具；

200-支架；

R1～R8-第一轴～第八轴。

具体实施方式

本公开提供了一种具有单孔及多孔微创手术功能的手术机器人机构，包括：支架和从手机构；从手机构与支架相连，从手机构由支架支撑；从手机构包括：功能转换架和姿态调整臂组件；功能转换架用于手术机器人结构在单孔微创手术功能和多孔微创手术功能间切换；姿态调整臂组件与功能转换架相连，用于调整手术工具的位置和姿态。本公开的结构设计兼具多孔微创手术与单孔微创手术功能，通过对机器人结构的重组与携带的手术工具的选择，即可灵活改变其适用环境。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

本公开某些实施例于后方将参照所附附图做更全面性地描述，其中一些但并非全部的实施例将被示出。实际上，本公开的各种实施例可以许多不同形式实现，而不应被解释为限于此数所阐述的实施例；相对地，提供这些实施例使得本公开满足适用的法律要求。

在本公开的第一个示例性实施例中，提供了一种具有单孔及多孔微创手术功能的手术机器人机构。图1为本公开实施例具有单孔及多孔微创手术功能的手术机器人机构整体结构示意图。图2为本公开实施例具有单孔及多孔微创手术功能的手术机器人机构功能转换架结构示意图。图3为本公开实施例具有单孔及多孔微创手术功能的手术机器人机构多孔微创手术模式结构示意图。图4为本公开实施例具有单孔及多孔微创手术功能的手术机器人机构姿态调整臂组件结构示意图。如图1至图4所示，本公开包括：支架200和从手机构100；从手机构100与支架200相连，从手机构100由支架200支撑且从手机构100沿支架200做上下运动。从手机构100包括：功能转换架110和姿态调整臂组件120；功能转换架110用于手术机器人结构在单孔微创手术功能和多孔微创手术功能间切换；姿态调整臂组件120与功能转换架110相连，用于调整手术工具130的位置和姿态。

功能转换架110具体如图2所示，包括：基座111、第一悬臂112和第二悬臂113；基座111用于连接支架200、第一悬臂112和第二悬臂113，基座111与支架200相连；第一悬臂112与基座111第一端通过第一轴R1相连，第二悬臂113与基座第二端通过第二轴R2相连，第一悬臂112、第二悬臂113可分别绕第一轴R1、第二轴R2的轴线旋转；单个姿态调整臂组件120与基座、第一悬臂112和第二悬臂113中任一个相连。姿态调整臂组件120为n个，其中，n≥1。

如图3和图4所示，在多孔微创手术模式下，基座111、第一悬臂112和第二悬臂113设置在同一平面内，手术工具130分别通过创口进入人体，到达病灶部位后进行手术操作。

具体的，姿态调整臂组件120包括：第一主动臂121、主动臂关节122、第二主动臂123、被动臂关节124和被动臂125；第一主动臂121第一端与功能转换架110通过第三轴R3相连，第三轴R3的中心轴线与第一悬臂112的表面相垂直，第一主动臂121可带动姿态调整臂12绕第三轴R3转动；主动臂关节122第一端与第一主动臂121第二端通过第四轴R4相连，第四轴R4的中心轴线与第一主动臂121表面相垂直，且与第三轴R3的中心轴线相平行，主动臂关节122可绕第四轴R4转动；第二主动臂123第一端与主动臂关节122第二端通过第五轴R5相连，第五轴R5的中心轴线与第四轴R4的中心轴线相垂直，第二主动臂123可绕第五轴R5转动；被动臂关节124第一端与第二主动臂123第二端通过第六轴R6相连，第六轴R6的中心轴线与第四轴R4的中心轴线相垂直，且与第五轴R5的中心轴线相平行，被动臂关节124可绕第六轴R6转动；被动臂125第一端与被动臂关节124第二端通过第七轴R7相连，第七轴R7的中心轴线与被动臂125的中心轴线相重合，被动臂125可绕第七轴R7转动；被动臂125第二端与手术工具130通过第八轴R8相连，第八轴R8的中心轴线与第七轴的中心轴线相垂直，手术工具130可绕第八轴R8转动。手术工具130的功能及机构及数量不限于单一形式。上述轴中第三轴R3、第四轴R4和第五轴R5为主动转动轴，可以通过电机驱动。第一轴R1、第二轴R2、第六轴R6、第七轴R7和第八轴R8为被动转动副，不需另设驱动装置。

图5为本公开实施例具有单孔及多孔微创手术功能的手术机器人机构单孔微创手术模式结构示意图。图6为图5的局部结构示意图。图7本公开实施例具有单孔及多孔微创手术功能的手术机器人机构单孔微创手术模式实施示意图。如图5至图7所示，第一悬臂112与基座111第一端通过第一轴R1相连；第二悬臂113与基座111第二端通过第二轴R2相连；第一悬臂112绕第一轴R1转动，第二悬臂113绕第二轴R2转动。基座111分别与第一悬臂112和第二悬臂113形成一夹角。夹角为-90°～90°。通过姿态调整臂120的各组件的运动，手术工具130组合后可进行单孔手术操作，并能实现其末端的空间多自由度运动。单孔微创手术模式下，组合后的手术工具130通过同一个创口进入人体，到达病灶部位后进行手术操作。多孔微创手术模式下，每个手术工具130分别对应一个创口进入人体，到达病灶部位进行手术操作，并不需要对手术工具130进行组合以通过同一创口进入人体。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开具有单孔及多孔微创手术功能的手术机器人机构有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供的结构设计兼具多孔微创手术与单孔微创手术功能，通过对机器人结构的重组与携带的手术工具的选择，即可灵活改变其适用环境。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

除非有所知名为相反之意，本说明书及所附权利要求中的数值参数是近似值，能够根据通过本公开的内容所得的所需特性改变。具体而言，所有使用于说明书及权利要求中表示组成的含量、反应条件等等的数字，应理解为在所有情况中是受到「约」的用语所修饰。一般情况下，其表达的含义是指包含由特定数量在一些实施例中±10％的变化、在一些实施例中±5％的变化、在一些实施例中±1％的变化、在一些实施例中±0.5％的变化。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有单孔及多孔微创手术功能的手术机器人机构，包括：

支架；

从手机构，与所述支架相连，所述从手机构由所述支架支撑；所述从手机构包括：

功能转换架，用于所述手术机器人机构在单孔微创手术功能和多孔微创手术功能间切换；

姿态调整臂组件，与所述功能转换架相连，用于调整手术工具的位置和姿态。

2.根据权利要求1所述的手术机器人机构，其中，所述功能转换架包括：

基座，与所述支架相连；

第一悬臂，与所述基座第一端通过第一轴相连；

第二悬臂，与所述基座第二端通过第二轴相连；

单个所述姿态调整臂组件与所述基座、第一悬臂和第二悬臂中任一个相连。

3.根据权利要求2所述的手术机器人机构，其中，所述姿态调整臂组件包括：

第一主动臂，所述第一主动臂第一端与所述功能转换架通过第三轴相连，所述第三轴的中心轴线与所述第一悬臂的表面相垂直；

主动臂关节，所述主动臂关节第一端与所述第一主动臂第二端通过第四轴相连，所述第四轴的中心轴线与所述第一主动臂表面相垂直，且与所述第三轴的中心轴线相平行；

第二主动臂，所述第二主动臂第一端与所述主动臂关节第二端通过第五轴相连，所述第五轴的中心轴线与所述第四轴的中心轴线相垂直；

被动臂关节，所述被动臂关节第一端与所述第二主动臂第二端通过第六轴相连，所述第六轴的中心轴线与所述第四轴的中心轴线相垂直，且与所述第五轴的中心轴线相平行；

被动臂，所述被动臂第一端与所述被动臂关节第二端通过第七轴相连，所述第七轴的中心轴线与所述被动臂的中心轴线相重合，所述被动臂第二端与手术工具通过第八轴相连，所述第八轴的中心轴线与所述第七轴的中心轴线相垂直。

4.根据权利要求2所述的手术机器人机构，其中，在多孔微创手术模式下，所述基座、第一悬臂和第二悬臂设置在同一平面内。

5.根据权利要求2所述的手术机器人机构，其中，在单孔微创手术模式下，所述基座分别与所述第一悬臂和所述第二悬臂各呈一夹角设置。

6.根据权利要求1所述的手术机器人机构，其中，所述姿态调整臂组件为n个，其中，n≥1。

7.根据权利要求5所述的手术机器人机构，其中，所述夹角为0～180°。

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