CN109498162B - 提升沉浸感的主操作台及手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种提升沉浸感的主操作台及手术机器人，其中，主操作台包括：支架、显示装置及观察装置，显示装置设置于所述支架上，以使操作部在显示装置显示的操作图像区域操作；观察装置，设置于所述支架上，所述观察装置用于限制观察所述显示装置的观察方向，以使观察方向与所述显示装置显示的所述操作图像所在平面形成观察夹角。

Description

提升沉浸感的主操作台及手术机器人

技术领域

本发明涉及微创手术领域，特别是涉及一种主操作台及手术机器人。

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，主操作台用于根据操作者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。

然而，由于操作者通过主操作台进行手术，令操作时真实感较差。

发明内容

基于此，有必要提供一种操作时真实感较好的主操作台及手术机器人。

一种主操作台，包括：

支架；

显示装置，设置于所述支架上，以使操作部在显示装置显示的操作图像区域操作；

观察装置，设置于所述支架上，所述观察装置用于限制观察所述显示装置的观察方向，以使观察方向与所述显示装置显示的所述操作图像所在平面形成观察夹角。

在其中一个实施例中，所述观察夹角为20～160度。

在其中一个实施例中，所述观察夹角基本为直角。

在其中一个实施例中，所述观察装置限制的观察方向与操作者的水平视线方向形成视线夹角。

在其中一个实施例中，所述视线夹角为3～30度。

在其中一个实施例中，所述视线位于所述操作图像的中部区域。

在其中一个实施例中，所述显示装置包括相对设置的显示器及成像机构，所述成像机构用于基于所述显示器中的图像生成所述图像的所述操作图像，所述显示器与所述成像机构形成显示夹角，以在所述操作图像区域操作所述操作部，所述观察夹角为所述成像机构形成操作图像的表面与观察方向之间的夹角。

在其中一个实施例中，所述显示装置具有显示器，所述显示器显示所述操作图像，所述观察夹角为所述显示器与观察方向之间的夹角。

在其中一个实施例中，所述主操作台包括第二调节机构，所述观察装置与所述第二调节机构相连接，以通过所述第二调节机构调节所述观察机构限制的观察角度。

在其中一个实施例中，所述主操作台还包括第一调节机构及位置获取部，所述第一调节机构用于调节所述显示装置的位置，所述位置获取部用于获取所述观察装置的位置信息及/或所述操作部的位置信息，所述第一调节部及/或所述第二调节部根据所述操作部的位置信息及所述观察装置的位置信息，调节所述显示夹角及/或所述观察夹角。

在其中一个实施例中，所述主操作台还包括设置于所述支架上的升降机构，所述观察装置、所述显示装置至少其一设置于所述升降机构上。

在其中一个实施例中，所述观察装置、所述显示装置均设置于所述升降机构上，所述显示装置与所述观察装置随所述升降机构一同调节。

在其中一个实施例中，所述观察装置、所述显示装置均设置于所述升降机构上，所述显示装置与所述观察装置随所述升降机构分别调节。

在其中一个实施例中，所述主操作台还包括设置于所述支架上的升降机构及扶手，所述观察装置、所述显示装置、所述扶手至少其一设置于所述升降机构上。

在其中一个实施例中，所述观察装置、所述扶手、所述显示装置中设置于所述升降机构上的结构一同调节。

在其中一个实施例中，所述观察装置、所述扶手、所述显示装置中设置于所述升降机构上的结构分别调节。

在其中一个实施例中，操作部与所述操作图像中末端器械之间的关系相对应。

在其中一个实施例中，操作部与所述操作图像中末端器械之间的位置关系一致。

在其中一个实施例中，所述成像机构具有不透光镜面，所述显示器中的所述图像通过所述镜面形成操作图像。

在其中一个实施例中，所述成像机构具有透光镜面，所述显示器中的所述图像通过所述镜面成像形成操作图像。

在其中一个实施例中，所述主操作台还包括操作部，所述操作部在运动时无约束。

在其中一个实施例中，所述主操作台还包括操作部，所述操作部在运动时具有约束。

一种手术机器人，其特征在于，包括：上述主操作台以及从操作设备，

所述主操作台用于根据医生的操作向所述从操作设备发送控制命令，以控制所述从操作设备，所述从操作设备用于响应主操作台发送的控制命令，并进行相应的操作。

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为本从操作设备一实施例的局部示意图；

图3为本从操作设备一实施例的局部示意图；

图4为本发明主操作台一实施例的结构示意图；

图5为图4所示主操作台的使用状态示意图；

图6为本发明主操作台一实施例的结构示意图；

图7为图6所示主操作台的使用状态示意图；

图8为本发明主操作台一实施例的局部结构示意图；

图9为本发明主操作台一实施例的局部结构示意图。

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20不同实施例的局部示意图。

手术机器人包括主操作台10及从操作设备20。其中，主操作台10用于根据操作者的操作向从操作设备20发送控制命令，以控制从操作设备20，其还用于显示从设备获取的影像。从操作设备20用于响应主操作台10发送的控制命令，并进行相应的操作，并且从操作设备20还用于获取体内的影像。

具体地，从操作设备20包括机械臂21、设置于机械臂21上的动力机构22、设置于动力机构22上的操作臂23，以及套设操作臂23的套管24。机械臂21用于调节操作臂23的位置及姿态；动力机构22用于驱动操作臂23执行相应操作；操作臂23用于伸入体内，并通过其位于远端的末端器械执行手术操作，及/或获取体内影像，其中，末端器械可为执行手术操作的电刀、夹钳、内窥镜等。如图2、图3所示，操作臂23穿设套管24，其末端器械伸出套管24外，并通过动力机构22驱动其执行操作。图2中，操作臂23位于套管24内的区域为刚性区域；图3中，操作臂23位于套管24内的区域为柔性区域，套管24随柔性区域弯曲。其他实施例中，也可以省略套管24，此时，无需套管24。

如图4至图7所示，主操作台10包括支架100、显示装置200、操作部300、扶手400及观察装置500。其中，显示装置200用于显示获取的体内图像，并显示操作图像30，其既可以设置于支架100上，也可以独立于支架设置。操作者通过操作部300进行操作，从而令从操作设备20执行相应的动作，操作部300即可以为手柄，如图6、图7所示，其在运动时无约束，也可以为操作杆等结构，如图4、图5所示，其在运动时具有约束，例如，操作部300为操作杆，其与支架100连接。扶手400用于放置操作者的胳膊及/或手部，以使操作者更舒适地操作操作部300。观察装置500用于观察显示装置200所显示的所述图像。根据实际需要，也可以省略操作部300，此时可通过其他方式控制从操作设备20，例如通过获取手部姿态及位置对从操作设备20进行控制；也可以省略扶手400；也可以省略观察装置500，此时可直接观察。

操作部300在显示装置200显示的操作图像30区域进行操作，其中操作部300既可以位于操作图像30内，也可以在操作图像30周围区域，例如，操作部300在距操作图像10cm的范围内进行操作。

一实施例中，操作部300与操作图像30中末端器械之间的关系相对应。例如，位置关系相对应，位置关系相对应可为距离成比例，距离趋势对应等对应关系。再如，运动关系对应，其可为运动姿态对应，运动趋势对应等。具体地，例如，操作部300在操作图像30中病灶的附近进行操作，两者之间的距离与操作图像30中末端器械与病灶之间的距离相对应，且操作部300的姿态与末端器械的姿态相同。再如，操作部300与操作图像30中末端器械之间的位置关系一致。即操作部300在操作图像30中的病灶区域进行操作时，操作图像30中的末端器械在病灶上相对应的区域进行操作。

使用上述主操作台10时，操作者操作的操作部300位于操作图像30区域，以令操作者的在操作时的沉浸感更佳，更接近真实操作状态。

图4、图5所示实施例中，显示装置200包括相对设置的显示器210及成像机构220。成像机构220用于基于显示器210中的图像生成该图像的操作图像30，即显示器210中的图像在成像机构220中形成对应的操作图像30，并且显示器210与成像机构220形成显示夹角，以使操作者在操作图像30区域操作操作部300。此时，操作图像30的位置与显示器210中图像的位置相异。

一实施例中，成像机构220具有不透光镜面，显示器210中的图像在镜面里成像形成操作图像30。一实施例中，成像机构220也可以具有透光镜面，例如分光镜面，即操作者既可以看到分光镜面中反射的操作图像30，也可以透过分光镜面看到操作者操作的操作部300的图像。

需要说明的是，根据实际情况，成像机构220可包括多个镜面，显示器210中的显示图像经过多次反射形成操作部300操作区域的操作图像30，此时，至少一个镜面朝向显示器210。

图6至图9所示实施例中，显示装置200也可以省略成像机构220，此时显示装置200朝向观察装置500，以使操作者通过观察装置500观察显示器210中的图像。其具体结构可参见后文。

一实施例中，主操作台10具有第一调节机构600，设置于显示装置200上，用于调节显示装置200的位置。如图4、图5所示实施例中，当显示装置200包括显示器210与成像机构220时，用于调节显示器210与成像机构220之间的显示夹角及/或用于整体调节显示器210与成像机构220的位置，不改变显示夹角；如图6、图7所示实施例中，当显示装置200不具有成像机构220时，调节显示器210的位置。

当具有成像机构220时，第一调机构既可以仅对显示器210或者成像机构220进行调节，也可以同时调节显示器210与成像机构220，以调节显示夹角。需要说明的是，当成像机构220具有多个镜面时，显示夹角为显示器210与成像机构220形成操作区域操作图像30的镜面之间的夹角，第一调节机构600既可以调节多个镜面之间的夹角，也可以仅调节部分镜面之间的夹角。

进一步地，显示器210及/或成像机构220的位置可根据需要进行安装。例如，成像机构220与主操作台10的放置面平行。再如成像机构220与主操作台10的放置面之间的夹角为-40～40度。

需要说明的是，第一调节机构既可以在安装时对显示装置200进行调节，之后固定，以令操作过程中显示装置200保持在固定位置；也可以在使用过程中，根据使用需要随时调节显示装置200的位置。例如，第一调节机构600具有第一安装部、第二安装部及锁紧部，第一安装部与第二安装部转动连接，锁紧部用于将第一安装部与第二安装部锁紧，以固定显示夹角，其中显示器210与第一安装部相连接，成像机构220与第二安装部相连接。再如，第一调节机构600具有第一安装部、第二安装部及驱动部，其中，第一安装部、第二安装部转动连接，驱动部用于驱动第一安装部及/或第二安装部转动，显示器210与第一安装部相连接，成像机构220与第二安装部相连接。

一实施例中，主操作台10具有位置获取部(图未示)，用于获取操作部300的位置，此时第一调节机构600根据获取的操作部300的位置信息，对显示装置200进行调节。

例如，第一调节机构600根据操作部300的位置，通过调节显示装置200以使操作图像30所在平面与操作部300所在平面基本重合。

再如，第一调节机构600根据操作部300的位置，通过调节显示装置200，以使操作部300与操作图像30中末端器械之间的关系相对应。例如，操作部300与操作图像30中病灶区域之间的位置关系与显示器210中的末端器械与病灶之间的位置关系基本一致，即与操作图像30中末端器械与病灶之间的位置关系基本一致。具体地，其包括如下步骤。

步骤1、获取操作图像30中病灶的第一位置信息。

其中，既可以直接获取病灶的第一位置信息，也可以先获取显示器210图像中病灶的位置信息，再根据该位置信息获取第一位置信息。

步骤2、获取操作部300的第二位置信息。

步骤3、根据第一位置信息、第二位置信息获取操作图像30的期望位置信息，并根据期望位置信息调节显示装置200的位置，以使操作图像30位于期望位置。

其中，当第一位置信息与第二位置信息之间的偏差在预设偏差内时无需调节显示装置200，超过预设公差时需调节显示装置200。需要说明的是，为了避免显示装置200调节过于频繁影响操作体验，可设置较大的预设公差。

一实施例中，观察装置500具有目镜，用于观察显示装置200所显示的图像，并且通过目镜观察到的操作图像30与操作部300的操作区域相对应。即操作部300的操作区域位于操作图像30区域。此时，如图8所示，通过目镜观察到的操作图像30既可以与显示器210中图像的位置相同，也可如图5、图7、图9所示，通过目镜观察到的操作图像30与显示器210中图像的位置相异。当位置相同时，也可以省略目镜或观察装置500，直接观察显示器210中的图像。当位置相异时，目镜通过其镜片模组令观察到的操作图像30的位置位于适当的位置。例如，位于显示器210远离观察装置500的一侧。需要说明的是，当显示器210为三维显示器210时，目镜可呈现三维图像。并且，通过目镜观察到的操作图像也可以理解为显示器显示的观察图像。

当观察装置500具有目镜时，显示装置200既可以为上述各实施例中的显示装置200，即显示装置200可为具有成像机构220的显示装置200，也可以为不具有成像机构220的显示装置200。

进一步地，目镜具有焦距调节部，用于调节焦距，以调节观察到的操作图像30的位置。

一实施例中，观察装置500与显示装置200一体设置，即两者之间的相对位置关系不变。具体地，观察装置500与显示装置200均设置于支架100上。其他实施例中，观察装置500与显示装置200也可以均设置于一穿戴本体上，此时，观察装置500与显示装置200可穿戴，如图9所示实施例中，观察装置500与显示装置200通过穿戴本体戴在头部。

其他实施例中，观察装置500也可以与显示装置200分离设置，即两者之间的位置关系相对可变。例如，显示装置200相对观察装置500可调节。

需要说明的是，一实施例中，观察装置500及/或显示装置200与支架100分离设置。即观察装置500与显示装置200至少其一独立于支架100设置。

一实施例中，观察装置500用于限制观察方向，以使观察方向与显示装置200形成操作图像30的平面形成观察夹角。其中，观察装置500与限制的观察方向可根据需要进行设定。例如，观察装置500与观察方向基本垂直，再如，观察装置500与观察方向之间的夹角为60～120度。需要说明的是，当成像机构220包括多个镜面时，观察夹角为观察装置500与成像机构220形成操作区域操作图像30的镜面之间的夹角。进一步地，观察装置500还用于限制观察方向，以使视线位于所述操作图像30的中部区域。

一实施例中，观察方向与操作者的水平视线方向形成视线夹角，其中操作者的水平视线方向指操作者在当前位置坐直或者站直后，目视前方时的视线方向。进一步地，视线夹角为锐角。例如，视线夹角为3～30度，再如，视线夹角为10度。

一实施例中，观察装置500设置于支架100上，操作者观察时，眼睛周围贴近观察装置500，以通过观察装置500限制的角度观察。例如，主操作台10具有设置于支架100上的壳体，观察装置500设置于壳体上。再如，观察装置500通过第二调节机构设置于支架100上，第二调节机构可根据需要调节观察装置500的位置，当主操作台10具有壳体时，观察装置500既可以设置于壳体上，相对壳体可调节，也可以伸出壳体。其他实施例中，观察装置500也可以设置于其他结构上，例如，观察装置500为独立结构，其设置于观察支架100、墙壁、天花板，或者为可穿戴结构等，即观察装置500独立于主操作台10的其他结构。

一实施例中，观察夹角为20～160度。例如，观察夹角基本为直角。再如，观察夹角为75～105度。其中，操作图像30所在平面可根据实际需要进行设定。例如，操作图像30所在平面与主操作台10的放置面平行。再如，操作图像30所在平面与扶手400所在平面平行。又如，操作图像30所在平面与扶手400所在平面形成钝角。

一实施例中，位置获取部用于获取观察装置500及/或操作部300的位置，例如，位置获取部为两个，分别获取操作部300和观察装置500的位置。第一调节机构600及/或第二调节机构根据获取的操作部300及观察装置500的位置信息，调节显示夹角及/或观察夹角。例如，调节成像机构220形成操作图像30的平面与观察装置500之间的位置，以使观察夹角在预设范围内。需要说明的是，调节观察夹角时，既可以仅通过第一调节机构600或第二调节机构进行调节，也可以同时通过两个调节机构进行调节。当仅需一个调节机构进行调节时，位置获取部仅获取该调节机构的相关信息。

与调节显示夹角相同，其中，当观察夹角在预设偏差内时无需调节，为了避免调节过于频繁影响操作体验，可设置较大的预设公差。

主操作台10还包括升降机构(图未示)，升降机构设置于支架100上，其中，扶手400、显示装置200、观察装置500至少其一设置于升降机构上，并通过升降机构进行调节。例如，显示装置200、扶手400设置于升降机构上。再如，观察装置500、显示机构设置于升降机构上。又如，显示机构、扶手400、观察装置500均设置于升降机构上。再如，仅扶手400或者显示机构或者观察装置500设置于升降机构上。需要说明的是，当主操作台10省略扶手400或观察装置500时，上述剩余结构至少其一设置于升降机构上。

进一步地，当扶手400、显示装置200、观察装置500中多个结构设置于升降机构上时，设置于升降机构上的结构既可以一同调节，也可以分别调节。例如，显示装置200与扶手400随升降机构一同调节，即显示装置200与扶手400相对位置不变，随升降机构一同调节，以令调节后的操作部300仍位于操作图像30区域。再如，显示装置200与扶手400随升降机构分别调节，即显示装置200与扶手400在调节时相对位置改变，此时，升降机构可包括两个升降部，分别与扶手400及显示装置200相连接，或者升降机构为两个，分别连接扶手400及显示装置200。再如，显示装置200与观察装置500设置于升降机构上，并随升降机构一同调节，或者随升降机构分别调节。再如，扶手400与观察装置500设置于升降机构上随升降机构一同调节，或者分别调节。又如，扶手400、观察装置500、显示装置200均设置于升降机构上，并随升降机构一同调节。

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 (22)

1.一种提升沉浸感的主操作台，其特征在于，包括：

支架；

显示装置，设置于所述支架上，所述显示装置包括相对设置的显示器及成像机构，所述成像机构用于基于所述显示器中的图像生成所述图像的操作图像，所述显示器与所述成像机构形成显示夹角，以在操作图像区域操作操作部；

观察装置，设置于所述支架上，所述观察装置用于限制观察所述显示装置的观察方向，以使观察方向与所述显示装置显示的所述操作图像所在平面形成观察夹角；

第一调节机构，设置于所述显示装置上，所述第一调节机构通过调节所述显示器与所述成像机构之间的所述显示夹角，保持所述操作图像所在平面与所述操作部所在平面基本重合，使得所述操作部与所述操作图像中末端器械之间的位置关系一致。

2.根据权利要求1所述的主操作台，其特征在于，所述观察夹角为20～160度。

3.根据权利要求1所述的主操作台，其特征在于，所述观察夹角基本为直角。

4.根据权利要求1所述的主操作台，其特征在于，所述观察装置限制的观察方向与操作者的水平视线方向形成视线夹角。

5.根据权利要求4所述的主操作台，其特征在于，所述视线夹角为3～30度。

6.根据权利要求4所述的主操作台，其特征在于，所述观察装置限制的观察方向以使视线位于所述操作图像的中部区域。

7.根据权利要求1所述的主操作台，其特征在于，所述显示装置具有显示器，所述显示器显示所述操作图像，所述观察夹角为所述显示器与观察方向之间的夹角。

8.根据权利要求1所述的主操作台，其特征在于，所述主操作台包括第二调节机构，所述观察装置与所述第二调节机构相连接，以通过所述第二调节机构调节所述观察装置限制的观察方向。

9.根据权利要求8所述的主操作台，其特征在于，所述主操作台还包括位置获取部，所述位置获取部用于获取所述观察装置的位置信息及/或所述操作部的位置信息，所述第一调节机构及/或所述第二调节机构根据所述操作部的位置信息及所述观察装置的位置信息，调节所述显示夹角及/或所述观察夹角。

10.根据权利要求1所述的主操作台，其特征在于，所述主操作台还包括设置于所述支架上的升降机构，所述观察装置、所述显示装置至少其一设置于所述升降机构上。

11.根据权利要求10所述的主操作台，其特征在于，所述观察装置、所述显示装置均设置于所述升降机构上，所述显示装置与所述观察装置随所述升降机构一同调节。

12.根据权利要求10所述的主操作台，其特征在于，所述观察装置、所述显示装置均设置于所述升降机构上，所述显示装置与所述观察装置随所述升降机构分别调节。

13.根据权利要求1所述的主操作台，其特征在于，所述主操作台还包括设置于所述支架上的升降机构及扶手，所述观察装置、所述显示装置、所述扶手至少其一设置于所述升降机构上。

14.根据权利要求13所述的主操作台，其特征在于，所述观察装置、所述扶手、所述显示装置中设置于所述升降机构上的结构一同调节。

15.根据权利要求13所述的主操作台，其特征在于，所述观察装置、所述扶手、所述显示装置中设置于所述升降机构上的结构分别调节。

16.根据权利要求1所述的主操作台，其特征在于，所述操作部与所述操作图像中末端器械之间的运动关系相对应。

17.根据权利要求1所述的主操作台，其特征在于，所述成像机构具有不透光镜面，所述显示器中的所述图像通过所述镜面形成操作图像。

18.根据权利要求1所述的主操作台，其特征在于，所述成像机构具有透光镜面，所述显示器中的所述图像通过所述镜面成像形成操作图像。

19.根据权利要求1所述的主操作台，其特征在于，所述主操作台还包括操作部，所述操作部在运动时无约束。

20.根据权利要求1所述的主操作台，其特征在于，所述主操作台还包括操作部，所述操作部在运动时具有约束。

21.根据权利要求1所述的主操作台，其特征在于，所述第一调节机构或通过整体调节所述显示器与所述成像机构的位置，不改变显示夹角，保持所述操作图像所在平面与所述操作部所在平面基本重合，使得所述操作部与所述操作图像中末端器械之间的位置关系一致。

22.一种手术机器人，其特征在于，包括：如权利要求1至21任一项所述的主操作台以及从操作设备，

所述主操作台用于根据医生的操作向所述从操作设备发送控制命令，以控制所述从操作设备，所述从操作设备用于响应主操作台发送的控制命令，并进行相应的操作。