CN111195171A - 耳科手术机器人 - Google Patents

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吴皓
贾欢
汪照炎
谭皓月
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Ninth Peoples Hospital Shanghai Jiaotong University School of Medicine
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    • A61F11/20—Ear surgery
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
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Abstract

本发明提供一种耳科手术机器人，至少包括：底座，所述底座底面设有移动滚轮；医学工作站；移动组件，与所述医学工作站电连接；机械臂，与所述移动组件连接，和所述医学工作站电连接；所述机械臂的末端设有第一连接件；手术器械，所述手术器械一端设有第二连接件，所述第二连接件用于与第一连接件连接。本发明采用工作站与执行系统一体化的设计，大大减少了手术机器人在手术过程中所占据的空间。可移动式设计，且可在确定其位置后进行固定，满足了临床对大型医疗设备的机动化要求。多个自由度的设计可满足耳科手术所需的高精确度要求。连接机构与手术器械的连接简单，可实现在手术中进行手术器械的快速更换，可缩短手术时间。

Description

耳科手术机器人
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，特别是涉及一种耳科手术机器人。
背景技术
手术机器人由于其精确性与安全性的特点，为各类外科手术提供了一种全新的选择。经过一段时间的发展，手术机器人的相关技术日益成熟，其在临床手术上的使用频率也逐年提高。然而，市场上手术机器人的设计大多偏向于腹腔及骨科手术，其在精度要求更高的耳科及侧颅底相关手术的应用价值有限。与此同时，人们对于耳部及侧颅底相关手术的需求与日俱增，医患双方对精度更高、创口更小的手术需求也越来越迫切。在这种情况下，设计与开发适用于耳科的专业型手术机器人便十分重要。
目前，常见的手术机器人的设计大多是针对腹腔及骨科手术而实现的，这类手术机器人的规格往往较为庞大，且在手术机器人的主体部分之外还需要另外配置工作站系统以方便手术医师进行操作，因而在手术过程中整套手术机器人系统所占据的空间相对较大，且往往难以移动，无法实现临床对大型医用设备的机动化要求。另外，与耳科及侧颅底手术相比，常见的手术机器人在精度要求方面较低，难以满足耳科及侧颅底手术的需求。针对以上问题，本设计直接将工作站与手术机器人一体化，同时设计了一套适用于耳科及侧颅底手术的医用手术机器人系统。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种耳科手术机器人。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种耳科手术机器人，至少包括：
底座，所述底座底面设有移动滚轮；
医学工作站，设于所述底座上；
移动组件，与所述医学工作站电连接；
机械臂，与所述移动组件连接，和所述医学工作站电连接；所述机械臂的末端设有第一连接件，所述第一连接件设有第二连接件容纳腔及固定杆，所述第二连接件容纳腔至少一侧开口，所述第二连接件容纳腔的内壁设有活动滚珠槽，所述活动滚珠槽内容纳有活动滚珠，所述活动滚珠部分突出于所述活动滚珠槽，所述第二连接件容纳腔与所述活动滚珠槽相对的一侧设有滑轨和固定通孔，所述固定杆的末端能够贯穿所述固定通孔到达所述第二连接件容纳腔内；
手术器械，所述手术器械一端设有第二连接件，所述第二连接件用于与第一连接件连接；
所述第二连接件能够嵌入所述第二连接件容纳腔内，所述第二连接件设有滚珠卡槽和滑块，所述滚珠卡槽能够容纳所述活动滚珠的突出部分，所述滑块与所述滑轨匹配，能够在所述滑轨中滑动。
如上所述，本发明的耳科手术机器人，具有以下有益效果：
本发明采用的耳科手术机器人采用工作站与执行系统一体化的设计，大大减少了手术机器人在手术过程中所占据的空间。可移动式设计，且可在确定其位置后进行固定，满足了临床对大型医疗设备的机动化要求。多个自由度的设计可满足耳科手术所需的高精确度要求。连接机构与手术器械的连接简单，可实现在手术中进行手术器械的快速更换，可缩短手术时间。
附图说明
图1显示为本发明的耳科手术机器人结构图。
图2显示为本发明的耳科手术机器人的第一连接件结构图。
图3显示为本发明的耳科手术机器人的第一连接件主视图。
图4显示为本发明的耳科手术机器人的第一连接件俯视图。
图5显示为本发明的耳科手术机器人的第一连接件右视图。
图6显示为本发明的耳科手术机器人结构图。
图7显示为本发明的耳科手术机器人的第二连接件俯视图。
图8显示为本发明的耳科手术机器人的第二连接件右视图。
图9显示为本发明的耳科手术机器人构的第二连接件主视图。
元件标号说明
1 底座
11 移动滚轮
12 刹车块
2 医学工作站
21 控制主机
22 显示器
23 操纵器
3 移动组件
31 升降台
32 推进台
33 连接平台
4 机械臂
41 第一连接件
411 第二连接件容纳腔
412 固定杆
4121 旋转手柄
413 活动滚珠槽
414 滑轨
415 固定通孔
5 手术器械
51 第二连接件
511 滚珠卡槽
512 滑块
513 固定盲孔
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
请参阅图1至图9。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
如图1所示，本发明实施例的耳科手术机器人，至少包括：
底座1，所述底座1底面设有移动滚轮11；
医学工作站2，设于所述底座1上，用于控制手术机器人；
移动组件3，与所述医学工作站2电连接；
机械臂4，与所述移动组件3连接，和所述医学工作站2电连接；如图2-5所示，所述机械臂4的末端设有第一连接件41，所述第一连接件41设有第二连接件容纳腔411及固定杆412，所述第二连接件容纳腔411至少一侧开口，所述第二连接件容纳腔的内壁设有活动滚珠槽413，所述活动滚珠槽内容纳有活动滚珠，所述活动滚珠部分突出于所述活动滚珠槽，所述第二连接件容纳腔与所述活动滚珠槽相对的一侧设有滑轨414和固定通孔415，所述固定杆412的末端能够贯穿所述固定通孔415到达所述第二连接件容纳腔411内；
在一种具体实施方式中，手术器械5一端设有第二连接件51，如图6所示，所述第二连接件51用于与第一连接件41连接；所述第二连接件51能够嵌入所述第二连接件容纳腔411内，所述第二连接件51如图7-9所示，设有滚珠卡槽511和滑块512，所述滚珠卡槽511能够容纳所述活动滚珠的突出部分，所述滑块512与所述滑轨414匹配，能够在所述滑轨414中滑动。
所述第二连接件容纳腔411用于容纳第二连接件51。所述滑轨414能够使得第二连接件51能够在所述第二连接件容纳腔411内滑动，滚珠设计能够增强滑动效果，减少滑动时间。所述固定通孔415和固定杆412相互配合，使得第二连接件51滑入第二连接件容纳腔411后，能够固定住，防止第二连接件51松动或脱落。所述固定通孔415与所述滑轨414同侧。增强固定效果。
所述手术器械还包括执行末梢，所述执行末梢与第二连接件连接，所述执行末梢可以根据手术的不同而不同。例如，可以为夹持装置、剪切装置、鼓膜切开刀、鼓膜置管器等。
优选的，所述执行末梢的延伸方向和所述滑块的延伸方向垂直。固定效果更佳。
可选的，所述滚珠的半径为1-3mm。
可选的，所述固定通孔的半径为1-5mm。
所述医学工作站包括控制主机21，显示器22和操纵器23，所述显示器22、操纵器23、移动组件3、机械臂4分别与所述控制主机21电连接。所述控制主机可以为计算机，所述计算机可安装控制程序，所述控制程序的控制方法可以为现有技术，通过运行控制程序实现对显示器22、操纵器23、移动组件3、机械臂4的控制。所述显示器可以显示手术机器人的运行状况等。
本发明提供所述医学工作站的硬件架构，所述控制程序可以根据需要进行安装。
所述移动组件3包括依次相连的升降台31、推进台32和连接平台33，所述升降台31用于使机械臂4竖直升降，提供竖直方向上的一个自由度；所述推进台用于使机械臂4横向位移，可提供水平方向上的一个自由度；所述连接平台用于连接机械臂，可以提供一个自由度。所述升降台31设于所述底座1上，所述连接平台33与所述机械臂4连接。所述连接平台设有旋转关节和连接杆，以使连接杆能够在旋转关节的带动下运动，进而带动机械手臂运动。
所述升降台和所述推进台均可采用液压伸缩的方式提供自由度，所述升降台和所述推进台均为现有技术，例如采用201621378225.1中的液压伸缩装置。
所述连接平台至少设有一个转动关节和连接杆，所述转动关节为现有技术，例如201510572954.4所述的转动关节。
所述机械臂能够提供至少3个旋转自由度。所述机械臂设有至少三个转动关节和连接各个转动关节的连接杆，以使所述机械臂转动。所述机械臂为现有技术，例如可以采用专利201510567721.5所述的机械臂。
所述移动滚轮11上设有刹车块12。确保机器人可自由移动与固定位置。如采用带有刹车功能的万向轮。所述移动滚轮为现有技术。
进一步的，所述固定通孔415和所述固定杆412的侧壁设有相互匹配的螺纹。增强固定效果。
所述固定杆412一端设有旋转手柄4121。方便操作人员手握，进行旋转。
所述第二连接件容纳腔411的容积为27-8000mm3。
第二连接件容纳腔411和第二连接件51的可以为任何形状，只要能够实现两者匹配即可。优选为，所述第二连接件容纳腔411为球体或长方体空腔。方便第二连接件的插入和固定。
进一步的，所述第二连接件容纳腔411为正方体空腔。所述第二连接件容纳腔411的边长为3mm-20mm。
所述滑轨414的数量为1条-6条。优选为2条，既保证固定效果，又防止滑轨过多，不方便操作。
所述滑轨可以为长方体凹槽或燕尾槽。
所述第一连接件可以通过螺钉和螺孔配合的方式与机械臂连接。也可以采用其他的现有技术的连接方式，只要能够实现与机械臂连接即可。
优选的，所述第二连接件容纳腔411三侧开口。方便第二连接件的插入。
如图8所示，在一种实施方式中，所述第二连接件51还设有固定盲孔513，用于容纳所述固定杆412的末端，在所述第一连接件41和第二连接件51连接状态下，所述固定盲孔513与所述固定通孔415同轴。
所述固定盲孔513设有与固定杆412相匹配的螺纹。用于连接固定杆412。
所述滚珠卡槽可用于定位。
所述固定盲孔513的半径与所述固定通孔415半径相同。
可选的，所述固定盲孔513的半径为1-5mm。
所述滚珠卡槽的半径为1-3mm。
所述滑块可以是与滑轨匹配的长方体或燕尾滑块。
使用时，将第二连接件51的滑块对准第二连接件容纳腔411的滑轨，使滑块在滑轨中滑动，同时在活动滚珠的作用下加快滑入到第二连接件容纳腔中，此时，活动滚珠卡入滚珠卡槽511，固定盲孔513与固定通孔415同轴，插入固定杆，将固定杆的末端插入到固定盲孔513中，将手术器械固定到机械臂上。通过操纵器23，控制移动组件3、机械臂4的运动，进而控制手术器械运动，进行手术。图1的箭头用于指示各个部件的运动方向。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种耳科手术机器人，其特征在于：所述手术机器人至少包括：
底座(1)，所述底座(1)底面设有移动滚轮(11)；
医学工作站(2)，设于所述底座(1)上；
移动组件(3)，与所述医学工作站(2)电连接；
机械臂(4)，与所述移动组件(3)连接，和所述医学工作站(2)电连接；所述机械臂(4)的末端设有第一连接件(41)，所述第一连接件(41)设有第二连接件容纳腔(411)及固定杆(412)，所述第二连接件容纳腔(411)至少一侧开口，所述第二连接件容纳腔的内壁设有活动滚珠槽(413)，所述活动滚珠槽内容纳有活动滚珠，所述活动滚珠部分突出于所述活动滚珠槽，所述第二连接件容纳腔与所述活动滚珠槽相对的一侧设有滑轨(414)和固定通孔(415)，所述固定杆(412)的末端能够贯穿所述固定通孔(415)到达所述第二连接件容纳腔(411)内；
手术器械(5)，所述手术器械(5)一端设有第二连接件(51)，所述第二连接件(51)用于与第一连接件(41)连接；所述第二连接件(51)能够嵌入所述第二连接件容纳腔(411)内，所述第二连接件(51)设有滚珠卡槽(511)和滑块(512)，所述滚珠卡槽(511)能够容纳所述活动滚珠的突出部分，所述滑块(512)与所述滑轨(414)匹配，能够在所述滑轨(414)中滑动。
2.如权利要求1所述的耳科手术机器人，其特征在于，所述医学工作站包括控制主机(21)，显示器(22)和操纵器(23)，所述显示器(22)、操纵器(23)、移动组件(3)、机械臂(4)分别与所述控制主机(21)电连接。
3.如权利要求1所述的耳科手术机器人，其特征在于，所述移动组件(3)包括依次相连的升降台(31)、推进台(32)和连接平台(33)，所述升降台(31)设于所述底座(1)上，所述连接平台(33)与所述机械臂(4)连接。
4.如权利要求1所述的耳科手术机器人，其特征在于，所述机械臂(4)能够提供至少3个旋转自由度。
5.如权利要求1所述的耳科手术机器人，其特征在于，所述移动滚轮(11)上设有刹车块(12)。
6.如权利要求1所述的耳科手术机器人，其特征在于，还包括以下特征中的一项或多项：
1)所述固定通孔(415)和所述固定杆(412)的侧壁设有相互匹配的螺纹；
2)所述固定杆(412)一端设有旋转手柄(4121)。
7.如权利要求1所述的耳科手术机器人，其特征在于，所述第二连接件容纳腔(411)为球体或长方体空腔。
8.如权利要求1所述的耳科手术机器人，其特征在于，所述滑轨(414)的数量为1条-6条。
9.如权利要求1所述的耳科手术机器人，其特征在于，所述第二连接件(51)还设有固定盲孔(513)，用于容纳所述固定杆(412)的末端，在所述第一连接件(41)和第二连接件(51)连接状态下，所述固定盲孔(513)与所述固定通孔(415)同轴。
10.如权利要求8所述的耳科手术机器人，其特征在于，所述固定盲孔(513)设有与固定杆(412)相匹配的螺纹。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113440258A (zh) * 2021-07-12 2021-09-28 曹庆恒 一种耳鼻机器人及其使用方法
CN116712175A (zh) * 2023-06-15 2023-09-08 哈尔滨工业大学 一种面向耳科手术机器人的操作臂

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