CN111202568B - 一种妇产科手术机器人磁力反馈操作器械 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种妇产科手术机器人磁力反馈操作器械，属于妇产科领域，包括控制单元100、驱动单元300和操作单元200，控制单元100远程控制驱动单元和操作单元200，驱动单元300将操作单元200安装在手术机器人的末端上，手术机器人用于手术室内，医生在一个远处通过操作控制单元100来控制器械进行手术操作。

Description

一种妇产科手术机器人磁力反馈操作器械

技术领域

本发明涉及手术机器人领域。

背景技术

机器人手术系统是集多项现代高科技手段于一体的综合体。主要用于心脏外科和前列腺切除术。外科医生可以远离手术台操纵机器进行手术，完全不同于传统的手术概念，在世界微创外科领域是当之无愧的革命性外科手术工具。

利用机器人做手术时，医生的双手不碰触患者。一旦切口位置被确定，装有照相机和其他外科工具的机械臂将实施切断、止血及缝合等动作，外科医生只需坐在通常是手术室的控制台上，观测和指导机械臂工作就行了。据悉，该技术可让医生在地球的一端对另一端的患者实施手术。

一些外科医生也采用机器人系统做妇产科及节育手术，在妇产科领域，由于手术机器人是医生远端操作，难以感受到手术工具末端和人体接触所受到的力，比如夹持力和剪切力，难以根据这些力的大小调整手术操作。

发明内容

本发明的目的在于，公开了一种妇产科手术机器人磁力反馈操作器械，包括：

控制单元，其包括有第一操作杆、第二操作杆、第一活动杆、第二活动杆、驱动杆、外管套、第一磁铁、磁场控制单元，所述的第一操作杆和第二操作杆铰接在外管套上，第一操作杆和第一活动杆连接，第二操作杆和第二活动杆连接，外管套内设有磁场控制单元以及第一磁铁，第一磁铁和驱动杆连接，驱动杆的末端分别和第一活动杆、第二活动杆连接，磁场控制单元能够根据预先设定控制第一磁铁处的磁场大小以使得第一磁铁能够受到设定的力，第一磁铁上设有磁场传感器，该磁场传感器和磁场控制单元连接；

驱动单元；

操作单元，其包括有执行手术操作的钳口、移动杆、外管，移动杆位于外管中部，移动杆控制钳口进行手术操作，移动杆的末端为第三磁铁，外管内还设有第四磁铁以及与第四磁铁连接的动力杆，第三磁铁和第四磁铁之间为相斥的磁力，动力杆被驱动单元驱动以使得第四磁铁移动，第四磁铁和第四磁铁之间设有防止第三磁铁和第四磁铁远离的拉动件，第三磁铁上设有磁场传感器，磁场传感器将第三磁铁所受到的磁场力传输给磁场控制单元，磁场控制单元控制第一磁铁处的磁场强度和第三磁铁处的磁场强度相同。

所述的磁场控制单元包括有驱动壳体，驱动壳体内设有螺杆，螺杆连接有电机，电机驱动螺杆转动，螺杆上设有滑动件，滑动件和螺杆丝杆连接，滑动件连接有一个杆件驱动第二磁铁移动以改变第一磁铁处的磁场强度，电机连接有控制器，该控制器接受第一磁铁处磁场传感器的强度和第三磁铁处的磁场强度，该控制器通过电机控制第一磁铁处和第三磁铁处的磁场强度相同。

作为改进，所述的驱动单元包括有第一电机，第一电机连接有第一转动轴，第一转动轴上丝杆连接有第一滑块，第一滑块通过卡位件和位于动力杆末端的固定头连接，当第一滑块沿着第一转动轴轴向移动的时候，能够通过卡位件驱动动力杆沿着动力杆的轴向移动。

作为改进，所述的驱动单元还包括有第二电机、第二转动轴、主动齿轮和从动齿轮，第二电机驱动第二转动轴转动进而驱动主动齿轮转动，主动齿轮驱动和其齿合的从动齿轮，从动齿轮位于外管的外部并驱动外管轴向转动。

作为改进，钳口包括有第一钳片和第二钳片，第一钳片和第二钳片分别通过第一连接杆、第二连接杆与移动杆连接。

作为改进，外管连接有固定座，第一钳片和第二钳片铰接在固定座上。

作为改进，外管套连接有竖杆，竖杆连接有底座。

附图说明

图1是控制单元示意图；

图2是磁场控制单元示意图；

图3是操作单元示意图；

图4是磁铁控制流程图；

图中标记：100-控制单元，110a-第一操作杆，110b-第二操作杆，120a-第一活动杆，120b-第二活动杆，130-驱动杆，140-外管套，150-第一磁铁，160-磁场控制单元、161-驱动壳体，162-螺杆，163-滑动件，164-电机，165-第二磁铁，170-竖杆，180-底座，200-操作单元，210-钳口，210a-第一钳片，210b-第二钳片，220-固定座，230a-第一连接杆，230b-第二连接杆，240-移动杆，250-外管，260-第三磁铁，270-第四磁铁，280-拉动件，290-动力杆，300-驱动单元，310-第一电机，320-第一转动轴，330-第一滑块，340-卡位件，350-固定头，360-第二电机，370-第二转动轴，380-主动齿轮，390-从动齿轮。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

实施例1：本实施例公开了一种妇产科手术机器人磁力反馈操作器械，如图1和图3所示，包括控制单元100、驱动单元300和操作单元200，控制单元100远程控制驱动单元和操作单元200，驱动单元300将操作单元200安装在手术机器人的末端上，手术机器人用于手术室内，医生在一个远处通过操作控制单元100来控制器械进行手术操作。

具体的，如图1所示，控制单元100其包括有第一操作杆110a、第二操作杆110b、第一活动杆120a、第二活动杆120b、驱动杆130、外管套140、第一磁铁150、磁场控制单元160，所述的第一操作杆和第二操作杆铰接在外管套上，第一操作杆和第一活动杆连接，第二操作杆和第二活动杆连接，外管套内设有磁场控制单元160以及第一磁铁150，第一磁铁和驱动杆130连接，驱动杆的末端分别和第一活动杆、第二活动杆连接，磁场控制单元（160）能够根据预先设定控制第一磁铁150处的磁场大小以使得第一磁铁150能够受到设定的力，第一磁铁上设有磁场传感器，该磁场传感器和磁场控制单元连接。

如图2所示，磁场控制单元160包括有驱动壳体161，驱动壳体内设有螺杆162，螺杆162连接有电机164，电机驱动螺杆转动，螺杆上设有滑动件163，滑动件和螺杆丝杆连接，滑动件连接有一个杆件驱动第二磁铁165移动以改变第一磁铁处的磁场强度，电机连接有控制器，该控制器接受第一磁铁处磁场传感器的强度和第三磁铁处的磁场强度，该控制器通过电机控制第一磁铁处和第三磁铁处的磁场强度相同。

控制单元100上安装有传感器来检测驱动杆130的移动数据，并将该移动数据传输给机器人控制系统进一步通过驱动单元300来控制手术器械，在本实施例中，操作人员的用手握住第一操作杆和第二操作杆，并驱动驱动杆130前进。优选的，外管套140连接有竖杆170，竖杆连接有底座180。，优选的，外管套可以沿着竖杆自由转动（两个自由度方向）进而将该转动的数据传输给机器人控制系统来控制手术器械，其为现有技术。

如图3所示为本实施例的操作单元200，其包括有执行手术操作的钳口210、移动杆240、外管250，移动杆位于外管中部，移动杆控制钳口进行手术操作，移动杆240的末端为第三磁铁260，外管内还设有第四磁铁270以及与第四磁铁连接的动力杆290，第三磁铁和第四磁铁之间为相斥的磁力，动力杆被驱动单元驱动以使得第四磁铁移动，第四磁铁和第四磁铁之间设有防止第三磁铁和第四磁铁远离的拉动件280，第三磁铁上设有磁场传感器，磁场传感器将第三磁铁所受到的磁场力传输给磁场控制单元160，磁场控制单元控制第一磁铁处的磁场强度和第三磁铁处的磁场强度相同，钳口210包括有第一钳片210a和第二钳片210b，第一钳片和第二钳片分别通过第一连接杆230a、第二连接杆230b与移动杆240连接，外管连接有固定座220，第一钳片和第二钳片铰接在固定座上。

如图3的右侧为驱动单元300，驱动单元300包括有第一电机310，第一电机连接有第一转动轴320，第一转动轴上丝杆连接有第一滑块330，第一滑块通过卡位件340和位于动力杆290末端的固定头350连接，当第一滑块沿着第一转动轴轴向移动的时候，能够通过卡位件驱动动力杆沿着动力杆的轴向移动。驱动单元还包括有第二电机360、第二转动轴370、主动齿轮380和从动齿轮390，第二电机驱动第二转动轴转动进而驱动主动齿轮转动，主动齿轮驱动和其齿合的从动齿轮390，从动齿轮位于外管的外部并驱动外管轴向转动。

当需要使得操作单元200轴向自转的时候，第二电机360被远程控制转动，进而通过主动齿轮380驱动从动齿轮390转动，从动齿轮驱动外管250以及钳口转动，外管能够相对驱动单元自转，具体的外管和驱动单元之间可设有轴承等连接部件。当需要使得操作单元钳口张开的时候，第一电机310驱动第一滑块移动，第一滑块通过卡位件和固定头350驱动动力杆前进290,由于第四磁铁和第三磁铁是相斥的，并且由拉动件（细绳等）拉动，使得其两者有预载的斥力，这个时候当钳口的咬合力较小的时候，第四磁铁能够直接推动第三磁铁移动，并进一步使得钳口闭合，当动力杆后退的时候，由于拉动件的作用能够直接拉动移动件240进一步使得钳口张开。当钳口咬合力大的时候，第三磁铁和第四磁铁之间的磁力会较大，第三磁铁处的磁场强度会变大（如图3B点），该处的强度被传感器发送到磁场控制单元160中，磁场控制单元中的中央处理单元通过移动第二磁铁，将第一磁铁处（如图1A点）的磁场强度控制为和B点磁场强度相同或者固定比例，进而使得第一操作杆和第二操作杆人手感应到的强度和钳口咬合力相同或者固定比例，进一步指导操作人员更好的完成远程操作。

实施例2:本发明还公开了一种操作上述妇产科手术机器人磁力反馈操作器械的方法，步骤如下：

步骤1：获取人体内手术部位的视频数据；

步骤2：将上述数据传输到手术机器人控制系统并向操作人员显示；

步骤3：操作人员根据获取的视频数据驱动驱动杆移动，驱动杆移动数据并传感器获取，并传输到手术机器人控制系统；

步骤4：手术机器人控制系统根据获取到的驱动杆移动数据控制动力杆移动进而控制钳口开闭；

步骤5：第三磁铁（260）处的磁场强度并传感器获取，并将该磁场强度传输给磁场控制单元160；

步骤6：磁场控制单元根据上述磁场强度控制第二磁铁的移动进一步控制第一磁铁处的磁场强度。

作为视频数据通过摄像头获取，驱动杆移动通过手握第一操作杆和第二操作杆。磁场控制单元获得第一磁铁处的磁场强度和第三磁铁处的磁场强度，当第一磁铁处的磁场强度大于第三磁铁处的磁场强度的时候，磁场控制单元使得第二磁铁远离第一磁铁，当第一磁铁处的磁场强度小于第三磁铁处的磁场强度的时候，磁场控制单元使得第二磁铁靠近第一磁铁。

实施例3：本发明还公开了一种妇产科手术机器人，采用实施例2所述的控制方法，所述的妇产科手术机器人包括实施例1的妇产科手术机器人磁力反馈操作器械。

Claims (4)

1.一种妇产科手术机器人磁力反馈操作器械，其特征在于，包括：

控制单元（100），其包括有第一操作杆（110a）、第二操作杆（110b）、第一活动杆（120a）、第二活动杆（120b）、驱动杆（130）、外管套（140）、第一磁铁（150）、磁场控制单元（160），所述的第一操作杆和第二操作杆铰接在外管套上，第一操作杆和第一活动杆连接，第二操作杆和第二活动杆连接，外管套内设有磁场控制单元（160）以及第一磁铁（150），第一磁铁和驱动杆（130）连接，驱动杆的末端分别和第一活动杆、第二活动杆连接，磁场控制单元（160）能够根据预先设定控制第一磁铁（150）处的磁场大小以使得第一磁铁（150）能够受到设定的力，第一磁铁上设有磁场传感器，该磁场传感器和磁场控制单元连接；

驱动单元（300）；

操作单元（200），其包括有执行手术操作的钳口（210）、移动杆（240）、外管（250），移动杆位于外管中部，移动杆控制钳口进行手术操作，移动杆（240）的末端为第三磁铁（260），外管内还设有第四磁铁（270）以及与第四磁铁连接的动力杆（290），第三磁铁和第四磁铁之间为相斥的磁力，动力杆被驱动单元驱动以使得第四磁铁移动，第三磁铁和第四磁铁之间设有防止第三磁铁和第四磁铁远离的细绳，第三磁铁上设有磁场传感器，磁场传感器将第三磁铁所受到的磁场力传输给磁场控制单元（160），磁场控制单元控制第一磁铁处的磁场强度和第三磁铁处的磁场强度相同；

所述的磁场控制单元（160）包括有驱动壳体（161），驱动壳体内设有螺杆（162），螺杆（162）连接有电机（164），电机驱动螺杆转动，螺杆上设有滑动件（163），滑动件和螺杆丝杆连接，滑动件连接有一个杆件驱动第二磁铁（165）移动以改变第一磁铁处的磁场强度，电机连接有控制器，该控制器接受第一磁铁处磁场传感器的强度和第三磁铁处的磁场强度，该控制器通过电机控制第一磁铁处和第三磁铁处的磁场强度相同；

所述的驱动单元（300）包括有第一电机（310），第一电机连接有第一转动轴（320），第一转动轴上丝杆连接有第一滑块（330），第一滑块通过卡位件（340）和位于动力杆（290）末端的固定头连接，当第一滑块沿着第一转动轴轴向移动的时候，能够通过卡位件驱动动力杆沿着动力杆的轴向移动；

所述的驱动单元还包括有第二电机（360）、第二转动轴（370）、主动齿轮（380）和从动齿轮（390），第二电机驱动第二转动轴转动进而驱动主动齿轮转动，主动齿轮驱动和其齿合的从动齿轮（390），从动齿轮位于外管的外部并驱动外管轴向转动。

2.根据权利要求1所述的妇产科手术机器人磁力反馈操作器械，其特征在于，钳口（210）包括有第一钳片（210a）和第二钳片（210b），第一钳片和第二钳片分别通过第一连接杆（230a）、第二连接杆（230b）与移动杆（240）连接。

3.根据权利要求2所述妇产科手术机器人磁力反馈操作器械，其特征在于， 外管连接有固定座（220），第一钳片和第二钳片铰接在固定座上。

4.根据权利要求3所述妇产科手术机器人磁力反馈操作器械，其特征在于，外管套（140）连接有竖杆（170），竖杆连接有底座（180）。

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