CN111529067B - 一种手术机器人机械臂的定位装置及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种手术机器人机械臂的定位装置及定位方法，属于医疗器械技术领域，其中手术机器人机械臂的定位方法包括：摆动机械臂，使连接在机械臂的戳卡夹持器上的辅助定位单元的底部中心与患者的手术孔表面中心重合，使所述机械臂保持该位置不变；拆除所述辅助定位单元，将已插入所述患者的所述手术孔内的手术戳卡与所述戳卡夹持器相连接。本发明手术机器人机械臂的定位装置及定位方法能够避免调整机械臂的过程中对患者腹壁伤口带来二次创伤的风险，并且实现机械臂与手术戳卡的快速连接，大大缩短了手术前准备工作所占用的时间。

Description

一种手术机器人机械臂的定位装置及定位方法

技术领域

本发明涉及一种医疗器械，具体而言，涉及一种手术机器人机械臂的定位方法及定位装置。

背景技术

腹腔镜手术机器人在腹腔微创手术中已被广泛使用，腹腔镜手术机器人通常由三条或者四条机械手臂代替人的手臂来完成比较复杂的手术。手术时，通常先在患者腹壁开几个小孔，然后将戳卡通过小孔插入人体内，再将机械手臂摆位到合适位置，将戳卡套装在不同的机械手臂上，从而实现戳卡与机械手臂的随动。但被动摆位时很难准确地将机械手臂对准戳卡的位置，使得戳卡与机械手臂进入方向同轴心，每次将戳卡与机械手臂锁定后都会再次拆装进行调整，调整过程中对患者腹壁伤口带来二次创伤风险，严重的可能会撕裂伤口，对患者的生命造成威胁。

发明内容

为解决上述问题之一，本发明提供一种手术机器人机械臂的定位装置及定位方法。

本发明一种手术机器人机械臂的定位装置，

包括戳卡夹持器及辅助定位单元，所述戳卡夹持器用于连接于机械臂末端，所述辅助定位单元可拆卸连接于所述戳卡夹持器上，所述辅助定位单元用于模拟手术戳卡位于患者手术孔外的部分，以确定所述机械臂与所述手术戳卡连接的准确位置。

进一步地，所述辅助定位单元包括相互连接的连接端及定位端，所述连接端用于夹持于所述戳卡夹持器上，所述定位端的远离所述连接端的一端为光滑球面形状，所述辅助定位单元的从所述连接端与所述戳卡夹持器的连接处到所述定位端的所述一端的距离与所述手术戳卡的从与所述戳卡夹持器的连接处至所述手术孔的距离相等。

进一步地，所述戳卡夹持器包括底座、相对设置的第一夹头及第二夹头、拉杆装置及拉杆控制装置，

所述第一夹头、所述第二夹头均连接于所述底座上，所述第一夹头、所述第二夹头适于相对所述底座转动，

所述拉杆装置与所述第一夹头、所述第二夹头相连接，并用于带动所述第一夹头、所述第二夹头相互夹紧或松开，

所述拉杆控制装置与所述拉杆装置相配合，在所述第一夹头、所述第二夹头相互夹紧时将所述拉杆装置锁紧或放松，

所述辅助定位单元的连接端用于夹持于所述第一夹头、所述第二夹头之间。

进一步地，所述拉杆装置包括连接板、拉杆，所述拉杆的一端为铰接端，所述拉杆的另一端为安装端，所述拉杆的安装端安装于所述底座上，

所述第一夹头、所述第二夹头的一端为自由端，所述第一夹头、所述第二夹头的另一端为连接端，所述第一夹头、所述第二夹头与所述底座的连接处均位于各自的所述自由端与所述连接端之间，

所述连接板一端分别与所述第一夹头、所述第二夹头的连接端相铰接，所述连接板的另一端与所述拉杆的铰接端相铰接，

所述拉杆控制装置用于锁定或放开所述拉杆。

进一步地，所述拉杆的一侧边上设置有挡板，所述挡板凸出于所述侧边，

所述拉杆控制装置为杆状部件，所述拉杆控制装置上开设有拉杆容置槽及挡板容置槽，所述拉杆容置槽的宽度大于所述拉杆的宽度，所述拉杆控制装置设置于所述底座的相对的两侧边之间，并且所述拉杆控制装置与所述拉杆相互垂直，所述拉杆控制装置适于相对所述底座在所述相对的两侧边之间移动，

所述拉杆夹持于所述拉杆控制装置与所述底座之间，并且所述拉杆穿过所述容置槽，所述挡板适于容置于所述挡板容置槽内被所述挡板容置槽的侧壁阻挡。

进一步地，所述拉杆的安装端与所述底座之间设置有第一自动复位装置，所述拉杆控制装置与所述底座之间设置有第二自动复位装置，所述底座上设置有限位块，所述限位块上设置有供所述拉杆穿过的安装空间，

所述拉杆从所述安装空间穿过，所述拉杆适于相对所述限位块在靠近所述第一夹头、所述第二夹头的方向与远离所述第一夹头、所述第二夹头的方向之间滑动。

进一步地，在所述底座的左侧形成左侧壁，在所述底座的右侧形成右侧壁，所述拉杆控制装置的一端为操控端，所述左侧壁上开设有安装孔，所述操控端穿过所述安装孔伸出所述底座外，所述拉杆控制装置的另一端为安装端，所述安装端设置于所述右侧壁上，所述右侧壁上设置导向槽，所述导向槽适于容纳所述拉杆控制装置的安装端，所述第二自动复位装置设置于所述导向槽内。

一种手术机器人机械臂的定位方法，采用上述手术机器人机械臂的定位装置，包括：

摆动机械臂，使连接在所述机械臂的戳卡夹持器上的辅助定位单元的底部中心与患者的手术孔表面中心重合；

拆除所述辅助定位单元，将已插入所述患者的所述手术孔内的手术戳卡与所述戳卡夹持器相连接。

进一步地，所述摆动机械臂，使连接在所述机械臂的所述戳卡夹持器上的所述辅助定位单元的底部中心与所述患者的所述手术孔表面中心重合，包括：将所述辅助定位单元安装在所述机械臂的所述戳卡夹持器上，使所述辅助定位单元的底部中心与所述患者的所述手术孔表面中心重合。

进一步地，所述辅助定位单元朝向所述患者的一端为光滑球面形状；所述使所述辅助定位单元的底部中心与所述患者的所述手术孔表面中心重合，包括：使所述光滑球面的顶点与所述患者的所述手术孔表面中心重合。

与现有技术相比较本发明的有益效果在于：由于本发明手术机器人机械臂的定位装置的辅助定位单元可拆卸连接于戳卡夹持器上，调整机械臂使辅助定位单元模拟手术戳卡的位置后，将机械臂定位，再将机械臂与手术戳卡锁定，避免将机械臂与手术戳卡锁定后再次拆装，避免调整过程中对患者腹壁伤口带来二次创伤风险，并且实现机械臂与手术戳卡的快速连接，大大缩短了手术前准备工作所占用的时间。

附图说明

图1为本发明手术机器人机械臂的定位装置的结构图；

图2为用于与手术机器人机械臂连接的手术戳卡的使用状态示意图；

图3为本发明手术机器人机械臂的定位装置中辅助定位单元的结构图；

图4为本发明手术机器人机械臂的定位装置中戳卡夹持器的轴视图；

图5为本发明手术机器人机械臂的定位装置中戳卡夹持器夹紧状态的主视图；

图6为本发明手术机器人机械臂的定位装置中戳卡夹持器松开状态的主视图；

图7为本发明手术机器人机械臂的定位装置中戳卡夹持器的拉杆的结构图；

图8为本发明手术机器人机械臂的定位装置中戳卡夹持器的拉杆控制装置的结构图；

图9为本发明手术机器人机械臂的定位方法的流程图；

图10为本发明手术机器人机械臂的定位方法中摆动机械臂的过程示意图。

附图标记说明：

01-戳卡夹持器；02-机械臂；03-辅助定位单元；04-手术戳卡；11-底座；111-安装槽；112-左侧壁、113-右侧壁；114-底壁；115-导向槽；12-第一夹头；13-连接板；14-拉杆；141-第一自动复位装置；142-挡板；15-拉杆控制装置；151-拉杆容置槽；152-挡板容置槽；153-第二自动复位装置；16-限位块。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

另外，在本发明的描述中需要理解的是，附图中“X”的正向代表左方，相应地，“X”的反向代表右方；“Y”的正向代表前面，相应地，“Y”的反向代表后面；“Z”的正向代表上方，相应地，“Z”的反向代表下方，术语“X”、“Y”、“Z”等指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。

若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

如图1所示，本发明实施例一种手术机器人机械臂的定位装置，包括戳卡夹持器01及辅助定位单元03，戳卡夹持器01用于连接于机械臂02末端，辅助定位单元03可拆卸连接于戳卡夹持器01上，如图2所示，辅助定位单元03用于模拟手术戳卡04位于患者手术孔外的部分，以确定机械臂02的位置，使机械臂02在合适的位置与手术戳卡04连接。由于辅助定位单元03可拆卸连接于戳卡夹持器01上，调整机械臂02使辅助定位单元03模拟手术戳卡04的位置后，将机械臂02定位，再将机械臂02与手术戳卡04锁定，避免将机械臂02与手术戳卡04锁定后再次拆装，以调整机械臂02的位置，避免调整过程中对患者腹壁伤口带来二次创伤风险，并且实现机械臂02与手术戳卡04的快速连接，大大缩短了手术前准备工作所占用的时间。

进一步地，如图3所示，辅助定位单元03包括一体成型的连接端31及定位端32，连接端31用于夹持于戳卡夹持器01上，定位端32的远离连接端31的一端为光滑球面形状，辅助定位单元03的从连接端31与戳卡夹持器01的连接处到定位端32的远离连接端31的一端部的距离与手术戳卡04的从与戳卡夹持器01的连接处至手术孔表面部分的距离相等。具体地，辅助定位单元03可以采用长度小于手术戳卡02的定位戳卡。由于定位端32的远离连接端31的一端为光滑球面形状，辅助定位单元03的从连接端31与戳卡夹持器01的连接处到定位端32的远离连接端31的一端部的距离与手术戳卡04的从与戳卡夹持器01的连接处至手术孔表面部分的距离相等，使定位端32末端的光滑球面的顶点与患者腹壁手术孔表面中心重合时，辅助定位单元03能够更准确地模拟手术戳卡04的位置，由此确定的机械臂02的位置更准确。

进一步地，如图4、图5、图6所示，戳卡夹持器01包括底座11、第一夹头12、第二夹头、拉杆装置及拉杆控制装置，第一夹头12、第二夹头均连接于底座11上，第一夹头12与第二夹头相对设置，并且第一夹头12、第二夹头适于相对底座11转动，拉杆装置与第一夹头12、第二夹头均相互连接，拉杆装置能带动第一夹头12、第二夹头相互夹紧或松开，拉杆控制装置与拉杆装置相配合，在第一夹头12、第二夹头相互夹紧时将拉杆装置锁紧或将拉杆装置放松，辅助定位单元03的连接端31用于夹持于第一夹头12、第二夹头之间。

由于拉杆装置能带动第一夹头12、第二夹头夹紧或松开，并且在夹紧状态时，拉杆控制装置能锁定拉杆装置，保证第一夹头12、第二夹头的夹紧状态保持稳定，避免患者受到意外伤害，并且便于操作。

具体地，拉杆装置包括连接板13、拉杆14，拉杆14的一端为铰接端，拉杆14的另一端为安装端，拉杆14的安装端安装于底座11上，

第一夹头12、第二夹头的一端为自由端，第一夹头12、第二夹头的另一端为连接端，第一夹头12及第二夹头与底座11的连接处位于各自的自由端与连接端之间，

连接板13一端分别与第一夹头12、第二夹头的连接端相铰接，连接板13的另一端与拉杆14的铰接端相铰接，拉动拉杆14向远离第一夹头12、第二夹头的方向移动，拉杆14通过连接板13带动第一夹头12、第二夹头相对底座11转动，第一夹头12、第二夹头的自由端相互靠拢，第一夹头12、第二夹头夹紧；拉动拉杆14向靠近第一夹头12、第二夹头的方向移动，拉杆14通过连接板13带动第一夹头12、第二夹头相对底座11转动，第一夹头12、第二夹头的自由端相互远离，第一夹头12、第二夹头松开；

拉杆控制装置15与拉杆14相配合，拉杆控制装置15用于锁定或放开拉杆14。

由于拉杆能带动第一夹头、第二夹头夹紧或松开，并且在夹紧状态时，拉杆控制装置能锁定拉杆，保证第一夹头、第二夹头的夹紧状态保持稳定，避免患者受到意外伤害，并且便于操作。

进一步地，拉杆14的安装端与底座11之间设置有第一自动复位装置141，具体地，第一自动复位装置141采用弹簧。在拉杆控制装置15放开拉杆14后，拉杆14能够自动复位，使操作更方便。

具体地，如图4所示，底座11为板状部件，底座11的左侧边、右侧边相互对应，如图7、图8所示，拉杆14的一侧边上设置有挡板142，挡板142凸出该侧边，拉杆控制装置15为杆状部件，拉杆控制装置15的一端为安装端，拉杆控制装置15的另一端为操控端，拉杆控制装置15的安装端及操控端分别设置于底座11的相互对应的两侧边上，并且拉杆控制装置15与拉杆14相互垂直，拉杆控制装置15可相对底座11在相互对应的两侧边之间移动，拉杆控制装置15上开设有拉杆容置槽151及挡板容置槽152，拉杆容置槽151的宽度大于拉杆14的宽度，宽度指沿坐标轴X轴方向的尺寸，拉杆容置槽151与挡板容置槽152相互连通，拉杆14夹持于拉杆控制装置15与底座11之间并且拉杆14穿过拉杆容置槽151，拉杆14适于相对拉杆控制装置15在靠近第一夹头12、第二夹头的方向或远离第一夹头12、第二夹头的方向移动，当拉杆控制装置15位于左端时，挡板142容置于挡板容置槽152内并被挡板容置槽152的侧壁阻挡，拉杆14被锁定，当拉杆控制装置15位于右端时，挡板142从挡板容置槽152内脱出，拉杆14被放开。

进一步地，拉杆控制装置15的安装端与底座11之间设置有第二自动复位装置153，具体地，第二自动复位装置153采用弹簧。由于第二自动复位装置153的设置，当作用在拉杆控制装置15操控端的作用力消失后，拉杆控制装置15能够自动复位，使操作更方便。

进一步地，底座11上设置有限位块16，限位块16位于拉杆控制装置15的靠近拉杆14的安装端的一侧，限位块16上设置有供拉杆14穿过的安装空间，具体地，限位块16与底座11之间通过螺栓连接，安装空间可以是设置于限位块16上的通孔，还可以是设置在限位块16的朝向底座11的一侧面上的凹槽；拉杆14穿过限位块16上的安装空间，并且拉杆14适于相对限位块16在靠近第一夹头12、第二夹头的方向与远离第一夹头12、第二夹头的方向之间滑动。由于限位块16的设置，限制了拉杆14仅能在靠近第一夹头12、第二夹头的方向或远离第一夹头12、第二夹头的方向上移动，避免拉杆14在左右方向晃动，使戳卡夹持器01在夹紧状态时更稳定，避免手术过程中患者受伤。

具体地，第一夹头12及第二夹头均为半圆弧状，底座11的一侧面中部开设有安装槽111，在底座11的左侧形成左侧壁112，在底座11的右侧形成右侧壁113，在底座11的底部形成底壁114，拉杆14、限位块16、拉杆控制装置15均设置于安装槽111内，拉杆控制装置15的操控端及安装端分别设置于底座11的左侧壁112、右侧壁113上，拉杆14的安装端安装于底壁114上。如图1所示，其中左侧壁112上开设有安装孔，拉杆控制装置15的操控端穿过安装孔伸出底座11外，右侧壁113上设置导向槽115，弹簧设置于导向槽115内，导向槽115适于容纳拉杆控制装置15的安装端，使拉杆控制装置15能够相对底座11左右移动。由于操控端伸出底座11外，操控更方便；而导向槽115的设置，将拉杆控制装置15的移动方向限制在与拉杆14相垂直的方向，使戳卡夹持器01在夹紧状态时更稳定。

戳卡夹持器01在使用时，打开第一夹头12、第二夹头，套在辅助定位单元03上，用手指按压第一夹头12、第二夹头，拉动拉杆14，拉杆14向下移动并使得第一自动复位装置141处于压紧状态，第二自动复位装置153弹出，拉杆14上的挡板142置于拉杆控制装置15上的挡板容置槽152内，第一夹头12、第二夹头锁紧在辅助定位单元03上；定位结束时，按压拉杆控制装置15的操控端，第二自动复位装置153压缩，按压拉杆控制装置15向右移动，拉杆14上的挡板142从拉杆控制装置15上的挡板容置槽152内脱出，第一自动复位装置141弹出，推动拉杆14上移，第一夹头12、第二夹头从辅助定位单元03上松开。

患者腹壁对应手术的位置开有3-4个手术孔，手术孔内插入有手术戳卡04，本发明实施例一种手术机器人机械臂的定位方法，如图9所示，包括下述步骤：

S1、摆动机械臂02，使连接在机械臂02末端的戳卡夹持器01上的辅助定位单元03的底部中心与患者的一个手术孔表面中心重合。

具体地，将辅助定位单元03的连接端31夹持在需要定位的机械臂02上的戳卡夹持器01上，摆动该机械臂02，使连接在该机械臂02末端的戳卡夹持器01上的辅助定位单元03的底部中心与患者的一个手术孔表面中心重合，定位机械臂02，使机械臂02保持该位置不变；如图10所示，辅助定位单元03的长度与手术戳卡04位于手术孔外的部分的长度相等，此时机械臂02的位置即该机械臂02适于与手术戳卡04连接的准确位置；

具体地，辅助定位单元03的定位端32朝向患者的一端为光滑球面形状，在摆动机械臂02，使戳卡夹持器01上的辅助定位单元03的底部中心与患者的手术孔表面中心重合的过程中，使定位端32的光滑球面的顶点与患者的手术孔表面中心重合；

S2、拆除辅助定位单元03，将已插入患者的手术孔内的手术戳卡04与戳卡夹持器01相连接。

采用上述步骤S1至S2依次完成各机械臂02的定位后，即可开始手术。

本发明一种手术机器人机械臂的定位方法，通过摆动机械臂02，使连接在机械臂02上的戳卡夹持器01上的辅助定位单元03的底部中心与患者的一个手术孔表面中心重合，确定机械臂02适于与手术戳卡04连接的准确位置并将机械臂02定位后，再将机械臂02与手术戳卡04锁定，避免将机械臂02与手术戳卡04锁定后再次拆装，避免调整过程中对患者腹壁伤口带来二次创伤风险，并且实现机械臂02与手术戳卡04的快速连接，大大缩短了手术前准备工作所占用的时间。

虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种手术机器人机械臂的定位装置，其特征在于，包括戳卡夹持器（01）及辅助定位单元（03），所述戳卡夹持器（01）用于连接于机械臂（02）末端，所述辅助定位单元（03）可拆卸连接于所述戳卡夹持器（01）上，所述辅助定位单元（03）用于模拟手术戳卡（04）位于患者手术孔外的部分，所述辅助定位单元（03）包括定位端（32），所述辅助定位单元（03）与所述戳卡夹持器（01）的连接处到所述定位端（32）远离所述连接处的一端的距离等于所述手术戳卡（04）与所述戳卡夹持器（01）的连接处至所述手术孔的距离，以确定所述机械臂（02）与所述手术戳卡（04）连接的准确位置。

2.根据权利要求1所述的手术机器人机械臂的定位装置，其特征在于，所述辅助定位单元（03）还包括连接端（31），所述连接端（31）与所述定位端（32）相互连接，所述连接端（31）用于夹持于所述戳卡夹持器（01）上，所述定位端（32）的远离所述连接端（31）的一端为光滑球面形状。

3.根据权利要求1所述的手术机器人机械臂的定位装置，其特征在于，所述戳卡夹持器（01）包括底座（11）、相对设置的第一夹头（12）及第二夹头、拉杆装置及拉杆控制装置（15），

所述第一夹头（12）、所述第二夹头均连接于所述底座（11）上，所述第一夹头（12）、所述第二夹头适于相对所述底座（11）转动，

所述拉杆装置与所述第一夹头（12）、所述第二夹头相连接，并用于带动所述第一夹头（12）、所述第二夹头相互夹紧或松开，

所述拉杆控制装置（15）与所述拉杆装置相配合，在所述第一夹头（12）、所述第二夹头相互夹紧时将所述拉杆装置锁紧或放松，

所述辅助定位单元（03）的连接端（31）用于夹持于所述第一夹头（12）、所述第二夹头之间。

4.根据权利要求3所述的手术机器人机械臂的定位装置，其特征在于，所述拉杆装置包括连接板（13）、拉杆（14），所述拉杆（14）的一端为铰接端，所述拉杆（14）的另一端为安装端，所述拉杆（14）的安装端安装于所述底座（11）上，

所述第一夹头（12）、所述第二夹头的一端为自由端，所述第一夹头（12）、所述第二夹头的另一端为连接端，所述第一夹头（12）、所述第二夹头与所述底座（11）的连接处均位于各自的所述自由端与所述连接端之间，

所述连接板（13）一端分别与所述第一夹头（12）、所述第二夹头的连接端相铰接，所述连接板（13）的另一端与所述拉杆（14）的铰接端相铰接，

所述拉杆控制装置（15）用于锁紧或放松所述拉杆（14）。

5.根据权利要求4所述的手术机器人机械臂的定位装置，其特征在于，所述拉杆（14）的一侧边上设置有挡板（142），所述挡板（142）凸出于所述侧边，

所述拉杆控制装置（15）为杆状部件，所述拉杆控制装置（15）上开设有拉杆容置槽（151）及挡板容置槽（152），所述拉杆容置槽（151）的宽度大于所述拉杆（14）的宽度，所述拉杆控制装置（15）设置于所述底座（11）的相对的两侧边之间，并且所述拉杆控制装置（15）与所述拉杆（14）相互垂直，所述拉杆控制装置（15）适于相对所述底座（11）在所述相对的两侧边之间移动，

所述拉杆（14）夹持于所述拉杆控制装置（15）与所述底座（11）之间，并且所述拉杆（14）穿过所述拉杆容置槽（151），所述挡板（142）适于容置于所述挡板容置槽（152）内被所述挡板容置槽（152）的侧壁阻挡。

6.根据权利要求5所述的手术机器人机械臂的定位装置，其特征在于，所述拉杆（14）的安装端与所述底座（11）之间设置有第一自动复位装置（141），所述拉杆控制装置（15）与所述底座（11）之间设置有第二自动复位装置（153），所述底座（11）上设置有限位块（16），所述限位块（16）上设置有供所述拉杆（14）穿过的安装空间，

所述拉杆（14）从所述安装空间穿过，所述拉杆（14）适于相对所述限位块（16）在靠近所述第一夹头（12）、所述第二夹头的方向与远离所述第一夹头（12）、所述第二夹头的方向之间滑动。

7.根据权利要求6所述的手术机器人机械臂的定位装置，其特征在于，所述拉杆控制装置（15）的一端为操控端，所述底座（11）的左侧形成有左侧壁（112），所述底座（11）的右侧形成右侧壁（113），所述左侧壁（112）上开设有安装孔，所述操控端穿过所述安装孔伸出所述底座（11）外，所述拉杆控制装置（15）的另一端为安装端，所述安装端设置于所述右侧壁（113）上，所述右侧壁（113）上设置导向槽（115），所述导向槽（115）适于容纳所述拉杆控制装置（15）的安装端，所述第二自动复位装置（153）设置于所述导向槽（115）内。

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