CN111658151A - 一种紧凑型腹腔镜手术机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种紧凑型腹腔镜手术机器人系统，包括床板、支撑架、圆环支架、多维自由度机械臂，床板用于支撑病人，床板下方设置有支撑架，床板上方架设有圆环支架，圆环支架为圆环型结构，圆环支架底部左右两端可移动式连接在床板左右两侧，并沿床板作前后方向的往返运动，圆环支架上安装有多维自由度机械臂，多维自由度机械臂设置有至少两个，且每个多维自由度机械臂的末端均安装有微创手术机械臂系统，微创手术机械臂系统用于对病人进行微创腹腔镜手术，微创手术机械臂系统在多维自由度机械臂的带动下进行多维运动；本发明可以大幅减少对手术室空间的占用需求，同时提供了两侧的有效空间使得医生有更多的可用空间操作手术。

Description

一种紧凑型腹腔镜手术机器人系统

[技术领域]

本发明涉及医疗器械技术领域，具体地说是一种紧凑型腹腔镜手术机器人系统。

[背景技术]

目前，现有的腹腔镜微创机器人系统和手术病床是独立的两个系统，各自需要占用独立的手术室空间，因此需要较大空间的手术室，同时，腹腔镜机器人本身需要占据手术病床一侧的使用空间，操作人员或者医生的手术辅助操作只能使用手术病床另一侧的使用空间，往往会影响医生的辅助操作的正常的操作速度和辅助操作效果。因此，若能提供一种紧凑空间的腹腔镜手术机器人系统，将在临床上具有很大意义。

[发明内容]

本发明的目的就是要解决上述的不足而提供一种紧凑型腹腔镜手术机器人系统，可以大幅减少对手术室空间的占用需求，同时提供了两侧的有效空间使得医生有更多的可用空间操作手术，提高了医生手术的便利性和可靠性。

为实现上述目的设计一种紧凑型腹腔镜手术机器人系统，包括床板1、支撑架8、圆环支架3、多维自由度机械臂，所述床板1用于支撑病人2，所述床板1下方设置有支撑架8，所述床板1上方架设有圆环支架3，所述圆环支架3为圆环型结构，所述圆环支架3底部左右两端可移动式连接在床板1左右两侧，并沿床板1作前后方向的往返运动，所述圆环支架3上安装有多维自由度机械臂，所述多维自由度机械臂设置有至少两个，且每个多维自由度机械臂的末端均安装有微创手术机械臂系统9，所述微创手术机械臂系统9用于对病人2进行微创腹腔镜手术，所述微创手术机械臂系统9在多维自由度机械臂的带动下进行多维运动。

进一步地，所述多维自由度机械臂具有不少于六个运动自由度，所述多维自由度机械臂通过基座沿圆环支架3做圆弧轨迹的运动。

进一步地，所述圆环支架3上设置有圆弧导轨95，所述圆弧导轨95上可滑动式连接有滑块92，所述滑块92下方安装有多维自由度机械臂93，所述滑块92上通过电机支架910固定有机械臂电机91，所述机械臂电机91的输出轴上安装有同步轮二99，所述同步轮二99与同步带二97配合连接，所述同步带二97通过轴承一96和轴承二98调节张紧度，所述机械臂电机91带动滑块92、多维自由度机械臂93沿圆弧导轨95作圆弧轨迹运动。

进一步地，所述圆环支架3上设置有四根圆弧导轨95，所述四根圆弧导轨95分布在圆环支架3的外侧面65或内侧面66上。

进一步地，所述圆环支架3上圆弧导轨95的轨道横截面呈燕尾型。

进一步地，所述多维自由度机械臂93设置有四个，分别为多维自由度机械臂一4、多维自由度机械臂二5、多维自由度机械臂三6、多维自由度机械臂四7，四个多维自由度机械臂93分别沿四根圆弧导轨95作圆弧轨迹运动。

进一步地，所述支撑架8为可移动式支撑架，所述可移动式支撑架底部安装有移动轮，所述床板1前后两端的下方均设置有可移动式支撑架，所述床板1在可移动式支撑架的带动下进行移动。

进一步地，所述支撑架8为固定式支撑架，所述固定式支撑架设置在床板1前端的下方，且床板1前端固定连接在固定式支撑架上，所述固定式支撑架固定在地面上。

进一步地，所述微创手术机械臂系统9包括微电机、钢丝以及手术辅助装置，所述微电机安装在多维自由度机械臂上，所述微电机的输出端安装有钢丝，并通过驱动钢丝进而带动末端的手术辅助装置进行多维运动，所述手术辅助装置为微创手术剪刀、手术夹钳、腹腔镜电刀或清洗装置。

进一步地，所述圆环支架3一端安装有固定板16，所述固定板16上安装有滑块一15，所述滑块一15与床板1一侧的导轨一配合连接，所述圆环支架3另一端安装有滑块二14，所述滑块二14与床板1另一侧的导轨二配合连接，所述滑块二14上安装有压带轮13，所述压带轮13通过同步皮带12连接同步带轮11，所述同步皮带12固定在床板1上导轨二的两端，且绕过两个压带轮13与同步带轮11啮合，所述同步带轮11安装在伺服电机10的输出端，所述伺服电机10通过同步带轮11带动同步皮带12做直线运动，所述同步皮带12通过压带轮13和滑块二14带动圆环支架3沿着床板1做往返直线运动。

本发明同现有技术相比，结构新颖，设计合理，提供了一种能对人体腹腔内部病灶进行微创腹腔镜手术的机器人系统，该系统将手术机械臂系统和手术病床系统集成为一体，其占用空间相比于现有系统可大幅减少，从而可以大幅减少对手术室空间的占用需求，同时提供了两侧的有效空间可以方便医生做手术的辅助操作，使得医生有更多的可用空间操作手术，最大程度地提高了辅助操作的速度的便利性和可靠性，值得推广应用。

[附图说明]

图1是本发明的结构示意图一；

图2是本发明的结构示意图二；

图3是本发明圆环支架一侧的连接示意图；

图4是本发明圆环支架另一侧的连接示意图一；

图5是本发明圆环支架另一侧的连接示意图二；

图6是本发明多维自由度机械臂沿圆环支架的安装示意图一；

图7是本发明多维自由度机械臂沿圆环支架的安装示意图二；

图8是本发明圆弧导轨的分布示意图一；

图9是本发明圆弧导轨的分布示意图二；

图10是本发明圆弧导轨的分布示意图三；

图中：1、床板 2、病人 3、圆环支架 4、多维自由度机械臂一 5、多维自由度机械臂二 6、多维自由度机械臂三 7、多维自由度机械臂四 8、支撑架 9、微创手术机械臂系统10、伺服电机 11、同步带轮 12、同步皮带13、压带轮 14、滑块二 15、滑块一 16、固定板65、外侧面 66、内侧面 91、机械臂电机 92、滑块 93、多维自由度机械臂 95、圆弧导轨 96、轴承一 97、同步带二 98、轴承二 99、同步轮二 910、电机支架 951、圆弧导轨一 952、圆弧导轨二 953、圆弧导轨三 954、圆弧导轨四 955、圆弧导轨五。

[具体实施方式]

下面结合附图对本发明作以下进一步说明：

如附图1所示，本发明提供了一种紧凑型腹腔镜手术机器人系统，包括床板1、支撑架8、圆环支架3、多维自由度机械臂，床板1用于支撑病人2，床板1下方设置有支撑架8，床板1上方架设有圆环支架3，圆环支架3为圆环型结构，圆环支架3底部左右两端可移动式连接在床板1左右两侧，并沿床板1作前后方向的往返运动，圆环支架3上安装有多维自由度机械臂，多维自由度机械臂设置有至少两个，且每个多维自由度机械臂的末端均安装有微创手术机械臂系统9，微创手术机械臂系统9用于对病人2进行微创腹腔镜手术，微创手术机械臂系统9在多维自由度机械臂的带动下进行多维运动；其中，微创手术机械臂系统9包括微电机、钢丝以及手术辅助装置，微电机安装在多维自由度机械臂上，微电机的输出端安装有钢丝，并通过驱动钢丝进而带动末端的手术辅助装置进行多维运动，手术辅助装置为微创手术剪刀、手术夹钳、腹腔镜电刀或清洗装置。

本发明中，多维自由度机械臂具有不少于六个运动自由度，多维自由度机械臂通过基座沿圆环支架3做圆弧轨迹的运动；圆环支架3上设置有圆弧导轨95，圆弧导轨95上可滑动式连接有滑块92，滑块92下方安装有多维自由度机械臂93，滑块92上通过电机支架910固定有机械臂电机91，机械臂电机91的输出轴上安装有同步轮二99，同步轮二99与同步带二97配合连接，同步带二97通过轴承一96和轴承二98调节张紧度，机械臂电机91带动滑块92、多维自由度机械臂93沿圆弧导轨95作圆弧轨迹运动。圆环支架3上设置有四根圆弧导轨95，四根圆弧导轨95分布在圆环支架3的外侧面65或内侧面66上，圆弧导轨95的轨道横截面呈燕尾型。多维自由度机械臂93设置有四个，分别为多维自由度机械臂一4、多维自由度机械臂二5、多维自由度机械臂三6、多维自由度机械臂四7，四个多维自由度机械臂93分别沿四根圆弧导轨95作圆弧轨迹运动。支撑架8可设置为可移动式支撑架，如附图2所示，该可移动式支撑架底部安装有移动轮，床板1前后两端的下方均设置有可移动式支撑架，床板1在可移动式支撑架的带动下进行移动。支撑架8还可设置为固定式支撑架，如附图1所示，该固定式支撑架设置在床板1前端的下方，且床板1前端固定连接在固定式支撑架上，固定式支撑架固定在地面上。

如附图3至附图5所示，圆环支架3一端安装有固定板16，固定板16上安装有滑块一15，滑块一15与床板1一侧的导轨一配合连接，圆环支架3另一端安装有滑块二14，滑块二14与床板1另一侧的导轨二配合连接，滑块二14上安装有压带轮13，压带轮13通过同步皮带12连接同步带轮11，同步皮带12固定在床板1上导轨二的两端，且绕过两个压带轮13与同步带轮11啮合，同步带轮11安装在伺服电机10的输出端，伺服电机10通过同步带轮11带动同步皮带12做直线运动，同步皮带12通过压带轮13和滑块二14带动圆环支架3沿着床板1做往返直线运动。

本发明独创性地提供了一种紧凑型的微创手术机器人系统，该系统将手术机械臂系统和手术病床系统集成为一体式，可以大幅减少对手术室空间的占用需求，同时提供了两侧的有效空间可以方便医生做手术的辅助操作，可以最大程度地提供辅助操作的速度的便利性。

本发明中，床板1可以用来支撑病人2，同时可以用来支撑圆环支架3，该圆环支架3为圆环型结构，可以用来集成四个多维运动机械臂，同时也用来沿着床板做全行程运动，附图标记4-7分别为四个多维自由度机械臂，且末端装有微创手术机械臂系统。本发明在手术病床上集成了手术机器人系统，该系统提供了至少四个微创手术机械臂，同时每个机械臂有不少于六个运动自由度，而且每个机械臂的基座可以沿着圆环支架做圆弧轨迹的运动。且在每个多维机械臂末端都有个微创手术机械臂系统9，该系统为较成熟的多个微电机驱动钢丝进而带动末端结构进行多维运动的微创手术剪刀或者手术夹钳或者腹腔镜及电刀和清洗系统等辅助手术装置，对上述成熟手术末端结构，本发明不做细节的图示。

作为变化例，该手术病床也可设计为可移动的手术病床系统，结构状态如附图2所示，该系统可以带着病床和病人及腹腔镜手术机器人系统在不同手术内移动，因此也有其临床的使用意义。

如附图6所示，圆环支架3上有圆弧导轨95,机械臂安装在滑块92上，机械臂电机91通过电机支架910固定在滑块92上，电机输出轴上安装同步轮二99，同步轮二99和同步带二97配合，同步带二97通过轴承一96和轴承二98调节张紧度，电机轴旋转，带动滑块92、机械臂电机91、机械臂沿圆弧导轨95作圆弧轨迹运动，该传动方式除了采用同步带97，还可以采用其他柔性传动。圆环支架3上圆弧导轨95的轨道横截面呈燕尾型，如附图7所示。圆环支架3上设置有四根圆弧导轨，其可以如附图8所示分布，即两个圆弧导轨一951分布在圆环支架3的外侧面65，两个圆弧导轨二952分布在圆环支架3的内侧面66。也可以如附图9所示分布，即四个圆弧导轨三953都分布在圆环支架3的外侧面65。还可以如附图10所示分布，两个圆弧导轨四954分布在圆环支架3的外侧面65，两个圆弧导轨五955分布在圆环支架3的内侧面66。

本发明的实施步骤为：

1)建立手术空间，在人体脐部周围手动设置气腹针，建立手术空间。

2)建立视觉通道，在脐部下做一个手术切口，置入腹腔镜套管作为内窥镜通道，为手术器械的操作提供视觉。

3)建立手术器械通道，根据手术要求在腹部做手术切口，并置入腹腔镜套管作为手术器械的通道。

4)配置手术机器人系统，以附图8为例，圆环支架沿床板平移到位，并锁定位置；四个机械臂分别沿各自所在轨道做圆弧运动，到位后锁定位置；根据手术要求，在机械臂上分别安装手术器械，并通过腹腔镜套管进入手术空间。

5)进行手术，根据视觉反馈信息，医生操作手术机器人系统(远端主控台)进行腹腔镜手术。

本发明并不受上述实施方式的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种紧凑型腹腔镜手术机器人系统，其特征在于：包括床板(1)、支撑架(8)、圆环支架(3)、多维自由度机械臂，所述床板(1)用于支撑病人(2)，所述床板(1)下方设置有支撑架(8)，所述床板(1)上方架设有圆环支架(3)，所述圆环支架(3)为圆环型结构，所述圆环支架(3)底部左右两端可移动式连接在床板(1)左右两侧，并沿床板(1)作前后方向的往返运动，所述圆环支架(3)上安装有多维自由度机械臂，所述多维自由度机械臂设置有至少两个，且每个多维自由度机械臂的末端均安装有微创手术机械臂系统(9)，所述微创手术机械臂系统(9)用于对病人(2)进行微创腹腔镜手术，所述微创手术机械臂系统(9)在多维自由度机械臂的带动下进行多维运动。

2.如权利要求1所述的紧凑型腹腔镜手术机器人系统，其特征在于：所述多维自由度机械臂具有不少于六个运动自由度，所述多维自由度机械臂通过基座沿圆环支架(3)做圆弧轨迹的运动。

3.如权利要求1或2所述的紧凑型腹腔镜手术机器人系统，其特征在于：所述圆环支架(3)上设置有圆弧导轨(95)，所述圆弧导轨(95)上可滑动式连接有滑块(92)，所述滑块(92)下方安装有多维自由度机械臂(93)，所述滑块(92)上通过电机支架(910)固定有机械臂电机(91)，所述机械臂电机(91)的输出轴上安装有同步轮二(99)，所述同步轮二(99)与同步带二(97)配合连接，所述同步带二(97)通过轴承一(96)和轴承二(98)调节张紧度，所述机械臂电机(91)带动滑块(92)、多维自由度机械臂(93)沿圆弧导轨(95)作圆弧轨迹运动。

4.如权利要求3所述的紧凑型腹腔镜手术机器人系统，其特征在于：所述圆环支架(3)上设置有四根圆弧导轨(95)，所述四根圆弧导轨(95)分布在圆环支架(3)的外侧面(65)或内侧面(66)上。

5.如权利要求3所述的紧凑型腹腔镜手术机器人系统，其特征在于：所述圆环支架(3)上圆弧导轨(95)的轨道横截面呈燕尾型。

6.如权利要求4所述的紧凑型腹腔镜手术机器人系统，其特征在于：所述多维自由度机械臂(93)设置有四个，分别为多维自由度机械臂一(4)、多维自由度机械臂二(5)、多维自由度机械臂三(6)、多维自由度机械臂四(7)，四个多维自由度机械臂(93)分别沿四根圆弧导轨(95)作圆弧轨迹运动。

7.如权利要求1所述的紧凑型腹腔镜手术机器人系统，其特征在于：所述支撑架(8)为可移动式支撑架，所述可移动式支撑架底部安装有移动轮，所述床板(1)前后两端的下方均设置有可移动式支撑架，所述床板(1)在可移动式支撑架的带动下进行移动。

8.如权利要求1所述的紧凑型腹腔镜手术机器人系统，其特征在于：所述支撑架(8)为固定式支撑架，所述固定式支撑架设置在床板(1)前端的下方，且床板(1)前端固定连接在固定式支撑架上，所述固定式支撑架固定在地面上。

9.如权利要求1所述的紧凑型腹腔镜手术机器人系统，其特征在于：所述微创手术机械臂系统(9)包括微电机、钢丝以及手术辅助装置，所述微电机安装在多维自由度机械臂上，所述微电机的输出端安装有钢丝，并通过驱动钢丝进而带动末端的手术辅助装置进行多维运动，所述手术辅助装置为微创手术剪刀、手术夹钳、腹腔镜电刀或清洗装置。

10.如权利要求1所述的紧凑型腹腔镜手术机器人系统，其特征在于：所述圆环支架(3)一端安装有固定板(16)，所述固定板(16)上安装有滑块一(15)，所述滑块一(15)与床板(1)一侧的导轨一配合连接，所述圆环支架(3)另一端安装有滑块二(14)，所述滑块二(14)与床板(1)另一侧的导轨二配合连接，所述滑块二(14)上安装有压带轮(13)，所述压带轮(13)通过同步皮带(12)连接同步带轮(11)，所述同步皮带(12)固定在床板(1)上导轨二的两端，且绕过两个压带轮(13)与同步带轮(11)啮合，所述同步带轮(11)安装在伺服电机(10)的输出端，所述伺服电机(10)通过同步带轮(11)带动同步皮带(12)做直线运动，所述同步皮带(12)通过压带轮(13)和滑块二(14)带动圆环支架(3)沿着床板(1)做往返直线运动。

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