CN112451102A - 一种微创手术变中心rcm执行机构及手术装置 - Google Patents

Abstract

微创手术变中心RCM执行机构，包括：第一臂(01)、第二臂(02)、第三臂(03)、第四臂(04)和第五臂(05)，第一臂(01)、第二臂(02)和第五臂(05)相互平行，第三臂(03)和第四臂(04)相互平行，第一臂(01)和第三臂(03)不平行；第一臂(01)与所述第三臂(03)在第一点(A)可旋转地连接，第二臂(02)与第三臂(03)在第二点(B)可旋转地连接，第五臂(05)与第三臂(03)在第三点(C)可旋转地连接，第一臂(01)与第四臂(04)在第四点(D)可旋转地连接，第二臂(02)与第四臂(04)在第五点(E)可旋转地连接，第五臂(05)与第四臂(04)在第六点(F)可旋转地连接。还公开了一种手术装置，包括上述微创手术变中心RCM执行机构。

Description

一种微创手术变中心RCM执行机构及手术装置

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域。具体涉及一种微创手术变中心RCM执行机构及手术装置。

背景技术

传统的前列腺手术需要从腹部开刀，达到患处进行手术。随着外科手术技术的进步，经尿道的微创手术被应用于前列腺手术。这种微创手术一般使用经尿道的电切镜进入患处，可以避免体表开刀带来的痛苦。

目前的前列腺微创手术主要是医生手持手术设备，通过手部力量维持设备不动，手术的精度主要依赖医生手部的动作精度。由于需要长时间保持一个动作，这样使得医生手术时十分疲惫。另外，当前前列腺微创手术的手术精度差，医生手部的不小心抖动会直接影响手术效果。

为了降低医生的工作强度，出现了一种通过多自由度的串联机械臂进行的手术。但这种手术方式的问题在于需要控制的自由度多，通常需要具有7个自由度，控制算法难度大。另外由于多个自由度处于串联状态，在机械臂的末端控制精度难以保证。若有抖动出现，手术精度受到影响，造成不必要的组织切除或破损。

中国发明专利公开号CN104546147A公开了一款RCM机器人，但其只能绕固定的中心旋转，当医生需要将手术刀具的固定旋转点移动时，需要将整个机器移动，耗时、耗力，且移动准确度大大降低。

中国发明专利公开号CN109009443A公开了一款可以变中心的手术机器人，但其变中心的方式是使用机械臂带动末端，由于机械臂多关节为并联，机械臂末端定位精度和维持力都大大降低，而且单独的机械臂造价昂贵，控制系统复杂。

发明内容

鉴于已有技术中存在的不足，本申请提出一种微创手术变中心RCM执行机构。

本发明的实施例提供一种微创手术变中心RCM执行机构，所述微创手术变中心RCM执行机构包括：第一臂(01)、第二臂(02)、第三臂(03)、第四臂(04)和第五臂(05)，其中，所述第一臂(01)、所述第二臂(02)和所述第五臂(05)相互平行，所述第三臂(03)和所述第四臂(04)相互平行，所述第一臂(01)和所述第三臂(03)不平行；

所述第一臂(01)与所述第三臂(03)在第一点(A)可旋转地连接，所述第二臂(02)与所述第三臂(03)在第二点(B)可旋转地连接，所述第五臂(05)与所述第三臂(03)在第三点(C)可旋转地连接，所述第一臂(01)与所述第四臂(04)在第四点(D)可旋转地连接，所述第二臂(02)与所述第四臂(04)在第五点(E)可旋转地连接，所述第五臂(05)与所述第四臂(04)在第六点(F)可旋转地连接。上述可旋转地连接，意为连接后，相连的两部分可以绕连接点旋转。例如，上述可旋转地连接可以为通过螺栓螺钉连接。

根据本发明的一种实施方式，例如，所述第一臂(01)的第七点(G)、所述第二臂(02)的第八点(H)与所述第五臂(05)的第九点(I)位于同一直线上。

根据本发明的一种实施方式，例如，所述第一臂(01)、所述第二臂(02)和所述第五臂(05)等长；所述第三臂(03)和所述第四臂(04)等长；

优选的，所述第一点(A)同时是所述第一臂(01)和所述第三臂(03)的端点；所述第二点(B)是第二臂(02)的端点；所述第三点(C)同时是第三臂(03)和第五臂(05)的端点；所述第四点(D)是第四臂(04)的端点；所述第六点(F)是第四臂(04)的端点；所述第七点(G)是所述第一臂(01)的端点、所述第八点(H)是所述第二臂(02)的端点，所述第九点(I)是所述第五臂(05)的端点。

根据本发明的一种实施方式，例如，所述微创手术变中心RCM执行机构还包括底座(1)与转轴(2)，所述转轴(2)与所述底座(1)连接，并且所述转轴(2)能够绕所述底座(1)的两个连接通孔旋转，所述第一臂(03)包括第一横支撑臂(311)和第二横支撑臂(312)，所述第二臂(04)包括第三横支撑臂(321)和第四横支撑臂(322)，所述第一横支撑臂(311)、所述第二横支撑臂(312)、所述第三横支撑臂(321)和所述第四横支撑臂(322)的一端设置有连接通孔，所述连接通孔与所述转轴(2)上设置的两个通孔共轴线连接。

根据本发明的一种实施方式，例如，所述第三臂(03)包括第一纵支撑臂(41)和第一纵臂端头(61)，所述第四臂(04)包括第二纵支撑臂(42)和第二纵臂端头(62)；

所述第一纵支撑臂(41)和所述第二纵支撑臂(42)的一端均与所述第一横支撑臂(311)、所述第二横支撑臂(312)、所述第三横支撑臂(321)和所述第四横支撑臂(322)的一端可旋转地连接；

所述第一纵臂端头(61)和所述第二纵臂端头(62)的一端均设有导向杆，所述第一纵支撑臂(41)和所述第二纵支撑臂(42)的一端均设有导向孔，所述导向杆和所述导向孔的形状和大小相适配，使得所述第一纵臂端头(61)的导向杆能够自由出入所述第一纵支撑臂(41)的导向孔、所述第二纵臂端头(62)的导向杆能够自由出入所述第二纵支撑臂(42)的导向孔；

微创手术变中心RCM执行机构进一步包括纵臂连接杆(7)，所述纵臂连接杆(7)将所述第三臂(03)和所述第四臂(04)连接在一起。

根据本发明的一种实施方式，例如，所述第五臂(05)包括第一前支撑臂(81)和第二前支撑臂(82)，所述第一前支撑臂(81)和所述第二前支撑臂(82)的一端均与所述第一纵臂端头(61)和所述第二纵臂端头(62)的一端可旋转地连接；

所述微创手术变中心RCM执行机构还包括纵臂丝杠导轨(5)，所述纵臂丝杠导轨(5)包括纵臂丝杠导轨滑块，所述纵臂丝杠导轨(5)的一端与所述第一前支撑臂(81)和/或所述第二前支撑臂(82)固定连接，所述纵臂丝杠导轨(5)的另一端与所述第一纵支撑臂(41)和/或所述第二纵支撑臂(42)固定连接，所述纵臂丝杠导轨滑块与所述第一纵臂端头(61)和/或所述第二纵臂端头(62)固定连接。

根据本发明的一种实施方式，例如，所述微创手术变中心RCM执行机构还包括活动支撑杆(10)、细活动支撑杆(11)、固定平台(12)、横向丝杠导轨(13)和提起支撑盘(14)，其中，所述活动支撑杆(10)与所述底座(1)连接，所述细活动支撑杆(11)与所述固定平台(12)连接，所述活动支撑杆(10)的一端设置有导向孔，该导向孔与所述细活动支撑杆(11)的形状、大小相适配，形成可以横向移动的限位，所述横向丝杠导轨(13)与所述固定平台(12)连接，所述横向丝杠导轨(13)具有横向丝杠导轨滑块，所述横向丝杠导轨滑块与所述提起支撑盘(14)连接；所述提起支撑盘(14)与所述底座(1)连接。

根据本发明的一种实施方式，例如，所述微创手术变中心RCM执行机构还包括活动刀具(9)，所述活动刀具(9)安装于所述第九点(I)上。

根据本发明的一种实施方式，例如，所述活动支撑杆(10)和所述细活动支撑杆(11)均设置两个。

本发明的实施例还提供一种手术装置，所述手术装置包括RCM机构支架(200)和如上所述的微创手术变中心RCM执行机构，所述微创手术变中心RCM执行机构的固定平台(12)固定安装在所述RCM机构支架(200)上，使得所述第五臂(05)比所述第一臂(01)和所述第二臂(02)更加靠近地面。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种微创手术变中心RCM执行机构从不同角度观察的整体结构图。

图2是图1所展示结构旋转90°后的平面图。

图3是图1所展示结构的分解图(爆炸图)。

图4是图1所展示结构的局部放大图。

图5是图1中横向丝杠导轨13附近的局部放大图。

图6是丝杠导轨的具体结构图。

图7是采用了本发明的RCM机构的手术装置工作状态图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。但本领域技术人员知晓，本发明并不局限于附图和以下实施例。

在发明的描述中，需要说明的是，对于方位词，如术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“远”、“近”等所指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于叙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、以特定方位构造和操作，不能理解为限制本发明的具体保护范围。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，用以区别技术特征，不具有实质含义，不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明技术特征的数量。

图1是本发明实施例提供的一种微创手术变中心RCM执行机构整体结构图。从图1可以从不同角度看出微创手术变中心RCM执行机构的整体三维结构。

为了进一步说明本发明微创手术变中心RCM执行机构的工作原理，将图1旋转90°，并且转化为平面图，得到了图2。如图2所示，微创手术变中心RCM执行机构包括第一臂(01)、第二臂(02)、第三臂(03)、第四臂(04)和第五臂(05)，其中，所述第一臂(01)、所述第二臂(02)和所述第五臂(05)相互平行，所述第三臂(03)和所述第四臂(04)相互平行，所述第一臂(01)和所述第三臂(03)不平行。所述第一臂(01)与所述第三臂(03)在第一点(A)可旋转地连接，所述第二臂(02)与所述第三臂(03)在第二点(B)可旋转地连接，所述第五臂(05)与所述第三臂(03)在第三点(C)可旋转地连接，所述第一臂(01)与所述第四臂(04)在第四点(D)可旋转地连接，所述第二臂(02)与所述第四臂(04)在第五点(E)可旋转地连接，所述第五臂(05)与所述第四臂(04)在第六点(F)可旋转地连接。

优选的，所述第一臂(01)的第七点(G)、所述第二臂的第八点(H)与所述第五臂的第九点(I)位于同一直线上。

优选的，所述第一臂(01)、所述第二臂(02)和所述第五臂(05)等长；所述第三臂(03)和所述第四臂(04)等长。

优选的，所述第一点(A)同时是所述第一臂(01)和所述第三臂(03)的端点；所述第二点(B)是第二臂(02)的端点；所述第三点(C)同时是第三臂(03)和第五臂(05)的端点；所述第四点(D)是第四臂(04)的端点；所述第六点(F)是第四臂(04)的端点。

由上述描述可知，在微创手术变中心RCM执行机构中，由于在结构设计时使ABDE为平行四边形、ADCF为平行四边形、ABGH为平行四边形，所以能够确保EFHI为平行四边形。当AG绕G点转动时，I点保持位置不变；当BC长度变化时，I点亦随C点而平移；当GH的高度整体抬高时，I点亦随之整体抬高。因此可以调整中心点I，通过I点的调整进行手术位置调整。需要说明的是，I点是相对固定点，手术刀绕I点旋转，可以通过I点前进或后退，但I点位置始终保持不变，手术位置在I点前方。

图3是图1所展示结构的分解图(爆炸图)。本发明实施例提供的一种微创手术变中心RCM执行机构包括：底座1、转轴2、横支撑臂3(包括第一横支撑臂311、第二横支撑臂312、第三横支撑臂321和第四横支撑臂322)、纵支撑臂4(包括第一纵支撑臂41和第二纵支撑臂42)、纵臂丝杠导轨5、纵臂端头6(包括第一纵臂端头61和第二纵臂端头62)、纵臂连接杆7、前支撑臂8(包括第一前支撑臂81和第二前支撑臂82)、活动刀具9、活动支撑杆10、细活动支撑杆11、固定平台12、横向丝杠导轨13、提起支撑盘14、同轴螺钉15、同轴螺母16、小同轴螺钉17。

如图3所示，活动刀具9安装在两个前支撑臂8的前端，两个前支撑臂8通过其上的通孔与两个纵臂端头6上的通孔共轴线连接，两个纵臂端头6(远离前支撑臂8)的一端均设有导向杆，两个导向杆与两个纵支撑臂4内部的导向孔配合，纵臂端头6(远离前支撑臂8)的一端与纵臂丝杠导轨5的纵臂丝杠导轨滑块(具体结构参见下文的导轨滑块54)连接。

为更清楚地展示纵臂丝杠导轨5、纵臂端头6与前支撑臂8之间的连接关系，请参照图4。如图4所示，纵臂端头6具有第一端601(即远离前支撑臂8的一端)和第二端602(即靠近前支撑臂8的一端)，其中，纵臂端头6的第二端602与前支撑臂8连接，纵臂端头6的第一端601与纵臂丝杠导轨5的纵臂丝杠导轨滑块连接。纵臂丝杠导轨5远离前支撑臂8的一端与纵支撑臂4连接。因此，当纵臂丝杠导轨5的纵臂丝杠导轨滑块在电机驱动下移动时，纵臂端头6与纵支撑臂4之间的距离会发生变化。

回到图3，纵臂丝杠导轨5的固定部分与纵支撑臂4连接，当纵臂丝杠导轨5的纵臂丝杠导轨滑块在电机的带动下移动时，由纵支撑臂4、纵臂端头6配合组成的纵向臂长度会随之改变，从而可以改变图2中中心点I在纵向的位置。四个横支撑臂3上的连接通孔与两个纵支撑臂4上的四个连接通孔共轴线连接(如图2所示，通过同轴螺钉15和同轴螺母16连接)，四个横支撑臂3的另一端的连接通孔与转轴2上的两个通孔共轴线连接。转轴2与底座1连接，并可以绕底座1的两个连接通孔旋转。底座1与提起支撑盘14连接，提起支撑盘14与横向丝杠导轨13上的横向丝杠导轨滑块连接，活动支撑杆10与底座1连接，活动支撑杆10的一端具有导向孔，该导向孔与细活动支撑杆11配合，形成可以横向移动的限位，当横向丝杠导轨13上的横向丝杠导轨滑块通过电机转动带动提起支撑盘14移动时，整个RCM机构可以实现横向的移动，从而图2中中心点I可以在横向上移动。细活动支撑杆11、横向丝杠导轨13分别与固定平台12连接。固定平台12作为接口可以安装在不同的手术台上。

图5是图1中横向丝杠导轨13附近的局部放大图。由图5可见，横向丝杠导轨13固定连接于固定平台12上。例如，横向丝杠导轨13的丝杆基座与固定平台12连接。提起支撑盘14例如具有L型的构型，其一面与底座1连接，另一面与横向丝杠导轨13的横向丝杠导轨滑块连接。这样，当横向丝杠导轨13的横向丝杠导轨滑块在电机的驱动下移动时，横向丝杠导轨滑块会带着提起支撑盘14一起移动，而提起支撑盘14则会带着底座1一起移动。

纵臂丝杠导轨5与横向丝杠导轨13具有相同的结构。图6展示了丝杠导轨的具体结构。如图6所示，丝杆导轨包括：丝杠基座51、丝杠52、导轨53、导轨滑块54、电机55。丝杠基座51左端与纵支撑臂4或固定平台12固定连接，导轨滑块54与纵臂端头6或提起支撑盘14固定连接；导轨滑块54上的一个螺纹孔与丝杠52配合，通过丝杠52的转动，导轨滑块54可以沿着丝杠52的轴线运动；另一个光孔与导轨53配合，起限位作用，防止导轨滑块54随意转动；电机55与丝杠基座51固定连接，当电机55转动时可带动丝杠52转动。

图7展示了采用了本发明的RCM机构的手术装置工作状态图。如图7所示，手术装置包括RCM机构100和RCM机构支架200，手术时，RCM机构100的I点接近被手术病人300的手术位点，手术刀绕I点转动，刀具通过I点进入病人体，病人体只需在I点具有开口，即可施行手术。

Claims (10)

1.一种微创手术变中心RCM执行机构，其特征在于，所述微创手术变中心RCM执行机构包括：第一臂(01)、第二臂(02)、第三臂(03)、第四臂(04)和第五臂(05)，其中，所述第一臂(01)、所述第二臂(02)和所述第五臂(05)相互平行，所述第三臂(03)和所述第四臂(04)相互平行，所述第一臂(01)和所述第三臂(03)不平行；

所述第一臂(01)与所述第三臂(03)在第一点(A)可旋转地连接，所述第二臂(02)与所述第三臂(03)在第二点(B)可旋转地连接，所述第五臂(05)与所述第三臂(03)在第三点(C)可旋转地连接，所述第一臂(01)与所述第四臂(04)在第四点(D)可旋转地连接，所述第二臂(02)与所述第四臂(04)在第五点(E)可旋转地连接，所述第五臂(05)与所述第四臂(04)在第六点(F)可旋转地连接。

2.根据权利要求1所述的微创手术变中心RCM执行机构，其特征在于，所述第一臂(01)的第七点(G)、所述第二臂(02)的第八点(H)与所述第五臂(05)的第九点(I)位于同一直线上。

3.根据权利要求2所述的微创手术变中心RCM执行机构，其特征在于，所述第一臂(01)、所述第二臂(02)和所述第五臂(05)等长；所述第三臂(03)和所述第四臂(04)等长；

优选的，所述第一点(A)同时是所述第一臂(01)和所述第三臂(03)的端点；所述第二点(B)是第二臂(02)的端点；所述第三点(C)同时是第三臂(03)和第五臂(05)的端点；所述第四点(D)是第四臂(04)的端点；所述第六点(F)是第四臂(04)的端点；所述第七点(G)是所述第一臂(01)的端点、所述第八点(H)是所述第二臂(02)的端点，所述第九点(I)是所述第五臂(05)的端点。

4.根据权利要求3所述的微创手术变中心RCM执行机构，其特征在于，所述微创手术变中心RCM执行机构还包括底座(1)与转轴(2)，所述转轴(2)与所述底座(1)连接，并且所述转轴(2)能够绕所述底座(1)的两个连接通孔旋转，所述第一臂(03)包括第一横支撑臂(311)和第二横支撑臂(312)，所述第二臂(04)包括第三横支撑臂(321)和第四横支撑臂(322)，所述第一横支撑臂(311)、所述第二横支撑臂(312)、所述第三横支撑臂(321)和所述第四横支撑臂(322)的一端设置有连接通孔，所述连接通孔与所述转轴(2)上设置的两个通孔共轴线连接。

5.根据权利要求4所述的微创手术变中心RCM执行机构，其特征在于，所述第三臂(03)包括第一纵支撑臂(41)和第一纵臂端头(61)，所述第四臂(04)包括第二纵支撑臂(42)和第二纵臂端头(62)；

所述第一纵支撑臂(41)和所述第二纵支撑臂(42)的一端均与所述第一横支撑臂(311)、所述第二横支撑臂(312)、所述第三横支撑臂(321)和所述第四横支撑臂(322)的一端可旋转地连接；

所述第一纵臂端头(61)和所述第二纵臂端头(62)的一端均设有导向杆，所述第一纵支撑臂(41)和所述第二纵支撑臂(42)的一端均设有导向孔，所述导向杆和所述导向孔的形状和大小相适配，使得所述第一纵臂端头(61)的导向杆能够自由出入所述第一纵支撑臂(41)的导向孔、所述第二纵臂端头(62)的导向杆能够自由出入所述第二纵支撑臂(42)的导向孔；

所述微创手术变中心RCM执行机构进一步包括纵臂连接杆(7)，所述纵臂连接杆(7)将所述第三臂(03)和所述第四臂(04)连接在一起。

6.根据权利要求5所述的微创手术变中心RCM执行机构，其特征在于，所述第五臂(05)包括第一前支撑臂(81)和第二前支撑臂(82)，所述第一前支撑臂(81)和所述第二前支撑臂(82)的一端均与所述第一纵臂端头(61)和所述第二纵臂端头(62)的一端可旋转地连接；

所述微创手术变中心RCM执行机构还包括纵臂丝杠导轨(5)，所述纵臂丝杠导轨(5)包括纵臂丝杠导轨滑块，所述纵臂丝杠导轨(5)的一端与所述第一前支撑臂(81)和/或所述第二前支撑臂(82)固定连接，所述纵臂丝杠导轨(5)的另一端与所述第一纵支撑臂(41)和/或所述第二纵支撑臂(42)固定连接，所述纵臂丝杠导轨滑块与所述第一纵臂端头(61)和/或所述第二纵臂端头(62)固定连接。

7.根据权利要求6所述的微创手术变中心RCM执行机构，其特征在于，所述微创手术变中心RCM执行机构还包括活动支撑杆(10)、细活动支撑杆(11)、固定平台(12)、横向丝杠导轨(13)和提起支撑盘(14)，其中，所述活动支撑杆(10)与所述底座(1)连接，所述细活动支撑杆(11)与所述固定平台(12)连接，所述活动支撑杆(10)的一端设置有导向孔，该导向孔与所述细活动支撑杆(11)的形状、大小相适配，形成可以横向移动的限位，所述横向丝杠导轨(13)与所述固定平台(12)连接，所述横向丝杠导轨(13)具有横向丝杠导轨滑块，所述横向丝杠导轨滑块与所述提起支撑盘(14)连接；所述提起支撑盘(14)与所述底座(1)连接。

8.根据权利要求2-7任一项所述的微创手术变中心RCM执行机构，其特征在于，所述微创手术变中心RCM执行机构还包括活动刀具(9)，所述活动刀具(9)安装于所述第九点(I)上。

9.根据权利要求7所述的微创手术变中心RCM执行机构，其特征在于，所述活动支撑杆(10)和所述细活动支撑杆(11)均设置两个。

10.一种手术装置，其特征在于，所述手术装置包括RCM机构支架(200)和权利要求1-9任一项所述的微创手术变中心RCM执行机构，所述微创手术变中心RCM执行机构的固定平台(12)固定安装在所述RCM机构支架(200)上，使得所述第五臂(05)比所述第一臂(01)和所述第二臂(02)更加靠近地面。

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