CN112754662B - 一种变角度rcm执行机构及手术装置 - Google Patents

Abstract

一种变角度RCM执行机构，包括固定平台、第一臂、第二臂、第一连接臂、第三臂、第四臂、第二连接臂、第三连接臂、第五臂、手术刀。变角度RCM执行机构中含有可以不互相平行的双平行四边形，通过互相保持一定的角度而形成定点远心机构。通过改变两个平行四边形之间的角度，可以调整固定点的位置。当两个平行四边形锁定相互之间的角度后，无论机械臂如何旋转，手术刀固定点始终保持不动，当机械臂绕其转动中心旋转时，手术医生可以不用手臂固支手术刀，而保持手术刀的稳固，通过机械臂转动角度的调节，可以很方便的对体内组织进行手术。

Description

一种变角度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。具体涉及一种变角度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。

综上所述，目前已有的手术机器人均存在有待进一步改进之处。本领域急需一种克服了上述种种不足的新型的手术执行机构和手术装置。

发明内容

鉴于已有技术中存在的不足，本申请提出一种变角度RCM执行机构及手术装置。

本发明的实施例提供一种变角度RCM执行机构，所述变角度RCM执行机构包括固定平台(1)、第一臂(2)、第二臂(3)、第一连接臂(4)、第三臂(5)、第四臂(6)、第二连接臂(7)、第三连接臂(8)、第五臂(9)、手术刀(10)；

其中，所述第一臂(2)的一个端点(E)、所述第二臂(3)的一个端点(F)分别与所述固定平台(1)可旋转地连接，所述第一臂(2)的另一个端点(G)、所述第二臂(3)的另一个端点(H)分别与所述第一连接臂(4)的两个端点可旋转地连接；所述固定平台(1)、所述第一臂(2)、所述第二臂(3)、所述第一连接臂(4)构成第一平行四边形(EFHG)；

所述第三臂(5)的一个端点(H)、所述第四臂(6)的一个端点(B)分别与所述第二连接臂(7)的两个端点可旋转地连接，所述第三臂(5)的另一个端点(K)、所述第四臂(6)的另一个端点(J)分别与所述第三连接臂(8)的两个端点可旋转地连接；所述第三臂(5)、所述第四臂(6)、所述第二连接臂(7)、所述第三连接臂(8)构成第二平行四边形(HKJB)；

所述第一平行四边形(EFHG)和所述第二平行四边形(HKJB)在第一控制点(H)可旋转地连接，所述第一控制点(H)同时是所述第二臂(3)、所述第一连接臂(4)、所述第三臂(5)、所述第二连接臂(7)的端点；

所述第五臂(9)的一端与所述第三臂(5)在第二控制点(K)可旋转地连接，所述第二控制点(K)同时是所述第三臂(5)、所述第三连接臂(8)的端点；所述第五臂(9)的另一端与所述手术刀(10)固定连接；

所述第五臂(9)与所述手术刀(10)的总长度与所述第二臂(3)的长度相等；

在所述第一控制点(H)设置有第一锁定结构(11)和第二锁定结构(12)，所述第一锁定结构(11)能够固定所述第二臂(3)与所述第二连接臂(7)之间的角度(A)，所述第二锁定结构(12)能够固定所述第一连接臂(4)与所述第三臂(5)之间的角度(B)；在所述第二控制点(K)设置有第三锁定结构(13)，所述第三锁定结构(13)能够固定所述第三连接臂(8)与所述第五臂(9)之间的角度(C)。

根据本发明的一种实施方式，例如，所述变角度RCM执行机构进一步包括设置于所述第一臂(2)与所述固定平台(1)连接点的第一旋转结构(14)，和/或设置于所述第二臂(3)与所述固定平台(1)连接点的第二旋转结构；所述第一旋转结构(14)配置为能够使得所述第一臂(2)绕所述第一臂(2)与所述固定平台(1)的连接点旋转，所述第二旋转结构配置为能够使得所述第二臂(3)绕所述第二臂(3)与所述固定平台(1)的连接点旋转。

根据本发明的一种实施方式，例如，所述第三锁定结构(13)包括电机、同轴连接螺钉和同轴连接盖，所述同轴连接盖旋入第三连接臂(8)的大螺纹中固定住，所述电机固定安装在所述第五臂(9)之上，所述同轴连接螺钉与所述同轴连接盖连接，所述电机的转轴插入所述同轴连接螺钉的异型孔中，所述异形孔的形状与所述电机的转轴的形状相适配。

根据本发明的一种实施方式，例如，所述第一锁定结构(11)包括电机、同轴连接螺钉和同轴连接盖，所述同轴连接盖旋入所述第二连接臂(7)的大螺纹中固定住，所述电机固定安装在所述第二臂(3)之上，所述同轴连接螺钉与所述同轴连接盖连接，所述电机的转轴插入所述同轴连接螺钉的异型孔中，所述异形孔的形状与所述电机的转轴的形状相适配。

根据本发明的一种实施方式，例如，所述第二锁定结构(12)包括电机、同轴连接螺钉和同轴连接盖，所述同轴连接盖旋入所述第一连接臂(4)的大螺纹中固定住，所述电机固定安装在所述第三臂(5)之上，所述同轴连接螺钉与所述同轴连接盖连接，所述电机的转轴插入所述同轴连接螺钉的异型孔中，所述异形孔的形状与所述电机的转轴的形状相适配。

根据本发明的一种实施方式，例如，所述固定平台(1)包括固定底座(1-1)和整体转动轴(1-2)，所述整体转动轴(1-2)的两端安装在所述固定底座(1-1)上。

根据本发明的一种实施方式，例如，所述第五臂(9)与所述手术刀(10)的总长度与所述第二臂(3)的长度相等。

根据本发明的一种实施方式，例如，所述第一锁定结构、所述第二锁定结构、所述第三锁定结构、所述第一旋转结构、所述第二旋转结构具有相同的构造。

本发明的实施例还提供一种手术装置，所述手术装置包括权利要求1-8任一项所述的变角度RCM执行机构(100)、RCM电控箱(200)以及手术支架(300)。

根据本发明的一种实施方式，例如，所述手术支架(300)配置为所述变角度RCM执行机构(100)提供安装和支持平台，所述RCM电控箱(200)配置为所述变角度RCM执行机构(100)提供驱动电机所需的电源和控制信号；

优选的，所述RCM电控箱(200)包括CPU、存储模块、通信模块；优选的，所述RCM电控箱(200)是一台微型计算机。

本发明的优异技术效果包括：

1.本发明实施例提供的一种变角度RCM执行机构中含有双平行四边形。区别于已有技术之处在于，本发明技术方案的两个平行四边形之间可以不互相平行，而是通过互相保持一定的角度而形成定点远心机构。通过改变两个平行四边形之间的角度，可以调整固定点(手术点)的位置以满足手术过程中对固定点调整的需求。当两个平行四边形锁定相互之间的角度后，无论机械臂如何旋转，手术刀固定点(手术点)始终保持不动，当机械臂绕其转动中心旋转时，手术医生可以不用手臂固支手术刀，而保持手术刀的稳固，通过机械臂转动角度的调节，可以很方便的对体内组织进行手术。

2.本发明实施例提供的一种变角度RCM执行机构可以方便地改变手术点的位置，可以适应多种手术需求，由于固定的中心点(手术点)可以调节，扩大了手术可达空间。已有的RCM机构不能调节中心点位置，手术的可达范围受限。

3.克服了机械臂由于多关节串联的几何构造而带来的固定点不够稳定的缺点，通过两个平行四边形之间的角度控制，降低了控制系统的控制难度。即由几何构造代替对多自由度的控制，从而降低控制难度。

4.可以经尿道进入人体，不需要大面积开到即可达到患处。

5.由本发明实施例提供的变角度RCM执行机构代替手臂，减轻医生手术负担。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种变角度RCM执行机构侧面结构图。

图2是本发明实施例提供的一种变角度RCM执行机构立体结构图。

图3是本发明实施例提供的一种变角度RCM执行机构立体结构爆炸图。

图4是本发明实施例中电机的具体结构示意图。

图5是本发明实施例中同轴连接螺钉的具体结构示意图。

图6是本发明实施例中同轴连接盖的具体结构示意图。

图7是本发明实施例提供的手术装置结构示意图。

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变角度RCM执行机构侧面结构图。如图1所示，变角度RCM执行机构包括固定平台1、第一臂2、第二臂3、第一连接臂4、第三臂5、第四臂6、第二连接臂7、第三连接臂8、第五臂9、手术刀10。

其中，第一臂2的一个端点E、第二臂3的一个端点F分别与固定平台1可旋转地连接，第一臂2的另一个端点G、第二臂3的另一个端点H分别与第一连接臂4的两个端点可旋转地连接。固定平台1、第一臂2、第二臂3、第一连接臂4构成第一平行四边形EFHG。

第三臂5的一个端点H、第四臂6的一个端点B分别与第二连接臂7的两个端点可旋转地连接，第三臂5的另一个端点K、第四臂6的另一个端点J分别与第三连接臂8的两个端点可旋转地连接。第三臂5、第四臂6、第二连接臂7、第三连接臂8构成第二平行四边形HKJB。

第一平行四边形EFHG和第二平行四边形HKJB在第一控制点H可旋转地连接，所述第一控制点H同时是第二臂3、第一连接臂4、第三臂5、第二连接臂7的端点。

第五臂9的一端与第三臂5在第二控制点K可旋转地连接，所述第二控制点K同时是第三臂5、第三连接臂8的端点；第五臂9的另一端与手术刀10固定连接。

第五臂9与手术刀10的总长度与第二臂3的长度相等。需要说明的是，第五臂9与手术刀10的总长度，意为第五臂9的长度与手术刀10的有效长度之和。也就是说，手术刀10安装在第五臂9之上的那一段长度不计算在内，只计算K点到L点之间的长度(参见图1)。

在第一控制点H设置有第一锁定结构和第二锁定结构，所述第一锁定结构能够固定第二臂3与第二连接臂7之间的角度A，所述第二锁定结构能够固定第一连接臂4与第三臂5之间的角度B。在第二控制点K设置有第三锁定结构，所述第三锁定结构能够固定第三连接臂8与第五臂9之间的角度C。

如图1所示，手术前，先将角度A、B、C调整为相同，并且通过所述第一锁定结构第二锁定结构和第三锁定结构将角度A、B、C锁定。由于KL与HF平行且相等，所以HKLF是平行四边形。FL平行于HK、且EF平行于GH，所以角度D等于角度B，于是A、B、C、D四个角度都相等。手术过程中，第一臂2可绕E点转动、第二臂3可绕F点转动，由于第一锁定结构、第二锁定结构和第三锁定结构的作用，A、B、C、D四个角度始终保持不变，于是手术点L的位置不会变动。若需要更改手术点L的位置，则可解除第一锁定结构、第二锁定结构和第三锁定结构的锁定状态，将角度A、B、C调整到新的角度，始终保持角度A、B、C相等，使得手术点L移动到目标位置，再次通过第一锁定结构、第二锁定结构和第三锁定结构进行锁定，然后进行手术操作。

图2是本发明实施例提供的一种变角度RCM执行机构立体结构图。如图2所示，在第一控制点H设置有第一锁定结构11和第二锁定结构12，所述第一锁定结构11能够固定第二臂3与第二连接臂7之间的角度A，所述第二锁定结构12能够固定第一连接臂4与第三臂5之间的角度B。在第二控制点K设置有第三锁定结构13，所述第三锁定结构13能够固定第三连接臂8与第五臂9之间的角度C。在E点设置有第一旋转结构14。如前所述，手术前，先将角度A、B、C调整为相同，并且通过所述第一锁定结构11、第二锁定结构12和第三锁定结构13将角度A、B、C锁定，这样手术点L的位置不会变动。手术时，开启第一旋转结构14，可以使得第一臂2绕着E点旋转，第一臂2的旋转动作最终传递给第五臂9，第五臂9在保持手术刀10末端(即手术点L)位置不变的情形下运动，于是可以在固定的手术位点执行切除病灶等手术动作。

容易理解，也可以在F点设置第二旋转结构，或者同时在E点设置第一旋转结构14和在F点设置第二旋转结构，这些设置能够达到基本相同的技术效果。

图3是变角度RCM执行机构立体结构爆炸图。为举例说明第一锁定结构、第二锁定结构和第三锁定结构的构造，特以第三锁定结构13为例进行描述。如图3所示，第三锁定结构13包括电机13-1(电机13-1的具体结构参见图4)、同轴连接螺钉13-2(具体结构参见图5)和同轴连接盖13-3(具体结构参见图6)。同轴连接盖13-3旋入第三连接臂8的大螺纹中固定住，电机13-1通过螺钉固定在第五臂9之上，同轴连接螺钉13-2与同轴连接盖13-3连接，电机13-1的转轴13-1A插入同轴连接螺钉13-2的异型孔13-2A中。如图4和图5所示，同轴连接螺钉13-2的异型孔13-2A具有与电机13-1的转轴13-1A相适配的形状，这样当电机13-1的转轴13-1A转动时，会通过同轴连接螺钉13-2将力传递给同轴连接盖13-3，最终带动第三连接臂8相对于第五臂9转动。同理，当电机13-1的转轴13-1A保持不动时，第三连接臂8相对于第五臂9保持静止。

在图3所展示的变角度RCM执行机构中，第一锁定结构11、第二锁定结构12具有与第三锁定结构13相同的结构，因此可以实现与第三锁定结构13相同的功能。在本实施例中，第一旋转结构14也具有与第三锁定结构13相同的结构。需要说明的是，第一旋转结构14的具体结构可以不同于第三锁定结构13，第一锁定结构11、第二锁定结构12、第三锁定结构13也还可以是其他的结构，只要其能够实现上述保持角度A、B、C相等的功能即可。

除第一锁定结构11、第二锁定结构12、第三锁定结构13连接的臂和连接臂外，其他的臂和连接臂例如都可以通过螺钉151和螺帽152连接。

如图3所示，固定平台1包括固定底座1-1和整体转动轴1-2，整体转动轴1-2的两端安装在固定底座1-1上。

图7展示了一种手术装置，该手术装置包括本发明实施例提供的上述变角度RCM执行机构100、RCM电控箱200以及手术支架300。其中，手术支架300为所述变角度RCM执行机构100提供安装和支持平台，所述RCM电控箱200为所述变角度RCM执行机构100提供驱动电机所需的电源和控制信号。RCM电控箱200包括CPU、存储模块、通信模块等。特别的，RCM电控箱200可以是一台微型计算机。

Claims (10)

1.一种变角度RCM执行机构，其特征在于，所述变角度RCM执行机构包括固定平台（1）、第一臂（2）、第二臂（3）、第一连接臂（4）、第三臂（5）、第四臂（6）、第二连接臂（7）、第三连接臂（8）、第五臂（9）、手术刀（10）；

其中，所述第一臂（2）的一个端点（E）、所述第二臂（3）的一个端点（F）分别与所述固定平台（1）可旋转地连接，所述第一臂（2）的另一个端点（G）、所述第二臂（3）的另一个端点（H）分别与所述第一连接臂（4）的两个端点可旋转地连接；所述固定平台（1）、所述第一臂（2）、所述第二臂（3）、所述第一连接臂（4）构成第一平行四边形（EFHG）；

所述第三臂（5）的一个端点（H）、所述第四臂（6）的一个端点（B）分别与所述第二连接臂（7）的两个端点可旋转地连接，所述第三臂（5）的另一个端点（K）、所述第四臂（6）的另一个端点（J）分别与所述第三连接臂（8）的两个端点可旋转地连接；所述第三臂（5）、所述第四臂（6）、所述第二连接臂（7）、所述第三连接臂（8）构成第二平行四边形（HKJB）；

所述第一平行四边形（EFHG）和所述第二平行四边形（HKJB）在第一控制点（H）可旋转地连接，所述第一控制点（H）同时是所述第二臂（3）、所述第一连接臂（4）、所述第三臂（5）、所述第二连接臂（7）的端点；

所述第五臂（9）的一端与所述第三臂（5）在第二控制点（K）可旋转地连接，所述第二控制点（K）同时是所述第三臂（5）、所述第三连接臂（8）的端点；所述第五臂（9）的另一端与所述手术刀（10）固定连接；

所述第五臂（9）与所述手术刀（10）的总长度与所述第二臂（3）的长度相等；

在所述第一控制点（H）设置有第一锁定结构（11）和第二锁定结构（12），所述第一锁定结构（11）能够固定所述第二臂（3）与所述第二连接臂（7）之间的角度（A），所述第二锁定结构（12）能够固定所述第一连接臂（4）与所述第三臂（5）之间的角度（B）；在所述第二控制点（K）设置有第三锁定结构（13），所述第三锁定结构（13）能够固定所述第三连接臂（8）与所述第五臂（9）之间的角度（C）；

所述变角度RCM执行机构进一步包括设置于所述第一臂（2）与所述固定平台（1）连接点的第一旋转结构（14），和/或设置于所述第二臂（3）与所述固定平台（1）连接点的第二旋转结构；所述第一旋转结构（14）配置为能够使得所述第一臂（2）绕所述第一臂（2）与所述固定平台（1）的连接点旋转，所述第二旋转结构配置为能够使得所述第二臂（3）绕所述第二臂（3）与所述固定平台（1）的连接点旋转；

所述第三锁定结构（13）包括电机、同轴连接螺钉和同轴连接盖，所述同轴连接盖旋入第三连接臂（8）的大螺纹中固定住，所述电机固定安装在所述第五臂（9）之上，所述同轴连接螺钉与所述同轴连接盖连接，所述电机的转轴插入所述同轴连接螺钉的异型孔中，所述异型孔的形状与所述电机的转轴的形状相适配。

2.根据权利要求1所述的变角度RCM执行机构，其特征在于，所述第一锁定结构（11）包括电机、同轴连接螺钉和同轴连接盖，所述同轴连接盖旋入所述第二连接臂（7）的大螺纹中固定住，所述电机固定安装在所述第二臂（3）之上，所述同轴连接螺钉与所述同轴连接盖连接，所述电机的转轴插入所述同轴连接螺钉的异型孔中，所述异型孔的形状与所述电机的转轴的形状相适配。

3.根据权利要求1或2所述的变角度RCM执行机构，其特征在于，所述第二锁定结构（12）包括电机、同轴连接螺钉和同轴连接盖，所述同轴连接盖旋入所述第一连接臂（4）的大螺纹中固定住，所述电机固定安装在所述第三臂（5）之上，所述同轴连接螺钉与所述同轴连接盖连接，所述电机的转轴插入所述同轴连接螺钉的异型孔中，所述异型孔的形状与所述电机的转轴的形状相适配。

4.根据权利要求3所述的变角度RCM执行机构，其特征在于，所述固定平台（1）包括固定底座（1-1）和整体转动轴（1-2），所述整体转动轴（1-2）的两端安装在所述固定底座（1-1）上。

5.根据权利要求4所述的变角度RCM执行机构，其特征在于，所述第五臂（9）与所述手术刀（10）的总长度与所述第二臂（3）的长度相等。

6.根据权利要求3所述的变角度RCM执行机构，其特征在于，所述第一锁定结构、所述第二锁定结构、所述第三锁定结构、所述第一旋转结构、所述第二旋转结构具有相同的构造。

7.一种手术装置，其特征在于，所述手术装置包括权利要求1-6任一项所述的变角度RCM执行机构（100）、RCM电控箱（200）以及手术支架（300）。

8.根据权利要求7所述的手术装置，其特征在于，所述手术支架（300）配置为所述变角度RCM执行机构（100）提供安装和支持平台，所述RCM电控箱（200）配置为所述变角度RCM执行机构（100）提供驱动电机所需的电源和控制信号。

9.根据权利要求8所述的手术装置，其特征在于，所述RCM电控箱（200）包括CPU、存储模块、通信模块。

10.根据权利要求9所述的手术装置，其特征在于，所述RCM电控箱（200）是一台微型计算机。

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