CN114098994B - 器械驱动装置、器械臂、从手端及机器人辅助手术系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种器械驱动装置、器械臂、从手端及机器人辅助手术系统，其器械驱动装置，包括：器械部和驱动部，器械部末端设置执行装置；驱动部下端面与器械部前端端面相连；驱动部包括：升降座、第一电机仓和第二电机仓；升降座下端面与器械部前端端面相连；第一电机仓下端面与升降座上端面相接触，且升降座与第一电机仓铰接相连；第二电机仓下端面与升降座上端面相接触，且升降座与第二电机仓铰接相连。

Description

器械驱动装置、器械臂、从手端及机器人辅助手术系统

技术领域

本公开涉及医疗机器人领域，尤其涉及一种器械驱动装置、器械臂、从手端及机器人辅助手术系统。

背景技术

微创手术具有创口小，出血量少，恢复时间快及美容效果等诸多优点，传统微创手术工具多维长直杆状，由医生手持，经由胸腔、腹腔或其他部位的微小创口置入，配合医用内窥镜，在显示器画面下完成手术操作，在此种操作模式中，需由主刀医生、持镜医生及其他辅助医生多人配合下进行手术操作。手术过程中，常因相互配合不协调或显示器画面中视野不合理以及手术器械运动不符合直觉操作规律等多种原因，出现手术工具干涉等问题，进而影响手术的顺利进行。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本公开提供了一种器械驱动装置、器械臂、从手端及机器人辅助手术系统，以解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供了一种器械驱动装置，包括：

器械部，所述器械部末端设置执行装置；

驱动部，所述驱动部下端面与所述器械部前端端面相连；所述驱动部包括：

升降座，所述升降座下端面与所述器械部前端端面相连；

第一电机仓，所述第一电机仓下端面与所述升降座上端面相接触，且所述升降座与所述第一电机仓铰接相连；

第二电机仓，所述第二电机仓下端面与所述升降座上端面相接触，且所述升降座与所述第二电机仓铰接相连。

在本公开的一些实施例中，所述第一电机仓配置为绕第一轴转动，所述第一电机仓配置为绕第二轴转动，所述第一轴与所述第二轴平行设置。

在本公开的一些实施例中，所述第一电机仓配置为绕第一轴转动，所述第一电机仓配置为绕第二轴转动，所述第一轴与所述第二轴同轴设置。

在本公开的一些实施例中，所述第一电机仓配置为绕第一轴转动，所述第一电机仓配置为绕第二轴转动，所述第一轴与所述第二轴垂直设置。

在本公开的一些实施例中，所述第一电机仓下端面设置有多个主动轮，且所述主动轮穿设出所述第一电机仓外；所述第一电机仓被配置为通过驱动电机的输出轴驱动所述主动轮转动；

所述第二电机仓下端面设置有多个主动轮，且所述主动轮穿设出所述第二电机仓外；所述第二电机仓被配置为通过驱动电机的输出轴驱动所述主动轮转动。

在本公开的一些实施例中，所述器械部包括：

驱动盒，所述驱动盒前端端面与所述驱动部连接；所述驱动盒前端端面上设置有驱动转轮，所述驱动转轮与所述主动轮啮合相连；

导管，所述导管一端与所述驱动盒末端端面连接，所述导管另一端与所述执行装置同轴连接。

在本公开的一些实施例中，还包括：

隔板，设置于所述器械部和所述驱动部之间，且所述隔板与所述器械部和所述驱动部连接。

在本公开的一些实施例中，所述隔板包括：

多个从动轮，所述从动轮贯穿设置于所述隔板上，且所述从动轮两端分别与所述主动轮和所述驱动转轮啮合相连。

在本公开的一些实施例中，所述驱动转轮一侧设置有驱动转轮凸起，所述主动轮一侧设置有主动轮凸起，所述驱动转轮凸起和所述主动轮凸起的中心距相同；

所述从动轮上设置有从动轮凹槽，所述从动轮凹槽的中心距与所述驱动转轮凸起和所述主动轮凸起的中心距相同；

所述驱动转轮凸起和所述主动轮凸起分别从所述隔板两侧插入所述从动轮凹槽内。

在本公开的一些实施例中，所述升降座上设置有通孔，所述主动轮穿过所述通孔与所述升降座连接。

根据本公开的一个方面，提供了一种器械臂，包括：

如上所述的器械驱动装置；以及

导轨，设置于所述器械臂末端连杆上；所述升降座与所述导轨相连，所述器械驱动装置配置为沿所述导轨做直线滑移运动。

根据本公开的一个方面，提供了一种从手端，包括：如上所述的器械臂。

根据本公开的一个方面，提供了一种机器人辅助手术系统，包括：主手端和如上所述的从手端。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开器械驱动装置、器械臂、从手端及机器人辅助手术系统至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

本公开中将驱动转轮设置在驱动盒前端的端面上，实现将器械部向上安装至驱动部的安装方式。采用该种安装方式可有效增大器械部滑移运动的行程，使器械部的行程不再受限于驱动部的纵向尺寸。

本公开两个电机仓能够立即脱离升降座，使器械部处于被动操作状态，不再保持两个电机仓脱离前的位姿，进而使得器械部撤出后不会对组织器官造成二次损伤。

附图说明

图1为本公开实施例机器人辅助手术系统的主手端示意图。

图2为本公开实施例机器人辅助手术系统的从手端示意图。

图3为本公开实施例器械部结构示意图。

图4为本公开实施例器械驱动装置安装示意图。

图5a和图5b为本公开实施例驱动部结构示意图。

图6为本公开实施例隔板结构示意图。

图7和图8为本公开实施例中器械驱动装置使用状态示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。

在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。

在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。

在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。

本公开提供了一种器械驱动装置，包括：器械部和驱动部，器械部末端设置执行装置；驱动部下端面与器械部前端端面相连；驱动部包括：升降座、第一电机仓和第二电机仓；升降座下端面与器械部前端端面相连；第一电机仓下端面与升降座上端面相接触，且升降座与第一电机仓铰接相连；第二电机仓下端面与升降座上端面相接触，且升降座与第二电机仓铰接相连。

图1为本公开实施例机器人辅助手术系统的主手端示意图。图2为本公开实施例机器人辅助手术系统的从手端示意图。如图1和图2所示，机器人辅助手术系统包括主手端01和从手端02。主手端01还集成有三维图像系统03和控制系统04。主手端01上设置有主操作手011，主操作手011控制从手端02上设置的器械臂022及手术器械023。从手端02设置有器械臂022，器械臂022在手术时将安装不同功能的手术器械023，如组织钳、针持、能量工具、超声刀等，以应对不同手术的术式需要。器械臂022上设置有内窥镜，用于手术中的图像传输。

在手术实施过程中，内窥镜穿过体表或人体自然腔道进入人体内部，可以采集手术实施部位三维图像，并将病灶部位三维图像同步传输至主手端01上设置的三维图像系统03，医生通过观看三维图像进行手术操作，即医生在主手端01处观看三维图像系统03上的病灶部同步图像，同时操作主操作手011，通过调整主操作手011的位姿来控制从手端02上器械部023的位姿和动作，以完成手术操作。在上述过程中，医生操纵的主操作手011各关节处设置的编码器能够实时记录关节转动角度数据，可称之为输入参数，数据传输至控制系统04，控制系统04内部的控制器预设置有主操作手011、器械臂022、器械部023之间相互映射的运动学数学模型，控制器接收输入参数并计算与不同功能器械部023相对应运动学模型的输出参数，并将输出参数传送至从手端02的器械臂022和器械部023，实现运动控制。

在器械臂022的末端连杆205上设置有沿连杆轴向的导轨501，用于驱动器械部023的驱动部025安装在导轨501上，驱动部025可在导轨501上做直线滑移运动P。器械部023安装在驱动部025端面处，器械部023轴线与导轨501轴线平行设置。器械部023可随驱动部025在导轨501上做直线滑移运动。

图3为本公开实施例器械部结构示意图。如图3所示，按图中所示方向，器械部023末端一侧设置有末端执行装置231，末端执行装置231可以为组织钳、针持、剪刀、能量工具、超声刀等手术工具中的一种，通常其具有2-3自由度。器械部023前端一侧设置有驱动盒233，驱动盒233用于实现末端执行装置231的运动控制，其具体方式不在本专利保护范围内。图中所示导管232用于连接末端执行装置231和驱动盒233，导管232回转轴线与所述器械023轴线重合设置

如图3所示，在驱动盒233前端一侧端面233a上设置有驱动转轮234，驱动转轮234可在驱动盒233上转动，在驱动盒233内部与驱动转轮234相连接的有丝轮，驱动转轮的转动可带动丝轮转动，进而拉动丝轮上缠绕的驱动丝，实现对末端执行装置231的运动控制。驱动盒233内部结构不在本专利保护范围内。

在本公开中驱动转轮234设置在驱动盒234前端一侧的端面上，其目的在于：采用向上安装的方式将器械023安装至驱动部025。

图4为本公开实施例器械驱动装置安装示意图。如图4所示，箭头方向表示安装方向，将器械部023安装至驱动部025时，沿器械部023轴线方向移动，使驱动盒233前端一侧端面233a移向驱动部025下端面025a。在驱动部025与器械部023之间设置有隔板026，该隔板026用于隔绝细菌。在手术实施过程中须将有菌装置与无菌装置进行隔绝，器械部023为无菌装置，使用隔板026将器械部023与驱动部025进行隔绝。

图5a和图5b为本公开实施例驱动部结构示意图。如图5a和图5b所示，驱动部025包括：第一电机仓251a、第二电机仓251b和升降座252。第一电机仓251a和第二电机仓251b内设置有驱动电机及电机驱动器等用于控制末端执行装置231运动的器件，其内部结构不在本专利保护范围内。在第一电机仓251a和第二电机仓251b的下端面025b设置有多个主动轮253，主动轮253固定安装在第一电机仓251a和第二电机仓251b的内驱动电机的输出轴端，主动轮253与驱动电机输出轴同轴设置，驱动电机输出轴的转动可带动主动轮253转动。

升降座252用于连接导轨501与第一电机仓251a和第二电机仓251b。升降座252安装在导轨501上，可在导轨501上沿P方向移动。第一电机仓251a通过铰接的方式与升降座252连接，其可在252让绕轴M转动。第二电机仓251b通过铰接的方式与升降座252连接，其可在252让绕轴N转动。当从手端02工作时，第一电机仓251a、第二电机仓251b与升降座252保持结合状态，第一电机仓251a和第二电机仓251b的下端面025b与升降座025上端面025c贴合。第一电机仓251a、第二电机仓251b与升降座252的结合锁止方式不限于单一形式，可采用机械式锁止结构或电磁/永磁装置进行锁止。升降座252上设置有多个通孔254，通孔254贯穿升降座252上下端面，当第一电机仓251a、第二电机仓251b与升降座252结合后，各主动轮253均可通过与其相对应的通孔254并伸出驱动装置025下端面025a，且当主动轮253转动时不会与升降座252发生干涉。

图6为本公开实施例隔板结构示意图。如图6所示，在隔板026上设置有多个从动轮261，从动轮261贯穿于隔板026的上端面026a和下端面026b，多个从动轮261可在隔板026上做绕其自身回转轴线的转动，各从动轮261的转动运动相互独立。当从手端02工作时，隔板026与驱动部025保持结合状态，驱动部025下端面025a与隔板026上端面026a贴合。驱动部025与隔板026的结合锁止方式不限于单一形式，可采用机械式锁止结构或电磁/永磁装置进行锁止。

在手术实施过程中，当需要将器械部023安装至驱动部025上时，首先将第一电机仓251a、第二电机仓251b与升降座252分离，随后将隔板026安装至升降座252下方，使隔板026上端面026a与驱动部025下端面025a贴合，再将器械部023安装至驱动部025和隔板026下方，使驱动盒233前端一侧端面233a与隔板026下端面026b贴合。器械部023使用结束后，先将第一电机仓251a、第二电机仓251b与升降座252分离，随后依次取下器械部023、隔板026，如图7、图8所示。第一电机仓251a、第二电机仓251b、升降座252、隔板026、器械部023安装结合后，驱动转轮234与从动轮261啮合，主动轮253穿过升降座252上设置的通孔254与从动轮261啮合。主动轮253、从动轮261、驱动转轮234相互啮合后，主动轮253的转动可带动从动轮261、驱动转轮234与其同步转动，进而实现对末端执行装置231的运动控制。主动轮253、从动轮261、驱动转轮234的啮合方式不限于单一形式。

下面介绍主动轮253、从动轮261、驱动转轮234的啮合方式的一种实施例。对照图3、图5、图6，主动轮253、驱动转轮234外侧分别设置有主动轮凸起2531和驱动转轮凸起2341，各凸起中心距相同。从动轮261上设置有从动轮凹槽2611，从动轮凹槽2611中心距与主动轮凸起2531、驱动转轮凸起2341中心距相同。当第一电机仓251a、第二电机仓251b、升降座252、隔板026、器械部023安装结合后，主动轮凸起2531、驱动转轮凸起2341分别从隔板026两侧插入从动轮凹槽2611内，实现相互啮合。

采用本公开提供的器械驱动装置的布置方式，可使驱动部025位于器械部023前端一侧，如对照图中各器件位置关系，即驱动部025位于器械部023上方。同现有技术相比，上述布置方式可有效增大器械部023滑移运动P的行程力，设导轨501有效长度为H，器械部023的行程力不再受限于驱动部025的纵向尺寸，行程力等于或约等于H，如图8所示。

当手术过程中出现突发状况时，如因误操作导致末端执行装置231对病灶部位组织器官造成侵入损伤时，现有技术方案无法立即将手术器械保持在被动操作的状态下撤出。若将手术器械强行手动脱离驱动部，或手术器械在主动操作状态下与驱动部同步撤出，会对组织器官造成二次损伤。采用本公开提供的器械驱动装置，如遇突发状况，驱动部025的第一电机仓251a、第二电机仓251b可立即脱离升降座252，脱离后器械部023则处于被动操作状态。即末端执行装置231中各构件无驱动力，其不再保持第一电机仓251a、第二电机仓251b脱离前的位姿，此时再将器械部023撤出不会对组织器官造成二次损伤。

以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。

Claims (10)

1.一种器械驱动装置，包括：

器械部，所述器械部末端设置执行装置；

驱动部，所述驱动部下端面与所述器械部前端端面相连，所述驱动部包括：

升降座，所述升降座下端面与所述器械部前端端面相连，所述升降座上设置有通孔，所述器械部包括驱动盒，所述驱动盒前端端面与所述驱动部连接，所述驱动盒前端端面上设置有驱动转轮；

第一电机仓，所述第一电机仓下端面与所述升降座上端面相接触，且所述升降座与所述第一电机仓铰接相连，其中，所述第一电机仓下端面设置有多个主动轮，且所述主动轮穿设出所述第一电机仓外，所述第一电机仓被配置为通过驱动电机的输出轴驱动所述主动轮转动；

第二电机仓，所述第二电机仓下端面与所述升降座上端面相接触，且所述升降座与所述第二电机仓铰接相连，其中，所述第二电机仓下端面设置有多个主动轮，且所述主动轮穿设出所述第二电机仓外，所述第二电机仓被配置为通过驱动电机的输出轴驱动所述主动轮转动；

其中，所述主动轮穿过所述通孔与所述升降座连接，所述驱动转轮与所述主动轮啮合相连，所述第一电机仓配置为绕第一轴转动，所述第二电机仓配置为绕第二轴转动，所述第一轴与所述第二轴平行设置，所述第一电机仓的第一转动方向，与所述第二电机仓的第二转动方向相反。

2.根据权利要求1所述的器械驱动装置，其中，所述器械部包括：

导管，所述导管一端与所述驱动盒末端端面连接，所述导管另一端与所述执行装置同轴连接。

3.根据权利要求2所述的器械驱动装置，其中，还包括：

隔板，设置于所述器械部和所述驱动部之间，且所述隔板与所述器械部和所述驱动部连接。

4.根据权利要求3所述的器械驱动装置，其中，所述隔板包括：

多个从动轮，所述从动轮贯穿设置于所述隔板上，且所述从动轮两端分别与所述主动轮和所述驱动转轮啮合相连。

5.根据权利要求4所述的器械驱动装置，其中，所述驱动转轮一侧设置有驱动转轮凸起，所述主动轮一侧设置有主动轮凸起，所述驱动转轮凸起和所述主动轮凸起的中心距相同；

所述从动轮上设置有从动轮凹槽，所述从动轮凹槽的中心距与所述驱动转轮凸起和所述主动轮凸起的中心距相同；

所述驱动转轮凸起和所述主动轮凸起分别从所述隔板两侧插入所述从动轮凹槽内。

6.一种器械驱动装置，包括：

器械部，所述器械部末端设置执行装置；

驱动部，所述驱动部下端面与所述器械部前端端面相连，所述驱动部包括：

升降座，所述升降座下端面与所述器械部前端端面相连，所述升降座上设置有通孔，所述器械部包括驱动盒，所述驱动盒前端端面与所述驱动部连接，所述驱动盒前端端面上设置有驱动转轮；

第一电机仓，所述第一电机仓下端面与所述升降座上端面相接触，且所述升降座与所述第一电机仓铰接相连，其中，所述第一电机仓下端面设置有多个主动轮，且所述主动轮穿设出所述第一电机仓外，所述第一电机仓被配置为通过驱动电机的输出轴驱动所述主动轮转动；

第二电机仓，所述第二电机仓下端面与所述升降座上端面相接触，且所述升降座与所述第二电机仓铰接相连，其中，所述第二电机仓下端面设置有多个主动轮，且所述主动轮穿设出所述第二电机仓外，所述第二电机仓被配置为通过驱动电机的输出轴驱动所述主动轮转动；

其中，所述主动轮穿过所述通孔与所述升降座连接，所述驱动转轮与所述主动轮啮合相连，所述第一电机仓配置为绕第一轴转动，所述第二电机仓配置为绕第二轴转动，所述第一轴与所述第二轴同轴设置。

7.一种器械驱动装置，包括：

器械部，所述器械部末端设置执行装置；

驱动部，所述驱动部下端面与所述器械部前端端面相连，所述驱动部包括：

升降座，所述升降座下端面与所述器械部前端端面相连，所述升降座上设置有通孔，所述器械部包括驱动盒，所述驱动盒前端端面与所述驱动部连接，所述驱动盒前端端面上设置有驱动转轮；

第一电机仓，所述第一电机仓下端面与所述升降座上端面相接触，且所述升降座与所述第一电机仓铰接相连，其中，所述第一电机仓下端面设置有多个主动轮，且所述主动轮穿设出所述第一电机仓外，所述第一电机仓被配置为通过驱动电机的输出轴驱动所述主动轮转动；

第二电机仓，所述第二电机仓下端面与所述升降座上端面相接触，且所述升降座与所述第二电机仓铰接相连，其中，所述第二电机仓下端面设置有多个主动轮，且所述主动轮穿设出所述第二电机仓外，所述第二电机仓被配置为通过驱动电机的输出轴驱动所述主动轮转动；

其中，所述主动轮穿过所述通孔与所述升降座连接，所述驱动转轮与所述主动轮啮合相连，所述第一电机仓配置为绕第一轴转动，所述第二电机仓配置为绕第二轴转动，所述第一轴与所述第二轴垂直设置。

8.一种器械臂，包括：

如权利要求1至7中任一项所述的器械驱动装置；以及

导轨，设置于所述器械臂末端连杆上；所述升降座与所述导轨相连，所述器械驱动装置配置为沿所述导轨做直线滑移运动。

9.一种从手端，包括：如权利要求8所述的器械臂。

10.一种机器人辅助手术系统，包括：主手端和如权利要求9所述的从手端。