CN115486941B - 输尿管软镜机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种输尿管软镜机器人，包括工作台和机身，机身包括内窥镜主体和用于驱动内窥镜主体的驱动结构，内窥镜主体包括手柄、前部，前部设有镜头端，驱动结构包括由外力驱动的双向齿轮凹槽模块和轴向运动齿轮组，在内窥镜主体的手柄外围设有一个U形支撑架，手柄的两侧与U形支撑架铰接，在工作台后部设有立柱，U形支撑架的后部设有一插销插设于立柱上的插孔；镜头端经由设置于工作台前部的前支撑柱穿出。通过双向齿轮凹槽模块的球面半齿轮驱动手柄上拨杆旋钮从而使镜头端向上或向下弯曲，通过轴向运动齿轮组的直齿半齿轮带动手柄实现左右摆动，工作台底部的滚珠丝杆的转动，可实现嵌合在工作台上手柄包括整个内窥镜镜体高精度的前后运动。

Description

输尿管软镜机器人

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体的说，是涉及一种输尿管软镜机器人。

背景技术

内窥镜检查和治疗，是现代临床上常用的检查手段和治疗方法，亦是微创诊断和治疗的发展方向。例如，肾输尿管软镜常被用做泌尿科的肾输尿管疾病的检查和治疗，支气管镜常被用做呼吸科的支气管和肺部疾病的检查和治疗，胃镜和肠镜常被用做消化道疾病的检查和治疗等。肾输尿管软镜或支气管镜或消化内镜，经过人体天然的泌尿系统或呼吸系统腔道或消化道，无需对人体进行任何切口，对泌尿系统肾脏和输尿管或呼吸系统的支气管和肺脏或消化系统的胃肠道，进行相应检查和治疗。具有损伤小、疼痛轻、恢复快等微创优点，已被广泛应用在泌尿外科、呼吸科和消化科的诊疗中，已经成为主要的临床诊疗方法。

传统的内窥镜检查或治疗，需要医生手持内窥镜设备，以人镜物理接触的方式控制内窥镜在人体腔道内前进、后退、旋转并最终达到指定位置。在这个过程中，医生需要结合图像实时调整内窥镜末端的位姿，并根据需要依次在内窥镜导孔内插入激光光纤或组织异物抓钳夹取装置等，需要操作者手持内窥镜固定同一体位较长时间，日复一日长期操作极易造成操作医生手、腕、颈、肩、臂等多个部位肌肉酸疼疲劳及损伤，消耗操作医生的体力和精力，甚至会影响医生的操作质量。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，设计一款易操作的输尿管软镜机器人，可以代替人手握持内窥镜设备并灵巧操控内窥镜的多自由度机器人，辅助医生轻巧完成内窥镜检查和治疗如肾输尿管镜碎石、支气管镜活检和消化内镜活检等手术。

为了实现本发明的目的,本发明采用的技术方案为：

一种输尿管软镜机器人，包括工作台，和设置于工作台上的机身，所述机身包括内窥镜主体和内窥镜主体的驱动结构，所述内窥镜主体包括手柄、前部，其前部设有镜头端，所述驱动结构包括由外力驱动的双向齿轮凹槽模块和轴向运动齿轮组，内窥镜主体的手柄通过所述双向齿轮凹槽模块和轴向运动齿轮组的上部均为半齿轮结构，即所述双向齿轮凹槽模块包括互相啮合的位于其下部的第一直齿轮和上部的球面半齿轮，所述轴向运动齿轮组包括互相啮合的位于其下部的第二直齿轮和位于上部的直齿半齿轮，所述球面半齿轮和直齿半齿轮均设有向上的缺口，两个缺口组成了内窥镜主体手柄的容纳槽；所述镜头端通过线轮机构带动，所述线轮机构包括钢丝圈和线轮，线轮包括位于手柄端的大轮和位于镜头端的小轮，所述钢丝圈的一端套装在线轮的大轮上，另一端套装在镜头端的小轮上，镜头端的末端与套装于小轮外的钢丝圈连接，线轮的大轮下方设有与之固定连接的拨杆旋钮，所述拨杆旋钮下端插入球面半齿轮的插槽中。

在所述内窥镜主体的手柄外围设有一个U形支撑架，所述手柄的两侧与U形支撑架的两内壁铰接，在所述工作台的后部设有立柱，所述U形支撑架的后部设有一插销插设于立柱上的插孔中；所述U形支撑架的前端穿过所述直齿半齿轮内侧的凹槽后从所述直齿半齿轮的前端穿出；所述内窥镜主体的镜头端经由设置于工作台前部的前支撑柱穿出。

前部为中空的软镜通道，内部用于光纤的穿入，还包括光纤推进模块，所述光纤推进模块的内部设有一对用于输送光纤的摩擦轮，外部通过两个C臂与直齿半齿轮形成可拆卸的静连接；光纤三通入口位于光纤推进模块的下方，光纤的末端由光纤推进模块的后方穿入，被光纤推进模块的两个摩擦轮夹持后由前部穿出。

所述工作台包括上层台面和下层台面，两层台面之间设有滚珠丝杠结构。

本发明的有益效果在于：

1.临床上应用本发明的输尿管软镜机器人，操控医生可简便易行地控制内窥镜在人体腔道内前进、后退、旋转并最终达到指定位置，并进行相应检查和治疗操作，大大降低操作医生的劳动强度和手、腕、颈、肩、臂等多个部位肌肉酸疼疲劳及损伤的发生，大大减轻医生的手术操作难度与负担；

2.同时借助计算机技术与自动化控制技术，可以使手术过程更加精准和智能化，提高医生的操作质量，并增加手术的安全性；

3.体积更紧凑，更加轻量化，便携化。与进入人体的手术耗材（如光纤）接触的部分可单独拆卸，方便消毒或更换。

附图说明

图1为本发明的一种输尿管软镜机器人的整体结构示意图；

图2为图1中后部结构的另一视角的放大图；

图3为图1中加入了光纤结构的局部放大图；

图4为通过球面半齿轮和拨杆旋钮间接带动镜头端向上、向下弯曲的结构原理图。

各附图标记的的名称如下：

1为机身，2为手柄，3为轴向运动齿轮组，301为第二直齿轮，302为直齿半齿轮，4为双向齿轮凹槽模块，401为第一直齿轮，402为球面半齿轮，5为上层台面，6为镜头端，7为光纤推进模块，8为摩擦轮，9为C臂，10为光纤三通入口，11为下层台面，12为工作台，13为滚珠丝杠结构，14为电机，15为U形支撑架，1501为插销，16为光纤，17为立柱，18为内窥镜主体，19为前部，20为前支撑柱,21为拨杆旋钮，22为钢丝圈，23为线轮。

具体实施方式

下面参考附图和实施例对本发明进一步说明：

实施例：请参阅图1-图4。

本发明公开了一种输尿管软镜机器人，图1为本发明的整体结构示意图，包括工作台12，和设置于工作台12上的机身1，所述机身1包括内窥镜主体18和内窥镜主体18的驱动结构，所述内窥镜主体18包括手柄2、前部19，其前部19设有镜头端6，所述驱动结构包括由外力驱动的双向齿轮凹槽模块4和轴向运动齿轮组3，内窥镜主体的手柄2通过所述双向齿轮凹槽模块4和轴向运动齿轮组3的上部均为半齿轮结构，即所述双向齿轮凹槽模块4包括互相啮合的位于其下部的第一直齿轮401和上部的球面半齿轮402，所述轴向运动齿轮组3包括互相啮合的位于其下部的第二直齿轮301和位于上部的直齿半齿轮302，所述球面半齿轮402和直齿半齿轮302均设有向上的缺口，两个缺口组成了内窥镜主体手柄2的容纳槽；所述镜头端6通过线轮机构带动，所述线轮机构包括钢丝圈22和线轮23，线轮23包括位于手柄端的大轮和位于镜头端的小轮，所述钢丝圈22的一端套装在线轮23的大轮上，另一端套装在镜头端6的小轮上，如图4所示，镜头端6的末端与套装于小轮外的钢丝圈22连接，如图4所示，小轮位于内窥镜主体18的前部19内部的左端，钢丝圈22的左端套装于该小轮的外部，而镜头端6的末端与该处的钢丝圈连接；线轮23的大轮下方设有与之固定连接的拨杆旋钮21，所述拨杆旋钮21下端插入球面半齿轮402的插槽中。

由于双向齿轮凹槽模块4的上部为球面半齿轮402，为球面的一部分，该齿轮与其下方的第一直齿轮401啮合传动，因此，第一直齿轮401被电机驱动转动，可带动球面半齿轮402以相反的方向转动，由此，可以通过球面半齿轮402的转动，挂住拨杆旋钮21带动线轮23转动，间接带动镜头端6向上或向下弯曲。

在所述内窥镜主体的手柄2外围设有一个U形支撑架15，所述手柄2的两侧与U形支撑架15的两内壁铰接，在所述工作台12的后部设有立柱17，所述U形支撑架15的后部设有一插销1501插设于立柱17上的插孔中；所述U形支撑架15的前端穿过所述直齿半齿轮302内侧的凹槽后从所述直齿半齿轮302的前端穿出；所述内窥镜主体18的镜头端6经由设置于工作台12前部的前支撑柱20穿出。

采用U型支撑架和前支撑柱20确保了支撑结构的稳定性。

轴向运动齿轮组3包括互相啮合的位于其下部的第二直齿轮301和位于上部的直齿半齿轮302，而第二直齿轮301由其电机带动转动，直齿半齿轮302为从动轮，因此，手柄2在直齿半齿轮302的带动下实现左右摆动，从而使得镜头端6实现左右摆动。这样，就实现了镜头端6的前后、左右的距离调整。

内窥镜主体18的前部19为中空的软镜通道，内部用于光纤16的穿入，因此还包括光纤推进模块7，所述光纤推进模块7的内部设有一对用于输送光纤16的摩擦轮8，外部通过两个C臂9与直齿半齿轮302形成可拆卸的静连接。光纤三通入口10位于光纤推进模块7的下方，光纤16的末端由光纤推进模块7的后方穿入，被光纤推进模块7的两个摩擦轮8夹持后由前部19穿出。而摩擦轮可以经由电机驱动转动，如图1中，固定在C臂上的电机14可作为外力实现摩擦轮驱动的实施方式之一，以控制光纤的前进与后退，实现碎石用激光光纤沿软镜通道推进与退回。

光纤推进模块7与C臂9相连，然后通过C臂与直齿半齿轮302的上部通过卡槽或插销连接，使得光纤推进模块7成为可拆卸的结构。显然，光纤推进模块7也可与该软镜机器人机身上的其他部位连接，成为一种可拆卸的结构。

所述工作台包括上层台面5和下层台面11，两层台面之间设有滚珠丝杠结构13。

综上所述，本案的输尿管软镜机器人，主要实现如下功能：

通过双向齿轮凹槽模块4中球面半齿轮402的转动，挂住拨杆旋钮21间接带动镜头端6向上或向下弯曲；

通过直齿半齿轮302带动手柄实现左右摆动，从而使得镜头端6实现左右摆动。

通过光纤推进模块中两个摩擦轮8夹持光纤进行抽拉动作，以控制光纤的前进与后退，实现碎石用激光光纤沿软镜通道推进与退回；

通过工作台上设置的滚珠丝杠结构13实现上层台面5相对于下层台面11的前后移动，从而间接带动镜头端6前后移动。

临床上应用本发明的输尿管软镜机器人，具有易操作的优点，操控医生可简便易行地控制内窥镜在人体腔道内前进、后退、旋转并最终达到指定位置，并进行相应检查和治疗操作，大大降低操作医生的劳动强度和手、腕、颈、肩、臂等多个部位肌肉酸疼疲劳及损伤的发生，大大减轻医生的手术操作难度与负担。同时借助计算机技术与自动化控制技术，可以使手术过程更加精准和智能化，提高医生的操作质量，并增加手术的安全性。除此之外，本发明优点在于机器人操控系统比现有技术体积更紧凑，更加轻量化，便携化。与进入人体的手术耗材（如光纤）接触的部分可单独拆卸，方便消毒或更换。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种输尿管软镜机器人，包括工作台，和设置于工作台上的机身，所述机身包括内窥镜主体和内窥镜主体的驱动结构，所述内窥镜主体包括手柄、前部，其前部设有镜头端，其特征在于：所述驱动结构包括由外力驱动的双向齿轮凹槽模块和轴向运动齿轮组，内窥镜主体的手柄通过所述双向齿轮凹槽模块和轴向运动齿轮组的上部均为半齿轮结构，即所述双向齿轮凹槽模块包括互相啮合的位于其下部的第一直齿轮和上部的球面半齿轮，所述轴向运动齿轮组包括互相啮合的位于其下部的第二直齿轮和位于上部的直齿半齿轮，所述球面半齿轮和直齿半齿轮均设有向上的缺口，两个缺口组成了内窥镜主体手柄的容纳槽；所述镜头端通过线轮机构带动，所述线轮机构包括钢丝圈和线轮，线轮包括位于手柄端的大轮和位于镜头端的小轮，所述钢丝圈的一端套装在线轮的大轮上，另一端套装在镜头端的小轮上，镜头端的末端与套装于小轮外的钢丝圈连接，线轮的大轮下方设有与之固定连接的拨杆旋钮，所述拨杆旋钮下端插入球面半齿轮的插槽中。

2.根据权利要求1所述的输尿管软镜机器人，其特征在于：在所述内窥镜主体的手柄外围设有一个U形支撑架，所述手柄的两侧与U形支撑架的两内壁铰接，在所述工作台的后部设有立柱，所述U形支撑架的后部设有一插销插设于立柱上的插孔中；所述U形支撑架的前端穿过所述直齿半齿轮内侧的凹槽后从所述直齿半齿轮的前端穿出；所述内窥镜主体的镜头端经由设置于工作台前部的前支撑柱穿出。

3.根据权利要求1所述的输尿管软镜机器人，其特征在于：所述前部为中空的软镜通道，内部用于光纤的穿入，还包括光纤推进模块，所述光纤推进模块的内部设有一对用于输送光纤的摩擦轮，外部通过两个C臂与直齿半齿轮形成可拆卸的静连接；光纤三通入口位于光纤推进模块的下方，光纤的末端由光纤推进模块的后方穿入，被光纤推进模块的两个摩擦轮夹持后由前部穿出。

4.根据权利要求1所述的输尿管软镜机器人，其特征在于：所述工作台包括上层台面和下层台面，两层台面之间设有滚珠丝杠结构。

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