CN115670677A - 手术机器人机器及检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗器械领域，尤其是一种手术机器人，包括：动力盒，可搭载提供动力的动力设备，动力盒包括布置于顶部的动力盒顶板，动力盒顶板限定有一中轴线；无菌隔离板，可拆卸地卡接于动力盒顶板的上侧；器械盒，器械盒包括布置于底部的器械盒底板，器械盒底板可拆卸地卡接于无菌隔离板的上侧；以及卡接监测机构，配置于动力盒顶板上，卡接监测机构包括相对动力盒顶板对外露出的至少一个第一监测开关与相对动力盒顶板对外露出的至少一个第二监测开关，第一监测开关并被配置成当无菌隔离板卡接于动力盒顶板时被触发并对外发出第一触发信号，第二监测开关被配置成当器械盒底板卡接于无菌隔离板上时被触发并对外发出第二触发信号。

Description

手术机器人机器及检测方法

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，尤其是一种用于手术机器人及检测方法。

背景技术

手术机器人系统是近年来医疗器械领域中的研究热点，其能够辅助进行微创外科手术，并由于具有手术创口小、出血量低、手术操作精确、病患恢复快等优点，已被市场广泛接受。手术机器人系统包括供医生发出指令的主控制端、设置在从端且配置有动力盒的多条机械臂以及搭载于机械臂上的器械组件。医生通过主控制端控制机械臂与器械组件动作，以完成不同手术体位下的切除、缝合等操作。

其中，器械组件包括可拆卸地卡接于动力盒上侧的无菌隔离板以及可拆卸地卡接于无菌隔离板上的器械盒。动力盒内搭载有提供动力的动力设备，手术器械搭载于器械盒内并与动力设备形成传动连接，以在动力设备的驱动下进行各类手术动作。

然而，若动力盒、无菌隔离板以及器械盒之间的卡接不牢靠，则容易在工作时产生震动。该震动传递至手术器械的末端后，会使得手术器械末端产生较大的偏移，从而降低手术的精确度，甚至产生一定的手术风险。

发明内容

针对上述的动力盒、无菌隔离板以及器械盒之间的卡接不牢靠所存在的隐患，本发明的目的是提供一种用于手术机器人及其检测方法，该手术机器人具有可监测动力盒、无菌隔离板以及器械盒之间卡接状态的卡接监测机构。

为了达到上述的目的，本发明提供以下第一技术方案：一种手术机器人，包括：动力盒，可搭载提供动力的动力设备，所述的动力盒包括布置于顶部的动力盒顶板，所述的动力盒顶板限定有一中轴线；无菌隔离板，可拆卸地卡接于所述动力盒顶板的上侧；器械盒，所述的器械盒包括布置于底部的器械盒底板，所述的器械盒底板可拆卸地卡接于所述无菌隔离板的上侧；以及卡接监测机构，配置于所述的动力盒顶板上，所述的卡接监测机构包括相对所述动力盒顶板对外露出的至少一个第一监测开关与相对所述动力盒顶板对外露出的至少一个第二监测开关，所述的第一监测开关并被配置成当所述的无菌隔离板卡接于所述的动力盒顶板时被触发并对外发出第一触发信号，所述的第二监测开关被配置成当所述的器械盒底板卡接于所述的无菌隔离板上时被触发并对外发出第二触发信号。

在上述的第一技术方案中，优选地，所述的卡接监测机构包括一对所述的第一监测开关，一对所述的第一监测开关布置于所述中轴线的两侧且相互远离。还可以进一步优选地，所述的第一监测开关包括向外凸出且可伸缩的第一压杆以及与所述第一压杆相适配的第一触发开关，当所述的无菌隔离板卡接于所述的动力盒顶板，所述的第一压杆被压缩并触发所述的第一触发开关。

在上述的第一技术方案中，优选地，所述的卡接监测机构包括一对所述的第二监测开关，一对所述的第二监测开关相互远离地布置于所述中轴线的两侧。还可以进一步优选地，所述的第二监测开关包括对外凸出且可伸缩的第二压杆以及与所述第二压杆相适配的第二触发开关，当所述的器械盒底板卡接于所述的无菌隔离板时，所述的第二压杆被压缩并触发所述的第二触发开关。还可以进一步优选地，所述的无菌隔离板上布置有一对可轴向移动的传递杆，当所述的无菌隔离板卡接于所述的动力盒顶板上时，一对所述的传递杆分别接触一对所述的第二压杆，以传递所述器械盒底板的压力。

在上述的第一技术方案中，优选地，所述的卡接监测机构还包括固定设置于器械盒底板上的永磁体与固定设置于动力盒顶板上的霍尔传感器，所述的永磁体与所述的霍尔传感器上下正对布置。

在上述的第一技术方案中，优选地，所述的第一监测开关与所述的第二监测开关均集成于一电路板上，所述的电路板固定设置于所述的动力盒顶板。还可以进一步优选地，所述的动力盒顶板限定有一从底部露出的凹槽，所述的电路板布置于所述的凹槽内；所述的动力盒顶板形成有一位于顶部的金属保护层，以保护所述的电路板。

另外，本发明还提供以下第二技术方案：一种如上述第一技术方案及其优选方案中任一方案所述手术机器人的检测方法，所述的检测方法包括以下步骤：S1.采集第一触发信号，若各所述的第一检测开关均发出第一触发信号，则生成无菌隔离板与动力盒卡接成功的第一卡接成功信息，否则，生成第一卡接失败信息；S2、生成所述的第一卡接成功信息后，对外部发送准备卡接器械盒的制备卡接信息；接收到所述的第一卡接失败信息后，对外部发送第一故障信息；S3、采集第二触发信号，若各所述的第二检测开关均发出的第二触发信号，则生成器械盒与无菌隔离板卡接成功的第二卡接成功信息；否则，生成第二卡接故障信息。

在上述第二技术方案中，优选地，第一故障信息包括:动力盒指示灯闪烁或改变颜色、语音提示隔离板卡接错误、医生端显示器提示无菌隔离板卡接错误中至少一种。

在上述第二技术方案中，优选地，第二故障信息包括:动力盒指示灯闪烁或改变颜色、语音提示器械盒卡接错误、医生端显示器提示器械盒卡接错误弹框中至少一种。

相较于现有技术，本发明第一、第二技术方案所提供的手术机器人布置有第一、第二监测开关，该第一、第二监测开关分别能够在无菌隔离板卡接于动力盒顶板上时以及器械盒底板卡接于无菌隔离板上时被触发，以实时监测并确保动力盒顶板、无菌隔离板以及器械盒底板之间的卡接状态。

附图说明

图1为本发明所提供的器械组件的应用场景示意图；

图2为本发明所提供的动力盒顶板、无菌隔离板以及器械盒底板的立体结构示意图1；

图3为本发明所提供的动力盒顶板、无菌隔离板以及器械盒底板的立体结构示意图2；其中，无菌隔离板卡接于动力盒顶板；

图4为本发明所提供的动力盒顶板、无菌隔离板以及器械盒底板的侧视图；其中，该三者依次卡接；

图5为动力盒顶板的侧面剖视图；

图6为动力盒顶板与无菌隔离板的侧面剖视图；其中，无菌隔离板卡接于动力盒顶板上，第一压杆处于压缩状态；

图7为动力盒顶板、无菌隔离板以及器械盒底板的侧面剖视图；其中，三者依次开解，第一、第二压杆均处于压缩状态；

图8为本发明所提供的动力盒顶板的俯视图；

图9为图8沿A-A方向所示的剖视图；

图10为本发明所提供的卡接监测机构的逻辑判断图；

图11为本发明所提供器械组件的安装方法的流程示意图。

图中标志：

10、动力盒；20、无菌隔离板；30、器械盒；40、机械臂；50、手术器械；

1、动力盒体；

2、动力盒顶板；21、动力输出件；22、第一信号读取模块；23、第一信号传递模块；24、第一卡接槽；

31、动力传递件；32、信号通孔；33、第二卡接件；34、下压通孔；35、传递杆；

4、器械盒体；

5、器械盒底板；51、动力通孔；52、器械孔；53、第二信号读取模块；54、第二信号传递模块；55、第二卡接槽；

61、第一监测开关；62、第二监测开关；63、霍尔传感器；64、永磁体；65、电路板；

Y、中轴线。

具体实施方式

为详细说明本申请的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描。

本申请中，诸如“在……之下”、“在……下方”、“在……下”、 “下”、“在……上方”、“上”、“在……之上”、“较高的”、“侧”(例如，如在“侧壁”中)等的空间相对术语，由此来描述如附图中示出的一个元件与另一(其它)元件的关系。空间相对术语意图包括设备在使用、操作和/或制造中除了附图中描绘的方位之外的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它元件或特征“下方”或“之下”的元件随后将被 定位为“在”所述其它元件或特征“上方”。因此，示例性术语“在……下方”可以包括上方和下方两种方位。此外，设备可以被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应 地解释在此使用的空间相对描述语。

本申请中，术语“卡接”意指两部件之间通过卡接机构直接或间接地保持相对固定。例如：在无特别说明的情况下，“器械盒底板卡接于无菌隔离板上侧”应理解为器械盒盒底板可通过卡接机构直接接于无菌隔离板上，亦可通过卡接机构直接卡接于动力盒顶板上并与无菌隔离板保持相对固定。

手术机器人包括供医生发出指令的主控制端、设置在从端的多条机械臂以及搭载于机械臂上的器械组件。图1示出了机械臂末端及搭载于机械臂末端的器械组件。器械组件可搭载各类手术用的手术器械50（可以是夹钳、抓紧器、吻合器、烧灼工具、线性切割器等）。其中，器械组件被配置成与远端的主控制端信号连接，以供医生远程操控手术器械50并进行各类手术操作（如切割、缝合、止血等）。

具体地，该手术机器人包括配属于机械臂且可搭载动力设备（图中未示出）的动力盒10、配属于器械组件且能够卡接于动力盒10上侧的无菌隔离板20、配属于器械组件且能够卡接于无菌隔离板20上侧的器械盒30以及卡接监测机构。

动力盒10可由机械臂40带动地进行升降运动。结合图2-3，该动力盒10包括动力盒体1与可拆卸地安装于动力盒体1上的动力盒顶板2。动力盒体1限定有一上部开口的动力腔（图中未示出），动力腔内布置有可向手术器械50输出动力的动力设备（图中未示出）。

动力盒顶板2上布置有若干可活动的动力输出件21并固定设置有第一信号读取模块22与第一信号传递模块23。各动力输出件21均向上凸出且与动力腔内的动力设备传动连接，以在隔离动力设备的同时能够向外输出动力；第一信号读取模块22用于读取和改写手术器械的信息；第一信号传递模块23用于器械中的部分电信号的传递。

器械盒30包括器械盒体4与可拆卸地安装于器械盒体4底部的器械盒底板5。器械盒体4内限定有从底部露出的器械腔，该器械腔可布置各类手术器械50及其相应的传动机构。

器械盒底板5上开设有若干动力通孔51和一个器械孔52并固定设置有第二信号读取模块53与第二信号传递模块54。动力通孔51供器械腔内的传动机构与动力传递件31（见下文）机械耦接，为手术器械50接入动力；器械孔52供手术器械50的杆体穿出器械盒30；第二信号读取模块53可接受来自主控制端的遥控信号并基于该遥控信号控制手术器械50做出相应动作；第二信号传递模块54用于传递器械组件内的部分电信号的传递。

无菌隔离板20用于隔离动力盒10与器械盒30，以防止动力盒10污染器械盒30以及搭载于器械盒30上的手术器械50。无菌隔离板20上布置与动力输出件21数目一致且可活动的动力传递件31，各动力传递件31分别与各动力输出件21相接触，以向外传递来自动力盒10的动力。此外，无菌隔离板20上还布置有若干信号通孔32，该信号通孔32可供信号传递，以实现第一、第二信号读取模块的信号连接以及第一、第二信号传递模块的信号连接。

动力盒顶板2与无菌隔离板20之间布置有实现二者卡接的第一卡接机构，该第一卡接机构包括布置于无菌隔离板20底部的若干第一卡接件（图中未标示出）与开设于动力盒顶板2上且分别适配于各第一卡接件的若干第一卡接槽24。其中，各第一卡接件被配置成可同步活动，以完成卡接与解锁动作。

无菌隔离板20与器械盒30之间布置有实现二者卡接的第二卡接机构，该第二卡接机构包括位于无菌隔离板20顶部的一对第二卡接件33与开设于器械盒底板5上且分别适配一对第二卡接件33的一对第二卡接槽55。同理地，一对第二卡接件33被配置成可同步活动，以完成卡接与解锁动作。

需要说明的是，上述的第一、第二卡接机构为仅用于示意的非限定示例。在满足动力盒、无菌隔离板以及器械盒三者可经由卡接保持相对固定的前提下，其具体的卡接方式与卡接结构不对本发明的保护范围起到限定作用。

参阅图2-3，卡接监测机构用于监测动力盒10、无菌隔离板20以及器械盒30之间的卡接状态，其包括用于监测无菌隔离板20是否卡接于动力盒10上的一对第一监测开关61、用于监测器械盒30是否卡接于无菌隔离板20上的一对第二监测开关62以及用于监测动力盒10上方是否放置有器械盒30的霍尔传感器63（见图6）。

动力盒顶板2限定有一前后延伸的中轴线Y。第一监测开关61为机械触发式开关，且配置成被施加压力时触发并向外发出第一触发信号。一对第一监测开关61相互远离地固定设置于动力盒顶板2上，并左右镜像地布置于中轴线Y的两侧。该设置方式通过尽可能地增大一对监测开关61之间的距离，避免遗落无菌隔离板20与动力盒顶板2其中一角卡接不牢靠而造成卡接翘曲的问题。可以理解地，仅当一对第一监测开关61均发出第一接触信号时，才可认为无菌隔离板20与动力盒顶板2成功卡接。

具体地，参阅图5-6，各第一监测开关61均设置有向上凸出且可伸缩的第一压杆（图中未标示出）以及与该第一压杆相适配的第一触发开关（图中未标示出）。第一压杆被配置成在自然条件下维持向外凸出的状态（可通过设置相应的弹力件或磁力件实现）。第一触发开关被配置成在第一压杆被压缩时被触发并向外发出第一触发信号。其中，第一触发开关的类型不限于磁性开关、机械触发开关和对射式传感器。

在其他实施例中，还可以基于实际需求设置其他数量或/和其他位置的第一监测开关，例如设置于第一卡接槽数量相一致且分别位于各第一卡接槽处的第一监测开关。在满足当无菌隔离板正确卡接于动力盒顶板上时能够触发所有第一监测开关的前提下，第一监测开关具体的数量与位置均不对本发明的保护范围起到限定作用。

参阅图4、图6与图7，第二监测开关62相互远离地固定设置于动力盒顶板2上，并左右镜像地布置于中轴线Y的两侧。各第二监测开关62均具有向上凸出且可伸缩的第二压杆（图中未标示出）以及与该第二压相适配的第二接触开关（图中未标示出）。同理地，第二压杆被配置成在自然条件下维持向外凸出的状态。第二触发开关被配置成在第二压杆压缩时被触发，并向外发出第二触发信号。其中，第二触发开关的类型不限于磁性开关、机械触发开关和对射式传感器。

无菌隔离板20上开设有分别与一对第二监测开关62对齐的一对下压通孔34，并且布置有分别与一对下压通孔34滑动配合的一对传递杆35。当无菌隔离板20卡接于动力盒顶板2上时，各传递杆35的下端部均接触相应第二监测开关62的第二压杆，以向第二压杆传递来自器械盒底板5的压力。

参阅图2与图8，霍尔传感器63固定设置于动力盒顶板2上且位于中轴线Y上，器械盒底板5上固定设置有一与霍尔传感器63相适配的永磁体64。当动力盒10、无菌隔离板20以及器械盒30依次卡接时，该永磁体64位于霍尔传感器63的正上方。通过霍尔传感器63感知永磁体64远近程度，即可判断动力盒10的上侧是否放置或卡接有器械盒30，或为动力盒10的下一步动作提供依据（如在更换手术器械50提供动力盒10与器械盒30在距离上的判断依据，以避免二者发生碰撞）。

永磁体64可通过胶粘、热铆、注塑镶嵌等方式固定于器械盒底板5上。可以理解地，为缩短霍尔传感器63与永磁体64之间的距离，永磁体64的下端面应尽量靠近器械盒底板5的下表面。在其它实施例中，霍尔传感器与永磁体也可分别布置于器械盒底板与动力盒顶板上。

需要说明的是，霍尔传感器63的距离监测精度较低，其主要目的是用于确认器械盒30是否位于动力盒10的上侧。而第一、第二压杆的行程较小，其可准确判断动力盒10、无菌隔离板20以及器械盒30相互之间的卡接状态。

结合图9，进一步地，本实施例还提供一电路板65，第一、第二监测开关均集成于该电路板65。霍尔传感器63可集成于电路板65上，也可单独布置，其视安装是具体的空间大小、电路板大小等因素决定。动力盒顶板2具有一从底部露出的凹槽（图中未标示出），电路板65与霍尔传感器63均固定设置于该凹槽内，以缩短霍尔传感器63与永磁体64之间的距离。通过上述的布置，可保护结构脆弱霍尔传感器63以及第一、第二监测开关的电子器件免于磕碰，从而延长该器械组件的使用寿命。还可以再进一步地，动力盒顶板2上顶部还布置有位于该电路板65上的一金属保护层（图中未标示出）。可以理解地，该金属保护层不宜过厚，以免影响霍尔传感器63的使用。

图10示出了本发明所提供的卡接监测机构的一种非限定示例的逻辑判断图，以判断动力盒10、无菌隔离板20以及器械盒30之间的卡接状态。如图所示，一对第一监测开关61并联，当该一对监测开关61均并触发且对外发出第一触发信号时，该电路板65则生成表示无菌隔离板20正确卡接于动力盒10上的第一卡接成功信号；否则，生成第一卡接失败信号。

同理地，一对第二监测开关62并联，当第二对监测开关63均并触发且对外发出第二触发信号时，该电路板65则生成表示器械盒30正确卡接于无菌隔离板20上的第二卡接成功信号；否则，则生成第二卡接失败信号。而当霍尔传感器63基于永磁体64的距离选择性地生成表示动力盒10上侧放置有器械盒30的确认信号。可以理解地，本发明所提供的卡接监测机构采用部分冗余设计，具有一定的故障检测功能。例如：该电路板65上生成第三判断信号而未生成第二判断信号时，则说明霍尔传感器63与第二监测开关62中至少有一者发生故障。

结合图11，基于上述的器械组件，本发明还提供一种用于该器械组件的检测方法，该安装方法包括以下步骤：

S1.采集第一触发信号，若各所述的第一检测开关均发出第一触发信号，则生成无菌隔离板与动力盒卡接成功的第一卡接成功信息，否则，生成第一卡接失败信息；

S2、生成所述的第一卡接成功信息后，对外部发送准备卡接器械盒的准备卡接信息；接收到所述的第一卡接失败信息后，对外部发送第一故障信息；

其中，第一故障信息包括：动力盒指示灯闪烁或改变颜色、语音提示隔离板卡接错误、医生端显示器提示无菌隔离板卡接错误中至少一种。

S3、采集第二触发信号，若各所述的第二检测开关均发出的第二触发信号，则生成器械盒与无菌隔离板卡接成功的第二卡接成功信息；否则，生成第二卡接故障信息。

其中，第二故障信息包括：动力盒指示灯闪烁或改变颜色、语音提示器械盒卡接错误、医生端显示器提示器械盒卡接错误弹框中至少一种。

上述实施例只为说明本申请的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本申请的内容并据以实施，并不能以此限制本申请的保护范围。凡根据本申请精神所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种手术机器人，其特征在于，包括：

动力盒，可搭载提供动力的动力设备，所述的动力盒包括布置于顶部的动力盒顶板，所述的动力盒顶板限定有一中轴线；

无菌隔离板，可拆卸地卡接于所述动力盒顶板的上侧；

器械盒，所述的器械盒包括布置于底部的器械盒底板，所述的器械盒底板可拆卸地卡接于所述无菌隔离板的上侧；以及,

卡接监测机构，配置于所述的动力盒顶板上，所述的卡接监测机构包括相对所述动力盒顶板对外露出的至少一个第一监测开关与相对所述动力盒顶板对外露出的至少一个第二监测开关，所述的第一监测开关并被配置成当所述的无菌隔离板卡接于所述的动力盒顶板时被触发并对外发出第一触发信号，所述的第二监测开关被配置成当所述的器械盒底板卡接于所述的无菌隔离板上时被触发并对外发出第二触发信号。

2.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述的卡接监测机构包括一对所述的第一监测开关，一对所述的第一监测开关布置于所述中轴线的两侧且相互远离。

3.根据权利要求2所述的手术机器人，其特征在于，所述的第一监测开关包括向外凸出且可伸缩的第一压杆以及与所述第一压杆相适配的第一触发开关，当所述的无菌隔离板卡接于所述的动力盒顶板，所述的第一压杆被压缩并触发所述的第一触发开关。

4.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述的卡接监测机构包括一对所述的第二监测开关，一对所述的第二监测开关相互远离地布置于所述中轴线的两侧。

5.根据权利要求4所述的手术机器人，其特征在于，所述的第二监测开关包括对外凸出且可伸缩的第二压杆以及与所述第二压杆相适配的第二触发开关，当所述的器械盒底板卡接于所述的无菌隔离板时，所述的第二压杆被压缩并触发所述的第二触发开关。

6.根据权利要求5所述的手术机器人，其特征在于，所述的无菌隔离板上布置有一对可轴向移动的传递杆，当所述的无菌隔离板卡接于所述的动力盒顶板上时，一对所述的传递杆分别接触一对所述的第二压杆，以传递所述器械盒底板的压力。

7.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述的卡接监测机构还包括固定设置于器械盒底板上的永磁体与固定设置于动力盒顶板上的霍尔传感器，所述的永磁体与所述的霍尔传感器上下正对布置。

8.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述的第一监测开关与所述的第二监测开关均集成于一电路板上，所述的电路板固定设置于所述的动力盒顶板。

9.根据权利要求8所述的手术机器人，其特征在于，所述的动力盒顶板限定有一从底部露出的凹槽，所述的电路板布置于所述的凹槽内；所述的动力盒顶板形成有一位于顶部的金属保护层，以保护所述的电路板。

10.一种如权利要求1-9中任一项所述手术机器人的检测方法，其特征在于，所述的检测方法包括以下步骤：

S1.采集第一触发信号，若各所述的第一检测开关均发出第一触发信号，则生成无菌隔离板与动力盒卡接成功的第一卡接成功信息，并对外部发送准备卡接器械盒的准备卡接信息；否则，生成第一卡接失败信息，并对外部发送第一故障信息；

S2、采集第二触发信号，若各所述的第二检测开关均发出的第二触发信号，则生成器械盒与无菌隔离板卡接成功的第二卡接成功信息；否则，对外发出第二卡接故障信息。

11.根据权利要求10所述的检测方法，其特征在于, 第一故障信息包括:动力盒指示灯闪烁或改变颜色、语音提示隔离板卡接错误、医生端显示器提示无菌隔离板卡接错误中至少一种。

12.根据权利要求11所述的检测方法，其特征在于,第二故障信息包括:动力盒指示灯闪烁或改变颜色、语音提示器械盒卡接错误、医生端显示器提示器械盒卡接错误中至少一种。

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