CN115778547A - 一种配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜 - Google Patents

Abstract

一种配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜，包括相互组合在一起的电动电切镜(301)和末端执行器(302)；电动电切镜(301)包括后部的智能电切盒(3011)和前部的半手术操作器。配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜将手术操作器的操作部分去掉，末端执行器不需要为了适应手术操作器的操作部分而设计结构复杂、笨重的夹持部件，大大简化了末端执行器的结构，减轻了末端执行器的重量，也使得末端执行器变得更轻便、更便携。

Description

一种配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜

技术领域

本发明属于机械领域。具体涉及配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜。

背景技术

在临床应用上，目前已有的内窥镜系统、手柄结构完全按照人手的操作习惯而设计，用于机械臂抓持较为困难，精度差。急需设计一种便于机械臂抓持的智能电切镜。

自上世纪九十年代开始，机器人辅助微创外科手术获得了突飞猛进的发展。多种外科手术机器人系统在临床上得到了成功的应用，这引起了世界范围内医学界和科技界极大的关注。手术机器人系统融合诸多新兴学科，实现了外科手术微创化、智能化和数字化，近年来，手术机器人已在全世界范围内得到了广泛的应用，手术种类涵盖泌尿科、妇产科、心脏外科、胸外科、肝胆外科、胃肠外科、耳鼻喉科等学科。手术机器人一般主要由三部分组成：1.手术控制系统；2.三维成像视频影像平台；3.机械臂。操作者通过三维成像视频影像平台获得病人手术部位相关信息，然后通过控制系统输出操作指令，最后由机械臂实施手术动作。但是，一般情况下机械臂只提供大的手术动作，这类似人类的手臂，而细致、具体的手术动作还要由连接于机械臂末端的手术执行器(末端执行器)来完成，也即末端执行器的功能类似于人类的手掌和手指。如前所述，目前已有的内窥镜手柄结构完全没有考虑到机械臂末端的手术执行器的抓持，这对于内窥镜的自动化操作造成很大的障碍。

发明内容

连接于机械臂末端的末端执行器一般包括夹持部和控制部，夹持部用于固定安装手术操作器并确保手术操作器在手术过程中不晃动；而控制部通过线缆与外部的手术控制装置通信，获得手术动作指令后，驱动手术操作器完成手术动作。已有的末端执行器一般为了现有的手术操作器进行适应性设计，通过夹持部将整个手术操作器固定在末端执行器上。但这存在一些问题，例如，为了将手术操作器牢固地固定在末端执行器上，必须设置具有复杂结构的夹持部件，这些夹持部件体积、重量都较大，不利于末端执行器的小型化、便携化。又例如，为了适应手术操作器的结构，末端执行器中的动力、传动结构的设计都必须做出妥协，这降低了驱动效率，增加了故障风险。

鉴于已有的末端执行器存在上述不足，本发明的实施例提供一种配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜，所述配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜包括相互组合在一起的电动电切镜(301)和末端执行器(302)；电动电切镜(301)包括后部的智能电切盒(3011)和前部的半手术操作器。

根据本发明的一种实施方式，例如，智能电切盒(3011)外观整体呈现一个具有台阶的盒子形状，其下部横切面是上小下大的梯形；智能电切盒(3011)包括形状和结构对称的左外壳(101)、右外壳(102)，翻盖(103)，解锁钮(104)，自锁柱(105)，连接触点(106)，动力输入头(107)，窥镜快接口(108)，镜鞘快接口(109)。

根据本发明的一种实施方式，例如，窥镜快接口(108)具有与内窥镜相配合的结构，能够将内窥镜快速插入；连接触点(106)设置在智能电切盒(3011)的端部，与智能电切盒(3011)内部的电路结构连接，镜鞘快接口(109)具有与镜身(010)相配合的结构，能够将镜身(010)快速插入，动力输入头(107)能够与末端执行器的动力输出转轴连接，将驱动力输入智能电切盒(3011)的内部传动机构；

优选的，解锁钮(104)与自锁柱(105)连接，按下解锁钮(104)，自锁柱(105)收缩至与智能电切盒(3011)的外表面平齐。

根据本发明的一种实施方式，例如，智能电切盒(3011)还包括前固板(110)，后固板(111)，导压板(112)，后立板(113)，齿条(114)，蜗杆(115)，涡轮(116)，齿轮连接轴(117)，前立板(118)，光电传感器(119)，滑块(120)，导杆(121)，连接杆(122)，指示灯(123)；

优选的，导杆(121)分别与前固板(110)、后固板(111)连接固定，滑块(120)开双孔穿在导杆(121)以及旁边的电切镜镜身上，这样使得滑块(120)能够前后往复运动且不会发生转动；滑块(120)下方开螺纹孔与连接杆(122)连接，连接杆(122)另一端与齿条(114)相连接，从而将动力传递给滑块(120)。

根据本发明的一种实施方式，例如，末端执行器(302)包括外壳(201)、接口(205)、上盖(206)、垫片(207)、按钮(208)、容纳仓(209)、动力输出头(202)、执行器触点(210)、自锁孔(211)；

优选的，通过接口(205)，末端执行器(302)可以与机械臂末端快速连接与拆卸。

根据本发明的一种实施方式，例如，外壳(201)具有船舱型结构，上盖(206)为一平板，安装在外壳(201)上，与外壳(201)一起形成内部空间，动力输出相关部件就安装在上述内部空间中；

优选的，垫片(207)安装于外壳(201)上，用于垫起摄像头模块；按钮(208)安装于外壳(201)上，与末端执行器(302)内部的电路相接，能够控制相关电路的通断；

优选的，容纳仓(209)设置在末端执行器(302)前端，为一形状和尺寸与智能电切盒(3011)相适配的空腔，横切面为上小下大的梯形，将智能电切盒(3011)插入容纳仓(209)后，这种上小下大的梯形结构限制了智能电切盒(3011)的上下运动；

优选的，在容纳仓(209)侧面设置自锁孔(211)，安装智能电切盒(3011)时，按下解锁钮(104)，自锁柱(105)收缩至与智能电切盒(3011)的外表面平齐，然后将智能电切盒(3011)插入容纳仓(209)，至连接触点(106)与执行器触点(210)接触，动力输入头(107)与动力输出头(202)相连接，松开解锁钮(104)，自锁柱(105)回弹出来并插入自锁孔(211)中，从而限制了智能电切盒(3011)的前后运动。

根据本发明的一种实施方式，例如，末端执行器(302)还包括安装在上盖(206)与外壳(201)一起形成的内部空间中的电机(203)、计数基板(204)；

优选的，电机(203)与动力输出头(202)连接，将智能电切盒(3011)插入容纳仓(209)后，动力输出头(202)插入动力输入头(107)中，动力输出头(202)旋转带动动力输入头(107)一起旋转，进一步带动蜗杆(115)旋转，蜗杆(115)旋转又带动与其咬合的涡轮(116)旋转，涡轮(116)旋转进一步带动齿条(114)平移；

优选的，齿条(114)与滑块(120)通过连接杆(122)连接，于是齿条(114)的平移带动滑块(120)平移，最终驱动电切镜运动。

附图说明

图1是已有的适应于手持操作器的末端执行器结构示意图。

图2是已有的适应于手持操作器的末端执行器另一角度结构示意图。

图3是常见的手术操作器的结构示意图。

图4是常见的手术操作器的操作部分结构示意图。

图5是本发明实施例提供的一种配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜结构示意图。

图6是本发明实施例提供的一种配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜另一角度的结构示意图。

图7是本发明实施例提供的一种配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜中智能电切盒3011从两个角度展示的外观示意图。

图8是本发明实施例提供的一种配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜中智能电切盒3011外部结构示意图。

图9是本发明实施例提供的一种配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜中智能电切盒3011内部结构示意图。

图10是本发明实施例提供的一种配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜中智能电切盒3011纵切面结构示意图。

图11是本发明实施例提供的一种配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜中末端执行器302的外部结构图。

图12是本发明实施例提供的一种配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜中末端执行器302的从另一角度的外部结构图。

图13是本发明实施例提供的一种配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜中末端执行器302的内部结构图。

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是已有的适应于手持操作器的末端执行器结构示意图。图2是已有的适应于手持操作器的末端执行器另一角度结构示意图。如图1、图2所示，已有的末端执行器完全为了适应手持操作器的结构而设计，前卡扣组合体01，后卡扣组合体02就是为了固定住手持操作器而设计的，由图1、图2可见，这两个卡扣组合体体积较大、结构复杂，增加了末端执行器的总体重量，也提高了设计、生产成本。末端执行器的动力结构、传动结构也完全为了适应手持操作器而设计，导致传动效率下降、精度也收到影响。

图3是一个常见的手术操作器的结构。如图3所示，手术操作器包括镜身010、进水口011，出水口012，前操作把手013，后操作把手014，推块015等零部件。手术操作器从图3中虚线所示部分是可以拆卸的，将右半部分(操作部分)拆卸下来，其形状和结构如图4所示。医生手持手术操作器进行手术时，手指穿过前操作把手013、后操作把手014，通过手指的运动来控制手术操作器的手术动作(例如电切镜的电切环的运动)。已有的末端执行器则是通过设置动力部件如电动机等，将电动机的动力输出轴与推块015连接，实现对手术操作器的电动操控。由图3可见手术操作器结构比较复杂，右端的操作部分主要考虑医生手持使用的要求，没有考虑手术机器人的使用需求。如果像已有技术那样，为了适应手术操作器的结构，末端执行器中与动力输出相关的部件的形状和结构设计必然要进行许多妥协，而且动力从电动机传输到电切镜的手术操作点(例如，电切环)要经过许多次传递和中转，在这个过程中动力也有损失。

本发明实施例提供的一种配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜的结构如图5所示。图6是从另一角度展示的配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜结构示意图。如图5、图6所示，本发明实施例提供的一种配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜包括相互组合在一起的电动电切镜301和末端执行器302。如图5所示，电动电切镜301包括后部的智能电切盒3011和前部的半手术操作器。所述的半手术操作器包括镜身010、进水口011，出水口012。也即所述的半手术操作器是图3所示的手术操作器从图3中虚线所示部分拆卸开来，去掉图4所示的右半部分所剩下的部分。

图7、图8、图9、图10展示了智能电切盒3011的内部和外部结构。其中，图7是智能电切盒3011从两个角度展示的外观示意图。图8是智能电切盒3011外部结构示意图。图9是智能电切盒3011内部结构示意图。图10是智能电切盒3011纵切面结构示意图。如图7所示，智能电切盒3011外观整体呈现一个具有台阶的盒子形状，其下部横切面是上小下大的梯形。如图8所示，智能电切盒3011包括形状和结构对称的左外壳101、右外壳102，翻盖103，解锁钮104，自锁柱105，连接触点106，动力输入头107，窥镜快接口108，镜鞘快接口109。窥镜快接口108具有与内窥镜相配合的结构，可以将内窥镜快速插入。连接触点106设置在智能电切盒3011的端部，与智能电切盒3011内部的电路结构连接，当将智能电切盒3011与末端执行器302连接时，连接触点106与末端执行器上的执行器触点连接，实现电路的接通。镜鞘快接口109具有与镜身010相配合的结构，可以将镜身010快速插入。动力输入头107可以与末端执行器的动力输出转轴连接，将驱动力输入智能电切盒3011的内部传动机构。解锁钮104与自锁柱105连接，按下解锁钮104，自锁柱105将会收缩至与智能电切盒3011的外表面平齐。

如图9、图10所示，智能电切盒3011还包括前固板110，后固板111，导压板112，后立板113，齿条114，蜗杆115，涡轮116，齿轮连接轴117，前立板118，光电传感器119，滑块120，导杆121，连接杆122，指示灯123。导杆121分别与前固板110、后固板111连接固定，滑块120开双孔穿在导杆121以及旁边的电切镜镜身上，这样使得滑块120能够前后往复运动且不会发生转动；滑块120下方开螺纹孔与连接杆122连接，连接杆122另一端与齿条114相连接，从而将动力传递给滑块120。指示灯123用于指示智能电切盒3011的状态，如是故障、正常或其他状态。

图11是本发明实施例提供的一种配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜中末端执行器302的外部结构图。图12是本发明实施例提供的一种配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜中末端执行器302的从另一角度的外部结构图。如图11所示，末端执行器302包括外壳201、接口205、上盖206、垫片207、按钮208、容纳仓209、动力输出头202、执行器触点210、自锁孔211。通过接口205，末端执行器302可以与机械臂末端快速连接与拆卸。外壳201具有船舱型结构，上盖206为一平板，安装在外壳201上，与外壳201一起形成内部空间，动力输出相关部件就安装在上述内部空间中。垫片207安装于外壳201上，用于垫起摄像头模块。按钮208安装于外壳201上，与末端执行器302内部的电路相接，可以控制相关电路的通断。容纳仓209设置在末端执行器302前端，为一形状和尺寸与智能电切盒3011相适配的空腔，横切面为上小下大的梯形，将智能电切盒3011插入容纳仓209后，这种上小下大的梯形结构限制了智能电切盒3011的上下运动。在容纳仓209侧面设置自锁孔211，安装智能电切盒3011时，按下解锁钮104，自锁柱105收缩至与智能电切盒3011的外表面平齐，然后将智能电切盒3011插入容纳仓209，至连接触点106与执行器触点210接触，动力输入头107与动力输出头202相连接，松开解锁钮104，自锁柱105回弹出来并插入自锁孔211中，从而限制了智能电切盒3011的前后运动。

图13是本发明实施例提供的一种配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜中末端执行器302的内部结构图。如图13所示，末端执行器302还包括安装在上盖206与外壳201一起形成的内部空间中的电机203、计数基板204。电机203与动力输出头202连接，通电时，电机203旋转带动动力输出头202一起旋转。将智能电切盒3011插入容纳仓209后，动力输出头202插入动力输入头107中(参见图8及图9)，动力输出头202旋转带动动力输入头107一起旋转，进一步带动蜗杆115旋转，蜗杆115旋转又带动与其咬合的涡轮116旋转，涡轮116旋转进一步带动齿条114平移，如图10所示，齿条114与滑块120通过连接杆122连接，于是齿条114的平移带动滑块120平移，最终驱动电切镜运动。

本发明实施例提供的上述配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜具有诸多有益技术效果，包括：

1)本发明实施例提供的配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜将手术操作器的操作部分去掉，末端执行器不需要为了适应手术操作器的操作部分而设计结构复杂、笨重的夹持部件，大大简化了末端执行器的结构，减轻了末端执行器的重量，也使得末端执行器变得更轻便、更便携。

2)本发明实施例提供的配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜设计了全新的智能电切盒3011来替代手术操作器的操作部分，末端执行器的动力输出轴直接与智能电切盒3011的动力输入轴连接，再通过智能电切盒3011内部的传动机构将动力传送给电切镜，这种动力输送方式与已有技术的动力输送方式相比更加直接，效率更高。

3)本发明实施例提供的配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜设计了全新的智能电切盒3011来替代手术操作器的操作部分，智能电切盒3011可以采用成本较低廉的材料制备(例如塑料)，于是可以将智能电切盒3011当成一次性使用的耗材，手术后即抛弃处理，不需要消毒，简化了手术程序。

4)智能电切盒3011的结构设计是通用的，对于不同的电切镜，只需要更改窥镜快接口108、镜鞘快接口109便可以适用，通用性、互换性大大提高，由于把无源的部件(包括齿条114，蜗杆115，涡轮116等传动部件)都集中到智能电切盒3011中，只将电机203保留在末端执行器中，智能电切盒3011造价低廉，可以一次性使用，而造价高的末端执行器可以反复使用，使得执行器的耗材成本下降一个数量级，且使得病人手术成本下降一个数量级。

Claims (7)

1.一种配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜，其特征在于，所述配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜包括相互组合在一起的电动电切镜(301)和末端执行器(302)；电动电切镜(301)包括后部的智能电切盒(3011)和前部的半手术操作器。

2.根据权利要求1所述的配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜，其特征在于，智能电切盒(3011)外观整体呈现一个具有台阶的盒子形状，其下部横切面是上小下大的梯形；智能电切盒(3011)包括形状和结构对称的左外壳(101)、右外壳(102)，翻盖(103)，解锁钮(104)，自锁柱(105)，连接触点(106)，动力输入头(107)，窥镜快接口(108)，镜鞘快接口(109)。

3.根据权利要求2所述的配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜，其特征在于，窥镜快接口(108)具有与内窥镜相配合的结构，能够将内窥镜快速插入；连接触点(106)设置在智能电切盒(3011)的端部，与智能电切盒(3011)内部的电路结构连接，镜鞘快接口(109)具有与镜身(010)相配合的结构，能够将镜身(010)快速插入，动力输入头(107)能够与末端执行器的动力输出转轴连接，将驱动力输入智能电切盒(3011)的内部传动机构；

优选的，解锁钮(104)与自锁柱(105)连接，按下解锁钮(104)，自锁柱(105)收缩至与智能电切盒(3011)的外表面平齐。

4.根据权利要求2或3所述的配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜，其特征在于，智能电切盒(3011)还包括前固板(110)，后固板(111)，导压板(112)，后立板(113)，齿条(114)，蜗杆(115)，涡轮(116)，齿轮连接轴(117)，前立板(118)，光电传感器(119)，滑块(120)，导杆(121)，连接杆(122)，指示灯(123)；

优选的，导杆(121)分别与前固板(110)、后固板(111)连接固定，滑块(120)开双孔穿在导杆(121)以及旁边的电切镜镜身上，这样使得滑块(120)能够前后往复运动且不会发生转动；滑块(120)下方开螺纹孔与连接杆(122)连接，连接杆(122)另一端与齿条(114)相连接，从而将动力传递给滑块(120)。

5.根据权利要求1-4任一项所述的配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜，其特征在于，末端执行器(302)包括外壳(201)、接口(205)、上盖(206)、垫片(207)、按钮(208)、容纳仓(209)、动力输出头(202)、执行器触点(210)、自锁孔(211)；

优选的，通过接口(205)，末端执行器(302)可以与机械臂末端快速连接与拆卸。

6.根据权利要求1-5任一项所述的配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜，其特征在于，外壳(201)具有船舱型结构，上盖(206)为一平板，安装在外壳(201)上，与外壳(201)一起形成内部空间，动力输出相关部件就安装在上述内部空间中；

优选的，垫片(207)安装于外壳(201)上，用于垫起摄像头模块；按钮(208)安装于外壳(201)上，与末端执行器(302)内部的电路相接，能够控制相关电路的通断；

优选的，容纳仓(209)设置在末端执行器(302)前端，为一形状和尺寸与智能电切盒(3011)相适配的空腔，横切面为上小下大的梯形，将智能电切盒(3011)插入容纳仓(209)后，这种上小下大的梯形结构限制了智能电切盒(3011)的上下运动；

优选的，在容纳仓(209)侧面设置自锁孔(211)，安装智能电切盒(3011)时，按下解锁钮(104)，自锁柱(105)收缩至与智能电切盒(3011)的外表面平齐，然后将智能电切盒(3011)插入容纳仓(209)，至连接触点(106)与执行器触点(210)接触，动力输入头(107)与动力输出头(202)相连接，松开解锁钮(104)，自锁柱(105)回弹出来并插入自锁孔(211)中，从而限制了智能电切盒(3011)的前后运动。

7.根据权利要求1-6任一项所述的配置于经自然通道手术机器人的智能电切镜，其特征在于，末端执行器(302)还包括安装在上盖(206)与外壳(201)一起形成的内部空间中的电机(203)、计数基板(204)；

优选的，电机(203)与动力输出头(202)连接，将智能电切盒(3011)插入容纳仓(209)后，动力输出头(202)插入动力输入头(107)中，动力输出头(202)旋转带动动力输入头(107)一起旋转，进一步带动蜗杆(115)旋转，蜗杆(115)旋转又带动与其咬合的涡轮(116)旋转，涡轮(116)旋转进一步带动齿条(114)平移；

优选的，齿条(114)与滑块(120)通过连接杆(122)连接，于是齿条(114)的平移带动滑块(120)平移，最终驱动电切镜运动。

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