CN116035709A - 一种手术机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其是涉及一种手术机器人。手术机器人包括固定夹持机构、底板、上平面XY移动机构、下平面XY移动机构和导向植入机构；上平面XY移动机构、下平面XY移动机构均通过连杆连接导向植入机构，且导向植入机构需要人工植入克氏针，故整个机构受力较大，大约20‑30N。通过压紧块能够压紧连杆，避免受到连杆外力而发生移动。

Description

一种手术机器人
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，尤其是涉及一种手术机器人。
背景技术
开发机器人辅助外科手术以克服现存的微创外科手术的局限性，并且增强外科医生执行开放外科手术的能力。
医疗机器人已在有关精确控制身体上或身体中的点的许多外科手术或立体定向操作中证明了其价值。通过将器械引导与医疗成像组合，能够精确确定医疗器械的进入位置、进入深度和进入方向，以到达身体上或身体中定义的目标点。
常规医疗机器人价格昂贵、体积大且需要绑定到大型框架，例如安装在手术室的天花板，并且在现有的机器人中，其植入机构由于没有专门的固定结构，在使用过程中容易发生偏移，会导致植入位置不准确的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种手术机器人，该机器人能够解决现有技术中存在的因植入植入机构不固定，在使用过程中容易出现偏移的问题；
本发明提供一种手术机器人，其包括固定夹持机构、底板、上平面XY移动机构、下平面XY移动机构和导向植入机构；
所述底板设置在固定夹持机构上；
所述上平面XY移动机构和下平面XY移动机构由上到下叠放设置，且下平面XY移动机构设置在底板上，所述导向植入机构与上平面XY移动机构和下平面XY移动机构连接；
所述上平面XY移动机构和下平面XY移动机构均包括连杆机构和滑动机构；
所述滑动机构包括连杆孔和压紧块，所述压紧块设置在连杆孔内，连杆机构的连杆插接在连杆孔内，压紧块与连杆相对设置。
优选的，所述固定夹持机构包括夹持座和立柱；
所述立柱的一端通过万向旋转云台与夹持座连接，所述立柱的另一端通过万向旋转云台与底板连接。
优选的，所述夹持座包括上夹持固定板、夹持立板、下夹持固定板、夹持块和手动拧紧螺钉；
所述上夹持固定板和下夹持固定板相对设置，且两者位于同一侧的端部通过夹持立板连接；
所述手动拧紧螺钉设置在下夹持固定板上，所述夹持块设置在上夹持固定板和下夹持固定板之间，且夹持块与手动拧紧螺钉连接；
所述上夹持固定板通过万向云台与立柱连接。
优选的，所述底板上设置有手动调整快换组件；
所述手动调整快换组件包括快换板，所述快换板通过万向旋转云台设置在底板上，且快换板上设置有定位销和手动拧紧螺钉；
所述下平面XY移动机构上设置有与快换板上定位销和手动拧紧螺钉对应的定位孔和螺钉孔。
优选的，所述底板上设置有自动横移快换组件；
所述自动横移快换组件包括横向移动电动滑台和快换板；
所述横向移动电动滑台设置在底板上，所述快换板设置在横向移动电动滑台上；
所述快换板上设置有定位销和手动拧紧螺钉；
所述下平面XY移动机构上设置有与快换板上定位销和手动拧紧螺钉对应的定位孔和螺钉孔。
优选的，所述上平面XY移动机构和下平面XY移动机构均包括第一电动横移滑台、第二电动横移滑台、滑台连接板和固定旋转铰座；
所述第一电动横移滑台设置在第二横移滑台上部，并且第一电动横移滑台在第二电动横移滑台的带动下沿前后方向移动；
所述滑台连接板与第一电动横移滑台连接，并且滑台连接板在第一电动横移滑台的带动下沿左右方向移动；
所述固定旋转铰座与滑台连接板固定连接，且连杆与固定旋转铰座铰接。
优选的，所述连杆的端部设置有旋转铰座和空心轴旋转固定块；
所述旋转铰座与连杆固定连接，空心轴旋转固定块与旋转铰座铰接。
优选的，所述上平面XY移动机构的滑动机构为上平面滑动机构；
所述上平面滑动机构包括固定座、滑动底板、压紧块和手动旋钮；
所述固定座上设置有通孔，所述滑动底板设置在通孔内，且滑动底板上设置有钢球；
所述上平面XY移动机构的连杆搭接在滑动底板上；
所述压紧块设置在固定座通孔的上侧，手动旋钮设置在固定座上，并且手动旋钮的端部与压紧块连接，手动旋钮能够带动压紧块相对于固定座上下移动；
所述压紧块与固定座之间设置有复位弹簧。
优选的，所述下平面XY移动机构的滑动机构为下平面滑动机构；
所述下平面滑动机构包括固定座、滑动底板、压紧块和手动旋钮；
所述固定座上设置有通孔，所述滑动底板设置在通孔内，且滑动底板上设置有钢球；
所述下平面XY移动机构的连杆搭接在滑动底板上；
所述压紧块设置在固定座通孔的下侧，手动旋钮设置在固定座上，并且手动旋钮的端部与压紧块连接，手动旋钮能够带动压紧块相对于固定座上下移动；
所述压紧块与固定座之间设置有复位弹簧。
优选的，所述导向植入机构包括空心轴和克氏针；
所述空心轴与上平面XY移动机构和下平面XY移动机构连接；
所述克氏针插接在空心轴内。
有益效果：
上平面XY移动机构、下平面XY移动机构均通过连杆连接导向植入机构，且导向植入机构需要人工植入克氏针，故整个机构受力较大，大约20-30N。通过压紧块能够压紧连杆，避免受到连杆外力而发生移动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施方式提供的一种手术机器人的结构示意图；
图2为本发明具体实施方式提供的另一种手术机器人的结构示意图；
图3为本发明具体实施方式提供的手动调整快换组件的结构示意图；
图4为本发明具体实施方式提供的自动横移快换组件的结构示意图；
图5为本发明具体实施方式提供的上平面XY移动机构的结构示意图；
图6为本发明具体实施方式提供的上平面XY移动机构滑动机构结构示意图；
图7为本发明具体实施方式提供的上平面XY移动机构滑动机构结构示意图内部结构示意图；
图8为为本发明具体实施方式提供的下平面XY移动机构的结构示意图；
图9为本发明具体实施方式提供的下平面XY移动机构滑动机构结构示意图；
图10为本发明具体实施方式提供的下平面XY移动机构滑动机构结构示意图内部结构示意图；
图11为本发明具体实施方式提供的固定夹持机构的结构示意图；
图12为本发明具体实施方式提供的导向植入机构的结构示意图。
附图标记说明：
1：固定夹持机构、2：底板、3：上平面XY移动机构、4：下平面XY移动机构、5：导向植入机构、6：手动调整快换组件、7：自动横移快换组件、8：滑动机构、9：连杆、10：双平面中间固定板；
11：夹持座、12：立柱；
51：空心轴、52：克氏针；
81：固定座、82：滑动底板、83：压紧块、84：手动旋钮、85：复位弹簧、86：钢球；
91：固定旋转铰座、92：旋转铰座、93：空心轴旋转固定块。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图12所示，本实施方式提供了一种手术机器人，其包括固定夹持机构1、底板2、上平面XY移动机构3、下平面XY移动机构4和导向植入机构5。
底板2设置在固定夹持机构1上。
上平面XY移动机构3和下平面XY移动机构4由上到下叠放设置，且下平面XY移动机构4设置在底板2上，导向植入机构5与上平面XY移动机构3和下平面XY移动机构4连接。
上平面XY移动机构3和下平面XY移动机构4均包括连杆机构和滑动机构8。
滑动机构8包括连杆孔和压紧块83，压紧块83设置在连杆孔内，连杆机构的连杆9插接在连杆孔内，压紧块83与连杆9相对设置。
固定夹持机构1，用于固定在手术床侧边沿。上平面XY移动机构3和下平面XY移动机构4通过底板2设置在固定夹持机构1上。上平面XY移动机构3，用于手术之前，调整导向植入机构5的姿态，主要完成内外翻以及俯仰姿态的调整。
下平面XY移动机构4，用于手术之前，调整导向植入机构5的水平XY位置，主要是进行位置的微调。
导向植入机构5，用于夹持固定克氏针52，姿态调整好后，由人工植入克氏针52。
本实施方式中，上平面XY移动机构3、下平面XY移动机构4均通过连杆9连接导向植入机构5。导向植入机构5需要人工植入克氏针52，故整个机构受力较大，大约20-30N。通过压紧块83能够压紧连杆9，避免受到连杆9外力而发生移动。
对连杆9夹持的实现方式为：通过滑动机构8内部的压紧块压紧连杆9避免其发生移动而完成，还可以在压紧块与连杆9接触的表面设置滚花结构，增大摩擦力，进而增大夹持力。
固定夹持机构1
固定夹持机构1包括夹持座11和立柱12。
立柱12的一端通过万向旋转云台与夹持座11连接，立柱12的另一端通过万向旋转云台与底板2连接。
通过多个万向旋转云台的设置，能够方便的调整立柱12、底板2等结构的位置，进而能够改变XY移动机构，以及与XY移动机构连接的导向植入机构5的位置。
夹持座11包括上夹持固定板、夹持立板、下夹持固定板、夹持块和手动拧紧螺钉。
上夹持固定板和下夹持固定板相对设置，且两者位于同一侧的端部通过夹持立板连接。
手动拧紧螺钉设置在下夹持固定板上，夹持块设置在上夹持固定板和下夹持固定板之间，且夹持块与手动拧紧螺钉连接，上夹持固定板通过万向云台与立柱12连接。
上夹持固定板、下夹持固定板，以及夹持立板之间组成C型结构，能够方便的将夹持座11安装在床侧边沿，通过旋转手动拧紧螺钉，能够实现夹持座11的锁紧。
下平面XY移动机构4与底板2通过手动调整快换组件6或者自动横移快换组件7连接。
手动调整快换组件6和自动横移快换组件7的具体结构如以下所示：
底板2上设置有手动调整快换组件6。
手动调整快换组件6包括快换板，快换板通过万向旋转云台设置在底板2上，且快换板上设置有定位销和手动拧紧螺钉。
下平面XY移动机构4上设置有与快换板上定位销和手动拧紧螺钉对应的定位孔和螺钉孔。
下平面XY移动机构4与快换板的连接方式为：将下平面XY移动机构4上的定位孔与快换板上的定位销相配合，然后通过手动拧紧螺钉旋入螺钉孔锁定两者即可。
底板2上设置有自动横移快换组件7，自动横移快换组件7包括横向移动电动滑台和快换板。
横向移动电动滑台设置在底板2上，快换板设置在横向移动电动滑台上。
快换板上设置有定位销和手动拧紧螺钉。
下平面XY移动机构4上设置有与快换板上定位销和手动拧紧螺钉对应的定位孔和螺钉孔。
综上所述，手动调整快换组件6和自动横移快换组件7的主要区别是在自动横移快换组件7上设置了横向移动电动滑台，两者与下平面XY移动机构4的连接方式相同。手动调整快换组件6与自动横移快换组件7可根据手术的需要进行自由选择，以扩展设备的使用范围。具体的，手动调整快换组件6，用于手术之前，初步调整末端机构姿态，术中不可调整，具有局限性，且不能完成多个位置的手术。自动横移快换组件7（与手动调整快换组件6，二者仅能同时存在一个），用于手术前或手术中，调整末端位置，进而可以完成多个位置的手术植入。
上平面XY移动机构3和下平面XY移动机构4
上平面XY移动机构3，用于手术之前，调整导向植入机构的姿态，主要完成内外翻以及俯仰姿态的调整。
下平面XY移动机构4，用于手术之前，调整导向植入机构的水平XY位置，进行微调。
上平面XY移动机构3和下平面XY移动机构4均包括第一电动横移滑台、第二电动横移滑台、滑台连接板和固定旋转铰座91。
第一电动横移滑台设置在第二横移滑台上部，并且第一电动横移滑台在第二电动横移滑台的带动下沿前后方向移动。
滑台连接板与第一电动横移滑台连接，滑台连接板在第一电动横移滑台的带动下沿左右方向移动。
固定旋转铰座91与滑台连接板固定连接，且连杆9与固定旋转铰座91铰接。
上平面XY移动机构3，通过第一电动横移滑台的左右移动，完成导向植入机构的内外翻转动作，通过第二电动横移滑台的前后移动，完成导向植入机构的俯仰翻转动作。
下平面XY移动机构4，通过第一电动横移滑台的左右移动，完成导向植入机构（包括上平面XY移动机构3）的左右移动动作，通过第二电动横移滑台的前后移动，完成导向植入机构的前后移动动作；由于行程具有限制，此处仅进行微调。
连杆9的端部设置有旋转铰座92和空心轴旋转固定块93，旋转铰座92与连杆9固定连接，空心轴旋转固定块93与旋转铰座92铰接。空心轴旋转固定块93上设置有安装孔，导向植入机构的空心轴51套设在安装孔内。
上平面XY移动机构3的滑动机构8为上平面滑动机构8。
上平面滑动机构8包括固定座81、滑动底板82、压紧块83和手动旋钮84。
固定座81上设置有通孔，滑动底板82设置在通孔内，且滑动底板82上设置有钢球86。
上平面XY移动机构3的连杆9搭接在滑动底板82上。
压紧块83设置在固定座81通孔的上侧，手动旋钮84设置在固定座81上，并且手动旋钮84的端部与压紧块83连接，并且手动旋钮84能够带动压紧块83相对于固定座81上下移动。
压紧块83与固定座81之间设置有复位弹簧85。
下平面XY移动机构4的滑动机构8为下平面滑动机构8。
下平面滑动机构8包括固定座81、滑动底板82、压紧块83和手动旋钮84。
固定座81上设置有通孔，滑动底板82设置在通孔内，且滑动底板82上设置有钢球86。
下平面XY移动机构4的连杆9搭接在滑动底板82上。
压紧块83设置在固定座81通孔的下侧，手动旋钮84设置在固定座81上，并且手动旋钮84的端部与压紧块83连接，手动旋钮84能够带动压紧块83相对于固定座81上下移动。
压紧块83与固定座81之间设置有复位弹簧85。
基于上述内容，可以得出上平面XY移动机构3和下平面XY移动机构4的滑动机构8主体结构类似，两滑动机构8由于上下排布，为了便于操作手动旋钮84，只有两者的压紧块83的设置位置不同。
上平面XY移动机构3、下平面XY移动机构4均具有连杆机构，连杆机构均配合滑动机构8使用。由于需要人工植入克氏针52，故整个机构受力较大，大约20-30N，因而本机构需要具有夹持机构，避免受到外力而发生移动。夹持的实现方式为：通过上、下平面滑动机构8内部的压紧块压紧连杆9避免其发生移动而完成，压紧块与连杆9接触的表面具有滚花结构，增大摩擦力，进而增大夹持力。
在调整导向植入机构5的位置时，上、下平面滑动机构与连杆9下表面接触发生相对运动，为避免摩擦力以及末端弯矩较大，而影响移动或移动阻塞，滑动底板上安装有钢球86，连杆9下表面直接与钢球86接触，减小摩擦力。
当上、下平面滑动机构上的手动旋钮84旋下时，连杆9即为压紧状态，但由于安装误差以及机械加工误差，连杆9所受外力最终会作用在电动横移滑台上，为增加设备使用寿命，连杆9与电动横移滑台之间安装有固定旋转铰座91，连杆9末端可在其上发生旋转，进而抵消一部分作用在电动横移滑台上的压紧力。
上、下平面滑动机构内部均安装有弹簧，当手动旋钮84旋上旋松开时，弹簧辅助压紧块83运动，便于压紧块83复位，增强设备易用性。
需要说明的是，下平面XY移动机构4的固定座81上设置有双平面中间固定板10，上平面XY移动机构3固定在双平面中间固定板10上。
导向植入机构，用于夹持固定克氏针52，姿态调整好后，由人工植入克氏针52。
具体的，导向植入机构5包括空心轴51和克氏针52，空心轴51通过连杆9与上平面XY移动机构3和下平面XY移动机构4连接，克氏针52插接在空心轴51内。
需要说明的是，手术机器人通过术前X光或者CT扫描，定位患者体位姿态以及导向植入机构显影点位置，通过计算机软件系统内置算法，计算出导向植入机构需要移动的位置，由上下、平面XY移动机构将导向植入机构移动至指定位置，由人工完成克氏针52的植入。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种手术机器人，其特征在于，包括固定夹持机构、底板、上平面XY移动机构、下平面XY移动机构和导向植入机构；
所述底板设置在固定夹持机构上；
所述上平面XY移动机构和下平面XY移动机构由上到下叠放设置，且下平面XY移动机构设置在底板上，所述导向植入机构与上平面XY移动机构和下平面XY移动机构连接；
所述上平面XY移动机构和下平面XY移动机构均包括连杆机构和滑动机构；
所述滑动机构包括连杆孔和压紧块，所述压紧块设置在连杆孔内，连杆机构的连杆插接在连杆孔内，压紧块与连杆相对设置。
2.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述固定夹持机构包括夹持座和立柱；
所述立柱的一端通过万向旋转云台与夹持座连接，所述立柱的另一端通过万向旋转云台与底板连接。
3.根据权利要求2所述的手术机器人，其特征在于，所述夹持座包括上夹持固定板、夹持立板、下夹持固定板、夹持块和手动拧紧螺钉；
所述上夹持固定板和下夹持固定板相对设置，且两者位于同一侧的端部通过夹持立板连接；
所述手动拧紧螺钉设置在下夹持固定板上，所述夹持块设置在上夹持固定板和下夹持固定板之间，且夹持块与手动拧紧螺钉连接；
所述上夹持固定板通过万向云台与立柱连接。
4.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述底板上设置有手动调整快换组件；
所述手动调整快换组件包括快换板，所述快换板通过万向旋转云台设置在底板上，且快换板上设置有定位销和手动拧紧螺钉；
所述下平面XY移动机构上设置有与快换板上定位销和手动拧紧螺钉对应的定位孔和螺钉孔。
5.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述底板上设置有自动横移快换组件；
所述自动横移快换组件包括横向移动电动滑台和快换板；
所述横向移动电动滑台设置在底板上，所述快换板设置在横向移动电动滑台上；
所述快换板上设置有定位销和手动拧紧螺钉；
所述下平面XY移动机构上设置有与快换板上定位销和手动拧紧螺钉对应的定位孔和螺钉孔。
6.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述上平面XY移动机构和下平面XY移动机构均包括第一电动横移滑台、第二电动横移滑台、滑台连接板和固定旋转铰座；
所述第一电动横移滑台设置在第二横移滑台上部，并且第一电动横移滑台在第二电动横移滑台的带动下沿前后方向移动；
所述滑台连接板与第一电动横移滑台连接，并且滑台连接板在第一电动横移滑台的带动下沿左右方向移动；
所述固定旋转铰座与滑台连接板固定连接，且连杆与固定旋转铰座铰接。
7.根据权利要求1或6所述的手术机器人，其特征在于，所述连杆的端部设置有旋转铰座和空心轴旋转固定块；
所述旋转铰座与连杆固定连接，空心轴旋转固定块与旋转铰座铰接。
8.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述上平面XY移动机构的滑动机构为上平面滑动机构；
所述上平面滑动机构包括固定座、滑动底板、压紧块和手动旋钮；
所述固定座上设置有通孔，所述滑动底板设置在通孔内，且滑动底板上设置有钢球；
所述上平面XY移动机构的连杆搭接在滑动底板上；
所述压紧块设置在固定座通孔的上侧，手动旋钮设置在固定座上，并且手动旋钮的端部与压紧块连接，手动旋钮能够带动压紧块相对于固定座上下移动；
所述压紧块与固定座之间设置有复位弹簧。
9.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述下平面XY移动机构的滑动机构为下平面滑动机构；
所述下平面滑动机构包括固定座、滑动底板、压紧块和手动旋钮；
所述固定座上设置有通孔，所述滑动底板设置在通孔内，且滑动底板上设置有钢球；
所述下平面XY移动机构的连杆搭接在滑动底板上；
所述压紧块设置在固定座通孔的下侧，手动旋钮设置在固定座上，并且手动旋钮的端部与压紧块连接，手动旋钮能够带动压紧块相对于固定座上下移动；
所述压紧块与固定座之间设置有复位弹簧。
10.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述导向植入机构包括空心轴和克氏针；
所述空心轴与上平面XY移动机构和下平面XY移动机构连接；
所述克氏针插接在空心轴内。
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