CN117377441A - 机器人手术装置和进给系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及机器人手术装置和进给系统。机器人手术装置与管状器件的进给装置通信连接，包括：同步旋转机构，包括支架、旋转台、旋转电机以及旋转传动部件；其中，所述旋转台可旋转地设置在所述支架上，所述管状器件自所述进给装置引出后，接入所述旋转台；所述管状器件在所述进给装置带动下旋转时，所述旋转电机通过所述旋转传动部件，驱动所述旋转台协同旋转；和同步进退机构，与所述同步旋转机构连接，所述管状器件在所述进给装置带动下前后运动时，所述同步进退机构能够与所述管状器件协同运动。相对于现有技术而言，本申请的机器人手术装置可以解放操作人员的双手，降低使用成本。

Description

机器人手术装置和进给系统

技术领域

本申请涉及管状物体输送技术领域，特别地涉及一种机器人手术系统和应用于其中的机器人手术装置。

背景技术

在各个领域中，时常需要对具备管道形状的物体内部进行探索，除了需要观察管道的内部以寻找缺陷、进行探伤之外，有时还需要对管道内部的缺陷进行修补。

为了避免探伤和修补的过程中对管道以及管道附属的外部结构增加额外的破坏，通常会在管状器件上安装各种工具和摄像头。通过将管状器件从管道的一端伸入，可以探索并修复管道的内部结构。此时，管状器件的伸入除了人工操作之外，也往往会用到管状器件的进给机构。

除了工业上使用的管道之外，还有许多其他形式的管道，例如人体的内部腔道。对应于人体内部腔道的管状器件可以是内窥镜或单端口手术机械臂。对于直线型的管道来说，管状器件的进给是十分方便的。但是对于具有许多弯曲、分叉的管道，甚至管道壁为柔性的管道来说，管状器件也需要具备可弯折的或是柔性的特性，对此类管状器件的进给就不是那么容易了。

发明内容

为了解决或至少部分地解决上述技术问题，本申请提供了一种机器人手术装置，其与管状器件的进给装置通信连接，包括：

同步旋转机构，包括支架、旋转台、旋转电机以及旋转传动部件；其中，旋转台可旋转地设置在支架上，管状器件自进给装置引出后，接入旋转台；管状器件在进给装置带动下旋转时，旋转电机通过旋转传动部件，驱动旋转台协同旋转；

同步进退机构，与同步旋转机构连接，管状器件在进给装置带动下前后运动时，同步进退机构能够与管状器件协同运动。

本申请的实施方式还提供了一种机器人手术系统，包括管状器件的进给装置和上述的机器人手术装置，其中进给装置与机器人手术装置通信连接，管状器件在进给装置的驱动下运动时，机器人手术装置令管状器件协同运动。

相比于现有技术而言，本申请的机器人手术装置通过设置同步旋转机构和同步进退机构，得以令管状器件旋转和进退，保障了管状器件的运动自由度。通过将机器人手术装置与管状器件的进给装置通信连接，可以令机器人手术装置与进给装置同步地进行协同运动。由此，整个进给过程仅需机械设备自动化操作，可以解放操作人员的双手，降低使用成本。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的实施方式，下面将对相关的附图做出简单介绍。可以理解，下面描述中的附图仅用于示意本申请的一些实施方式，本领域普通技术人员还可以根据这些附图获得本文中未提及的许多其他的技术特征和连接关系等。

图1是一种机器人手术系统的示意图；

图2是一种机器人手术装置的结构示意图；

图3是一种机器人手术装置在同步旋转机构附近的局部结构示意图；

图4是一种机器人手术装置在延伸平台附近的局部结构示意图；

图5是另一种机器人手术装置在底座附近的局部结构示意图；

图6是另一种机器人手术装置在旋转台附近的局部结构示意图。

附图标记说明：

1、机器人手术装置；11、同步旋转机构；111、支架；1111、支撑座；1112、支撑环；1113、传动开口；112、旋转台；1121、旋转筒；1122、延伸平台；113、旋转电机；114、旋转传动部件；12、同步进退机构；121、第一滑块；122、第一动力源；123、第一导轨；125、第二滑块；126、第二动力源；127、第二导轨；128、底座；129、回转带；13、第一牵引机构；14、第二牵引机构；2、进给装置；3、管状器件。

具体实施方式

下面结合附图，对本申请进行详细说明。

本申请示出了一种机器人手术系统，参见图1所示，其包括管状器件的进给装置2以及机器人手术装置1。

其中，管状器件3的前段受进给装置2的夹持，并在其带动下作前后运动，或是以自身轴线为旋转轴作旋转运动。机器人手术装置1设置于进给装置2的后方，管状器件3的后段接入该机器人手术装置1。通过进给装置2与机器人手术装置1的通信连接，管状器件3在进给装置2的驱动下运动时，机器人手术装置1可以令管状器件3实现协同运动。

管状器件的进给装置2可以是现有技术中的多种装置中的任意一种，只要能够对管状器件3起到输送进给的作用即可。机器人手术装置1则负责令管状器件3的后段跟随同步运动。作为管状器件3的辅助行进设备，当管状器件3为柔性软管时，机器人手术装置1通常与进给装置2配合使用，而当管状器件3为刚性硬管时，机器人手术装置1也可以被独立地使用。

具体地，机器人手术装置1可以与管状器件的进给装置2通信连接，参见图2至图6所示，其可以包括：同步旋转机构11，包括支架111、旋转台112、旋转电机113以及旋转传动部件114，其中旋转台112可旋转地设置在支架111上，管状器件3自进给装置2引出后，接入旋转台112，其中管状器件3在进给装置2带动下旋转时，旋转电机113通过旋转传动部件114，驱动旋转台112在支架111上协同旋转；和同步进退机构12，与同步旋转机构11连接，管状器件3在进给装置2带动下前后运动时，同步进退机构12能够与管状器件3协同运动。

旋转传动部件114可以是如图2所示的皮带传动结构，也可以是齿轮或是链轮传动结构，只要能够带动旋转台112稳定地旋转即可。

在现有技术中，由于管状器件3的“长条状”的形状特点，其重心往往距离端部很远，而刚性不足，导致管状器件3在被支撑时，未被承托的端部容易发生下垂或是变形。为了保证进给的精度和准确性，进给装置2通常会设置在待进入的管道的入口，此时，参见图1所示，往往将管状器件3的一端接入进给装置2，若其另一端未设置承托机构，显然难以在保证管状器件3形态的前提下进行进给操作。进一步地，当管状器件3由柔性材料制成时，这一问题将更加突出。特别是对于需要旋转管状器件3的进给机构而言，当进给机构旋转管状器件3时，柔性器件很容易发生扭转，给进给运动带来困难。由于这一问题的存在，现有技术中对管状器件3的进给往往需要人工辅助操作，其操作过程复杂，成本也较高。

本申请通过设置同步旋转机构11和同步进退机构12，机器人手术装置1得以令管状器件3旋转和进退，保障了管状器件3的运动自由度。通过将机器人手术装置1与管状器件的进给装置2通信连接，可以令机器人手术装置1与进给装置2同步地进行协同运动。由此，整个进给过程仅需机械设备的自动化操作，可以解放操作人员的双手，降低使用成本。

在同步旋转机构11的一个实施例中，参见图2、图3所示，支架111可以包括支撑座1111和支撑环1112，支撑环1112设置在支撑座1111上，旋转台112套设在支撑环1112内，并能够相对支撑环1112旋转。旋转电机113也可以被固定在支架111上，以使旋转运动具有更高的稳定性。支撑环1112可以被设置为套筒状，在支撑环1112的内壁上可以设置轴承，以便于在对旋转台112提供良好支撑的同时，还能够便于旋转台112实现低阻力旋转。进一步可选地，支撑环1112上还可以设有传动开口1113，旋转传动部件114可以通过这一传动开口1113穿过支撑环1112，与旋转台112传动连接。旋转传动部件114通过支撑环1112上设置的传动开口1113来带动旋转台112旋转，使得带动旋转台112旋转的力得以更均衡地作用于旋转台112，具备了更好的受力稳定性。

在一个实施例中，参见图4所示，同步进退机构12可以包括第一滑块121、第一动力源122和第一导轨123，第一滑块121设置在第一导轨123上。其中，第一导轨123沿管状器件3的延伸方向设置在旋转台112上。管状器件3自旋转台112引出后，与第一滑块121连接。管状器件3在进给装置2带动下前后运动时，第一动力源122能够驱动第一滑块121在第一导轨123上协同运动。由此，当旋转台112旋转时，由于第一导轨123设置在旋转台112上，因此与其关联的第一滑块121、第一动力源122也都跟随旋转。当进给装置2带动管状器件3前后运动时，借助于信号的同步，第一动力源122也依然能够使管状器件3跟随前后运动。

旋转台112可以包括：旋转筒1121，旋转筒1121由支架111支撑，并能够相对支架111旋转；延伸平台1122，与旋转筒1121的远离进给装置2的一端相连接，第一导轨123安装在延伸平台1122上。当将第一导轨123安装在延伸平台1122上时，延伸平台1122能够给与第一导轨123足够的安装空间，这使得旋转筒1121、延伸平台1122乃至第一滑块121的旋转都是同步的，稳定性很好。

参见图4所示，第一动力源122可以是电机，第一导轨123可以是第一动力源122的电机轴。此时，第一导轨123和第一滑块121之间构成了丝杠结构，这一结构高度精简，具有很好的可靠性。当然，第一动力源122也可以通过齿轮齿条结构，或是涡轮蜗杆结构来驱动第一滑块121的直线运动。

可选地，当管状器件3为内窥镜时，机器人手术装置1还可以包括内窥镜的驱动线缆的第一牵引机构13，第一牵引机构13设置在第一滑块121上。常规的内窥镜往往具有多条驱动线缆，以便控制内窥镜的多级鞘管在多个自由度上的弯曲。与此相应地，第一牵引机构13则可以包括用于分别牵引这些驱动线缆的多个电机。通过将内窥镜的驱动结构设置在第一滑块121上，使管状器件3本身的运动不影响对内窥镜的驱动线缆的操作，提高了内窥镜的工作稳定性。

除了以上的同步进退机构12之外，本申请还示出了另一种同步进退机构12。参见图5所示，同步进退机构12可以包括第二滑块125、第二动力源126和第二导轨127，第二滑块125设置在第二导轨127上。其中，支架111设置在第二滑块125上，第二导轨127沿管状器件3的延伸方向设置。管状器件3在进给装置2带动下前后运动时，第二动力源126能够驱动第二滑块125在第二导轨127上协同运动。当将支架111设置在第二滑块125上时，支架111、连同设置在支架111上的整个同步旋转机构11都可以被带动而作前后运动。此时，若进给装置2带动管状器件3前后运动，则借助于信号的同步，第二动力源126能够使管状器件3跟随前后运动。可以理解，第二动力源126同样能够借助于丝杠、齿轮齿条、涡轮蜗杆等将旋转运动转换为直接运动的多种机械传动结构，令第二滑块125实现前后运动。

可选地，参见图5所示，同步进退机构12还可以包括：底座128，第二导轨127和第二滑块125设置在底座128内部；和回转带129，绕底座128设置，回转带129上具有开口，支架111穿过开口与第二滑块125连接。当第二滑块125在第二导轨127上运动时，回转带129被带动发生回转运动。由于第二导轨127和第二滑块125设置在底座128内部，为了便于支架111的前后运动，底座128上需要开设长槽。所设置的回转带129便于遮盖这一长槽，起到防尘防水的作用。即，当支架111沿着底座128的长槽前后运动时，回转带129也同步地运动，使得支架111穿过长槽的一部分和回转带129的开口，而回转带129覆盖长槽的其余部分。

在本申请中，所提供的两种同步进退机构12可以分别使用，也可以同时使用。其中，将第二导轨127和第二滑块125设置在底座128内的方案相比于将第一导轨123和第一滑块121设置在旋转台112的方案而言，设置位置不受旋转台112的形状约束，可以具有更长的行程，因此更适合在定位管状器件3时使用。与之相比，将第一导轨123和第一滑块121设置在旋转台112的方案相比于将第二导轨127和第二滑块125设置在底座128内的方案而言，在调整时不需要移动旋转台112，联动的结构更少，因此可以进行更细致的定位操作，更适合在管状器件3进行精密操作时使用。将两种同步机构结合之后，可以综合二者的优点，使机器人手术装置1得以更匹配地进行针对进给装置2的协同运动。

另外，对于内窥镜而言，有时候还存在一些不需要进行精密操作的管状器件3，例如仅用于抽取气体或是液体的负压管道，或是仅提供照明功能的灯具管道。对于这样的管状器件3，参见图6所示，机器人手术装置1可以包括内窥镜的驱动线缆的第二牵引机构14，第二牵引机构14设置在旋转台112上。将这一部分的驱动线缆直接连接在旋转台112上，可以显著地简化结构，降低成本。

最后，虽然仅结合有限数量的实施方案详细描述了本申请，但应当容易理解的是，本申请不限于此类公开的实施方案。相反，本申请能够被修改以并入在此此前未描述的、但与本申请的精神和范围相称的任何数量的变化、更改、替换或等同布置。另外，虽然已经描述了本申请的各种实施方案，但应当理解，本申请的各方面可以仅包括所描述的实施方案中的一些。因此，本申请不应当被视为受前述描述的限制，而是仅由所附权利要求书的范围限制。

Claims (10)

1.一种机器人手术装置，其与管状器件的进给装置通信连接，包括：

同步旋转机构，包括支架、旋转台、旋转电机以及旋转传动部件；其中，所述旋转台可旋转地设置在所述支架上，所述管状器件自所述进给装置引出后，接入所述旋转台；所述管状器件在所述进给装置带动下旋转时，所述旋转电机通过所述旋转传动部件，驱动所述旋转台协同旋转；和

同步进退机构，与所述同步旋转机构连接，所述管状器件在所述进给装置带动下前后运动时，所述同步进退机构能够与所述管状器件协同运动。

2.根据权利要求1所述的机器人手术装置，其特征在于，所述支架包括支撑座和支撑环，所述支撑环设置在所述支撑座上，所述旋转台套设在所述支撑环内，并能够相对所述支撑环旋转。

3.根据权利要求2所述的机器人手术装置，其特征在于，所述支撑环上设有传动开口，所述旋转传动部件穿过所述传动开口，与所述旋转台传动连接。

4.根据权利要求1所述的机器人手术装置，其特征在于，所述同步进退机构包括第一滑块、第一动力源和第一导轨，所述第一滑块设置在所述第一导轨上；

其中，所述第一导轨沿所述管状器件的延伸方向设置在所述旋转台上；

所述管状器件自所述旋转台引出后，与所述第一滑块连接；

所述管状器件在所述进给装置带动下前后运动时，所述第一动力源能够驱动所述第一滑块在所述第一导轨上协同运动。

5.根据权利要求4所述的机器人手术装置，其特征在于，所述管状器件为内窥镜，所述机器人手术装置还包括所述内窥镜的驱动线缆的第一牵引机构，所述第一牵引机构设置在所述第一滑块上。

6.根据权利要求4所述的机器人手术装置，其特征在于，所述旋转台包括：

旋转筒，所述旋转筒由所述支架支撑，并能够相对所述支架旋转；和

延伸平台，与所述旋转筒的远离所述进给装置的一端相连接，所述第一导轨安装在所述延伸平台上。

7.根据权利要求1所述的机器人手术装置，其特征在于，所述同步进退机构包括第二滑块、第二动力源和第二导轨，所述第二滑块设置在所述第二导轨上；

其中，所述支架设置在所述第二滑块上，所述第二导轨沿所述管状器件的延伸方向设置；

所述管状器件在所述进给装置带动下前后运动时，所述第二动力源能够驱动所述第二滑块在所述第二导轨上协同运动。

8.根据权利要求7所述的机器人手术装置，其特征在于，所述同步进退机构还包括：

底座，所述第二导轨和所述第二滑块设置在所述底座内部；和

回转带，绕所述底座设置，所述回转带上具有开口，所述支架穿过所述开口与所述第二滑块连接；

其中，当所述第二滑块运动时，所述回转带被带动发生回转运动。

9.根据权利要求1所述的机器人手术装置，其特征在于，所述管状器件为内窥镜，所述机器人手术装置还包括所述内窥镜的驱动线缆的第二牵引机构，所述第二牵引机构设置在所述旋转台上。

10.一种机器人手术系统，包括管状器件的进给装置、和权利要求1至9中任意一项所述的机器人手术装置，其中，所述进给装置与所述机器人手术装置通信连接，所述管状器件在所述进给装置的驱动下运动时，所述机器人手术装置令所述管状器件协同运动。