CN117547358A - 用于微创手术的并联可拆卸式同心管机器人及其工作方法 - Google Patents
用于微创手术的并联可拆卸式同心管机器人及其工作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117547358A CN117547358A CN202311789545.0A CN202311789545A CN117547358A CN 117547358 A CN117547358 A CN 117547358A CN 202311789545 A CN202311789545 A CN 202311789545A CN 117547358 A CN117547358 A CN 117547358A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- tube
- transmission mechanism
- robot
- concentric
- minimally invasive
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002324 minimally invasive surgery Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims abstract description 87
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 70
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 23
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 9
- 230000003187 abdominal effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 6
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 5
- 238000002357 laparoscopic surgery Methods 0.000 description 13
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 6
- 238000001356 surgical procedure Methods 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 210000001015 abdomen Anatomy 0.000 description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 description 3
- 239000012636 effector Substances 0.000 description 3
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 3
- 206010052428 Wound Diseases 0.000 description 2
- 208000027418 Wounds and injury Diseases 0.000 description 2
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 230000003028 elevating effect Effects 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 101100008044 Caenorhabditis elegans cut-1 gene Proteins 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000000683 abdominal cavity Anatomy 0.000 description 1
- 238000010009 beating Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 1
- 238000009297 electrocoagulation Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000002439 hemostatic effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 208000014674 injury Diseases 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- HLXZNVUGXRDIFK-UHFFFAOYSA-N nickel titanium Chemical compound [Ti].[Ti].[Ti].[Ti].[Ti].[Ti].[Ti].[Ti].[Ti].[Ti].[Ti].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni].[Ni] HLXZNVUGXRDIFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001000 nickel titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001575 pathological effect Effects 0.000 description 1
- 230000008447 perception Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 238000013519 translation Methods 0.000 description 1
- 230000008733 trauma Effects 0.000 description 1
- 230000000472 traumatic effect Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/30—Surgical robots
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/70—Manipulators specially adapted for use in surgery
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
- A61B90/03—Automatic limiting or abutting means, e.g. for safety
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B90/00—Instruments, implements or accessories specially adapted for surgery or diagnosis and not covered by any of the groups A61B1/00 - A61B50/00, e.g. for luxation treatment or for protecting wound edges
- A61B90/06—Measuring instruments not otherwise provided for
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B34/00—Computer-aided surgery; Manipulators or robots specially adapted for use in surgery
- A61B34/30—Surgical robots
- A61B2034/302—Surgical robots specifically adapted for manipulations within body cavities, e.g. within abdominal or thoracic cavities
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Surgery (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Robotics (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Pathology (AREA)
- Manipulator (AREA)
Abstract
本发明公开了用于微创手术的并联可拆卸式同心管机器人及其工作方法,包括入腹鞘管、若干单臂驱动系统和柔性器械臂;若干单臂驱动系统之间并联,单臂驱动系统连接柔性器械臂,若干柔性器械臂分别设置在入腹鞘管上开设的器械臂通道中,柔性器械臂包括若干同心管;单臂驱动系统包括单管驱动模块,单管驱动模块中设置有引导装置和同心管,引导装置中设置有驱动机构、直线传动机构和旋转传动机构,直线传动机构和旋转传动机构均与驱动机构中的驱动器连接,直线传动机构连接旋转传动机构,同心管安装在旋转传动机构上,旋转传动机构上设置有防碰撞装置。本发明采用的是并联式设计,每个引导装置独立控制对应的同心管,便于更换手术器械。
Description
技术领域
本发明属于微创腹腔镜手术领域,尤其是一种用于微创手术的并联可拆卸式同心管机器人及其工作方法。
背景技术
腹腔镜手术作为开放手术的一种替代方法,其目的是使手术创伤更小、感染率更低和术后恢复更快。但传统的腹腔镜手术存在一些问题需要解决,例如:手术器械末端的运动方向不符合医生意识中手部的运动方向,导致难以获得手眼协调的直观操作感受;长时间的手术操作会让医生产生疲劳感,医生疲劳和手部生理性抖动等会影响手术的效果。
手术机器人的发展为腹腔镜手术带来了根本性的改变,将机器人技术与腹腔镜手术技术相结合,可以从根本上避免普通腹腔镜手术的操作弊端。机器人腹腔镜手术技术指利用现代高科技医疗技术完成的手术,是在密闭的腹腔内通过腹腔镜在高科技显示屏监视、引导下在腹外操作手术器械,完成对病变组织的探查、电凝、止血组织分离与切开、缝合等操作。它的出现拓展了医生的手术操作能力,有效地降低了由于长时间手术操作而产生的疲劳感,提高了手术质量。通过机器人可实现医生的手眼协调,使得手术操作更加灵活、准确;机器人自身的精细视野和运动灵活极大地延伸了医生的手术能力,这一优势使得传统意义上暴露特别难、解剖难度特别大的手术得以顺利进行。多孔腹腔镜手术机器人技术是在患者体表切开3~4个5~10mm的创口,以便将内窥镜伸入患者体内,在视觉图像的引导下操作手术器械完成手术。单孔腹腔镜手术机器人技术由多孔技术发展而来,是在患者体表切开1个3~4cm的创口。单孔腹腔镜手术机器人呈现出高精度、小型化、高集成化发展趋势,单孔腹腔镜手术机器人系统设计与集成难度加大,不可避免的要在机器人控制驱动方式、关节构型和传动结构上进行创新设计。然而,有限的工作空间、病变组织周围复杂的环境情况和深度知觉丧失增加了外科医生操作单孔腹腔镜手术机器人的难度。
目前,医疗机器人逐渐向着弯曲灵活和高适应性的方向发展,随之而来的就是连续型手术机器人的飞速发展。连续型机器人的产生是受到了自然界的生物启发,它们具有高度灵活性。所以,相较于之前提到的腹腔镜手术机器人,连续型手术机器人具有更好的弯曲性、灵活性,同时它还可以适应不同的环境,所以可以将连续型手术机器人应用到腹腔镜手术当中。连续型机器人主要应用于介入医学,与具有机械刚性和有限自由度的刚性关节机器人不同,它们近似于具有无限自由度,灵活度更高。作为连续型手术机器人的代表之一,同心管机器人由于具有外形尺寸小、弯曲灵活度高以及不依赖周围环境的优点,在移动过程中,具有很好的避障效果。同心管机器人的直径可以做到与导管和末端执行器的直径相当,其固有的驱动能力,小型化潜力和可控的力学性能可以应用到腹腔镜手术当中。
单孔腹腔镜手术机器人其本质是一个操作台,医生操作医控台,通过主从映射关系控制机械臂运动。在现有技术中,不管是多孔还是单孔腹腔镜手术机器人其机械臂都是刚性的。机械臂由刚性轴和末端执行器组成,有四个自由度:轴向插入、轴向旋转和围绕插入点在两个垂直平面上旋转。目前腹腔镜机器人存在自由度数目不足,同时末端器械普遍采用钢丝—滑轮机构进行传动,由于丝传动的滞后性会导致器械移动不方便,机器人的控制精度下降且灵活性较差,很难实现高质量的手术。随着手术机器人技术的发展和人们追求更小的创伤,刚性结构固有的缺陷和其有限的自由度已然无法满足要求。所以,设计一种单孔腹腔镜手术机器人,以允许机器人进入到难以达到的手术部位,而无需依赖周围环境或身体组织到达所需的部位,前景十分深远。
串联式同心管机器人由一组驱动块组成,确保每个管的旋转和平移,这些驱动块的分布方式为一个驱动块配置后面跟着另一个驱动块配置。这种分布使得最内层管的底部和最外层管的底部之间的距离太长,需要一个很长的内层管。由于管子的扭转变形和其长度成正比,因此最内层的管子更容易发生变形,管子之间的运动也容易发生耦合。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的问题,提供一种用于微创手术的并联可拆卸式同心管机器人及其工作方法,解决现有技术中机器人的控制精度和灵活性较差,管子之间易发生耦合的问题。
为达到上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现:
用于微创手术的并联可拆卸式同心管机器人,包括入腹鞘管、若干单臂驱动系统和柔性器械臂;
若干所述单臂驱动系统之间并联,所述单臂驱动系统连接柔性器械臂,若干所述柔性器械臂分别设置在入腹鞘管上开设的器械臂通道中,所述柔性器械臂包括若干同心管;
所述单臂驱动系统包括单管驱动模块,所述单管驱动模块中设置有引导装置和同心管,所述引导装置中设置有驱动机构、直线传动机构和旋转传动机构,所述直线传动机构和旋转传动机构均与驱动机构中的驱动器连接,所述直线传动机构连接旋转传动机构,所述同心管安装在旋转传动机构上,所述旋转传动机构上设置有防碰撞装置。
进一步的,所述同心管包括外管、中管和内管,所述相邻的外管、中管和内管之间相互嵌套,所述外管、中管和内管的轴线重合。
进一步的,所述单管驱动模块包括外管单管驱动单元、中管单管驱动单元和内管单管驱动单元,所述外管设置在外管单管驱动单元上,所述中管设置在中管单管驱动单元上,所述内管设置在内管单管驱动单元上。
进一步的,所述引导装置包括载板,所述载板的一侧通过螺栓安装有前盖,所述载板的另一侧通过螺栓安装有后盖,所述驱动机构安装在后盖内,所述直线传动机构和旋转传动机构均安装在前盖内,所述后盖的一端面上安装有散热器和蜂鸣器,所述后盖的一侧面上设置有品字插座。
进一步的,所述驱动机构包括第一支撑板、第二支撑板和电压分配转接器,所述第一支撑板、第二支撑板和电压分配转接器均固定安装在载板上,所述驱动器安装在第一支撑板上,所述第二支撑板上安装有电源,所述电源连接电压分配转接器。
进一步的,所述直线传动机构包括滑台,所述滑台上固定安装有第一步进电机和导轨,所述导轨上滑动安装有滑块,所述滑块上通过电机支架固定安装有第二步进电机,所述第一步进电机和第二步进电机均与驱动器连接。
进一步的,所述旋转传动机构包括同步带,所述同步带的一端连接大带轮,所述同步带的另一端连接小带轮,所述大带轮固定安装在第二步进电机的电机轴上,所述小带轮安装在小带轮底座上,所述小带轮底座与电机支架通过连接板连接,所述连接板连接电压分配转接器,所述小带轮上安装有夹紧装置固定座,所述夹紧装置固定座上安装有夹紧装置,所述同心管通过螺栓固定在加紧装置上。
进一步的,所述防碰撞装置包括传感器保持架,所述传感器保持架安装在旋转传动机构的外壳上,所述传感器保持架上安装有接近传感器,所述接近传感器连接蜂鸣器。
进一步的,所述入腹鞘管上还开设有注水通道、内窥镜通道和若干辅助通道。
一种所述的用于微创手术的并联可拆卸式同心管机器人的工作方法,包括:
驱动器控制直线传动机构进行直线运动,带动同心管直线运动;
驱动器控制旋转传动机构转动,带动同心管旋转运动;
同心管之间相对运动,防碰撞装置中的接近传感器与相邻的旋转传动机构的外壳距离小于5mm时,接近传感器闪烁,同时引导装置的后盖上安装的蜂鸣器发出蜂鸣声。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明提供一种用于微创手术的并联可拆卸式同心管机器人,通过将若干柔性器械臂分别设置在入腹鞘管上开设的器械臂通道中,根据入腹鞘管的器械通道自下而上进行设计,使单只柔性器械臂的活动空间更大,降低了柔性器械臂配合运动时出现“打架”、干涉现象的可能性,同时也使得操作更加灵活。本发明采用的是并联式设计,将多个单臂驱动系统相互连接,单臂驱动系统包括单管驱动模块,单管驱动模块中设置有引导装置和同心管,引导装置中设置有驱动机构、直线传动机构和旋转传动机构,直线传动机构和旋转传动机构均与驱动机构中的驱动器连接,直线传动机构连接旋转传动机构,同心管安装在旋转传动机构上。每个引导装置独立设计,将控制驱动、传动和执行设计为一体,控制对应的同心管,就类似于腹腔镜手术机器人的传动盒,可以将其从机器人中拆卸下来,便于更换手术器械。
本发明的引导装置并行化设置,由平行块而不是串行块驱动的,管子的运动是解耦的,每个驱动器进行并行布置,每个电机只为一个管子创造一个运动:线性平移或轴向旋转,这种机制的另一个优点是减少了内管的长度,进而使得其引导装置的尺寸减小,更适用于腹腔镜手术。同时,同心管在运动过程中其旋转运动会积攒能量,当多根管配合运动时这个效果就会被放大,从而使柔性器械臂的不稳定性增加,而内管长度的减少可以降低其扭转变形的影响,降低了柔性器械臂的不稳定性。本发明设计的同心管机器人是用在腹腔镜手术中,其目标操作空间是入腹鞘管下方的倒锥形空间。
进一步的,在旋转传动机构的外壳上接近传感器,会在与相邻旋转传动机构的外壳之间的距离小于5mm时闪烁,接近传感器连接蜂鸣器,蜂鸣器同时发出蜂鸣声提醒,可以防止相邻引导装置的运动部件在运动过程中出现碰撞。
附图说明
为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,应当理解,以下附图仅示出了本发明的某些实施例,因此不应被看作是对范围的限定,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相关的附图。
图1为本发明的单孔腹腔镜手术机器人的整体结构示意图。
图2为本发明的同心管机器人的结构示意图。
图3为本发明的单臂单臂驱动模块的结构示意图。
图4为本发明的单管驱动模块的结构示意图。
图5为本发明的直线传动机构的结构示意图。
图6为本发明的旋转传动机构的结构示意图。
图7为本发明的基于接近传感器的防碰撞装置的结构示意图。
图8为本发明的入腹鞘管的结构示意图。
图9为本发明的引导装置的结构示意图。
图10为本发明的是后盖的结构示意图。
图11为本发明的柔性臂的结构示意图。
其中:1-被动机械臂,2-同心管机器人,3-升降装置,4-底盘,6-外管单管驱动单元,7-中管单管驱动单元,8-内管单管驱动单元,9-后盖,10-载板,11-前盖,12-同心管,13-步进电机,14-滑块,15-导轨,16-步进电机,17-电机支架,18-滑台,19-大带轮,20-同步带,21-连接板,22-小带轮,23-小带轮底座,24-夹紧装置,25-夹紧装置固定座,26-接近传感器,27-外壳,28-传感器保持架,29-第一器械臂通道,30-第二器械臂通道,31-第三器械臂通道,32-注水通道,33-第一辅助通道,34-第二辅助通道,35-内窥镜通道,36-第一支撑板,37-驱动器,38-第二支撑板,39-电源,40-电压分配转接器,41-散热器,42-蜂鸣器,43-品字插座,44-外管,45-中管,46-内管。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此,以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明实施例的描述中,需要说明的是,若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”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,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,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”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外,若出现术语“水平”,并不表示要求部件绝对水平,而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平,并不是表示该结构一定要完全水平,而是可以稍微倾斜。
在本发明实施例的描述中,还需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,若出现术语“设置”、“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,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
参见图2,本发明提供一种用于微创手术的并联可拆卸式同心管机器人,包括入腹鞘管和多个并联的单臂驱动系统,单臂驱动系统连接柔性器械臂。
腹腔镜手术机器人是以入腹鞘管为支点进行工作的,入腹鞘管上开设有若干器械臂通道、注水通道32、内窥镜通道35和若干辅助通道。同样的,工作时刚性器械通过器械臂通道进入体内,同时以鞘管为支点围绕着其运动使末端执行器到达相应位置进行工作。合拢状态时同心管机器人的柔性器械臂被放置在入腹鞘管的器械臂通道中,工作时,按照实际需要组成柔性器械臂的多个同心管12相对运动,从入腹鞘管中伸出来到达预定位置,准备下一步操作。
如图1和图2所示,将同心管机器人2设置在机架上,用于同心管机器人的空间位置的移动和手术时姿态的变化。机架包括被动机械臂1和底盘4,多个并联的单臂驱动系统和底盘4通过螺栓连接,在被动机械臂1和底盘4连接处有一个升降装置3,包括滚珠丝杆滑台模组,主要实现同心管机器人2的升降运动,用来调节同心管机器人与患者之间的距离。底盘4分别和滚珠丝杆滑台模组的滑台通过螺栓连接,将同心管机器人2固定到升降装置3上。
单臂驱动系统包括单管驱动模块,单个单管驱动模块包括引导装置和同心管12,其引导装置组成结构都一样,只是同心管12的参数不同。每一个柔性器械臂包括三根镍钛诺合金超弹性同心管12,分别为外管44、中管45和内管46,如图11所示,外管44、中管45和内管46的相邻管之间相互嵌套,长度依次递增,刚度依次减小,其中外管44的刚度最大,内管46的刚度最小。每一根同心管12与其引导装置相连组成一个单管驱动模块。
如图3所示,单管驱动模块包括外管单管驱动单元6、中管单管驱动单元7和内管单管驱动单元8。单管驱动模块中设置有同心管12,按照管长从底盘4由近端往远端依次设置,外管44设置在外管单管驱动单元6上,中管45设置在中管单管驱动单元7上,内管46设置在内管单管驱动单元8上。其内管46最长,中管45次之,外管44最短,外管44、中管45和内管46的轴线重合,并经过入腹通道的轴线。
单管驱动模块中设置有引导装置,引导装置中设置有驱动机构、直线传动机构和旋转传动机构,直线传动机构和旋转传动机构均与驱动机构中连接,直线传动机构连接旋转传动机构。
如图4所示,引导装置包括前盖11、载板10和后盖9,载板10的一侧通过螺栓安装前盖11,载板10的另一侧通过螺栓安装后盖9,驱动机构安装在后盖9内,直线传动机构和旋转传动机构均安装在前盖11内。如图10所示,后盖9的一端面上安装有散热器41和蜂鸣器42,散热器41用来为元器件散热,蜂鸣器42可以接收来自接近传感器26产生的信号,后盖9的一侧面上设置有品字插座43,品字插座43可接220V标准电压。
如图5所示,直线传动机构实现同心管12平移运动,包括第一步进电机13、滑块14、导轨15、第二步进电机16、电机支架17和滑台18。第一步进电机13和导轨15均固定在滑台18上,滑块14在导轨15上滑动安装,电机支架17一端连接第二步进电机16,一端用螺栓固定在滑块14上。
如图6所示,旋转传动机构实现同心管12旋转运动,包括大带轮19、同步带20、连接板21、小带轮22、小带轮底座23、夹紧装置24和夹紧装置固定座25。大带轮19用紧定螺钉固定在第二步进电机16的电机轴上,同步带20一端连接大带轮19,另一端连接小带轮22,连接板21通过螺栓连接电机支架17和小带轮底座23,夹紧装置24用螺栓将同心管12固定住,夹紧装置24通过螺栓固定在夹紧装置固定座25上,夹紧装置固定座25通过紧定螺钉固定在小带轮22上。
如图7所示,防碰撞装置安装在旋转传动机构,防碰撞装置包括接近传感器26和传感器保持架28,接近传感器26设置在传感器保持架28上,传感器保持架28安装在旋转传动机构的外壳27上,接近传感器26与相邻的旋转传动机构的外壳27距离小于5mm时,接近传感器26就会闪烁,接近传感器26连接蜂鸣器42,蜂鸣器42同时开始工作,发出蜂鸣声进行提醒。
如图9所示,驱动机构包括第一支撑板36、驱动器37、第二支撑板38、电源39和电压分配转接器40。第一支撑板36、第二支撑板38和电压分配转接器40均固定安装在载板10上,电压分配转接器40有多个接口,可以将降压后的电压分配给多个元器件使用。驱动器37安装在第一支撑板36上,驱动器37连接第一步进电机13和第二步进电机16,驱动器37可以同时控制两个步进电机的运动。第二支撑板38上安装有电源39,电压分配转接器40连接电源39,电压分配转接器40和连接板21通过螺栓连接,电源39可以将220V标准电压降为12V标准电压。
在本发明的某一具体实施例中,如图2所示,同心管机器人2设置有三组并联的单臂驱动系统,三组单臂驱动系统均连接有柔性器械臂,如图8所示,入腹鞘管上开设有三条器械臂通道、注水通道(32)、内窥镜通道(35)和两条辅助通道,同心管机器人2的三条柔性器械臂分别通过第一器械臂通道29,第二器械臂通道30和第三器械臂通道31;注水通道32用来引入液体进入体内;第一辅助通道33和第二辅助通道34可以用来放辅助器械;内窥镜通道35用来通过内窥镜,为机器人提供视觉信息。
本发明的用于微创手术的并联可拆卸式同心管机器人的工作方法如下:
同心管机器人2的运动主要通过两个传动机构来实现,分别是直线传动机构和旋转传动机构。驱动器37控制第一步进电机13转动,进而控制滑块14在导轨15上进行直线运动,电机支架17和旋转传动机构一起固连在滑块14上,从而实现同心管12的直线运动。驱动器37控制第二步进电机16转动,进而控制大带轮19转动,大带轮19通过同步带20带动小带轮22转动,从而实现同心管12的旋转运动。同心管12之间进行相对运动,当外管44的接近传感器26与中管45的小带轮底座23之间的距离小于5mm时,接近传感器26就会闪烁,同时外管44的后盖9上的蜂鸣器42开始工作发出蜂鸣声,同理,中管45和内管46之间也是如此。直线传动机构和旋转传动机构实现了同心管12的所需运动,接近传感器26防止相邻引导装置的运动部件在运动过程中出现碰撞。
以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.用于微创手术的并联可拆卸式同心管机器人,其特征在于,包括入腹鞘管、若干单臂驱动系统和柔性器械臂;
若干所述单臂驱动系统之间并联,所述单臂驱动系统连接柔性器械臂,若干所述柔性器械臂分别设置在入腹鞘管上开设的器械臂通道中,所述柔性器械臂包括若干同心管(12);
所述单臂驱动系统包括单管驱动模块,所述单管驱动模块中设置有引导装置和同心管(12),所述引导装置中设置有驱动机构、直线传动机构和旋转传动机构,所述直线传动机构和旋转传动机构均与驱动机构中的驱动器(37)连接,所述直线传动机构连接旋转传动机构,所述同心管(12)安装在旋转传动机构上,所述旋转传动机构上设置有防碰撞装置。
2.根据权利要求1所述的用于微创手术的并联可拆卸式同心管机器人,其特征在于,所述同心管(12)包括外管(44)、中管(45)和内管(46),所述相邻的外管(44)、中管(45)和内管(46)之间相互嵌套,所述外管(44)、中管(45)和内管(46)的轴线重合。
3.根据权利要求2所述的用于微创手术的并联可拆卸式同心管机器人,其特征在于,所述单管驱动模块包括外管单管驱动单元(6)、中管单管驱动单元(7)和内管单管驱动单元(8),所述外管(44)设置在外管单管驱动单元(6)上,所述中管(45)设置在中管单管驱动单元(7)上,所述内管(46)设置在内管单管驱动单元(8)上。
4.根据权利要求1所述的用于微创手术的并联可拆卸式同心管机器人,其特征在于,所述引导装置包括载板(10),所述载板(10)的一侧通过螺栓安装有前盖(11),所述载板(10)的另一侧通过螺栓安装有后盖(9),所述驱动机构安装在后盖(9)内,所述直线传动机构和旋转传动机构均安装在前盖(11)内,所述后盖(9)的一端面上安装有散热器(41)和蜂鸣器(42),所述后盖(9)的一侧面上设置有品字插座(43)。
5.根据权利要求1所述的用于微创手术的并联可拆卸式同心管机器人,其特征在于,所述驱动机构包括第一支撑板(36)、第二支撑板(38)和电压分配转接器(40),所述第一支撑板(36)、第二支撑板(38)和电压分配转接器(40)均固定安装在载板(10)上,所述驱动器(37)安装在第一支撑板(36)上,所述第二支撑板(38)上安装有电源(39),所述电源(39)连接电压分配转接器(40)。
6.根据权利要求1所述的用于微创手术的并联可拆卸式同心管机器人,其特征在于,所述直线传动机构包括滑台(18),所述滑台(18)上固定安装有第一步进电机(13)和导轨(15),所述导轨(15)上滑动安装有滑块(14),所述滑块(14)上通过电机支架(17)固定安装有第二步进电机(16),所述第一步进电机(13)和第二步进电机(16)均与驱动器(37)连接。
7.根据权利要求1所述的用于微创手术的并联可拆卸式同心管机器人,其特征在于,所述旋转传动机构包括同步带(20),所述同步带(20)的一端连接大带轮(19),所述同步带(20)的另一端连接小带轮(22),所述大带轮(19)固定安装在第二步进电机(16)的电机轴上,所述小带轮(22)安装在小带轮底座(23)上,所述小带轮底座(23)与电机支架(17)通过连接板(21)连接,所述连接板(21)连接电压分配转接器(40),所述小带轮(22)上安装有夹紧装置固定座(25),所述夹紧装置固定座(25)上安装有夹紧装置(24),所述同心管(12)通过螺栓固定在加紧装置(24)上。
8.根据权利要求1所述的用于微创手术的并联可拆卸式同心管机器人,其特征在于,所述防碰撞装置包括传感器保持架(28),所述传感器保持架(28)安装在旋转传动机构的外壳(27)上,所述传感器保持架(28)上安装有接近传感器(26),所述接近传感器(26)连接蜂鸣器(42)。
9.根据权利要求1所述的用于微创手术的并联可拆卸式同心管机器人,其特征在于,所述入腹鞘管上还开设有注水通道(32)、内窥镜通道(35)和若干辅助通道。
10.一种权利要求1~9任一项所述的用于微创手术的并联可拆卸式同心管机器人的工作方法,其特征在于,包括:
驱动器(37)控制直线传动机构进行直线运动,带动同心管(12)直线运动;
驱动器(37)控制旋转传动机构转动,带动同心管(12)旋转运动;
同心管(12)之间相对运动,防碰撞装置中的接近传感器(26)与相邻的旋转传动机构的外壳(27)距离小于5mm时,接近传感器(26)闪烁,同时引导装置的后盖(9)上安装的蜂鸣器(42)发出蜂鸣声。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311789545.0A CN117547358A (zh) | 2023-12-22 | 2023-12-22 | 用于微创手术的并联可拆卸式同心管机器人及其工作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311789545.0A CN117547358A (zh) | 2023-12-22 | 2023-12-22 | 用于微创手术的并联可拆卸式同心管机器人及其工作方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN117547358A true CN117547358A (zh) | 2024-02-13 |
Family
ID=89811131
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202311789545.0A Pending CN117547358A (zh) | 2023-12-22 | 2023-12-22 | 用于微创手术的并联可拆卸式同心管机器人及其工作方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN117547358A (zh) |
-
2023
- 2023-12-22 CN CN202311789545.0A patent/CN117547358A/zh active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11659978B2 (en) | Minimally invasive surgical system | |
CN111437036B (zh) | 一种应用于微创手术的蛇形手术机器人 | |
US10695136B2 (en) | Preventing instrument/tissue collisions | |
EP3556314B1 (en) | Robotic manipulator having two degrees of freedom and surgical robot | |
US6676669B2 (en) | Surgical manipulator | |
JP2021037301A (ja) | マルチポート手術ロボットシステム構造 | |
CN209464087U (zh) | 一种腹腔镜机械持镜手臂 | |
CN110269684B (zh) | 一种柔性手术终端模块及喉部微创手术柔性机器人 | |
CN111888012A (zh) | 手术器械平台 | |
JP2022543572A (ja) | 拡張可能なプリズムリンクを有するロボットアーム | |
CN113180836B (zh) | 输入装置、主操作设备及手术机器人 | |
WO2023061184A1 (zh) | 手术机器人、手术器械和力传递装置 | |
EP1843713A1 (en) | Robotized system for the control and micrometric actuation of an endoscope | |
CN114767274A (zh) | 立体定位微型手术机器人 | |
CN117547358A (zh) | 用于微创手术的并联可拆卸式同心管机器人及其工作方法 | |
CN109498159B (zh) | 一种多自由度神经外科手术器械操作装置 | |
CN112603541A (zh) | 一种点动控械机械手 | |
CN113796962A (zh) | 一种器械臂 | |
EP3508159B1 (en) | Flexible surgical instrument system with prepositioned drive input | |
CN110811842A (zh) | 便携式输尿管软镜机器人 | |
CN214434488U (zh) | 一种点动控械机械手 | |
CN216455118U (zh) | 一种自动化微创手术工具 | |
US20240164855A1 (en) | Mechanical Arm and Control Method Therefor | |
Ahmadi et al. | Endocat: An ethercat-based articulated rear view endoscope for single port surgery | |
CN118161270A (zh) | 视网膜下注射手术机器人 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |