CN117942171B - 一种软式内镜操作机器人以及软式内镜机器人系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种软式内镜操作机器人以及软式内镜机器人系统，软式内镜操作机器人包括台车、第一机械臂和第二机械臂，所述第一机械臂和所述第二机械臂设置于所述台车，所述第一机械臂用于装设操作所述软式内镜的操作部的操作装置，所述第二机械臂用于装设输送所述软式内镜的头端部的输送装置；所述第一机械臂位于所述台车的上方，所述第一机械臂的重心，在竖向上向所述台车的支撑面投影，所述第一机械臂的重心的投影落入所述支撑面内。该方案可以实现机器人的小型化、轻量化设计，结构得以简化、成本得以降低。

Description

一种软式内镜操作机器人以及软式内镜机器人系统

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种软式内镜操作机器人以及软式内镜机器人系统。

背景技术

软式内镜是常见的检查或者治疗器械。比如，消化道、呼吸道等自然腔道是人类常见疾病好发部位，由于病灶处于人体自然腔道内部，因此需要通过软式内镜进行检查或手术治疗。

传统的软式内镜检查或手术，需要医生双手配合，一手把持镜体、操作旋钮，另一个手完成手工输送镜体的动作。有的检查或手术需要在放射线的图像引导下进行，医务人员需要穿戴沉重的铅制防护服等长时间手工操作软式内镜，对医务人员诊疗操作质量、体力和健康影响较大，尤其对经验丰富的年长或女性医务人员制约更大，甚至被迫放弃内镜工作。

随着机器人辅助技术的发展，医生可以通过机器人对软式内镜进行调节，机器人包括台车和两个机械臂，分别是持镜臂、输送臂，持镜臂和输送臂悬设在台车的侧面，两个机械臂均为六自由度，长度较长，台车相应地也配设为体积较大、较重，则存在机器人结构复杂、成本高的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种软式内镜操作机器人以及软式内镜机器人系统，可以实现机器人的小型化、轻量化设计，结构得以简化、成本得以降低。

本发明提供的软式内镜操作机器人，包括台车、第一机械臂和第二机械臂，所述第一机械臂和所述第二机械臂设置于所述台车，所述第一机械臂用于装设操作所述软式内镜的操作部的操作装置，所述第二机械臂用于装设输送所述软式内镜的头端部的输送装置；

所述第一机械臂位于所述台车的上方，所述第一机械臂的重心，在竖向上向所述台车的支撑面投影，所述第一机械臂的重心的投影落入所述支撑面内。

可选地，所述第一机械臂和所述操作装置整体的重心，在竖向上向所述台车的支撑面投影，所述第一机械臂和所述操作装置整体的重心的投影落入所述支撑面内。

可选地，所述第一机械臂包括第一连杆和第二连杆，所述第二连杆和所述第一连杆转动连接，所述第二连杆连接有所述操作装置，所述第一连杆设置于所述台车；沿竖向投影，所述第一连杆的投影位于所述台车的顶部的投影内。

可选地，所述第二连杆包括依次相接的第一连杆段、第二连杆段以及第三连杆段，所述第三连杆段用于连接所述操作装置；所述第二连杆段和所述第一连杆段垂直，所述第三连杆段和所述第二连杆段垂直，所述第二连杆段、所述第一连杆段长度方向的中心线位于同一平面内；沿竖向投影，所述第一连杆段以及所述第二连杆段的投影位于所述台车的顶部的投影内。

可选地，所述软式内镜操作机器人包括器械操作平台，所述器械操作平台设置于所述第一连杆，所述第一连杆包括弧形杆段，所述器械操作平台的部分位于所述弧形杆段的开口内。

可选地，所述第二机械臂位于所述台车的侧部；所述第一机械臂、所述第二机械臂、所述操作装置、所述输送装置整体的重心，在竖向上向所述台车的支撑面投影，对应的投影落入所述支撑面内。

可选地，还包括设置于所述台车的第一导轨和第二导轨，所述第一导轨和所述第二导轨水平延伸且相互平行，所述第一机械臂可沿所述第一导轨移动，所述第二机械臂可沿所述第二导轨移动。

可选地，还包括设置于所述台车的第一导轨和第二导轨，所述第一导轨和所述第二导轨水平延伸且相互平行，所述第一机械臂的所述第一连杆可沿所述第一导轨移动，所述第二机械臂可沿所述第二导轨移动；所述第一连杆和所述第二连杆绕第一转动轴线转动，所述第一导轨、所述第二导轨与所述第一转动轴线垂直。

可选地，所述台车包括长方体的台车本体，所述第一导轨位于所述台车本体的顶部，所述第一导轨与所述台车本体的长度方向平行；所述第二导轨位于所述台车本体的长度方向的一个侧部。

可选地，所述第二机械臂位于所述台车的侧部；所述第二机械臂包括第三连杆、第四连杆，所述第三连杆可沿所述第二导轨移动；所述第三连杆和所述第四连杆转动连接，转动轴线为第三转动轴线；所述第四连杆和所述输送装置连接；

所述第四连杆包括第四连杆段、第五连杆段以及第六连杆段，所述第四连杆段竖向延伸，所述第五连杆段跨设在所述第二导轨的上方，所述第六连杆段位于所述第五连杆段的上方并竖向延伸。

可选地，所述第二机械臂位于所述台车的侧部；所述第二机械臂包括第五连杆，所述第五连杆竖向延伸，所述第五连杆沿所述第二导轨移动，所述第五连杆连接所述输送装置；所述台车设置有转动机构，所述转动机构带动所述第二机械臂转动。

可选地，所述第二机械臂位于所述台车的侧部；所述第二机械臂包括第一弧形轨道、第二弧形轨道，所述第一弧形轨道可沿所述第一导轨移动，所述第二弧形轨道可沿所述第一弧形轨道移动，所述输送装置可沿所述第二弧形轨道移动；

所述第一弧形轨道和所述第二弧形轨道的旋转轴线相交，相交的位置为所述软式内镜操作机器人的远心点。

本发明还提供一种软式内镜机器人系统，包括上述任一项所述的软式内镜操作机器人，还包括内镜工作站以及对所述软式内镜操作机器人执行远程操控的控制台。

该申请方案中第一机械臂的重心投影落入在台车的支撑面内。以第一机械臂连接于台车的位置为支点，当第一机械臂的重心的投影落入在台车的支撑面内，则第一机械臂相对支点产生的力矩都可以由台车支撑力矩予以抵消，无论第一机械臂如何动作，也不易导致台车侧翻，台车也就无需设置为体积较大、重量较重以作为配重使用，本实施例中的台车可以小型化、轻量化设计，则结构得以简化、成本得以降低。

附图说明

图1为本发明实施例中软式内镜机器人系统的结构示意图；

图2为图1中软式内镜的结构示意图，该软式内镜具体为消化软式内镜；

图3为图1中软式内镜操作机器人的结构示意图；

图4为图3的右视图；

图5为图3中软式内镜操作机器人的第一机械臂装设软式内镜的结构示意图；

图6为图3中台车的侧部设置第二机械臂的结构示意图；

图7为图3中台车的结构示意图；

图8为图3中台车的升降机构的结构示意图；

图9为图3中台车设置力控把手位置的结构示意图；

图10为本发明实施例中另一种力控把手的结构示意图；

图11为本发明实施例中另一种第二机械臂的结构示意图；

图12为本发明实施例中软式内镜机器人设置又一种第二机械臂的结构示意图；

图13为图12中第二机械臂的结构示意图；

图14为图13中第一弧形轨道和第二弧形轨道位置的放大示意图；

图15为图14中第一弧形轨道和第一滑块配合的结构示意图；

图16为图14中第二弧形轨道和第二滑块配合的结构示意图；

图17为图16中另一视角的示意图；

图18为图15中第一弧形轨道和第一滑块配合位置的仰视视角的结构示意图；

图19为图3中器械操作平台的主要结构示意图；

图20为本发明实施例中另一种器械操作平台与台车组装的结构示意图；

图21为图3中输送装置的结构示意图；

图22为图3中操作装置的结构示意图；

图23为图20中软式内镜操作机器人携带软式内镜后，罩设隔离罩的结构示意图；

图24为图1中控制台的结构示意图。

附图中的附图标记说明如下：

100-控制台；101-显示设备；102-手柄；103-脚踏开关；

200-内镜工作站；

300-软式内镜；301-操作部；3011-工作站接口；3012-大波轮；3013-小波轮；3014-器械通道入口；3015-功能按钮；3016-吸引阀按钮；3017-水汽阀按钮；302-插入部；303-头端部；

400-软式内镜操作机器人；

401-第一机械臂；4011-第一连杆；4012-第二连杆；40121-第一连杆段；40122-第二连杆段；40123-第三连杆段；4013-第一关节模组；4014-第二关节模组；4015-第一力传感器；

402-第二机械臂；4021-第三连杆；4022-第四连杆；40221-第四连杆段；40222-第五连杆段；40223-第六连杆段；4023-第三关节模组；4024-第四关节模组；4025-第五连杆；4026-第一轨道机构；40261-第一弧形轨道；40262-第一弧形齿轮；40263-第一电机；40264-第一滑块；40265-第一电机齿轮；40266-从动齿轮；40267-锥齿轮；40268-轨道基座；40269-约束滚子；40260-轴承；4027-第二轨道机构；40271-第二弧形轨道；40272-第二弧形齿轮；40273-第二电机；40274-第二滑块；40275-第二电机齿轮；4028-第二力传感器；4029-基座；

403-台车；4031-台车本体；40311-第一壳体；40312-第二壳体；4032-力控把手；4033-支撑轮；4034-升降机构；

404-操作装置；4041-适配器；40411-适配器卡爪；4042-驱动结构；40421-驱动卡爪；4043-操作装置基座；

405-第一导轨组件；4051-导轨电机；4052-丝杆；4053-螺母；4054-第一导轨；4055-导轨滑块；4056-底板；406-第二导轨组件；4067-导轨壳体；

407-输送装置；4071-驱动部件；4072-耗材部件；4073-对接盘；4074-卡扣；

408-器械操作平台；4081-导引管；4082-器械；40821-器械执行器；4083-平台基座；4084-导向柱；4085-器械驱动结构；40852-卡扣；40851-对接盘；4086-滑台；

500-手术台；

600-隔离罩。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1，图1为本发明实施例中软式内镜机器人系统的结构示意图。

该实施例中的软式内镜机器人系统包括软式内镜操作机器人400以及对软式内镜操作机器人400执行远程操控的控制台100，控制台100由操作人员控制，操作人员通过控制台100对软式内镜操作机器人400进行操控，使软式内镜操作机器人400操控软式内镜300。软式内镜机器人系统还可以设置配套的内镜工作站200，软式内镜操作机器人400可以将软式内镜300读取的数据等传输给内镜工作站200，以便于观测，控制台100可以直接控制软式内镜操作机器人400，也可以通过内镜工作站200对软式内镜操作机器人400进行控制。

请参考图2，图2为图1中软式内镜300的结构示意图，该软式内镜300具体为消化软式内镜，也可以是其他类型的软式内镜300，例如泌尿软式内镜、支气管镜等。

该实施例中的软式内镜300包括插入部302，插入部302包括管状结构，软式内镜300还包括位于插入部302两端的头端部303和操作部301。在执行手术操作插入软式内镜300时，按照传统的医师操作，则医师需一手手持软式内镜300的前端，将头端部303送入人体，另一手手持操作部301，操作部301包括工作站接口3011、大波轮3012、小波轮3013、器械通道入口3014、功能按钮3015、吸引阀按钮3016、水汽阀按钮3017等。操作时，操作部301一般置于医师胸前位置，通过操作部301上的功能按钮3015对头端部303进行控制，一般以拇指、中指和无名指调节不同的功能按钮，如通过拇指控制大波轮3012和小波轮3013两个旋钮，以调节软式内镜300的成像角度和视野，中指控制水汽阀按钮3017进行注气、注水，食指控制吸引阀按钮3016将液体吸出等。在控制软式内镜300的进退时，需要旋转镜身，以维持良好视野，头端部303通过插入部302的移动以到达病灶或者需要活检处，从器械通道入口3014装入对应的操作器械，经插入部302内部的器械通道，送至头端部303，而后由软式内镜300的头端部303的镜下视野配合，完成对应操作。

由于软式内镜300与操作器械在人体内涉及多种操作，对医师具有较高要求，软式内镜300上还设置工作站接口3011，图1中软式内镜机器人系统还设置有内镜工作站200，软式内镜300的工作站接口3011和内镜工作站200连接，以便读取镜下视野。本实施例中，软式内镜操作机器人400替代操作人员，直接对软式内镜300进行操控，作为操作人员的医师通过控制台100控制即可，操作精度更高，而且可以降低医师的体力和手工操作疲劳，降低手术的操作要求，减少对医务人员的辐射，同时可以提高医务人员与影像之间的交互。

如图3-5所示，图3为图1中软式内镜操作机器人400的结构示意图；图4为图3的右视图；图5为图3中软式内镜操作机器人400的第一机械臂401装设软式内镜300的结构示意图。

该实施例中的软式内镜操作机器人400包括台车403、第一机械臂401和第二机械臂402，第一机械臂401和第二机械臂402设置于台车403，第一机械臂401用于操作软式内镜300的操作部301，具体地，第一机械臂401的末端用于装设操作装置404，即操作装置404分体安装或者一体设置于第一机械臂401，操作装置404与操作部301配套，用于对软式内镜300的操作部301进行操控，第二机械臂402用于输送软式内镜300的头端部303，具体地，第二机械臂402的末端设置有输送装置407，输送装置407和头端部303配套，输送装置407用于将软式内镜300的头端部303向人体内输送。

详细地，第一机械臂401包括第一连杆4011和第二连杆4012，第一机械臂401的第一连杆4011设置于台车403，第二连杆4012的一端和第一连杆4011转动连接，定义二者的转动轴线为第一转动轴线J2，第一机械臂401包括第一关节模组4013，第一连杆4011和第二连杆4012具体可以通过第一关节模组4013实现转动连接，第二连杆4012的另一端（即末端）连接有用于操作操作部301的操作装置404，具体地，第一机械臂401还包括第二关节模组4014，第二连杆4012的末端通过第二关节模组4014和操作装置404转动连接，转动轴线定义为第二转动轴线J3，第一转动轴线J2和第二转动轴线J3相互垂直，第一转动轴线J2水平延伸，实现第二连杆4012的俯仰调节，第二关节模组4014可以调节软式内镜300的角度，第一转动轴线J2和第二转动轴线J3可以相交在一个平面，也可以不相交。操作装置404和第一机械臂401之间可以设置第一力传感器4015，具体地，第一力传感器4015可以设置在第二关节模组4014和操作装置404之间，第一力传感器4015例如是六维力传感器，可以根据受力变化，控制第一机械臂401的动作。

值得注意的是，如图3所示，本实施例中的第一机械臂401位于台车403的上方，且，第一机械臂401的重心，在竖向上向台车403的支撑面投影，第一机械臂401的重心的投影落入支撑面内。

台车403的支撑面即由台车403的支撑位围合形成的面，台车403支撑在地面或者其他基础上，支撑位为台车403和地面或者其他基础支撑接触的部位。图3中台车403的底部设置有多个支撑轮4033，具体设置四个支撑轮4033，每个支撑轮4033与地面或者其他基础接触的位置即为支撑位，则四个支撑轮4033围合形成的矩形面为台车403的支撑面，本实施例中的台车403的底部为矩形，支撑轮4033设置在台车403底部的四角，支撑面和台车403在竖向的投影也基本重合。可以理解，如果设置三个支撑轮，则围合形成的三角形面为支撑面，如果台车403的整个底部支撑在地面或者其他基础上，则台车403的整个底部所对应的面为支撑面，这里不再一一例举。需要说明的是，第一机械臂401的姿态可以发生变化，这里所述的投影位于支撑面内，是指第一机械臂401在任意姿态下，其重心在竖向上的投影均位于台车403的支撑面内，下述其他涉及到投影位于支撑面内的作同样理解，即不受部件姿态的影响。

定义第一机械臂401连接于台车403的位置为支点，当第一机械臂401的重心的投影落入在台车403的支撑面内，则第一机械臂401相对支点产生的力矩都可以由台车403支撑力矩予以抵消，无论第一机械臂401如何动作，也不易导致台车403侧翻，台车403也就无需设置为体积较大、重量较重以作为配重使用，本实施例中的台车403可以小型化、轻量化设计，示例性地，图3中的台车403为较薄的长方体柜体结构，结构简单紧凑，体积小，重量相对较轻。

在台车403得以小型化、轻量化设计的前提下，台车403在实际操作中，可以更为灵活地调整位置。仍看图3，台车403包括台车本体4031，台车本体4031的底部设置支撑轮4033，则台车403可以通过支撑轮4033相对精确地调节台车403的位置，以达到一定程度上对操作装置404、输送装置407的方位进行调节的目的，这样，第一机械臂401和第二机械臂402可以和台车403配合，共同实现操作装置404、输送装置407的位置调节，则第一机械臂401和第二机械臂402无需设置过多的自由度，图3中的第一机械臂401、第二机械臂402设置三个自由度即可，在其他实施例中，自由度还可以设置为少于三个，此时，第一机械臂401和第二机械臂402的结构也就可以设置为更加简单，反过来，重心也更易于设置为落入到台车403的支撑面内。本实施例中的支撑轮4033可以是麦克纳姆轮，配合电机使用，以形成主动的多个方向的平面运动，配合机械臂实现远心运动，运动调节精度也较高。支撑轮4033也可以是被动轮，例如万向轮，可以配合自锁装置。

如图3所示，第一机械臂401的末端设置有操作装置404，则可以设置为：第一机械臂401和操作装置404整体的重心，在竖向上向台车403的支撑面投影，第一机械臂401和操作装置404整体的重心的投影落入支撑面内。操作装置404也具有一定的重量，则第一机械臂401装设操作装置404后，台车403依然可以保持相对较为稳定的状态，对台车403的配重要求低，保证操作装置404不影响第一机械臂401相对台车403的稳定性。可以理解，相对整个软式内镜操作机器人400，第一机械臂401需要把持软式内镜300，其体积和重量均占据较大的比例，因为输送装置407相对操作装置404而言尺寸小、质量轻，用于支撑输送装置407的第二机械臂402设计载荷较小，第二机械臂402的刚度小、整体轻，这里将第一机械臂401稳定设置于台车403，轻量化、小型化的台车403的稳定性已经得以保障，而对第一机械臂401和操作装置404整体的重心进行进一步的限定，则稳定性更为可靠，对台车403的重量要求等进一步降低。

为了方便地实现第一机械臂401的重心的投影位于台车403的支撑面内，如图3所示，沿竖向投影，第一连杆4011的投影位于台车403的顶部的投影内，具体即位于台车本体4031的顶部的投影内。第一连杆4011作为第一机械臂401的一部分，如此设置可以位于台车本体4031的正上方，如图4所示，这样，第一机械臂401的重心更易于靠近台车403的重心，从而易于实现重心投影落入到台车403的支撑面内。图4中，台车本体4031的顶部的宽度尺寸（图4左右方向的尺寸）向上渐缩，顶部端面的宽度较窄，可以减重。但可知，台车本体4031可以设置为整体等宽的长方体结构。

如图5所示，第一机械臂401的第二连杆4012包括依次相接的第一连杆段40121、第二连杆段40122以及第三连杆段40123，第三连杆段40123用于连接操作装置404；第一连杆段40121位于第一连杆4011的上方，并向上倾斜延伸，第二连杆段40122和第一连杆段40121垂直，第三连杆段40123和第二连杆段40122垂直；沿竖向投影，第一连杆段40121以及第二连杆段40122的投影均位于台车403的顶部的投影内。从图5可以看出，第一连杆段40121、第二连杆段40122的长度方向的中心线位于同一平面内，可以和第一连杆4011的长度方向中心线位于同一平面内，或者位于相互平行的平面内，第一连杆段40121、第二连杆段40122以及第一连杆4011都位于台车403的正上方，这样第二连杆4012的大部分和第一连杆4011都设置在台车403的正上方，则利于实现第一机械臂401的重心落入到台车403的支撑面内。第三连杆段40123则朝向台车403的一侧，第三连杆段40123作为第一机械臂401的末端，用于连接操作装置404，第三连杆段40123朝向台车403的一侧，则安装的操作装置404与软式内镜300装配后，软式内镜300与台车403在水平方向上可以偏离一定距离，避免软式内镜300在位置调节过程中与第一机械臂401或者台车403产生相互干涉。可以理解，沿竖向投影，第三连杆段40123的投影的部分可以位于台车403的投影之外，只要满足避免干涉即可，第三连杆段40123可以设置为相对较短，其长度可以远小于第二连杆段40122、第一连杆段40121的长度。

另外，如图5所示，该实施例中的第一连杆4011包括弧形杆段。图3中，该实施例中的软式内镜操作机器人400包括器械操作平台408，器械操作平台408可以通过软式内镜300将相应的器械向人体内输送。本实施例中，器械操作平台408设置于第一连杆4011，弧形杆段具有开口，器械操作平台408的部分可以位于弧形杆段的开口内，这样可以避让器械操作平台408，使器械操作平台408能够有足够的安装空间。

可继续参考图3，并结合图6理解，图6为图3中台车403的侧部设置第二机械臂402的结构示意图，第二机械臂402的末端连接有输送装置407，软式内镜300的头端部303位于输送装置407，输送装置407用于输送头端部303至人体。

本实施例中的第二机械臂402位于台车403的一个侧部，使用过程中，如图1所示，该侧部为靠近并朝向位于手术台500上的患者B的侧部，第二机械臂402相当于悬设在台车403的侧部，以便于向人体输送软式内镜300的头端部303。此时，可以设置为：第一机械臂401、第二机械臂402、操作装置404、输送装置407整体的重心，在竖向上向台车403的支撑面投影，投影落入支撑面内。即对于整个软式内镜操作机器人400而言，重心位于支撑面内，与前述原理相同，这样整个软式内镜操作机器人400的稳定性更好，台车403在进一步的小型化、轻量化的设置基础上即可实现结构的稳定。可以理解，也可以是第一机械臂401、第二机械臂402、操作装置404、输送装置407、装设后的软式内镜300的整体的重心，在竖向上向台车403的支撑面投影，投影落入支撑面内。

请继续参考图3-6，并结合图7理解，图7为图3中台车403的结构示意图，图7中台车403上部的壳体未予显示，以便示意出第一导轨组件405、第二导轨组件406的具体结构，第二导轨组件406的部分位于台车403上部的壳体内，沿导轨长度方向的另一部分可以伸出台车403上部的壳体，以便与本实施例中位于台车403侧部的第二机械臂402配合。

该实施例中的软式内镜操作机器人400还包括设置于台车403的第一导轨组件405和第二导轨组件406，第一导轨组件405包括第一导轨4054，第二导轨组件406包括第二导轨（图中未示出），第一机械臂401可沿第一导轨4054移动，即沿J1方向移动，J1方向和第一转动轴线J2垂直，第一连杆4011的长度中心线，可以设置为与第一导轨4054的中心线大致位于同一平面内。第二机械臂402可沿第二导轨移动，也是沿J1方向移动，即第一导轨4054和第二导轨水平延伸且相互平行。在软式内镜操作机器人400的使用过程中，台车403自身通过例如支撑轮4033等行走机构，可以沿着J1方向靠近或者远离患者，第一机械臂401和第二机械臂402可以沿J1方向移动，则可以进一步实现微调，以更为精准地将软式内镜300的头端部303向人体内输送。可知，在本实施例中台车403得以小型化、轻量化设计的前提下，台车403可以实现移动以相对精准地调节位置，故不设置第一导轨4054、第二导轨也可以，设置两个导轨，使得第一机械臂401和第二机械臂402具有J1方向的移动自由度，则精度调节会更灵活。可知，第一机械臂401也不限于设置转动连接的第一连杆4011和第二连杆4012，但第二连杆4012的转动连接利于实现长度较长的软式内镜300的调节，同样，J1方向的自由度，也利于实现长度较长的软式内镜300的调节，使得软式内镜操作机器人400的适用范围更广。

上述的第一导轨组件405除了设置对应的第一导轨4054之外，还配设导轨电机4051、丝杆4052、螺母4053、导轨滑块4055以及底板4056，导轨电机4051、丝杆4052、第一导轨4054都设置在底板4056上，底板4056安装于台车403。导轨电机4051驱动丝杆4052转动，螺母4053卡设在第一导轨4054上，丝杆4052转动带动螺母4053沿第一导轨4054移动，第一连杆4011的底部设置导轨滑块4055，导轨滑块4055和螺母4053固定，从而带动第一连杆4011沿第一导轨4054移动。可知，不单独设置导轨滑块4055也可以，螺母4053和导轨滑块4055可以一体设置，这里不再展开论述。第一连杆4011沿第一导轨4054移动的方式也不限于此，例如由气缸等直接驱动也可以，当然，导轨电机4051驱动的移动精度更高，成本也较低，体积也较小。第二导轨组件406的结构与第一导轨组件405的结构相同，不再重复论述。

如图8所示，图8为图3中台车403下部的结构示意图。

台车403还包括升降机构4034，台车403包括台车本体4031，台车本体4031包括嵌套的第一壳体40311和第二壳体40312，升降机构4034设置在第一壳体40311和第二壳体40312内部，升降机构4034与上述的第一导轨组件405的结构可以相同，即由电机、丝杆、螺母等实现直线移动，区别在于第一导轨组件405的第一导轨4054水平布置，升降机构4034的导轨竖直布置。第一壳体40311位于第二壳体40312的上侧，第一导轨组件405和第二导轨组件406安装于第一壳体40311的上侧，可以配设上部壳体以罩设第一导轨组件405和第二导轨组件406，当然需要预留出一定的间隙，以不干涉第一机械臂401、第二机械臂402的移动。升降机构4034可以带动第一壳体40311相对第二壳体40312升降，相应地，也就可以带动第一机械臂401、第二机械臂402升降，从而进一步增加位置调整的灵活性。

第一导轨组件405和第二导轨组件406的设置方式也可以如台车本体4031，即导轨组件也包括相互嵌套的两个壳体，如图7所示，第二导轨组件406设置有导轨壳体4067。如此设置，在移动过程中，可将导轨以及电机等驱动部件防护在壳体内部，实现防尘防水以及保证移动副间隙功能。

请继续参考图3，本实施例中的台车403包括长方体的台车本体4031，第一导轨4054、第二导轨均与台车本体4031的长度方向平行，如前所述，图4中台车本体4031的顶部的宽度渐缩，顶部端面露出第一导轨4054，第一导轨组件405位于台车本体4031的内部，可以简化结构、减重。第二导轨位于台车本体4031的长度方向的一个侧部，结合图1理解，在使用过程中，该侧部朝向患者B。如前所述，该实施例主要是将第一机械臂401设置到台车403的正上方，将重心内收，降低对台车403的配重要求，此时忽略第一机械臂401的粗细，而将第一机械臂401的第一连杆4011和第二连杆4012的第一连杆段40121、第二连杆段40122原理化为线结构理解，则第一机械臂401沿J1方向的移动以及沿J2方向的俯仰调节，均大致在一个平面（过J1方向的竖直面）内运动，将台车本体4031沿J1方向设置为长方体的长度方向，以满足第一机械臂401的运动，在运动过程中，重心落入在台车403的支撑面内，而在水平面内垂直于J1的方向，台车本体4031的尺寸可以设置为较小，作为台车本体4031的宽度，装设操作装置404和软式内镜300后，重心仍能保证稳定即可，此时设置出长方体的台车本体4031，结构小型化、又简单。

请参考图9，图9为图3中台车403设置力控把手4032位置的示意图。

本实施例中，台车403上有力控把手4032，力控把手4032的两侧安装有两个三自由度力传感器，可以检测操控力控把手4032的力，以便更精确地控制台车403的移动。再看图10，图10为本发明实施例中另一种力控把手4032的结构示意图。力控把手4032设置一个六维力传感器也可以，以替代两个三自由度力传感器。力控把手4032的力传感器通过检测人推力，以映射、换算为台车403的运动速度，从而掌控台车403的位移。

再看图6，该实施例中的第二机械臂402包括第三连杆4021、第四连杆4022，第三连杆4021可沿第二导轨组件406的第二导轨移动；第三连杆4021和第四连杆4022转动连接，具体地，第二机械臂402包括第三关节模组4023，第三连杆4021和第四连杆4022通过第三关节模组4023转动连接，转动轴线为第三转动轴线J4，第三转动轴线J4沿竖向延伸；第四连杆4022和输送装置407转动连接，具体地，第二机械臂402包括第四关节模组4024，第四连杆4022和输送装置407通过第四关节模组4024转动连接，转动轴线为第四转动轴线J5，第四转动轴线J5沿水平方向延伸，可以对软式内镜300的头端部303的角度进行调节。此外，输送装置407和第二机械臂402之间可以设置第二力传感器4028，具体地，第二力传感器4028设置在第四关节模组4024和输送装置407之间，第二力传感器4028例如是六维力传感器，可以根据受力变化，控制第二机械臂402的动作。

此时，第四连杆4022包括依次相接的第四连杆段40221、第五连杆段40222以及第六连杆段40223，第四连杆段40221连接第三连杆4021，具体是通过第三关节模组4023连接第三连杆4021，第四连杆段40221位于第二导轨组件406的一侧，并竖向延伸，第五连杆段40222跨设在第二导轨组件406的上方，第六连杆段40223位于第五连杆段40222的上方并竖向延伸，相较于第四连杆段40221，第六连杆段40223位于第二导轨组件406的另一侧，第六连杆段40223的上端通过第四关节模组4024连接输送装置407，输送装置407和第三连杆4021大致位于第二导轨组件406的同一侧。如此设置，将第四连杆4022的大部分弯设至第二导轨组件406的另一侧，利于实现重心向台车403的中部靠近，减少偏移，有利于稳定。

请继续参考图11，图11为本发明实施例中另一种第二机械臂402的结构示意图。

图11中，第二机械臂402包括第五连杆4025，第五连杆4025竖向延伸，第五连杆4025可沿第二导轨组件406的第二导轨移动，第五连杆4025连接输送装置407，图11中，第五连杆4025和输送装置407直接连接，并未设置关节模组，此时，如前所述，台车403为小型化、轻量化结构，则台车403自身可以设置出转动机构，转动机构带动第二机械臂402转动，实现上述实施例中第四关节模组4024的功能。当然，第五连杆4025也可以通过关节模组和输送装置407连接。另外，也可以不设置第二导轨组件406，第五连杆4025直接连接在台车403的侧部。

再看图12、13，图12为本发明实施例中软式内镜操作机器人设置又一种第二机械臂402的结构示意图；图13为图12中第二机械臂402的结构示意图。

该实施例中的第二机械臂402包括第一弧形轨道40261、第二弧形轨道40271，第一弧形轨道40261连接于台车403，具体可以沿台车403上的第二导轨组件406的第二导轨移动，第二弧形轨道40271沿第一弧形轨道40261移动，第一弧形轨道40261和第二弧形轨道40271的圆心轴线相互垂直，图13中示意出第一弧形轨道40261的第一圆心轴线J7，以及第二弧形轨道40271的第二圆心轴线J6，第一圆心轴线J7竖直延伸，第二圆心轴线J6水平延伸，输送装置407可沿第二弧形轨道40271移动。

并且，第一弧形轨道40261和第二弧形轨道40271的圆心轴线相交，即第一圆心轴线J6和第二圆心轴线J7相交，相交的位置为软式内镜操作机器人400的远心点O。远心点O是在手术等操作过程中，保持位置不变的点，属于手术机器人领域的专用术语，比如，该软式内镜300为上消化内镜时，则头端部303需要从人体的口腔插入，远心点O可以对应于人体的口腔的位置，由于软式内镜300在手术或者检查过程中需要进行转动等操作，但处于远心点O位置的软式内镜300的部分可以保持位置不变，从而可以减少或者避免对人体的口腔部造成伤害。本实施例将第一弧形轨道40261和第二弧形轨道40271设置为圆心轴线相交，且相交的位置即为远心点O，这样，输送装置407相对第二弧形轨道40271的移动，以及第二弧形轨道40271相对第一弧形轨道40261的移动，都不会影响远心点O的位置，也就是说，输送装置407和第二弧形轨道40271任一者发生移动时，另一者无需为了保持远心点O不动而进行补偿移动，这样，第二机械臂402的控制就较为简单。可以理解，如前所述，在台车403的配合下，两个机械臂的自由度可以减少，则可以仅设置一个第一弧形轨道40261或者仅设置第二弧形轨道40271。

图13中，第一弧形轨道40261和第二弧形轨道40271的开口方向为台车403的长度方向，即均朝向患者的一侧，这样，可以尽量将轨道和远心点O拉开距离，避免设备操作过程中干涉远心点O，提高操作安全性。

关于远心点O，可以一并参考图6、11，如前所述，由于台车403的小型化、轻量化设计，台车403可以参与到实际的位置调整中，第一机械臂401、第二机械臂402的自由度可以设置较少，则远心点O保持不动的补偿调节相应更加简单。需要说明，图13、6、11中的远心点O以圆圈的方式示意，实际上远心点O为虚拟的点位。

请继续参考图14，图14为图13中第一弧形轨道40261和第二弧形轨道40271位置的放大示意图。

该实施例中的软式内镜操作机器人400包括第一轨道机构4026和第二轨道机构4027，第一轨道机构4026包括第一弧形轨道40261、第一滑块40264、第一弧形齿轮40262、第一电机40263以及第一电机齿轮40265，第一弧形轨道40261和第一弧形齿轮40262同心设置，第一电机40263的输出端和第一电机齿轮40265传动连接，第一电机40263还和第一滑块40264固定，第一电机齿轮40265和第一弧形齿轮40262传动连接，二者可以直接啮合连接，也可以通过其他齿轮间接地传动连接，第一电机40263驱动第一电机齿轮40265转动，在第一电机齿轮40265和第一弧形齿轮40262的配合下，第一滑块40264会沿第一弧形轨道40261移动。

如图16、17所示，图16为图14中第二弧形轨道40271和第二滑块40274配合的结构示意图；图17为图16中另一视角的示意图。

第二轨道机构4027与第一轨道机构4026的结构基本相同，包括第二弧形轨道40271、第二滑块40274、第二弧形齿轮40272、第二电机40273以及第二电机齿轮40275，第二弧形齿轮40272或者第二弧形轨道40271与第一滑块40264固定，第一滑块40264沿第一弧形轨道40261进行弧形轨迹的移动时，带动第二轨道机构4027沿第一弧形轨道40261转动。通过设置电机和齿轮的方式，实现沿对应的弧形轨道的移动，控制精准且可靠。可以设置基座4029，用于将输送装置407和第二滑块40274固定，基座4029和第二滑块40274之间可以设置第二力传感器4028。

如图18所示，图18为图15中第一弧形轨道40261和第一滑块40264配合位置的仰视视角的结构示意图。

第一滑块40264设置至少一组约束滚子40269，一组约束滚子40269的数量为两个，图18中设置两组约束滚子40269，总共四个约束滚子40269。一组约束滚子40269分别设置在第一弧形轨道40261的两侧，与第一弧形轨道40261限位配合，限制约束滚子40269脱离第一弧形轨道40261，保证滑动的稳定性。例如，第一弧形轨道40261的内侧和外侧可以设置出凹槽，约束滚子40269的部分位于凹槽中，或者约束滚子40269设置出环形的凹槽，第一弧形轨道40261的内侧或者外侧凸出设置，凸出部分嵌入约束滚子40269的凹槽中。约束滚子40269可以通过轴承40260和第一滑块40264连接，以减少摩擦。第二滑块40274同样可以设置约束滚子40269，原理相同，不再赘述。

另外图15中可以看出，第一轨道机构4026还设置有传动齿轮组，传动齿轮组包括锥齿轮40267和从动齿轮40266，从动齿轮40266与锥齿轮40267同轴设置并且安装于第一滑块40264，从动齿轮40266和第一弧形齿轮40262啮合，第一电机齿轮40265和锥齿轮40267啮合，如此设置，第一电机40263布置位置更加灵活，可避免干涉，第二轨道机构4026同样可以设置传动齿轮组。

第一轨道机构4026还设置有轨道基座40268，第一弧形轨道40261和第一弧形齿轮40262都设置在轨道基座40268上，第一弧形轨道40261、第一弧形齿轮40262以及轨道基座40268中的至少两者设置为一体式结构也可以。轨道基座40268可以和台车403的侧部固定，也可以固定在第二导轨组件406上，以沿第二导轨在J1向上移动。

以上对第一机械臂401、第二机械臂402以及台车403的结构进行详细介绍，下面再对软式内镜操作机器人400的器械操作平台408、输送装置407、操作装置404进行简单描述，器械操作平台408、输送装置407、操作装置404的主要结构和工作原理为现有技术，本方案不做过多的展开描述，但为更好地理解本方案，以下会对器械操作平台408、输送装置407、操作装置404的主要结构进行简单的介绍。

上述图3中，器械操作平台408固定于第一机械臂401的第一连杆4011上，可知，器械操作平台408也可以固定在第一导轨组件405的移动部件上，例如固定于导轨滑块4055上，可以随第一导轨组件405运动。器械操作平台408的输出处有导引管4081，导引管4081的另一端与软式内镜300的器械通道入口3014对接，器械操作平台408可控制器械经过导引管4081，进入至软式内镜300，并从头端部303出，以完成术中操作。

请继续参考图19，图19为图3中器械操作平台408的主要结构示意图。

本实施例中，器械操作平台408包括平台基座4083，以及设置于平台基座4083的器械驱动结构4085，平台基座4083上设置滑台4086，器械操作平台408还包括器械4082，器械4082设置器械执行器40821。其中器械4082通过器械4082的外壳的导向柱4084与滑台4086配合，器械驱动结构4085设置有卡扣40852和对接盘40851，器械4082与卡扣40852卡接完成与器械驱动结构4085的对接，转动对接盘40851，完成动力对接。

可继续参考图20，图20为本发明实施例中另一种器械操作平台408与台车403组装的结构示意图。

该实施例中，器械操作平台408单独放置，与台车403相互独立，这样，器械操作平台408的设计不受限制，设计更为灵活。而图4中，器械操作平台408设置于台车403，则结构一体化程度更好，而且如图4所示，器械操作平台408位于台车403的一侧，软式内镜300和操作装置404位于台车403的另一侧，器械操作平台408可以作为平衡操作装置404以及软式内镜300的配重使用，台车403的稳定性更易于保证。

可继续参考图21，图21为图3中输送装置407的结构示意图。

输送装置407包括驱动部件4071和耗材部件4072。耗材部件4072通过卡扣4074与驱动部件4071对接，并且可以通过型号识别模块判断当前的耗材部件4072是否符合术式需求。具体地，驱动部件4071还设置有对接盘4073，驱动部件4071可以通过对接盘4073将动力传递至耗材部件4072，耗材部件4072可以完成软式内镜300的夹紧、输送至患者体内以及旋转。

再看图22，图22为图3中操作装置404的结构示意图。

操作装置404主要包括适配器4041、驱动结构4042，还可以设置操作装置基座4043，驱动结构4042安装于操作装置基座4043，操作装置基座4043和第一机械臂401连接。适配器4041包括适配器卡爪40411，驱动结构4042包括驱动卡爪40421，通过驱动卡爪40421、适配器卡爪40411以及软式内镜300的大波轮3012、小波轮3013依次对接，传递扭转。适配器4041与驱动结构4042对接固定，然后再打开适配器4041，安装软式内镜300。通过驱动结构4042驱动适配器4041，再触发软式内镜300的按钮。亦可在适配器4041上安装直线电机40412直接触发软式内镜300的按钮。

再看图23，图23为图20中软式内镜操作机器人400携带软式内镜300后，罩设隔离罩600的结构示意图。

本实施例中，在安装输送装置407、软式内镜300及操作装置404后，可以给第一机械臂401、第二机械臂402安装隔离罩600，该隔离罩600可以为塑料等，实现粘液、体液乃至无菌的不同隔离需求，隔离罩600可以将两个机械臂、输送装置407、操作装置404以及软式内镜300均包裹在内，当然，隔离罩600也可以包裹台车403。

再继续参考图24，图24为图1中控制台100的结构示意图，还示意出操作人员A。

控制台100可以包括操作手柄102、医生身份识别模块、脚踏开关103、显示设备101、语音交互模块等，这些控制单元也可以布置在台车403上。操作人员A可以通过控制台100生成指令数据，包括手柄数据，开关数据、语音数据等。这些数据可以经过通信系统发送至软式内镜操作机器人300，以执行相应的操作。软式内镜操作机器人400的台车403内，可以设置对控制台100和台车403进行通信服务的服务器，服务器内可以设置对台车403获取的图像数据、语音数据、指令或状态数据进行网络传输的通信系统。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (11)

1.一种软式内镜操作机器人，其特征在于，包括台车、第一机械臂和第二机械臂，所述第一机械臂和所述第二机械臂设置于所述台车，所述第一机械臂用于装设操作所述软式内镜的操作部的操作装置，所述第二机械臂用于装设输送所述软式内镜的头端部的输送装置；

所述第一机械臂位于所述台车的上方，所述第一机械臂的重心，在竖向上向所述台车的支撑面投影，所述第一机械臂的重心的投影落入所述支撑面内；

所述第一机械臂和所述操作装置整体的重心，在竖向上向所述台车的支撑面投影，所述第一机械臂和所述操作装置整体的重心的投影落入所述支撑面内；

所述第一机械臂包括第一连杆和第二连杆，所述第二连杆和所述第一连杆转动连接，所述第二连杆连接有所述操作装置，所述第一连杆设置于所述台车；沿竖向投影，所述第一连杆的投影位于所述台车的顶部的投影内。

2.根据权利要求1所述的软式内镜操作机器人，其特征在于，所述第二连杆包括依次相接的第一连杆段、第二连杆段以及第三连杆段，所述第三连杆段用于连接所述操作装置；所述第二连杆段和所述第一连杆段垂直，所述第三连杆段和所述第二连杆段垂直，所述第二连杆段、所述第一连杆段长度方向的中心线位于同一平面内；沿竖向投影，所述第一连杆段以及所述第二连杆段的投影均位于所述台车的顶部的投影内。

3.根据权利要求1所述的软式内镜操作机器人，其特征在于，所述软式内镜操作机器人包括器械操作平台，所述器械操作平台设置于所述第一连杆，所述第一连杆包括弧形杆段，所述器械操作平台的部分位于所述弧形杆段的开口内。

4.根据权利要求1-3任一项所述的软式内镜操作机器人，其特征在于，所述第二机械臂位于所述台车的侧部；所述第一机械臂、所述第二机械臂、所述操作装置、所述输送装置整体的重心，在竖向上向所述台车的支撑面投影，对应的投影落入所述支撑面内。

5.根据权利要求1-3任一项所述的软式内镜操作机器人，其特征在于，还包括设置于所述台车的第一导轨和第二导轨，所述第一导轨和所述第二导轨水平延伸且相互平行，所述第一机械臂可沿所述第一导轨移动，所述第二机械臂可沿所述第二导轨移动。

6.根据权利要求1-3任一项所述的软式内镜操作机器人，其特征在于，还包括设置于所述台车的第一导轨和第二导轨，所述第一导轨和所述第二导轨水平延伸且相互平行，所述第一机械臂的所述第一连杆可沿所述第一导轨移动，所述第二机械臂可沿所述第二导轨移动；所述第一连杆和所述第二连杆绕第一转动轴线转动，所述第一导轨、所述第二导轨与所述第一转动轴线垂直。

7.根据权利要求6所述的软式内镜操作机器人，其特征在于，所述台车包括长方体的台车本体，所述第一导轨位于所述台车本体的顶部，所述第一导轨与所述台车本体的长度方向平行；所述第二导轨位于所述台车本体的长度方向的一个侧部。

8.根据权利要求6所述的软式内镜操作机器人，其特征在于，所述第二机械臂位于所述台车的侧部；所述第二机械臂包括第三连杆、第四连杆，所述第三连杆可沿所述第二导轨移动；所述第三连杆和所述第四连杆转动连接，转动轴线为第三转动轴线；所述第四连杆和所述输送装置连接；

所述第四连杆包括第四连杆段、第五连杆段以及第六连杆段，所述第四连杆段竖向延伸，所述第五连杆段跨设在所述第二导轨的上方，所述第六连杆段位于所述第五连杆段的上方并竖向延伸。

9.根据权利要求6所述的软式内镜操作机器人，其特征在于，所述第二机械臂位于所述台车的侧部；所述第二机械臂包括第五连杆，所述第五连杆竖向延伸，所述第五连杆沿所述第二导轨移动，所述第五连杆连接所述输送装置；所述台车设置有转动机构，所述转动机构带动所述第二机械臂转动。

10.根据权利要求6所述的软式内镜操作机器人，其特征在于，所述第二机械臂位于所述台车的侧部；所述第二机械臂包括第一弧形轨道、第二弧形轨道，所述第一弧形轨道可沿所述第一导轨移动，所述第二弧形轨道可沿所述第一弧形轨道移动，所述输送装置可沿所述第二弧形轨道移动；

所述第一弧形轨道和所述第二弧形轨道的旋转轴线相交，相交的位置为所述软式内镜操作机器人的远心点。

11.一种软式内镜机器人系统，其特征在于，包括权利要求1-10任一项所述的软式内镜操作机器人，还包括内镜工作站以及对所述软式内镜操作机器人执行远程操控的控制台。