CN201299596Y - 数字化微创机械臂手术系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种数字化微创机械臂手术系统,行走机构上安装有机箱,机箱上装有升降机构控制系统和升降机构,机械臂安装在升降机构上,机械臂上设有手部转动机构,手部转动机构上安装有手部摆动机构,手术器械进给机构固定在手部摆动机构上,手术器械握持机构安装到手术器械进给机构上,手术器械安装到手术器械握持机构上,升降机构控制系统、升降机构、机械臂、手部转动机构、手部摆动机构、手术器械进给机构和手术操作机构均与机箱内的控制系统连接。本实用新型减轻了手术医生体力操作精力消耗强度,提高手术精度及效果,并使得手术规划方案制定与规划得到实现。
Description
技术领域
本实用新型涉及医疗器械领域的装置,具体说是一种数字化微创机械臂手术系统。
背景技术
目前国内外使用的定位-导航手术设备主要是由纯机械安装方式等,或者是需要操作者手动操作方式的综合定位-导航装置,这些装置都需要操作者把持,没有办法作到精确定位和操作,会产生一定的误差,手术精度差,而且也对操作者的体力有相应的要求,使用极不方便。
发明内容:
发明目的:本实用新型的目的在于克服现有技术的不足,提供一种方便、准确、自动定向、导航和自动完成目标位置设置的数字化微创机械臂手术系统。
发明内容:一种数字化微创机械臂手术系统,包括行走机构、机箱、升降机构控制系统、升降机构、机械臂、手部转动机构、手部摆动机构、手术器械进给机构、手术器械握持机构和手术器械,行走机构上安装有机箱,机箱上部装有升降机构控制系统和升降机构,机械臂安装在升降机构上,机械臂上设有手部转动机构,手部转动机构上安装有手部摆动机构,手术器械进给机构固定在手部摆动机构上,手术器械握持机构安装到手术器械进给机构上,手术器械安装到手术器械握持机构上,升降机构控制系统和各控制驱动电机均与机箱内的控制系统连接。
所述的行走机构包括定向轮、万向轮、杠起螺杆和底盘,定向轮和万向轮安装在底盘下面,万向轮处设有刹车装置,杠起螺杆安装在底盘下。
所述的升降机构控制系统包括失电制动器、伺服电机和减速器,三者依次顺次同轴安装。
升降机构包括空心立柱、导向筒和控制伺服系统,导向筒套装在空心立柱上,空心立柱两侧设有导向槽,在空心立柱顶端设有控制伺服系统。
机械臂包括机械臂肩、大臂和小臂,机械臂肩固定在升降机构的导向筒上,大臂和机械臂肩转动连接,在连接处设有控制伺服系统,小臂和大臂转动连接,在连接处设有控制伺服系统。
手部转动机构与小臂末端转动连接,手部转动机构包括转动轴和控制伺服系统。
手动摆动机构与手部转动机构转动连接,手动摆动机构的转动轴上安装有装有控制伺服系统。
所述的控制伺服系统包括角度传感器、制动器、电机和减速器,四者依次同轴安装。
手术器械进给机构包括带有减速器的电机、角度传感器、锥齿轮副、丝杆、螺母、导向销和导轨,电机的输出轴中部设有锥齿轮副,电机输出轴端部设有角度传感器,锥齿轮副与丝杆连接,带有导向销的螺母安装在丝杆上,导向销安装在导轨内。
工作过程:
依据临床CT、MRI、CR/DR、B超等数字影像资料作为定位的基础性资料,根据实际的空间虚拟坐标与现实坐标空间的对应和转换,通过人机交换完成手术规划,给出手术的空间位置、器械位姿后,通过计算机设定,自动转换和确定病人手术部位的空间位置、器械的手术位姿,确定手术的靶点和手术的入路。控制伺服系统实时将机械臂末端精确的空间坐标位置传输给控制箱,伴随姿态以及末端关节以及推进深度的变化实时显示这些变化。同时,在一定的空间位置设定前提下,可以进、退、旁开以及成角等方式设定具体要求,机械臂将按要求锁定具体姿态下的具体末端角度和进出深度,也可以设定具体坐标数据,以特定的姿态下锁定目标点,内部控制部分将在机械臂关节的精确角度位置锁定,同时显示距离目标点的距离,完成机械臂手术空间与手术台上病人病灶点手术空间的坐标转换、定位及导航。
调整完毕后,按下控制箱上调姿“确认”按键后,系统自动固化现有的全部位姿,自动切断电源以防误操作产生手术器械位姿改变。然后按通手术器械握持机构的电源与电机的驱动连接,按手术器械种类和手术需要,在手术器械握持机构及装置上选择、确定手术功能,如穿刺、活检、注射、观察、激光、射频、微操作等,和通过增加键和减少键操作设定所需转速和转向;开启手术器械握持机构的驱动系统的电源开关,启动手术器械握持机构的驱动电机;手术进给系统带动手术器械握持机构,驱动手术器械前进(或后退),细心操作,完成所需的手术;手术结束后,驱动电机驱动机构反向转动,将手术器械退回到安全处。本装置任意时刻的进退距离可以实时显示,可以先设定具体的进给数据,到达指定位置后自动停止。
有益效果:(1)本实用新型所述的一种数字化微创机械臂手术系统,将原来人工模糊经验确定手术入路及路径(角度、深度等参数),变成数字化显示并设定和锁定它,一切数据均实时显示,使手术过程简便、明确、精确,减少了手术操作烦琐和由它带来的感染以及错误等影响。(2)不仅大大减轻手术医生体力操作精力消耗强度,更可提高对手术医生的操作技能,提高手术精度,提高手术效果,并使得手术规划方案制定与规划得到实现,系统具有精确的定位功能。(3)通过移动底部行走部分,可以完成病人任何部位手术要求,或一人以上手术的需求。(4)电动手术器械握持机构可配备不同可更换的器械头并完成穿刺、活检、注射、观察、激光、射频、微操作等操作,使用范围广,广泛应用于各种需要精确手术和微创手术的科室,如神经外科、脊柱外科、骨外科、胸外科、颌面口腔外科、颅底外科、腹部外科、心胸外科、妇产科等重要科室,临床应用广泛。(5)目前国内尚无同类产品在市场上销售,填补了国内时常的空白,市场潜力巨大。根据手术部位的不同,与相应的特殊定位以及固定机构进行结合与配接,形成相应的定位和导向功能。
附图说明:
图1为本实用新型的机构示意图。
图2为立柱的结构示意图。
图3为本实用新型机械臂和手部转动结构的结构示意图。
图4为图1中A处的放大示意图。
具体实施方式:
下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
如图1所示,本实用新型的数字化微创机械臂手术系统包括行走机构1、机箱2、升降机构控制系统3、升降机构4、机械臂5、手部转动机构6、手部摆动机构7、手术器械进给机构8、手术器械握持机构和手术器械10。行走机构1上安装有机箱2,机箱2内装有系统总电源、控制伺服系统电源和各种电子器件。机箱2上部装有升降机构控制系统3和升降机构4,通过升降机构控制系统3和主控计算机进行控制信息交换。机械臂5安装在升降机构4上,机械臂5上设有手部转动机构6和手部摆动机构7,手术器械进给机构8固定在手部摆动机构7上,手术器械握持机构9安装到手术器械进给机构8上,手术器械10安装到手术器械握持机构9上,升降机构控制系统3和各控制伺服系统均与机箱2内的控制系统连接。
本实用新型的行走机构1包括定向轮11、万向轮12、杠起螺杆13和底盘,两个定向轮11、两个万向轮12安装在底盘下面,定向轮11设为前轮,为整个机械装置导航。万向轮12上设有刹车装置,杠起螺杆13安装在底盘下,手动推着本机械臂装置行走移动时,可以在平地上自由前进、后退及转弯、停止,杠起螺杆13在到达工作位置后可以分别落下,使四轮离地,保证稳稳地放在期望的位置,不发生任何位置变化。同时还可通过杠起螺杆13调节底盘水平度,进而调节整个装置的水平度。
如图2所示,本实用新型的升降机构4包括空心立柱41、导向筒42和控制伺服系统43,空心立柱41通过螺栓及定位孔精确、可靠的固定在机箱2上,空心立柱41两侧设有导向槽,导向筒42套装在空心立柱41上,空心立柱41顶端装有装有控制伺服系统43。导向筒42在升降驱动机构的带动下带动机械臂5沿着空心立柱41的导向槽上下移动,从而调节系统的工作高度,以满足各种手术需要。升降驱动机构由机箱2内的控制系统控制。
如图3所示,本实用新型的机械臂5包括机械臂肩51、大臂52和小臂53,机械臂肩51固定在升降机构4的导向筒上,大臂52固定在小臂53上,大臂52和机械臂肩51转动连接,在连接处设有控制伺服系统54。控制伺服系统54包括角度传感器、制动器、电机、和减速器,四者依次同轴安装。大臂52插入机械臂肩51末端的槽内,两者在竖直方向的相应位置开有一通孔,控制伺服系统
54的转动轴插入通孔并通过销与大臂52固定连接,转动轴带动大臂52在机械臂肩51内的水平面内做相对转动。转动轴一端穿过机械臂肩51并用螺母固定。
小臂53和大臂52转动连接,在连接处设有控制伺服系统55,大臂52和小臂53的连接关系同大臂52与机械臂肩51的连接,控制伺服系统54同控制伺服系统55的结构。控制伺服系统54、55的制动器在失电状态下,锁死转动轴,从而大臂52和小臂53均被锁死,不可转动。控制伺服系统通过控制按钮,可以对单个或多个机械臂关节进行定位锁定。控制伺服系统54和控制伺服系统55通角度传感器检测到的位置、角度等信号,传输给控制系统,来为装置定位、导航。
如图2所示,手部转动机构6与小臂53末端转动连接,手部转动机构6包括转动轴61和控制伺服系统62,转动轴61上设有控制伺服系统62,控制伺服系统62的结构同机械臂5上的控制伺服系统54,控制伺服系统62的转动轴穿过小臂末端与手部摆动机构7固定,转动轴带动手部摆动机构7在水平面内做相对转动。
如图3所示,手动摆动机构7与手部转动机构6转动连接,手动摆动机构7的转动轴71上安装有装有控制伺服系统72,控制伺服系统72的结构同上述的控制伺服系统54。
控制伺服系统将实时的机械臂各关节的位置传输给控制箱,按要求锁定具体姿态下的具体末端角度和进出深度,也可以设定具体坐标数据,以特定的姿态下锁定目标点,内部控制部分将在机械臂关节的精确角度位置锁定,同时显示距离目标点的距离,完成机械臂手术空间与手术台上病人病灶点手术空间的坐标转换、定位及导航。
如图4所示,本实用新型的手术器械进给机构8固定在手动摆动机构7的转动轴上,手术器械进给机构8包括带有减速器的电机81、角度传感器82、锥齿轮副83、丝杆84、螺母85、导向销86和导轨87,电机81的输出轴中部设有锥齿轮副83,端部设有角度传感器82,锥齿轮副83输出端与丝杆84连接,带有导向销86的螺母85安装在丝杆84上,螺母85为方形螺母套。导向销86安装在导轨87内,电机81、锥齿轮副83、丝杆84和导轨87的位置固定,电机81通过锥齿轮副83换向后带动丝杆84旋转,驱动螺母85和导向销86沿导轨87的导向槽移动。手动摆动机构7的转动轴带动手术器械进给机构8在竖直平面内转动,手术器械进给机构8为手术所需的手术器械和动力机构的接近或退出手术入路点,到达或退出手术靶点的动作,在机械臂确定的位置和姿态条件下,为器械完成其进入和退出的位移动作,螺母85上安装有导向销86,导向销86带动螺母85沿着导轨升降,保证手术器械10做直线运动,防止位移偏差。
手术器械握持机构9固定在手术器械进给机构8上,用来驱动安装在其头部的各种手术器械10,完成穿刺、活检、注射、观察、激光、射频、微操作等各种手术动作。手术器械握持机构9为剖分式的两个半圆组成的套筒,手术器械10的安装部穿过套筒,并用两个螺栓固定。手术器械10包括具体的临床使用器械等手术工具头器械,手术器械10通过专用接口安装在手术器械握持机构上9上,全密封的保护外壳可以进行各种消毒。
本实用新型提供了一种数字化微创机械臂手术系统的思路及方法,具体实现该技术方案的方法和途径很多,以上所述仅是本实用新型的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本实用新型原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。本实施例中未明确的各组成部份均可用现有技术加以实现。
Claims (9)
1、一种数字化微创机械臂手术系统,其特征是,它包括行走机构(1)、机箱(2)、升降机构控制系统(3)、升降机构(4)、机械臂(5)、手部转动机构(6)、手部摆动机构(7)、手术器械进给机构(8)、手术器械握持机构(9)和手术器械(10),行走机构(1)上安装有机箱(2),机箱(2)上部装有升降机构控制系统(3)和升降机构(4),机械臂(5)安装在升降机构(4)上,机械臂(5)上设有手部转动机构(6),手部转动机构(6)上安装有手部摆动机构(7),手术器械进给机构(8)固定在手部摆动机构(7)上,手术器械握持机构(9)安装到手术器械进给机构(8)上,手术器械(10)安装到手术器械握持机构(9)上,升降机构控制系统(3)和各控制驱动电机均与机箱(2)内的控制系统连接。
2、根据权利要求1所述的数字化微创机械臂手术系统,其特征是:所述的行走机构(1)包括定向轮(11)、万向轮(12)、杠起螺杆(13)和底盘,定向轮(11)和万向轮(12)安装在底盘下面,万向轮(12)处设有刹车装置,杠起螺杆(13)安装在底盘下。
3、根据权利要求1所述的数字化微创机械臂手术系统,其特征是:所述的升降机构控制系统(3)包括失电制动器、伺服电机和减速器,三者依次顺次同轴安装。
4、根据权利要求1所述的数字化微创机械臂手术系统,其特征是:升降机构(4)包括空心立柱(41)、导向筒(42)和控制伺服系统(43),导向筒(42)套装在空心立柱(41)上,空心立柱(41)两侧设有导向槽,在空心立柱(41)顶端设有控制伺服系统(43)。
5、根据权利要求1所述的数字化微创机械臂手术系统,其特征是:机械臂(5)包括机械臂肩(51)、大臂(52)和小臂(53),机械臂肩(51)固定在升降机构(4)的导向筒上,大臂(52)和机械臂肩(51)转动连接,在连接处设有控制伺服系统(54),小臂(53)和大臂(52)转动连接,在连接处设有控制伺服系统(55)。
6、根据权利要求1所述的数字化微创机械臂手术系统,其特征是:手部转动机构(6)与小臂(53)末端转动连接,手部转动机构(6)包括转动轴(61)和控制伺服系统(62)。
7、根据权利要求1所述的数字化微创机械臂手术系统,其特征是:手动摆动机构(7)与手部转动机构(6)转动连接,手动摆动机构(7)的转动轴(71)上安装有装有控制伺服系统(72)。
8、根据权利要求3、4、5或6所述的数字化微创机械臂手术系统,其特征是:所述的控制伺服系统(43)、(54)、(55)、(62)和(72)包括角度传感器、制动器、电机和减速器,四者依次同轴安装。
9、根据权利要求1所述的数字化微创机械臂手术系统,其特征是:手术器械进给机构(8)包括带有减速器的电机(81)、角度传感器(82)、锥齿轮副(83)、丝杆(84)、螺母(85)、导向销(86)和导轨(87),电机(81)的输出轴中部设有锥齿轮副(83),电机(81)输出轴端部设有角度传感器(82),锥齿轮副(83)与丝杆(84)连接,带有导向销(86)的螺母(85)安装在丝杆(84)上,导向销(86)安装在导轨(87)内。
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