CN213249658U - 一种手术机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种手术机器人，包括支撑杆、第一机械臂和第二机械臂；所述第一机械臂的第一端与所述支撑杆连接，所述第一机械臂的第二端设置有夹具安装机构，所述第一机械臂包括多个活动连接的连接臂，可调整所述夹具安装机构到指定位置并锁紧；所述第二机械臂的第一端与所述支撑杆连接，所述第二机械臂的第二端设置有定位夹具，所述第二机械臂包括多个活动连接的连接臂，可调整所述定位夹具到指定位置并锁紧。本实用新型提供的大大提高了支气管镜手术的效率，减少医务人员的投入，减少医院人满为患排队检查的现状，还可以通过遥控器或手工对气管镜进行操作，既保证了手术过程中的安全性，又使用灵活方便，降低医护人员及患者的X光辐射损伤。

Description

一种手术机器人

技术领域

本实用新型涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种气管镜手术机器人。

背景技术

目前在气管镜手术中，主要由有经验的医师在3至5名医护人员的配合下手动操作内窥镜完成检查手术，该手术操作方式效率低，现场人多手杂，增加了手术风险。同时在检查过程中，使用X光照射会影响到手术现场医护人员及患者的身体健康，为保护医护人员及患者的健康而减少X光照射又会降低手术的效率和准确度等。应用机器人系统辅助医生操作内窥镜，部分手术工作是在医生的遥控控制下完成检测，能降低手术的难度，缩减手术人员需求，提高检测效率，减小病人痛苦，降低医护人员受X光辐射危害。将医生从繁复的操作中解放出来，让医生将精力集中在医学影像的获取和病情的诊断上，将是该类手术发展的必然趋势。

在国内公开的专利中，上海市肺科医院提出了“一种气管镜辅助固定架”(实用新型，申请号：201520339390.5)，中国人民解放军第三军医大学第三附属医院提出了一种“支气管镜固定装置”(实用新型，申请号：201610638799.6)，苏州大学附属儿童医院提出了一种“支气管镜固定支架”(实用新型，申请号：201520444396.9)等，上述专利均是采用机械装置对气管镜进行固定，在实际手术过程中难以进行灵活操作，离实际使用还有较远的距离。

目前国内外对气管镜手术机器人的研究相对较少，而手术需求量大，医务人员难以满足市场需求。因此，急需提供一种能够提高手术效率，减少单次手术医护人员数量的气管镜手术机器人。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种手术机器人，能够提高气管镜手术效率，使用灵活方便，降低医护人员受X光辐射危害。

本实用新型为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种手术机器人，包括支撑杆、第一机械臂和第二机械臂；所述第一机械臂的第一端与所述支撑杆连接，所述第一机械臂的第二端设置有夹具安装机构，所述第一机械臂包括多个活动连接的连接臂，可调整所述夹具安装机构到指定位置并锁紧；所述第二机械臂的第一端与所述支撑杆连接，所述第二机械臂的第二端设置有定位夹具，所述第二机械臂包括多个活动连接的连接臂，可调整所述定位夹具到指定位置并锁紧。

优选地，包括丝杆，所述支撑杆在竖直方向上设置有第一导轨，所述第二机械臂的第一端设置有第一滑块，所述第一滑块的第一端具有滑槽，所述滑槽卡设在所述第一导轨上，所述第一滑块的中间设置有内孔，所述内孔设置有与所述丝杆匹配的螺纹，所述丝杆穿过所述内孔与所述第一滑块螺纹连接。

优选地，所述第一机械臂从第一端到第二端包括依次连接的第一水平旋转臂、俯仰臂和多个球关节臂。

优选地，所述第一水平旋转臂的第一端套设在所述支撑杆顶端的旋转轴上，所述第一水平旋转臂和所述支撑杆的连接处设置有第一锁紧机构。

优选地，所述第一水平旋转臂的第二端垂直设置有第一旋转关节，所述俯仰臂的第一端设置有俯仰关节，所述俯仰关节和所述旋转关节连接，所述俯仰臂的第二端通过球关节与所述球关节臂连接。

优选地，所述球关节臂的数量为三个，分别为第一球关节臂、第二球关节臂和第三球关节臂，所述第一球关节臂的第一端通过第一球关节与所述俯仰臂的第二端连接，所述第一球关节臂的第二端通过第二球关节与所述第二球关节臂的第一端连接，所述第二球关节臂的第二端通过第三球关节与所述第三球关节臂的第一端连接，所述第三球关节臂的第二端设置有夹具安装机构。

优选地，所述夹具安装机构具有一开口朝上的插接槽。

优选地，所述安装机构上插接有镜机夹具，所述镜机夹具用于固定气管镜。

优选地，所述镜机夹具包括夹具底套和开合式盖板，所述夹具底套具有第一凹槽，所述第一凹槽的形状与所述气管镜的操作部相匹配，用于固定所述气管镜，所述开合式盖板的一侧与所述夹具底套旋转连接，所述开合式盖板的底面压盖在所述夹具底套上，所述开合式盖板的顶面设置有步进电机。

优选地，所述开合式盖板的另一侧与所述夹具底套之间设置有第二锁紧机构。

优选地，所述第一凹槽的一侧延伸形成支撑板，所述支撑板上形成有第二凹槽，所述第二凹槽用于支撑固定所述气管镜的导入管。

优选地，所述支撑板的一侧设置有直线电机，所述直线电机具有输出轴，所述支撑板的另一侧设置有第二导轨，所述第二导轨上设置有第二滑块，所述第二滑块上设置有第以连接件和第二连接件，所述直线电机的输出轴穿过所述支撑板后与所述一连接件固定连接，所述第一连接件可供所述气管镜的导管夹接固定。

优选地，所述第二机械臂包括依次连接的第二水平旋转臂、第三水平旋转臂和第四水平旋转臂，所述第二水平旋转臂的第一端通过第二旋转关节和所述升降滑块连接，所述第二水平旋转臂的第二端通过第三旋转关节和所述第三水平旋转臂的第一端连接，所述第三水平旋转臂的第二端通过第四旋转关节和所述第四水平旋转臂的第一端连接，所述第四水平旋转臂的第二端设置有所述定位夹具。

优选地，所述支撑杆的底部设置有移动平台，所述移动平台与所述支撑杆垂直设置，所述移动平台的底部设置有轮子。

本实用新型对比现有技术有如下的有益效果：本实用新型提供的手术机器人通过第一机械臂将气管镜主体固定在机械臂末端，通过第二机械臂在病人插入口处固定气管镜的镜管，防止镜管晃动。减少了单次手术医护人员的数量，单个支气管镜手术中医护人员工时消耗至少减少一半，大大提高了支气管镜手术的效率，减少医院人满为患排队检查的现状，特别是对于中小城市医疗资源不足的现状，采用本实用新型提供的手术机器人做为辅助手术设备，有利于资源的合理分配。另外，目前支气管镜手术已经非常普及，在很多疾病需要采用这类手术进行诊断和治疗，本实用新型提供的手术机器人可以广泛使用，使得气管镜手术更加普及，惠及更多的病人。特别是本实用新型提供的手术机器人在镜机夹具上通过步进电机控制远端镜面的方向，通过直线电机对导入管进行插拔和抖动等动作，可以通过遥控器或手工对气管镜进行操作，既保证了手术过程中的安全性，降低医生受X光辐射危害，又尽量简化了机械臂的结构和尺寸，具有较强的专业性和实用价值，同时本实用新型提供的手术机器人的机械臂系统主动单元少，控制系统简单，易于实现，成本低廉，具有较大的市场推广前景。

附图说明

图1为本实用新型实施例中手术机器人的整体结构示意图；

图2为本实用新型实施例中第一机械臂的结构示意图；

图3为本实用新型实施例中第二机械臂的结构示意图；

图4a、图4b为本实用新型实施例中安装有气管镜的镜机夹具的结构示意图；

图5为本实用新型实施例中手术机器人在气管镜手术中的使用示意图。

图中：

1-第一机械臂，11-第一水平旋转臂，12-俯仰臂，13-球关节臂，111-第一锁紧机构，131-第一球关节臂，132-第二球关节臂，133-第三球关节臂，14-第一旋转关节，15-俯仰关节，16-球关节，161-第一球关节，162-第二球关节，163-第三球关节，17-插接槽，18-镜机夹具，2-第二机械臂，21-连接臂，211-第二水平旋转臂，212-第三水平旋转臂，213-第四水平旋转臂，22-定位夹具，23-旋转关节，231-第二旋转关节，232-第三旋转关节，233-第四旋转关节，3-支撑杆，31-第一导轨，4-丝杆，41-升降旋钮，5-第一滑块，6-移动平台，61-轮子，7-气管镜，71-操作部，72-操作工具，73-转向调节器，181-夹具底套，182-开合式盖板，183-支撑板，184-第二导轨，185-第二滑块，1811-第一凹槽，1821-第二锁紧机构，1851-第一连接件，1852-第二连接件，19-步进电机，20-直线电机，201输出轴，8-病人，9-病床。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的描述。

请参见图1和图2，本实用新型提供的手术机器人包括包括第一机械臂1、第二机械臂2和支撑杆3；第一机械臂1用于把持气管镜7，第一机械臂1的第一端与支撑杆3连接，第一机械臂1的第二端设置有夹具安装机构，所述第一机械臂1包括多个活动连接的连接臂，可调整所述夹具安装机构到指定位置并锁紧；具体地，第一机械臂1的第一端套设在所述支撑杆3顶端的旋转轴上，所述第一机械臂1和所述支撑杆3的连接处设置有第一锁紧机构111。第一机械臂1从第一端到第二端包括依次连接的第一水平旋转臂11、俯仰臂12和多个球关节臂13。所述第一水平旋转臂11的第二端垂直设置有第一旋转关节14，所述俯仰臂12的第一端设置有俯仰关节15，所述俯仰关节15和所述第一旋转关节14连接，所述俯仰臂12的第二端通过球关节16与所述球关节臂13连接。在一实施方式中，所述球关节臂13的数量为三个，分别为第一球关节臂131、第二球关节臂132和第三球关节臂133，所述第一球关节臂131的第一端通过第一球关节161与俯仰臂12的第二端连接，第一球关节臂131的第二端通过第二球关节162与第二球关节臂132的第一端连接，第二球关节臂132的第二端通过第三球关节163与第三球关节臂133的第一端连接，第三球关节臂133的第二端设置有夹具安装机构，连接臂的种类和数量可以根据情况进行灵活设计，只要能够对末端的位置进行调节就可以，本实用新型对此不做特别限制。在一实施方式中，所述夹具安装机构为有一开口朝上的插接槽17，进一步地，镜机夹具18的背面设置有与插接槽17匹配的插接结构，镜机夹具18安装在插接槽17上由第一机械臂1控制其位置，镜机夹具18用于固定气管镜7的操作部71。优选地，第一水平旋转臂11采用SCARA构型(Selective Compliance Assembly Robot Arm，选择顺应性装配机器手臂)，可以将第一水平旋转臂11在大范围空间内定位，到达指定位置后，采用手动锁紧或电磁抱闸锁紧；第一机械臂1的末端采用三个连续球关节16，每个球关节16采用气动锁紧且为反向制动锁紧，当医生需要调整气管镜7的位置时，采用遥控器遥控或人工按下按钮后释放第一机械臂1的关节锁定进行调整，在达到指定位置后，松开按钮进行锁定。

请参见图3，第二机械臂2的第一端与支撑杆3连接，第二机械臂2的第二端设置有定位夹具22，所述第二机械臂2包括多个通过旋转关节22活动连接的连接臂21，可调整定位夹具22到指定位置并锁紧。在一实施方式中，第二机械臂2包括依次连接的第二水平旋转臂211、第三水平旋转臂212和第四水平旋转臂213，第二水平旋转臂211的第一端通过第二旋转关节231和第一滑块5连接，第二水平旋转臂211的第二端通过第三旋转关节232和所述第三水平旋转臂212的第一端连接，第三水平旋转臂212的第二端通过第四旋转关节233和第四水平旋转臂213的第一端连接，第四水平旋转臂213的第二端设置有所述定位夹具22。第二机械臂2为手动式把持装置，主要功能是在检查过程中将导管、探测导线等管线把持固定，具有四个自由度，在使用过程中可采用手动调节。第二机械臂2的控制方式为手动形式，由医生调节好定位夹具22的位置并锁紧固定。第二机械臂2的连接臂类型及数量可以根据具体情况进行灵活设计，只要能够对定位夹具22调整到指定位置即可，本实用新型对此不做特别限制。

请参见图1和图5，支撑杆3在竖直方向上设置有第一导轨31，第二机械臂2的第一端设置有第一滑块5，第一滑块5的第一端具有滑槽51，滑槽51卡设在第一导轨31上，第一滑块5的中间设置有与丝杆4匹配的内孔，内孔的孔壁设置有与丝杆4匹配的螺纹，丝杆4穿过所述内孔与第一滑块5螺纹连接，丝杆4的一端设置有升降旋钮41，旋转升降旋钮41带动丝杆4旋转从而带动第一滑块5沿着第一导轨31在竖直方向上移动，从而调整第二机械臂2在竖直方向上的高度。支撑杆3的底部设置有移动平台6，支撑杆3固定连接在移动平台6上，移动平台6的底部设置有轮子61，方便手术机器人整体移动。

请参见图4a和图4b，气管镜7包括位于体外的操作部71和可伸入体内的导管(图未示)，导管的远端依次设置有弯曲部和先端部，操作部71上设置有转向调节器73，转向调节器73通过控制弯曲部的弯曲度以控制先端部的方向，在一具体实施方式中，镜机夹具18包括夹具底套181和开合式盖板182，夹具底套181具有第一凹槽1811，第一凹槽1811的形状与气管镜7的操作部71相匹配，用于固定气管镜7的操作部71，开合式盖板182的一侧通过旋转轴与夹具底套181旋转连接，在合上状态下，开合式盖板182的底面压盖在所述夹具底套181上，开合式盖板182可围绕所述旋转轴打开或合上，以放置或取出气管镜7的操作部71；开合式盖板182的顶面设置有步进电机19，第一凹槽1811内放置气管镜7的操作部71，操作部71上的转向调节器73与步进电机19连接，通过步进电机19控制转向调节器73从而控制气管镜7的导管插入人体内的先端部的方向。较佳地，开合式盖板182的另一侧与夹具底套181之间设置有第二锁紧机构1821，将开合式盖板182合上后固定在夹具底套181上，防止开合式盖板182不小心打开后气管镜7的操作部71从第一凹槽1811中掉出来，第二锁紧机构1821可以为电磁吸附、卡扣、螺栓、插销等锁紧方式，优选电磁吸附，开合式盖板182合上后可以自锁，要打开时可以快速解锁。第一凹槽1811的一侧延伸形成支撑板183，支撑板183上形成有第二凹槽1831，第二凹槽1831用于支撑固定操作工具72，操作工具72可以为活检钳等活检工具。进一步地，支撑板183的一侧设置有直线电机20，直线电机20具有输出轴201，支撑板183的另一侧设置有第二导轨184，第二导轨184上设置有第二滑块185，第二滑块185上设置有第一连接件1851和第二连接件1852，直线电机20的输出轴201穿过支撑板183后与第一连接件1851固定连接，操作工具72夹接在第二连接件1852上，工作时，直线电机20带动第二滑块185沿着第二导轨184直线移动，从而带动操作工具72移动，控制操作工具72进入体内的深度来获取病理样本。

采用镜机夹具18实现对气管镜7固定于手术机器人第一机械臂1的末端，同时通过控制转向调节器73的转角从而控制远端镜面的方向、固定导管72的位置以及控制导管72的插拔和抖动等功能。为了便于医生操作和机器人辅助操作之间的切换，气管镜7在安装和取下镜机夹具18时要尽量便捷，采用夹具底套181进行粗定位固定，并使用开合式盖板182进行二次固定锁紧。气管镜7的转向调节器73在自然状态下导入镜机夹具18的第一凹槽1811内，由步进电机19控制转角，医生可手动或采用遥控器操作控制气管镜7导管远端部的方向。操作工具72手动夹装在第二滑块185上，第二滑块185通过第二导轨184由直线电机20遥控操作控制，可以实现插拔和抖动等动作，配合医生在手术过程中夹取、抽离等动作，获取病理样本。

请参见图5，本实用新型提供的手术机器人的工作过程如下：在检查前，医生可以通过调节升降旋钮41旋转丝杆4，将第二机械臂2调节到合适位置，使定位夹具22位于病人8插入口的上方，然后通过锁紧旋钮将各第二机械臂2的各连接臂21固定。接着，通过镜机夹具18将气管镜7固定于第一机械臂1的末端，然后通过第一水平旋转臂11对第一机械臂1的位置进行粗调，将第一水平旋转臂11在大范围空间内定位，到达指定位置后，锁紧第一锁紧机构111；当医生需要调整气管镜7的位置时，采用遥控器遥控或人工按下按钮后释放第一机械臂1的关节锁定并对俯仰臂12和球关节臂13进行调整，在气管镜7达到指定位置后，松开按钮进行锁定。将镜管在定位夹具22中固定好，医生可手动或采用遥控器操作控制步进电机19来控制气管镜7远端先端部的方向，医生可手动或采用遥控器操作控制直线电机20实现控制工具72进入体内深度，配合医生在手术过程中夹取、抽离等动作获取病理样本。

因此，本实用新型提供的手术机器人至少具有以下优点：

第一，本实用新型提供的手术机器人可以设计出节省空间、便于医生操作且能保证手术过程安全的被动式机械臂，通过对机械臂的灵活操作空间分析，优化机械臂的参数；

第二，本实用新型提供的手术机器人设置有适用于特定气管镜的夹具，气管镜可以方便的安装和取下，方便医生手动操作及机械臂辅助操作之间切换，通过遥控操作可以实现手术过程中的微调；

第三，被动机械臂在不同关节姿态下，通过对关节阻尼的控制主动适应动力学过程，可以实现柔顺操作，保证手术过程中的安全性；

第四，可以设置适用于手术现场的高实时性遥操作控制系统，保证手术过程中的高效操作。

虽然本实用新型已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本实用新型，任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本实用新型的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (14)

1.一种手术机器人，其特征在于，包括支撑杆、第一机械臂和第二机械臂；所述第一机械臂的第一端与所述支撑杆连接，所述第一机械臂的第二端设置有夹具安装机构，所述第一机械臂包括多个活动连接的连接臂，可调整所述夹具安装机构到指定位置并锁紧；所述第二机械臂的第一端与所述支撑杆连接，所述第二机械臂的第二端设置有定位夹具，所述第二机械臂包括多个活动连接的连接臂，可调整所述定位夹具到指定位置并锁紧。

2.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，包括丝杆，所述支撑杆在竖直方向上设置有第一导轨，所述第二机械臂的第一端设置有第一滑块，所述第一滑块的第一端具有滑槽，所述滑槽卡设在所述第一导轨上，所述第一滑块的中间设置有内孔，所述内孔设置有与所述丝杆匹配的螺纹，所述丝杆穿过所述内孔与所述第一滑块螺纹连接。

3.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述第一机械臂从第一端到第二端包括依次连接的第一水平旋转臂、俯仰臂和多个球关节臂。

4.根据权利要求3所述的手术机器人，其特征在于，所述第一水平旋转臂的第一端套设在所述支撑杆顶端的旋转轴上，所述第一水平旋转臂和所述支撑杆的连接处设置有第一锁紧机构。

5.根据权利要求3所述的手术机器人，其特征在于，所述第一水平旋转臂的第二端垂直设置有第一旋转关节，所述俯仰臂的第一端设置有俯仰关节，所述俯仰关节和所述旋转关节连接，所述俯仰臂的第二端通过球关节与所述球关节臂连接。

6.根据权利要求5所述的手术机器人，其特征在于，所述球关节臂的数量为三个，分别为第一球关节臂、第二球关节臂和第三球关节臂，所述第一球关节臂的第一端通过第一球关节与所述俯仰臂的第二端连接，所述第一球关节臂的第二端通过第二球关节与所述第二球关节臂的第一端连接，所述第二球关节臂的第二端通过第三球关节与所述第三球关节臂的第一端连接，所述第三球关节臂的第二端设置有夹具安装机构。

7.根据权利要求6所述的手术机器人，其特征在于，所述夹具安装机构具有一开口朝上的插接槽。

8.根据权利要求7所述的手术机器人，其特征在于，所述夹具安装机构上插接有镜机夹具，所述镜机夹具用于固定气管镜。

9.根据权利要求8所述的手术机器人，其特征在于，所述镜机夹具包括夹具底套和开合式盖板，所述夹具底套具有第一凹槽，所述第一凹槽的形状与所述气管镜的操作部相匹配，用于固定所述气管镜，所述开合式盖板的一侧与所述夹具底套旋转连接，所述开合式盖板的底面压盖在所述夹具底套上，所述开合式盖板的顶面设置有步进电机，所述步进电机用于控制所述气管镜远端先端部的方向。

10.根据权利要求9所述的手术机器人，其特征在于，所述开合式盖板的另一侧与所述夹具底套之间设置有第二锁紧机构。

11.根据权利要求10所述的手术机器人，其特征在于，所述第一凹槽的一侧延伸形成支撑板，所述支撑板上形成有第二凹槽，所述第二凹槽用于支撑固定所述气管镜的导入管。

12.根据权利要求11所述的手术机器人，其特征在于，所述支撑板的一侧设置有直线电机，所述直线电机具有输出轴，所述支撑板的另一侧设置有第二导轨，所述第二导轨上设置有第二滑块，所述第二滑块上设置有第一连接件和第二连接件，所述直线电机的输出轴穿过所述支撑板后与所述第一连接件固定连接，所述第二连接件供所述气管镜的导管夹接固定。

13.根据权利要求2所述的手术机器人，其特征在于，所述第二机械臂包括依次连接的第二水平旋转臂、第三水平旋转臂和第四水平旋转臂，所述第二水平旋转臂的第一端通过第二旋转关节和所述第一滑块连接，所述第二水平旋转臂的第二端通过第三旋转关节和所述第三水平旋转臂的第一端连接，所述第三水平旋转臂的第二端通过第四旋转关节和所述第四水平旋转臂的第一端连接，所述第四水平旋转臂的第二端设置有所述定位夹具。

14.根据权利要求1所述的手术机器人，其特征在于，所述支撑杆的底部设置有移动平台，所述移动平台与所述支撑杆垂直设置，所述移动平台的底部设置有轮子。

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