CN213310265U - 一种基于闭环反馈的软性内窥镜手术机器人模组 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出的一种基于闭环反馈的软性内窥镜手术机器人系统，包括：手术机器人和控制机构；手术机器人包括：承重底板2‑1、Z轴顶升单元、Y轴前后移动单元、Y轴旋转单元、内窥镜控制组件2‑6、光纤驱动模块2‑7和导引鞘部分。本实用新型提出的一种基于闭环反馈的软性内窥镜手术机器人模组，通过手术机器人进行手术操作，手术机器人的手术动作由医生通过控制机构进行实时操作。通过本实用新型，不用医生亲自手握手术器械，改用操纵手柄完成；不用医生站台手术，坐在控制车座椅1‑5上，操作操纵柄对其手术，较少体力，节省时间。
Description
技术领域
本实用新型涉及智能医疗技术领域，尤其涉及一种基于闭环反馈的软性内窥镜手术机器人模组。
背景技术
任何手术都需要医生和护士等一批专业人士才能完成，手术不但对病人生命，同时也是对医生等专业水准和技术水平的一次考验。医生在手术过程中需要站台，手持手术器械来完成手术，一般小手术需要2小时左右，大一点手术需要4-5小时甚至更长时间，对于医生的手术精度、效率、体力以及病人术后恢复等都是都有直接关系。并且同样的手术做出来的效果不一样。手术过程无法对器械各种参数做实时监控(速度、扭矩、应变力、加速度、位移量等)不便后期查阅。
实用新型内容
基于背景技术存在的技术问题，本实用新型提出了一种基于闭环反馈的软性内窥镜手术机器人模组。
本实用新型提出的一种基于闭环反馈的软性内窥镜手术机器人模组，包括：手术机器人和控制机构；
手术机器人包括：承重底板、Z轴顶升单元、Y轴前后移动单元、Y轴旋转单元、内窥镜控制组件、光纤驱动模块和导引鞘部分；
承重底板下表面安装有多个万向刹车轮；
Z轴顶升单元，包括顶板和第一线性轴承；第一线性轴承均平行于Z轴运动地安装在承重底板上；顶板水平安装在第一线性轴承的顶端并跟随第一线性轴承上下运动；
Y轴前后移动单元，包括直线导轨、位移板块和第二驱动装置；直线导轨水平安装在顶板上，位移板块滑动安装在直线导轨上；第二驱动装置与位移板块连接，并用于驱动位移板块沿着直线导轨在Y轴方向上滑动；
Y轴旋转单元，包括旋转本体、旋转支架和旋转电机；旋转支架安装在位移板块上，旋转本体转动安装在旋转支架上，旋转本体的转动轴平行于位移板块的直线运动轨迹；旋转电机用于驱动旋转本体转动；
窥镜控制组件，安装在旋转本体上，用于控制安装在旋转本体上的内窥镜插入管在水平方向上旋转；
光纤驱动模块，安装在内窥镜控制组件上，用于夹紧光纤并驱动光纤在内窥镜插入管内移动；
导引鞘部分，包括导引鞘固定块、插入管导正套和延伸杆；延伸杆水平安装在顶板上并与Y轴平行；插入管导正套安装在延伸杆上，并位于其延长方向上；导引鞘固定块安装在延伸杆上；
控制机构，用于控制第一驱动装置、第二驱动装置、旋转电机和内窥镜控制组件工作。
优选的，Z轴顶升单元包括至少三根第一线性轴承，且每一根第一线性轴承均与顶板连接。
优选的，Z轴顶升单元还包括第一驱动装置；第一驱动装置安装在承重底板上，并用于驱动所有第一线性轴承同步运动。
优选的，第一驱动装置由伺服电机、减速电机和电缸组成。
优选的，Y轴前后移动单元中，位移板块采用滚珠丝杠，第二驱动装置由伺服电机和减速电机组成。
优选的，内窥镜与光纤驱动模块同步在旋转本体2-2上转动。
优选的，其特征在于，导引鞘部分包括至少两个导引鞘固定块2-10，两个导引鞘固定块2-10的连线平行于延伸杆2-9所在直线。
优选的，控制机构包括：承载板、座椅、控制模块、控制台和显示屏；
承载板底部安装有多个万向刹车轮；
座椅通过驱动机构上下移动并水平直线移动的安装承载板上；
控制台安装在承载板上，并位于座椅水平移动的延伸方向上；
控制模块安装在控制台上，控制模块包括分别用于控制第一驱动装置、第二驱动装置、旋转电机和内窥镜控制组件工作的开关部件；显示屏安装在控制台上，并用于显示内窥镜信息。
优选的，还包括托板；控制模块包括：内窥镜控制手柄、拨动手轮和光纤进给手柄；内窥镜控制手柄和光纤进给手柄分别安装在控制台相对两侧；拨动手轮安装在内窥镜控制手柄和光纤进给手柄之间，用于调整内窥镜比例参数；
托板抽拉式安装在控制台上，托板拉出状态下用于托乘操作者手臂。
优选的，控制台上下移动地安装在承载板上。
本实用新型提出的一种基于闭环反馈的软性内窥镜手术机器人模组，通过手术机器人进行手术操作，手术机器人的手术动作由医生通过控制机构进行实时操作。通过本实用新型，不用医生亲自手握手术器械，改用操纵手柄完成；不用医生站台手术，坐在控制车座椅上，操作操纵柄对其手术，较少体力，节省时间。
附图说明
图1为手术机器人结构图；
图2为控制机构结构图。
图示：承载板1-1、电动推杆1-2、顶升机构1-3、十字开关拨钮1-4、座椅1-5、托板1-6、控制台1-7、内窥镜控制手柄1-8、拨动手轮1-9、显示屏1-10、光纤进给手柄1-11、升降台1-12、脚踏开关1-13；
承重底板2-1、旋转本体2-2、第一线性轴承2-3、位移板块2-4、旋转支架2-5、内窥镜控制组件2-6、光纤驱动模块2-7、插入管导正套2-8、延伸杆2-9、导引鞘固定块2-10。
具体实施方式
本实用新型提出的一种基于闭环反馈的软性内窥镜手术机器人模组，包括：手术机器人和控制机构。
参照图1，手术机器人包括：承重底板2-1、Z轴顶升单元、Y轴前后移动单元、Y轴旋转单元、内窥镜控制组件2-6、光纤驱动模块2-7和导引鞘部分。
承重底板2-1下表面安装有多个万向刹车轮，以方便手术机器人自由移动。
Z轴顶升单元，包括顶板和第一线性轴承2-3；第一线性轴承2-3均平行于Z轴运动地安装在承重底板2-1上。顶板水平安装在第一线性轴承2-3的顶端并跟随第一线性轴承2-3上下运动，以便通过第一线性轴承2-3的运动对顶板实现垂直位置调节。
具体的，本实施方式中，Z轴顶升单元包括至少三根第一线性轴承2-3，且每一根第一线性轴承2-3均与顶板连接，以便通过多点接触保证顶板在移动过程中的水平设置。具体的，本实施方式中，采用了四根第一线性轴承2-3呈现矩形角点分布。
本实施方式中，Z轴顶升单元还包括第一驱动装置；第一驱动装置安装在承重底板2-1上，并用于驱动所有第一线性轴承2-3同步运动。具体的，第一驱动装置由伺服电机、减速电机和电缸组成。
Y轴前后移动单元，包括直线导轨、位移板块2-4和第二驱动装置。直线导轨水平安装在顶板上，位移板块2-4滑动安装在直线导轨上，以便位移板块2-4沿着直线导轨在平行于Y轴的方向上来回滑动。第二驱动装置与位移板块2-4连接，并用于驱动位移板块2-4沿着直线导轨在Y轴方向上滑动。具体的，位移板块2-4采用滚珠丝杠，第二驱动装置由伺服电机和减速电机组成。
参照图2，Y轴旋转单元，包括旋转本体2-2、旋转支架2-5和旋转电机。旋转支架2-5安装在位移板块2-4上，旋转本体2-2转动安装在旋转支架2-5上，旋转本体2-2的转动轴平行于位移板块2-4的直线运动轨迹。旋转电机用于驱动旋转本体2-2转动。
如此，本实施方式中，顶板上下运动，位移板块2-4沿着Y轴前后运动，旋转本体2-2绕平行于位移板块2-4直线运动轨迹的轴线旋转，三者结合，实现了旋转支架2-5的上下运动、平面运动和旋转角度调整。
内窥镜控制组件2-6，安装在旋转本体2-2上，用于控制安装在旋转本体上的内窥镜插入管在水平方向上旋转。光纤驱动模块2-7安装在内窥镜控制组件2-6上，光纤一端固定在光纤驱动模块2-7上，另一端插入到内窥镜里面。光纤驱动模块2-7用于夹紧光纤并驱动光纤在内窥镜插入管内移动。
本实施方式中，内窥镜控制组件和光纤驱动模块在旋转本体上同步转动，从而使得内窥镜与光纤同步转动。
本实施方式中，光纤驱动模块跟随内窥镜控制组件2-6同步运动，而内窥镜控制组件2-6跟随旋转支架2-5同步运动，从而实现对内窥镜的上下位移、平面位移和旋转角度的调整。如此，通过旋转本体带动内窥镜水平旋转，通过旋转本体2-2带动光纤驱动模块和内窥镜垂直旋转，进一步保证了内窥镜角度的灵活调整。
本实施方式中，光纤驱动模块2-7包括光纤驱动本体和壳体，壳体用于夹持光纤，光纤驱动本体用于驱动壳体带动光纤移动。
导引鞘部分，包括导引鞘固定块2-10、插入管导正套2-8、延伸杆2-9；延伸杆2-9水平安装在顶板上并与Y轴平行；插入管导正套2-8安装在延伸杆2-9上，并位于其延长方向上；导引鞘固定块2-10安装在延伸杆2-9上，以保证导引鞘在使用过程中的结构稳定，避免方向偏移。
具体的，本实施方式中，导引鞘部分包括至少两个导引鞘固定块2-10，两个导引鞘固定块2-10的连线平行于延伸杆2-9所在直线。
控制机构，用于控制第一驱动装置、第二驱动装置、旋转电机和内窥镜控制组件2-6工作。具体的，控制机构包括：承载板1-1、座椅1-5、控制模块、控制台1-7和显示屏1-10。
承载板1-1底部安装有多个万向刹车轮，以方便整个承载板1-1携带控制机构自由移动。
座椅1-5通过驱动机构上下移动并水平直线移动的安装承载板1-1上。具体的，本实施方式中，承载板1-1上安装有用于驱动座椅1-5上下移动的顶升机构1-3和驱动顶升机构1-3水平直线移动地推拉电杆，座椅1-5安装在顶升机构1-3顶部并随着推拉电杆水平直线运动。具体的，顶升机构1-3采用驱动座椅1-5上下运动的气缸或者电机。座椅1-5上还安装有十字开关拨钮1-4，以方便座椅1-5调节卡位。
控制台1-7安装在承载板1-1上，并位于座椅1-5水平移动的延伸方向上，以方便操作人员在座椅1-5上对控制台1-7进行操作，保证控制台1-7与座椅1-5相对位置的舒适性调节。本实施方式中，为了保证控制台1-7与座椅1-5相对位置的稳定，可在承载板1-1上设置直线滑轨，将顶升机构1-3滑动安装在直线滑轨上，以便通过直线滑轨和推拉电杆共同限制座椅1-5的水平移动方向。
控制模块安装在控制台1-7上，控制模块包括分别用于控制第一驱动装置、第二驱动装置、旋转电机和内窥镜控制组件2-6工作的开关部件。
具体的，本实施方式中，控制模块包括：内窥镜控制手柄1-8、拨动手轮1-9和光纤进给手柄1-11。内窥镜控制手柄1-8用于通过XYZ三轴位移来控制内窥镜的前后、上下、左右旋转等立体动作。具体的，控制模块根据内窥镜控制手柄1-8的控制信号分别控制第一驱动装置、第二驱动装置、旋转电机和内窥镜控制组件2-6工作，以实现对内窥镜的位置和角度调节。
光纤进给手柄1-11，用于通过前后移动控制光纤在内窥镜管道内前后移动，以便调整光纤位置。内窥镜控制手柄1-8和光纤进给手柄1-11分别安装在控制台1-7相对两侧，分别对应左右手操作。拨动手轮1-9安装在内窥镜控制手柄1-8和光纤进给手柄1-11之间，用于调整内窥镜比例参数，具体用于调整蛇骨弯曲角度。
本实施方式中，显示屏1-10安装在控制台1-7上，并用于显示内窥镜信息，以方便操作者把控病灶，并对医疗过程进行实时反馈。
本实施方式中，控制机构还包括托板1-6，托板1-6抽拉式安装在控制台1-7上，托板1-6拉出状态下用于托乘操作者手臂，以避免悬臂操作手柄，保证操作稳定。
本实施方式中，控制台1-7上下移动地安装在承载板1-1上，以进一步通过控制台1-7的高度调整，配合座椅1-5调整，提高该系统对不同体型的适应性。具体的，控制台1-7通过升降台1-12安装在承载板1-1上，以便通过升降台1-12调节控制台1-7高度。
本实施方式中，承载板1-1上还安装有用于控制激光发射的脚踏开关1-13，以便在通过内窥镜确定手术位置后，通过脚踏开关1-13控制光纤传导激光进行手术。
以上所述，仅为本实用新型涉及的较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于闭环反馈的软性内窥镜手术机器人模组，其特征在于，包括：手术机器人和控制机构；
手术机器人包括：承重底板(2-1)、Z轴顶升单元、Y轴前后移动单元、Y轴旋转单元、内窥镜控制组件(2-6)、光纤驱动模块(2-7)和导引鞘部分；
承重底板(2-1)下表面安装有多个万向刹车轮；
Z轴顶升单元，包括顶板和第一线性轴承(2-3)；第一线性轴承(2-3)均平行于Z轴运动地安装在承重底板(2-1)上；顶板水平安装在第一线性轴承(2-3)的顶端并跟随第一线性轴承(2-3)上下运动；
Y轴前后移动单元，包括直线导轨、位移板块(2-4)和第二驱动装置；直线导轨水平安装在顶板上，位移板块(2-4)滑动安装在直线导轨上；第二驱动装置与位移板块(2-4)连接，并用于驱动位移板块(2-4)沿着直线导轨在Y轴方向上滑动；
Y轴旋转单元，包括旋转本体(2-2)、旋转支架(2-5)和旋转电机；旋转支架(2-5)安装在位移板块(2-4)上，旋转本体(2-2)转动安装在旋转支架(2-5)上，旋转本体(2-2)的转动轴平行于位移板块(2-4)的直线运动轨迹；旋转电机用于驱动旋转本体(2-2)转动；
窥镜控制组件(2-6)，安装在旋转本体(2-2)上，用于控制安装在旋转本体上的内窥镜插入管在水平方向上旋转；
光纤驱动模块(2-7)，安装在内窥镜控制组件(2-6)上，用于夹紧光纤并驱动光纤在内窥镜插入管内移动；
导引鞘部分，包括导引鞘固定块(2-10)、插入管导正套(2-8)和延伸杆(2-9)；延伸杆(2-9)水平安装在顶板上并与Y轴平行；插入管导正套(2-8)安装在延伸杆(2-9)上，并位于其延长方向上；导引鞘固定块(2-10)安装在延伸杆(2-9)上；
控制机构，用于控制第一驱动装置、第二驱动装置、旋转电机和内窥镜控制组件(2-6)工作。
2.如权利要求1所述的基于闭环反馈的软性内窥镜手术机器人模组，其特征在于，Z轴顶升单元包括至少三根第一线性轴承(2-3)，且每一根第一线性轴承(2-3)均与顶板连接。
3.如权利要求2所述的基于闭环反馈的软性内窥镜手术机器人模组，其特征在于，Z轴顶升单元还包括第一驱动装置；第一驱动装置安装在承重底板(2-1)上，并用于驱动所有第一线性轴承(2-3)同步运动。
4.如权利要求3所述的基于闭环反馈的软性内窥镜手术机器人模组，其特征在于，第一驱动装置由伺服电机、减速电机和电缸组成。
5.如权利要求1所述的基于闭环反馈的软性内窥镜手术机器人模组，其特征在于，Y轴前后移动单元中，位移板块(2-4)采用滚珠丝杠，第二驱动装置由伺服电机和减速电机组成。
6.如权利要求1所述的基于闭环反馈的软性内窥镜手术机器人模组，其特征在于，内窥镜与光纤驱动模块同步在旋转本体(2-2)上转动。
7.如权利要求1至6任一项所述的基于闭环反馈的软性内窥镜手术机器人模组，其特征在于，导引鞘部分包括至少两个导引鞘固定块(2-10)，两个导引鞘固定块(2-10)的连线平行于延伸杆(2-9)所在直线。
8.如权利要求1所述的基于闭环反馈的软性内窥镜手术机器人模组，其特征在于，控制机构包括：承载板(1-1)、座椅(1-5)、控制模块、控制台(1-7)和显示屏(1-10)；
承载板(1-1)底部安装有多个万向刹车轮；
座椅(1-5)通过驱动机构上下移动并水平直线移动的安装承载板(1-1)上；
控制台(1-7)安装在承载板(1-1)上，并位于座椅(1-5)水平移动的延伸方向上；
控制模块安装在控制台(1-7)上，控制模块包括分别用于控制第一驱动装置、第二驱动装置、旋转电机和内窥镜控制组件(2-6)工作的开关部件；显示屏(1-10)安装在控制台(1-7)上，并用于显示内窥镜信息。
9.如权利要求8所述的基于闭环反馈的软性内窥镜手术机器人模组，其特征在于，还包括托板(1-6)；控制模块包括：内窥镜控制手柄(1-8)、拨动手轮(1-9)和光纤进给手柄(1-11)；内窥镜控制手柄(1-8)和光纤进给手柄(1-11)分别安装在控制台(1-7)相对两侧；拨动手轮(1-9)安装在内窥镜控制手柄(1-8)和光纤进给手柄(1-11)之间，用于调整内窥镜比例参数；
托板(1-6)抽拉式安装在控制台(1-7)上，托板(1-6)拉出状态下用于托乘操作者手臂。
10.如权利要求8所述的基于闭环反馈的软性内窥镜手术机器人模组，其特征在于，控制台(1-7)上下移动地安装在承载板(1-1)上。
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