一种用于软镜手术辅助机械手

摘要

本发明公开了一种用于软镜手术辅助机械手，包括底座、竖直上下机械臂、水平左右机械臂、前后伸缩机械臂、软镜夹持器、上下维驱动电机、左右维驱动电机、前后维驱动电机、转轴维驱动电机及软镜拨盘维驱动电机。本发明还公开了一种用于软镜手术辅助机械手的实现方法。本发明克服现有技术中无法实现柔性器械精确多方位操控、无法应对复杂的手术情况、现有机械手与柔性器械配合效果差及医生手术时手的抖动等问题，具有结构简单、造价便宜、适用于软镜手术、能应对复杂的手术情况、软镜实现五维运动及使用效果好等特点。

权利要求

1.一种用于软镜手术辅助机械手，其特征在于：包括底座、竖直上下机械臂、水平左右机械臂、前后伸缩机械臂、软镜夹持器、上下维驱动电机、左右维驱动电机、前后维驱动电机、转轴维驱动电机及软镜拨盘维驱动电机；其中，竖直上下机械臂设有第一丝杠与第一丝杠螺母，第一丝杠螺母与第一滑块连接，上下维驱动电机驱动第一丝杠旋转，带动第一滑块滑动，水平左右机械臂内设有第二丝杠与第二丝杠螺母，第二丝杠螺母与第二滑块连接，左右维驱动电机驱动第二丝杠带动第二滑块滑动，竖直上下机械臂的第一滑块与竖直上下机械臂的第二滑块连接，前后伸缩机械臂设有第三丝杠和第三丝杠螺母，第三丝杠螺母与第三滑块连接，前后维驱动电机驱动第三丝杠带动第三滑块滑动，前后伸缩机械臂的第三滑块与竖直上下机械臂一端连接，前后伸缩机械臂一端表面固接转轴维驱动电机，转轴维驱动电机与软镜回转装置一端转动连接，软镜回转装置另一端连接软镜夹持器，软镜夹持器与软镜拨盘维驱动电机连接，上下维驱动电机、左右维驱动电机、前后维驱动电机、转轴维驱动电机及软镜拨盘维驱动电机分别与控制器连接。

2.根据权利要求1所述的用于软镜手术辅助机械手，其特征在于：所述软镜回转装置为“L”形转动轴。

3.根据权利要求1所述的用于软镜手术辅助机械手，其特征在于：所述上下维驱动电机、左右维驱动电机、前后维驱动电机、转轴维驱动电机及软镜拨盘维驱动电机均为步进电机或伺服电机。

4.根据权利要求1所述的用于软镜手术辅助机械手，其特征在于：所述软镜夹持器包括软镜夹持器本体、软镜夹持移动块、软镜拨盘固定卡、第一调整螺钉及第二调整螺钉；其中，软镜拨盘维驱动电机穿过软镜夹持器本体并固定在软镜夹持器本体上，软镜拨盘维驱动电机的轴与软镜拨盘固定卡转动连接，软镜夹持移动块设有第一调整螺钉，软镜拨盘固定卡上设有第二调整螺钉。

5.根据权利要求1所述的用于软镜手术辅助机械手，其特征在于：所述底座为移动台，移动台内部设有若干安装位，移动台一侧板上开设有电缆线通孔，移动台底部设有1个以上刹车片轮脚，移动台底部装配有千斤顶装置或可调节高度的固定支脚，手术过程中将脚轮升起，保证移动台固定。

说明书

一种用于软镜手术辅助机械手

技术领域

[0001] 本发明涉及医疗器械技术，具体来说是一种用于软镜手术辅助机械手及其实现方法。

背景技术

[0002] 随着软镜技术进步，输尿管软镜手术逐渐成为腔内泌尿外科的主要手术，与传统输尿管硬镜相比，输尿管软镜具有高柔韧度的可弯曲镜体，弯曲自如，灵巧方便，可以从人体自然通道尿道进入到膀胱经输尿管口到输尿管直达肾盂以及各肾盏。由于具有灌注和工作通道，输尿管软镜可处理肾脏集合系统各种疾病，如结石，肿瘤。不仅相对安全，且治疗效果显著，相对于经皮肾镜治疗方法，具有更安全、损伤小、恢复快等优点。在诊断和治疗难于确诊的肾盂肿瘤、肾结石、输尿管上段结石中具有其他设备无法比拟和取代的优势。具体如下：

[0003] 1)检查无盲区：这也是软镜最突出的优点。由于镜体柔软，且镜体头端可以向上向下弯曲很大角度，做到不漏诊，可以看到硬镜来看不到的盲区。

[0004] 2)损伤小：由于镜体柔软(与导尿管相似)，管径细(＜6Fr)，麻醉下，直视轻柔地插入基本不会对尿道、膀胱、输尿管等造成损伤。相对于硬镜，软镜更容易为病人所接受。

[0005] 3)视野相对清晰：软镜损伤小，可以最大限度的减少损伤性血尿对观察的影响，从而保证视野清晰。此外，软镜属于电子数码成像，具有极高的图像分辨率，可以清晰发现更早期及微小的病变，使疾病在早期即得到有效治疗，提高了病人的疗效。软镜还可以通过图像采集系统将数字化的图像传至电脑，甚至上网实现同步远程会诊。

[0006] 4)对体位的要求低：病人于截石位、仰卧位及侧卧位都可以进行检查，特 别适合于不能摆截石位和腑卧位的患者(如下肢畸形、严重关节炎及偏瘫患者等)。

[0007] 5)可以同时检查尿道、膀胱，输尿管，肾盂及各肾盏整个尿路系统：而硬镜是不能做到。

[0008] 但在做输尿管软镜手术时，为安全进镜，寻找肾盏口，特别是行肾脏结石手术时，需要依靠X光照射定位，手术医师受到放射线辐射量较大，为此，如何减少医师受到的放射线辐射，实现软镜准确、稳定定位，避免医师长时间手术疲劳而造成手颤动是刻不容缓的问题。

[0009] 近年来，国内外在医疗机器人和机械手发明和应用比较多，比较成熟的有达芬奇(DaVinci)系统、Zeus系统、伊索(AESOP)3000医疗外科手术机器人等。

[0010] 达芬奇(DaVinci)系统主要由医生控制台(Surgeon Console)；一个装有四支7自由度交互手臂的床旁机械臂塔(Patient Cart)和一个高精度的3D HD视觉系统(Vision Cart)构成。借助于高清立体成像、多关节臂自动化控制及光缆信号传送等高科技设备，使其具备了三维高清术野、手臂无抖动、镜头固定、活动范围广、器械移动度大等优点，并且改变了术者站在手术台旁操作的传统模式，由主刀医师坐在控制台前完成手术全过程，符合人体工程学原理，更适合于长时间复杂手术。该系统广泛应用于普外科、泌尿外科、妇科腹腔镜手术。

[0011] ZEUS机器人手术系统由Computer Motion公司制作，在欧洲已经可以使用，ZEUS系统与达芬奇的装置类似，它有一个计算机工作站、一个视频显示器、控制手柄(用于移动手术台上安装的手术仪器)。ZEUS系统目前在美国只被批准用于医疗试验，而德国医生已经使用此系统进行了冠心病搭桥手术。

[0012] 伊索(AESOP)3000机器人系统由Computer Motion公司于1994年发布，AESOP是FDA批准使用的第一台可以用于手术室协助手术的机器人。AESOP比达芬奇系统和ZEUS系统要简单得多，AESOP基本上只是一个机械臂，用于医生定位内窥镜——一种插入病人体内的外科照相机。脚踏板或声音软件用于医生定位照相机，这就让医生的手空出来继续进行手术。AESOP提供了几种内 窥镜控制形式，包括语音控制、人工定位和手动控制。

[0013] 现有技术中存在以下技术问题：

[0014] (1)、现有的机械手一般用于刚性器械操控，在操控柔性器械，如软镜方面存在一定的局限；

[0015] (2)、现有机械手的运动方式和夹持方式易造成柔性器械的损坏；

[0016] (3)、现有的机械手无法实现柔性器械精确多方位操控；

[0017] (4)、手术如果人工操作，医生的手会有抖动。

发明内容

[0018] 本发明的目的在于克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单、造价便宜、适用于软镜手术、能应对复杂的手术情况、软镜实现五维运动及使用效果好的用于软镜手术辅助机械手。

[0019] 本发明另一目的在于提供一种用于软镜手术辅助机械手的实现方法。

[0020] 为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于软镜手术辅助机械手，包括底座、竖直上下机械臂、水平左右机械臂、前后伸缩机械臂、软镜夹持器、上下维驱动电机、左右维驱动电机、前后维驱动电机、转轴维驱动电机及软镜拨盘维驱动电机；其中，竖直上下机械臂设有第一丝杠与第一丝杠螺母，第一丝杠螺母与第一滑块连接，上下维驱动电机驱动第一丝杠旋转，带动第一滑块滑动，水平左右机械臂内设有第二丝杠与第二丝杠螺母，第二丝杠螺母与第二滑块连接，左右维驱动电机驱动第二丝杠带动第二滑块滑动，竖直上下机械臂的第一滑块与竖直上下机械臂的第二滑块连接，前后伸缩机械臂设有第三丝杠和第三丝杠螺母，第三丝杠螺母与第三滑块连接，前后维驱动电机驱动第三丝杠带动第三滑块滑动，前后伸缩机械臂的第三滑块与竖直上下机械臂一端连接，前后伸缩机械臂一端表面固接转轴维驱动电机，转轴维驱动电机与软镜回转装置一端转动连接，软镜回转装置另一端连接软镜夹持器，软镜夹持器与软镜拨盘维驱动电机连接，上下维驱动电机、左右维驱动电机、前后维驱动电机、转轴维驱动电机及软镜拨盘维驱动电机分别与控制器连接。

[0021] 优选的，所述软镜回转装置为“L”形转动轴。

[0022] 优选的，所述上下维驱动电机、左右维驱动电机、前后维驱动电机、转轴维驱动电机及软镜拨盘维驱动电机均为步进电机或伺服电机。

[0023] 优选的，所述软镜夹持器包括软镜夹持器本体、软镜夹持移动块、软镜拨盘固定卡、第一调整螺钉及第二调整螺钉；其中，软镜拨盘维驱动电机穿过软镜夹持器本体并固定在软镜夹持器本体上，软镜拨盘维驱动电机的轴与软镜拨盘固定卡转动连接，软镜夹持移动块设有第一调整螺钉，软镜拨盘固定卡上设有第二调整螺钉。

[0024] 为了便于移动及固定操作，所述底座为移动台，移动台内部设有若干安装位，移动台一侧板上开设有电缆线通孔，移动台底部设有1个以上刹车片轮脚，移动台底部装配有千斤顶装置或可调整高度的固定支脚，手术过程中将脚轮升起，保证移动台固定。

[0025] 一种用于软镜手术辅助机械手的实现方法，包括以下步骤：

[0026] (1)、当机械手需要做竖直上下运动时，控制器控制上下维驱动电机，上下维驱动电机驱动竖直上下机械臂上的第一丝杠旋转，第一丝杠带动第一滑块滑动，第一滑块的运动使软镜夹持器做竖直上下运动；

[0027] (2)、当机械手需要做水平左右运动时，控制器控制左右维驱动电机，左右维驱动电机驱动水平左右机械臂上的第二丝杠旋转，第二丝杠带动第二滑块滑动，第二滑块的运动使软镜夹持器做水平左右运动；

[0028] (3)、当机械手需要做前后伸缩运动时，控制器控制前后维驱动电机，前后维驱动电机驱动前后伸缩机械臂上的第三丝杠旋转，第三丝杠带动第三滑块滑动，第三滑块的运动使软镜夹持器做前后伸缩运动；

[0029] (4)、当机械手需要做转轴运动时，控制器控制转轴维驱动电机，转轴维驱动电机驱动软镜回转装置旋转，从而使软镜夹持器做转轴运动；

[0030] (5)、当机械手需要做拨盘运动时，控制器控制软镜拨盘维驱动电机，软镜拨盘维驱动电机驱动软镜拨盘固定卡旋转，从而使软镜夹持器做拨盘运动。

[0031] 所述步骤(4)和(5)同时进行时，软镜夹持器带动软镜做软镜前后屈运 动。

[0032] 所述步骤(1)～(5)中的控制器为带输入设备的控制操作台。

[0033] 本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

[0034] 1、本发明采用了包括底座、竖直上下机械臂、水平左右机械臂、前后伸缩机械臂、软镜夹持器、上下维驱动电机、左右维驱动电机、前后维驱动电机、转轴维驱动电机及软镜拨盘维驱动电机，具有结构简单、造价便宜、适用于软镜手术、能应对复杂的手术情况、软镜实现五维运动及使用效果好等特点。

[0035] 2、本发明可以通过软镜回转装置、软镜拨盘固定卡、转轴维驱动电机及软镜拨盘维驱动电机，实现软镜前后屈的控制，以便应对复杂的手术情况。

[0036] 4、本发明中的上下维驱动电机、左右维驱动电机、前后维驱动电机、转轴维驱动电机及软镜拨盘维驱动电机，先设置好各个电机位置转角精度，然后通过信号控制各电机连续微小控制。

[0037] 5、本发明代替医生人工手手术，机械手稳定性高，防止抖动，避免危险，提高了手术成功几率。

[0038] 6、本发明通过控制各电机转动，从而实现五维运动，运动灵活，无手术死角，使用效果好。

附图说明

[0039] 图1为一种用于软镜手术辅助机械手的整体结构示意图；

[0040] 图2为本发明中竖直上下机械臂、水平左右机械臂、前后伸缩机械臂处结构示意图；

[0041] 图3为本发明中前后伸缩机械臂及软镜夹持器的连接结构示意图；

[0042] 图4为本发明中软镜夹持器与软镜的连接结构示意图；

[0043] 图5为本发明中软镜夹持器的结构示意图。

[0044] 图中标号与名称如下：

[0045]1 底座 2 竖直上下机
械臂

[0046]3 水平左右机4 前后伸缩机
械臂 械臂
5 软镜夹持器 6 上下维驱动
电机
7 左右维驱动8 前后维驱动
电机 电机
9 转轴维驱动10 软镜拨盘维
电机 驱动电机
11 第一丝杠 12 第一丝杠螺
母
13 第一滑块 14 第二丝杠
15 第二丝杠螺16 第二滑块
母
17 第三丝杠 18 第三丝杠螺
母
19 第三滑块 20 软镜回转装
置
21 软镜夹持器22 软镜夹持移
本体 动块
23 软镜拨盘固24 第一调整螺
定卡 钉
25 第二调整螺26 轮脚
钉
27 软镜

具体实施方式

[0047] 为便于本领域技术人员理解，下面结合附图及实施例对本发明作进一步的详细说明。

[0048] 实施例1：

[0049] 如图1～5所示，一种用于软镜手术辅助机械手，包括底座1、竖直上下机械臂2、水平左右机械臂3、前后伸缩机械臂4、软镜夹持器5、上下维驱动电机6、左右维驱动电机7、前后维驱动电机8、转轴维驱动电机9及软镜拨盘维驱动电机10；其中，如图2所示，竖直上下机械臂2设有第一丝杠11与第一丝杠螺母12，第一丝杠螺母12与第一滑块13连接，上下维驱动电机6驱动第一丝杠11旋转，带动第一滑块13滑动，水平左右机械臂3内设有第二丝杠14与第二丝杠螺母15，第二丝杠螺母15与第二滑块16连接，左右维驱动电机7驱动第二丝杠14带动第二滑块16滑动，第一滑块13与第二滑块16连接，前后伸缩机 械臂4设有第三丝杠17和第三丝杠螺母18，第三丝杠螺母18与第三滑块19连接，前后维驱动电机8驱动第三丝杠17带动第三滑块18滑动，第三滑块18与竖直上下机械臂2一端连接，前后伸缩机械臂4一端表面固接转轴维驱动电机9，转轴维驱动电机9与软镜回转装置20一端转动连接，软镜回转装置20另一端连接软镜夹持器5，软镜夹持器5与软镜拨盘维驱动电机10连接，上下维驱动电机6、左右维驱动电机7、前后维驱动电机8、转轴维驱动电机9及软镜拨盘维驱动电机10分别与控制器连接，竖直上下机械臂2、水平左右机械臂3、前后伸缩机械臂4可以任何连接方式形成直角坐标系运动。

[0050] 本实施例中的软镜回转装置20为“L”形转动轴，上下维驱动电机6、左右维驱动电机7、前后维驱动电机8、转轴维驱动电机9及软镜拨盘维驱动电机10均为步进电机，控制器为带输入设备的控制操作台。

[0051] 如图4、5所示，软镜夹持器5包括软镜夹持器本体21、软镜夹持移动块22、软镜拨盘固定卡23、第一调整螺钉24及第二调整螺钉25；其中，软镜拨盘维驱动电机10穿过软镜夹持器本体5并固定在软镜夹持器本体5上，软镜拨盘维驱动电机10的轴与软镜拨盘固定卡23转动连接，软镜夹持移动块22设有第一调整螺钉24，软镜拨盘固定卡23上设有第二调整螺钉25。

[0052] 本实施例中的底座1为移动台，移动台内部设有若干安装位，移动台一侧板上开设有电缆线通孔，移动台底部设有1个以上刹车片轮脚26，移动台底部装配有千斤顶装置，手术过程中将脚轮26升起，保证移动台固定。

[0053] 一种用于软镜手术辅助机械手的实现方法，包括以下步骤：

[0054] (1)、当机械手需要做竖直上下运动时，控制器控制上下维驱动电机6，上下维驱动电机6驱动竖直上下机械臂2上的第一丝杠11旋转，第一丝杠11带动第一滑块13滑动，第一滑块13的运动使软镜夹持器5做竖直上下运动；

[0055] (2)、当机械手需要做水平左右运动时，控制器控制左右维驱动电机7，左右维驱动电机7驱动水平左右机械臂3上的第二丝杠14旋转，第二丝杠14带动第二滑块16滑动，第二滑块16的运动使软镜夹持器5做水平左右运动；

[0056] (3)、当机械手需要做前后伸缩运动时，控制器控制前后维驱动电机8，前 后维驱动电机8驱动前后伸缩机械臂4上的第三丝杠17旋转，第三丝杠17带动第三滑块19滑动，第三滑块19的运动使软镜夹持器5做前后伸缩运动；

[0057] (4)、当机械手需要做转轴运动时，控制器控制转轴维驱动电机9，转轴维驱动电机9驱动软镜回转装置20旋转，从而使软镜夹持器5做转轴运动；

[0058] (5)、当机械手需要做拨盘运动时，控制器控制软镜拨盘维驱动电机10，软镜拨盘维驱动电机10驱动软镜拨盘固定卡23旋转，从而使软镜夹持器5做拨盘运动。

[0059] 所述步骤(4)和(5)同时进行时，软镜夹持器5带动软镜27做软镜前后屈运动。

[0060] 所述步骤(1)～(5)中的控制器为带输入设备的控制操作台。

[0061] 上述控制方法可用于手术或非医疗目的的科研假体当中，本实施例具体控制方法作用于假体之上。具体实际应用时，可以进行如下操作：

[0062] 先将软镜27通过输尿管导引鞘进入假体的尿道、输尿管，并送入肾盂，然后将软镜手柄按照要求通过人工方式放置和固定在软镜夹持器5上。在触摸屏(具有显示图像功能)上显示软镜进入肾脏集合系统整个过程，包括肾盂、上盏、中盏、下盏，并对肾脏集合系统观察；通过点击控制操作台触摸屏上的相应功能按钮开启控制钬激光的激发设备发射钬激光；在手术中，通过控制操作台开启灌注水的流速和水压控制设备灌注水以增加视野的清晰度；在进入肾脏集合系统时，开启控制X光暴露设备进行X光照射以确定软镜27的位置；手术中，通过触摸屏随时查看肾脏集合系统，同时进行X光照射以确定软镜的实际位置。根据软镜手术规程，操作控制操作台上的操作手柄，或者点击触摸屏上相应功能按钮，操作机械臂的上下、前后、左右运动，机械手的旋转和回转运动。同时，根据实际情况，可以控制移动台的刹车片轮脚26，进行紧急制动，进而控制软镜27的上下、前后、左右、旋转和回转运动，调整软镜27位置和状态。

[0063] 实施例2

[0064] 本实施例和实施例1不同之处在于：上下维驱动电机6、左右维驱动电机7、前后维驱动电机8、转轴维驱动电机9及软镜拨盘维驱动电机10均为伺服电机，移动台底部装配有可调整高度的固定支脚。具体操作时，先将软镜通过输尿管导引鞘进入假体的尿道、输尿管，并送入肾盂，然后将软镜手柄按照要求通过人工方式放置和固定在软镜夹持器上。在触摸屏(具有显示图像功能)上显示软镜进入肾脏集合系统整个过程，包括肾盂、上盏、中盏、下盏，并对肾脏集合系统观察；通过点击控制操作台触摸屏上的相应功能按钮开启控制钬激光的激发设备发射钬激光；在手术中，通过控制操作台开启灌注水的流速和水压控制设备灌注水以增加视野的清晰度；在进入肾脏集合系统时，开启控制X光暴露设备进行X光照射以确定软镜的位置；通过控制操作台开启控制高压造影设备进行造影；手术中，通过触摸屏随时查看肾脏集合系统，同时进行X光照射以确定软镜的实际位置。根据软镜手术规程，操作控制操作台上的操作手柄，或者点击触摸屏上相应功能按钮，操作机械臂的上下、前后、左右运动，机械手的旋转和回转运动，同时，根据实际情况，可以控制移动台的刹车片轮脚，进行紧急制动，进而控制软镜27的上下、前后、左右、旋转和回转运动，调整软镜
27位置和状态。

[0065] 上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。