手术机械臂及手术机器人转让专利
申请号 : CN202010076418.6
文献号 : CN111249008B
文献日 : 2021-07-27
发明人 : 丁立 , 闫泳利 , 黄善灯
申请人 : 诺创智能医疗科技(杭州)有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种手术机械臂(100),用于微创手术机器人,其特征在于,包括术前摆位组件(10)、执行组件(30)以及设置于所述术前摆位组件(10)与所述执行组件(30)之间的远心操控组件(20),
所述执行组件(30)包括内部中空的执行杆(31)及设置于所述执行杆(31)相对远离所述远心操控组件(20)一端的手术器具(32),所述执行杆(31)内部设有连接线缆;所述远心操控组件(20)上设置有转动驱动件(41)以及传感器(42),所述转动驱动件(41)连接于所述执行杆(31)中相对靠近所述远心操控组件(20)的一端并能够驱动所述执行杆(31)与所述手术器具(32)沿所述执行杆(31)的轴向同步转动;
所述传感器(42)连接于所述远心操控组件(20)且所述传感器(42)与所述手术器具(32)之间不存在沿所述执行杆(31)轴向的同步转动;所述传感器(42)用于检测所述手术器具(32)受到的环境力及/或环境力矩;
所述手术机械臂(100)还包括用于驱动所述手术器具(32)运动的控制驱动件(43),所述控制驱动件(43)用于控制所述手术器具(32)进行张开与闭合;
所述控制驱动件(43)设置于所述执行杆(31)与所述转动驱动件(41)之间,所述转动驱动件(41)能够驱动所述控制驱动件(43)、所述执行杆(31)以及所述手术器具(32)沿所述执行杆(31)的轴向同步转动;
所述执行组件(30)具有预设的远心不动点,执行组件(30)在进行手术操作时,所述远心操控组件(20)能够驱动所述执行组件(30)以所述远心不动点为摆动中心进行摆动。
2.如权利要求1所述的手术机械臂(100),其特征在于,所述远心操控组件(20)为并联结构,且所述远心操控组件(20)包括静平台(21)以及连接于所述静平台(21)并能够相对所述静平台(21)运动的第一动平台(22);所述静平台(21)连接于所述术前摆位组件(10),所述传感器(42)连接于所述第一动平台(22)上。
3.如权利要求2所述的手术机械臂(100),其特征在于,所述传感器(42)相对所述转动驱动件(41)更靠近所述术前摆位组件(10)。
4.如权利要求3所述的手术机械臂(100),其特征在于,所述控制驱动件(43)设置于所述执行杆(31)与所述第一动平台(22)之间;所述传感器(42)安装于所述转动驱动件(41);
所述传感器(42)通过检测所述转动驱动件(41)、所述控制驱动件(43)以及所述执行杆(31)的整体受力状态,来获得所述手术器具(32)受到的环境力及/或环境力矩。
5.如权利要求4中所述的手术机械臂(100),其特征在于,所述第一动平台(22)上开设有避让孔,所述转动驱动件(41)通过伸入所述避让孔内连接于所述控制驱动件(43)。
6.如权利要求3中所述的手术机械臂(100),其特征在于,所述转动驱动件(41)设置于所述控制驱动件(43)与所述传感器(42)之间;
所述传感器(42)通过检测所述转动驱动件(41)、所述控制驱动件(43)以及所述执行杆(31)的整体受力状态,来获得所述手术器具(32)受到的环境力及/或环境力矩。
7.如权利要求4或者6中所述的手术机械臂(100),其特征在于,所述控制驱动件(43)的数量至少为三个;其中,两个所述控制驱动件(43)用于控制所述手术器具(32)朝交错的两个不同方向偏转,余下的一个所述控制驱动件(43)用于控制所述手术器具(32)张开与闭合。
8.如权利要求7所述的手术机械臂(100),其特征在于,三个所述控制驱动件(43)的各中心之间围设形成等边三角形,且所述执行杆(31)的轴向穿过所述等边三角形的中心。
9.如权利要求2所述的手术机械臂(100),其特征在于,所述第一动平台(22)与所述静平台(21)之间设置有多个第一伸缩元件(23),每个所述第一伸缩元件(23)的两端均分别转动连接于所述静平台(21)与所述第一动平台(22);所述第一伸缩元件(23)与所述第一动平台(22)之间的各转动连接点(24)均相互间隔设置;且所述第一伸缩元件(23)与所述静平台(21)之间的各转动连接点(24)也均相互间隔设置。
10.如权利要求9所述的手术机械臂(100),其特征在于,所述第一伸缩元件(23)与所述第一动平台(22)的各转动连接点(24)之间以就近的方式两两成对,每一组同对的两个转动连接点(24)与所述第一动平台(22)的中心之间均对应形成一个第一夹角(α),各所述第一夹角(α)之间的大小相等。
11.如权利要求10所述的手术机械臂(100),其特征在于,所述第一夹角(α)的角度范围为15°至60°。
12.如权利要求11所述的手术机械臂(100),其特征在于,所述第一伸缩元件(23)与所述静平台(21)之间的各转动连接点(24)之间以就近的方式两两成对,每一组同对的两个转动连接点(24)与所述静平台(21)的中心之间均对应形成一个第二夹角(β),各所述第二夹角(β)之间的大小相等。
13.一种手术机器人,包括手术机械臂(100),其特征在于,所述手术机械臂(100)为权利要求1至12任意一项所述的手术机械臂(100)。
说明书 :
手术机械臂及手术机器人
技术领域
背景技术
者的青睐,成为目前医学研究与临床应用的新兴领域。
生的手部颤动,在微创手术领域具有广泛的临床应用。
以稳定、无颤动的状态将皮肤表面上开设的微小创口作为不动点执行手术操作。而目前的
适用于手术机器人的手术机械臂,在临床表现上尚不能完全满足使用要求,尤其是缺少对
手术器具所执行的手术操作在力学上的检测,医生无法获取病变组织在手术操作下对手术
器具的力学反馈,力学信息的缺失降低了医生在手术操作时的精准度。
发明内容
提高医生在手术操作时的精准度。
行杆相对远离所述远心操控组件一端的手术器具;所述远心操控组件上设置有转动驱动件
以及传感器,所述转动驱动件连接于所述执行杆中相对靠近所述远心操控组件的一端并能
够驱动所述执行杆与所述手术器具沿所述执行杆的轴向同步转动;
境力矩。
摆位组件,所述传感器连接于所述第一动平台上。
件;所述转动驱动件能够驱动所述控制驱动件、所述执行杆以及所述手术器具沿所述执行
杆的轴向同步转动;
制驱动件、所述执行杆以及所述手术器具沿所述执行杆的轴向同步转动;
术器具张开与闭合。
件与所述第一动平台之间的各转动连接点均相互间隔设置;且所述第一伸缩元件与所述静
平台之间的各转动连接点也均相互间隔设置。
第一夹角,各所述第一夹角之间的大小相等。
夹角,各所述第二夹角之间的大小相等。
精度提高。
生与人体组织的信息交互,本发明提供的手术机器人具有广泛的应用前景。
附图说明
手术器具;41、转动驱动件;42、传感器;43、控制驱动件;241、虎克铰链接头;242、缸套。
具体实施方式
本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例,都属于本发明保护的范围。
接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“固定于”另一个
组件,它可以是直接固定在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
体的实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相
关的所列项目的任意的和所有的组合。
式中,手术机械臂100还可以应用于其他医疗器械中以协助医生进行外科手术。
医生的主动控制操作传递至手术机械臂100处;手术机械臂100能够响应操作组件上的医生
控制操作,并对应执行随动手术动作从而对患者进行微创手术,手术机械臂100的运动轨迹
及手术过程能够通过内窥镜传递至图像处理设备中;图像处理设备能够实时呈现内窥镜窥
视的画面,还能够将内窥镜窥视的画面放大,使得医生的手术视野更加清晰。
定位,并通过脚踏板控制器启闭手术机械臂100的工作状态。主控制器不仅能够滤除医生手
部的微颤动,还能够同比缩小医生手部的移动距离,配合图像处理设备中放大的内窥镜画
面,能够大幅提高医生眼手协调的程度,从而保证手术精确度。
整内窥镜放大倍数后,医生可以同步调整主控制器中医生手部移动距离在同比缩小时的倍
数,使得内窥镜的放大倍数与主控制器同比缩小时的倍数相适,最大程度保证医生眼手协
调的程度,提高手术的精准度。
像处理设备进行后续放大处理。
行组件30大致移动到靠近病灶处的位置;远心操控组件20用于控制执行组件30小幅度范围
内运动;执行组件30用于执行手术操作。
动执行组件30进行平移及旋转;伸缩臂12具有一个自由度,能够带动执行组件30进行平移。
作。
夹或钩,也可以是其他手术器械,在此不一一赘述。手术器具32通常为可拆卸地安装于执行
组件30的端部,根据不同手术需要,或者根据同一台手术的不同手术阶段的需要,能够更换
不同的手术器具32以完成不同的手术操作。
以稳定、无颤动的状态将皮肤表面上开设的微小创口作为不动点执行手术操作。而目前的
适用于手术机器人的手术机械臂,在临床表现上尚不能完全满足使用要求,尤其是缺少对
手术器具所执行的手术操作在力学上的检测,医生无法获取病变组织在手术操作下对手术
器具的力学反馈,力学信息的缺失降低了医生在手术操作时的精准度。
驱动件41,转动驱动件41设置在远心操控组件20上;转动驱动件41连接于执行杆31并能够
驱动执行杆31与手术器具32以整体运动的形式沿执行杆31的轴向同步转动。
之间的间接接触,也即执行杆31连接于中间过渡元件,该中间过渡元件再直接接触于传感
器42的测量面上,从而形成执行杆31连接于传感器42。
力等等;当具有多个力耦合在手术器具32上并形成力矩作用时,手术器具32将同时受到环
境力与环境力矩的作用。
术器具32所受到的环境力时,传感器42可以选择为力传感器;当仅需要测量手术器具32所
受到的环境力矩时,传感器42可以选择为力矩传感器。
端,从而使得传感器42能够实现对手术器具32所受到的环境力及/或环境力矩的精确测量。
23,静平台21相对远离第一动平台22的一侧固定连接于术前摆位组件10,第一动平台22相
对远离静平台21的一侧固定连接于执行组件30,每个第一伸缩元件23的两端均分别转动连
接于静平台21与第一动平台22;执行组件30具有预设的远心不动点,多个第一伸缩元件23
之间的协调伸缩能够控制第一动平台22相对静平台21运动并带动执行组件30伸缩及摆动,
执行组件30的摆动中心为远心不动点,且执行组件30的伸缩路径穿过远心不动点。
少,从而减少多个定位单元误差和响应时长的累积,以提高手术的精度。
一伸缩元件23之间均为独立驱动,多个第一伸缩元件23的响应时长不会累积传递。因此通
过远心操控组件20实现对执行组件30的精准控制能够减小手术中的位移误差和缩短响应
时长。
杂的手术。另外,执行组件30在进行手术操作时,能够以远心不动点为摆动中心进行摆动,
因此只需在患者皮肤表面开设一个微小的创口用于供执行组件30穿过即可,患者的创口
小,术后恢复快。
器42将在较为稳定的安装环境中进行安装,有利于传感器42测量精度的提高。
感器42的测量精度提高。
了传感器42测量结果与实际力学检测真实值之间的误差。
离第一动平台22的一端;转动驱动件41能够驱动控制驱动件43、执行杆31以及手术器具32
沿执行杆31的轴向同步转动;
扰动干扰要更低,有利于提高检测的精度。
具32进行摆动运动的控制元件;该三个控制驱动件43中的一个,用于控制手术器具32进行
张开与闭合。
的转动连接点24共圆设置;位于静平台21上的转动连接点24所围设形成的圆形直径,是位
于第一动平台22上的转动连接点24所围设形成的圆形直径的1倍至2倍。
静平台21及第一动平台22上共圆设置即可。
围设形成的圆形直径的1.7倍。
最为平衡的结合性。
伸缩元件23通过球铰接头连接至静平台21与第一动平台22中的一者,并通过虎克铰链接头
241连接至静平台21与第一动平台22中的另一者。
铰链接头241具有两个自由度,球铰接头与虎克铰链接头241分别设置在第一伸缩元件23的
两端,使得第一动平台22能够实现六个自由度的运动。
动连接于第一伸缩元件23;缸套242在相对远离第一伸缩元件23的一端以及第一伸缩元件
23在相对远离缸套242的一端上,分别设置有虎克铰链接头241;缸套242与第一伸缩元件23
中的一者,通过对应的虎克铰链接头241连接至第一动平台22;缸套242与第一伸缩元件23
中的另一者,通过对应的虎克铰链接头241连接至静平台21。
头,具有较佳的性价比优势。其作动原理为:第一伸缩元件23两端的虎克铰链接头241均具
有两个自由度,缸套242具有一个自由度,更够实现第一伸缩元件23在轴向上的伸缩运动,
使得第一动平台22能够实现六个自由度的运动。
能够带动执行组件30完成手术操作即可。
置;且第一伸缩元件23与静平台21之间的各转动连接点24也均相互间隔设置。
元件23在带动第一动平台22运动时,既能够实现第一动平台22多方位全面的运动,又不会
产生过于冗余的运动学解析拖慢计算速度。
方式中,第一伸缩元件23与第一动平台22之间的各转动连接点24之间以就近的方式两两成
对;并且每一组同对的两个转动连接点24与所述第一动平台22的中心之间均对应形成一个
第一夹角α,各第一夹角α之间的大小均相等。
成M1与M2、M3与M4、M5与M6的三组配对关系。每个配对关系之间,也即每两个转动连接点24均
与第一动平台22的中心形成第一夹角α,并且三个第一夹角α的角度相等。
可以通过相对适宜的夹角范围便于实现对各个第一伸缩元件23的伸缩量运动解析。
中心之间对应形成第二夹角β,各第二夹角β之间的大小相等。
与S2、S3与S4、S5与S6的三组配对关系。每个配对关系之间,也即每两个转动连接点24均与静
平台21的中心形成第二夹角β,并且三个第二夹角β的角度相等。
第一伸缩元件23的伸缩量运动解析。
件23在静平台21上的同一对转动连接点24与对应的第一伸缩元件23在第一动平台22上的
两个转动连接点24不成对。
馈的检测,为医生的手术操作提供力学数据的反馈,从而增加了医生与人体组织的信息交
互,本发明提供的手术机器人具有广泛的应用前景。
在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围内。