CN102058433A - 一种用于机器人辅助微创手术的运动输入装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于机器人辅助微创手术的运动输入装置，它包括主手座，其下部与主手座转动相连的关节I架，支撑平台通过旋转副安装于关节I架上，支撑平台在关节I架上的旋转运动轴线与关节I架在主手座上的旋转运动轴线彼此垂直设置，三条结构相同的支链轴对称均匀设置在支撑平台和与所述的支撑平台相平行设置的操作平台之间，每一个支链由一端通过旋转副彼此相连的连杆I和连杆II组成，连杆I的另一端与支撑平台通过旋转副相连，连杆II的另一端由旋转副与操作平台相连，连接支链各部分的旋转副相互平行设置，在操作平台上通过旋转副转动的连接有操作端。本装置其运动形式与传统微创技术一致，因此可以缩短医生培训的周期和培训难度。
Description
技术领域
本发明涉及一种运动输入装置，特别是涉及一种用于机器人辅助微创手术的运动输入装置。
背景技术
以腹腔镜为代表的微创外科被誉为20世纪医学科学对人类文明的重要贡献之一，微创手术操作是指医生利用细长的手术工具通过人体表面的微小切口探入到体内进行手术操作的。它与传统的开口手术相比具有手术切口小、出血量少、术后疤痕小、恢复时间快等优点，这使得病人遭受的痛苦大大减少；因此微创外科被广泛的应用于临床手术。为了进一步增加该项先进技术的应用范围，微创手术机器人应运而生。目前，美国Intuitive Surgical公司开发的da Vinci手术机器人***已经在临床上获得广泛应用。已经商业化可用作运动输入装置的主操作设备主要有美国Sensable公司的PHANToM系列主操作手和瑞士ForceDimension工作的Omega系列主操作手。对PHANToM***而言，其本身存在***刚性差，所提供的力反馈有限等方面的缺陷，限制了其应用范围；而对Omega***而言，却存在机构占用的体积较大、工作空间较小等缺点。除此之外，以上两种主操作手还存在价格昂贵、技术垄断等方面的问题。我国在这一领域的研究尚处于起步阶段，因此开发一套具有自主知识产权的新型主操作手***对填补我国在该领域的空白有着非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够缩短培训周期和难度并且使熟悉机器人操作的医生还能够保留传统微创手术运动习惯的一种用于机器人辅助微创手术的运动输入装置。
本发明的一种用于机器人辅助微创手术的运动输入装置，它包括主手座，其下部与所述的主手座通过旋转副转动相连的关节I架，支撑平台通过旋转副安装于关节I架上，支撑平台在关节I架上的旋转运动轴线与关节I架在主手座上的旋转运动轴线彼此垂直设置，以支撑平台和操作平台的中心连线作为对称轴，三条结构相同的支链轴对称均匀设置在支撑平台和与所述的支撑平台相平行设置的操作平台之间，每一个支链由一端通过旋转副彼此相连的连杆I和连杆II组成，连杆I的另一端与支撑平台通过旋转副相连，连杆II的另一端由旋转副与操作平台相连，连接支链各部分的所述的旋转副相互平行设置，在所述的操作平台上通过旋转副转动的连接有操作端。
本发明的突出优点是：
1.本发明可以用作主从式微创手术机器人的主操作手，其运动形式与传统微创技术一致，因此可以缩短医生培训的周期和培训难度；
2.本发明的运动输入装置能够使医生在进行机器人辅助手术的同时，保留传统微创技术的运动习惯；
3.机构的所有运动全部由旋转关节实现，具有运动灵活的特点；
4.本发明还可以用作手术模拟输入装置，用于培训医生传统微创手术的操作技术；
5.本发明还可以用作通用型运动输入装置，作为主操作手应用于任何主从式机器人中。
附图说明
图1是微创手术操作的示意图；
图2是本发明一种用于辅助微创手术的运动输入装置的整体结构示意图；
图3描述的是本发明一种用于辅助微创手术的运动输入装置的一种操作手柄形式；
图4描述的是本发明一种用于辅助微创手术的运动输入装置的三自由度手腕形。
其中：
1-主手座 2-关节I架 3-支撑平台 4-支链
4a-连杆I 4b-连杆II 5-操作平台 6-操作端
6-1-手柄形式I 6-2-腕形手柄 6-21-手腕旋转关节I
6-22-手腕旋转关节II 6-23-手腕旋转关节III
700-手术工具 701-戳卡 702-横摆运动 703-偏转运动
704-自转运动 705-进出运动 706-体腔壁
具体实施方式
下面结合具体的实施例，并参照附图，对本发明做进一步的说明：
图1所示为微创手术操作的示意图。手术工具700通过安装于体腔壁706之上的戳卡701进入体内进行手术操作。由于这一限制，手术工具700的整体运动被约束为4个，即：横摆运动702、偏转运动703、自转运动704和进出运动705。本发明的运动输入装置在用于机器人辅助微创手术中时，可以保留这种微创手术的运动模式。
如附图2所示的本发明的一种用于机器人辅助微创手术的运动输入装置，它包括主手座1，其下部与所述的主手座1通过旋转副转动相连的关节I架2，支撑平台3通过旋转副安装于关节I架2上，支撑平台3在关节I架上的旋转运动轴线与关节I架在主手座1上的旋转运动轴线彼此垂直设置，以支撑平台3和操作平台5的中心连线作为对称轴，三条结构相同的支链轴对称均匀设置在支撑平台和与所述的支撑平台相平行设置的操作平台之间，每一个支链由一端通过旋转副彼此相连的连杆I4a和连杆II4b组成。连杆I4a的另一端与支撑平台3通过旋转副相连，连杆II4b的另一端由旋转副与操作平台5相连，连接支链各部分的所述的旋转副相互平行设置。在三个支链4的约束下，操作平台5相对于支撑平台3仅存在沿操作平台5和支撑平台3的中心连线8的单自由度直线运动。在操作平台5上可通过旋转副旋转连接操作端6。本装置中的旋转副均可以采用轴和轴承构成的铰链结构，当然也可以采用现有的其它可以实现旋转运动的结构形式。
在操作平台5上可通过旋转副旋转连接操作端6，该旋转副旋转轴线可以垂直于操作平台5。本装置在使用时由使用者抓住操作端6输入运动。通过如专利辅助微创外科手术机器人的三维力反馈主操作手(专利号：200810154364.X)公开的结构形式，在所述的运动输入装置的各旋转副构成的旋转关节中添加位置传感器或驱动电机，则该装置可以将操作者的操作信息反映出来，并转化为信号，用于对机器人进行控制，如实现如图1所示的手术工具的各种运动或用于对手术进行模拟。
操作端6可以具有不同的形式，如图3所示为与传统微创手术工具类似的操作手柄形式6-1。
图4所示为具有三个自由度的腕形手腕6-2，它有旋转轴线相交于一点的三个手腕旋转关节6-21、6-22和6-23组成。操作端6的其他形式在此不再赘述。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其它形式的传动、驱动装置以及连接方式不经创造性的设计与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种用于机器人辅助微创手术的运动输入装置，其特征在于：它包括主手座，其下部与所述的主手座通过旋转副转动相连的关节I架，支撑平台通过旋转副安装于关节I架上，支撑平台在关节I架上的旋转运动轴线与关节I架在主手座上的旋转运动轴线彼此垂直设置，以支撑平台和操作平台的中心连线作为对称轴，三条结构相同的支链轴对称均匀设置在支撑平台和与所述的支撑平台相平行设置的操作平台之间，每一个支链由一端通过旋转副彼此相连的连杆I和连杆II组成，连杆I的另一端与支撑平台通过旋转副相连，连杆II的另一端由旋转副与操作平台相连，连接支链各部分的所述的旋转副相互平行设置，在所述的操作平台上通过旋转副转动的连接有操作端。
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