CN103919591B - 一种鼻内镜手术辅助机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种鼻内镜手术辅助机器人，其包括和导轨配合的自适应导轨适配机构、位置粗调机构及位姿精调机构；所述自适应导轨适配机构包括设置于导轨内侧的固定件、设置于导轨外侧的连接件及连接固定所述固定件和所述连接件的紧固件；所述位置粗调机构包括依次顺序连接的第一支撑臂、第一旋转关节、第一横梁、第二支撑臂、第二旋转关节、第二横梁及平行四杆机构，所述第一支撑臂和所述连接件相连接；所述位姿精调机构包括三个球关节、驱动件及夹持鼻内镜的夹持件，所述平行四杆机构、所述三个球关节、所述驱动件及所述夹持件依次顺序连接。所述鼻内镜手术辅助机器人结构简单、调节方便、稳定性高、安全可靠。

Description

一种鼻内镜手术辅助机器人

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种鼻内镜手术辅助机器人。

背景技术

鼻内镜手术以去除鼻腔病灶，恢复鼻腔通气为主要目的。现有的手术方式主要是医生左手持镜，右手进行手术操作。该操作方式下，几乎所有的手术操作都是靠医生的右手单手完成，对于一些操作(如切除操作)很难由单手完成。除此之外，左手的长期持镜会导致手术医生肌肉酸疼，难以长时间保持操作稳定性，从而引起视野的画面晃动，这些都不利于手术的顺利进行，严重时还会对患者造成额外的创伤。为了解决上述问题，医生倾向于寻求外界夹持***来协助完成手术操作。

申请号为CN200710043740.3的中国专利提供了一种鼻腔手术内窥镜辅助机械手，该机械手包括辅助机械手支架、摆升机构、旋转机构、俯仰机构、进给机构和控制***。该机械手的结构主要成串联形式，依次为：辅助机械手机架、摆升机构、旋转机构、俯仰机构、进给机构；控制***与各个机构通过电缆连接，控制方式采用语音设别的主动控制，具有一定的延时和潜在的危险性。

申请号为CN200520110695.5的的中国专利涉及到一种鼻内镜支撑架，所述鼻内镜支撑架为“厂”字形，其支撑杆部分为可锁定旋转套杆结构，其横梁为一可水平滑动的滑块的导轨，垂直滑动杆在所述的滑块限制下做上下滑动，所述垂直滑动杆的下端通过一可锁定的旋转套杆与垂直旋转杆相连，垂直旋转杆下端连接带有卡镜手固定杆的可锁定旋转套杆的连接组合，卡镜手固定在卡镜手固定杆内，并通过可锁定的旋转套杆连接组合在垂直平面内旋转和轴向旋转。所述鼻内镜支撑架的制动方式为电磁制动，其中所有的关节均采用电磁控制，而且是采用断电锁紧方式。整个***具有配重设置，从而抵消了***的重力。该***包括几个组合的可锁定旋转套杆，每个旋转套杆和相对应的衔铁都刻有互相配合的卡纹，结构上过于复杂。另外，整个机构的精度全是靠这种卡纹配合的精度来保证，对卡纹的配合精度有很高的要求，否则整个机构的刚度就无法保证。电磁铁控制过程中有一定的噪音和电磁辐射，对手术环境中导航可能存在潜在影响。

申请号为CN01253469.2的中国专利涉及到一种耳鼻喉科手术用鼻内窥镜支撑架，该支撑架制成换装支撑架头圈，固定在基座上，基座通过带阻尼的调节钮分别顺序连接固定三段支撑臂和弹簧钢夹固定器，鼻内镜卡在其内。该支撑架可根据需要按病人头部大小调节头圈松紧，能自由活动，适应不同的手术角度。该支撑架可以固定在患者的头部，不会因为患者都不运动而改变手术视野，有助于手术的顺利完成。缺点在于对鼻内镜的调节不灵活，当需要调节手术视野时，需要松开所有的阻尼调节环才能调节，当调节完成之后有需要逐个拧紧阻尼调节钮固定鼻内镜。整个过程中调节比较繁琐，稳定性不高，调节不方便。而且整个机构的受力全部通过头圈作用在患者的头部，固定方式不友好。

发明内容

针对上述问题，本发明提出一款鼻内镜手术辅助机器人，在满足手术需求的同时考虑到手术中定位精度、刚度和操作的简便性等问题。

一种鼻内镜手术辅助机器人，其包括和导轨配合的自适应导轨适配机构、位置粗调机构及位姿精调机构；所述自适应导轨适配机构包括设置于导轨内侧的固定件、设置于导轨外侧的连接件及连接固定所述固定件和所述连接件的紧固件；所述位置粗调机构包括依次顺序连接的第一支撑臂、第一旋转关节、第一横梁、第二支撑臂、第二旋转关节、第二横梁及平行四杆机构，所述第一支撑臂和所述连接件相连接；所述位姿精调机构包括三个球关节、驱动件及夹持鼻内镜的夹持件，所述平行四杆机构、所述三个球关节、所述驱动件及所述夹持件依次顺序连接。

本发明一较佳实施方式中，所述固定件和所述连接件分别设有相互对应的贯通槽，所述紧固件穿设于所述贯通槽。

本发明一较佳实施方式中，所述第一旋转关节和所述第二旋转关节均为转轴垂直于手术床的水平旋转关节。

本发明一较佳实施方式中，所述第一旋转关节和所述第二旋转关节均采用手动锁紧方式。

本发明一较佳实施方式中，所述第一旋转关节和所述第二旋转关节旋转时均具有阻尼，且阻尼可调。

本发明一较佳实施方式中，所述第一旋转关节和所述第二旋转关节均包括旋转手轮、压紧挡板、啮合件、旋转臂、轴承、阻尼调节件以及固定轴，所述旋转手轮和所述固定轴之间通过螺纹连接；所述压紧挡板和所述固定轴通过轴向键槽配合；所述压紧挡板与所述啮合件之间设有压缩弹簧，所述压紧挡板和所述啮合件的结合面上设有相互啮合的径向齿；所述啮合件和所述旋转臂之间通过螺钉或螺栓连接；所述轴承和所述固定轴配合；所述阻尼调节件具有内螺纹结构，所述固定轴中与所述阻尼调节件配合的对应部分具有外螺纹，所述固定轴和所述阻尼调节件通过螺纹驱动阻尼调节件的上表面挤压所述旋转臂的下表面，所述阻尼调节件通过斜面摩擦所述旋转臂，所述阻尼调节件与所述固定轴通过螺纹副连接实现阻尼可调，并依靠紧定螺钉确保在旋转的过程中螺纹连接不会松开。

本发明一较佳实施方式中，所述平行四杆机构采用手动锁紧方式。

本发明一较佳实施方式中，所述三个球关节均采用液压或气压锁紧方式。

本发明一较佳实施方式中，所述驱动件采用自锁螺纹驱动方式，其具有驱动鼻内镜进出鼻腔运动的旋转套筒。

本发明一较佳实施方式中，所述夹持件采用V型夹紧结构。

相对于现有技术，本发明提供的鼻内镜手术辅助机器人具有结构简单、调节方便、稳定性高、安全可靠等优点。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明提供的鼻内镜手术辅助机器人的结构示意图；

图2为图1所示鼻内镜手术辅助机器人中自适应导轨适配机构的示意图；

图3为图1所示鼻内镜手术辅助机器人中旋转关节锁紧机构的示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

请参阅图1，本发明提供一种鼻内镜手术辅助机器人10，其包括自适应导轨适配机构100、位置粗调机构200及位姿精调机构300。

请一并参阅图2，所述自适应导轨适配机构100和手术床侧的导轨(图未示)相配合，包括固定件101、连接件102以及紧固件103，所述固定件101设置于导轨内侧，所述连接件102设置于导轨外侧，所述紧固件103连接固定所述固定件102和所述连接件102，由此，可将所述鼻内镜手术辅助机器人10设置于导轨，进行固定或整体沿导轨滑动。本实施例中，所述固定件101和所述连接件102分别设有相互对应的贯通槽(图未标示)，所述紧固件103穿设于所述贯通槽；所述紧固件103为具有手柄的螺钉或螺栓，与螺母分别从导轨的两侧连接。

可以理解的是，导轨安装于手术床边缘，由此，通过所述自适应导轨适配机构100，即可将所述鼻内镜手术辅助机器人设置于手术床侧。具体地，手术前将固定件101置于手术床导轨内侧，将连接件102置于手术床导轨的外侧，紧固件103依次穿过固定件101和连接件102上的贯通槽，并和导轨另一侧的螺母相配合，在适当的位置，拧紧紧固件103即可实现鼻内镜手术辅助机器人10与手术床导轨的固连。由此，利用所述自适应导轨适配机构100，一方面可以起到很好的紧固作用，另一方面可以在保证鼻内镜手术辅助机器人10连接刚度的同时适应不同尺寸的导轨。

可以理解的是，所述固定件101和所述连接件102的尺寸可根据导轨的具体形状、结构及尺寸进行设计。

请再次参阅图1，所述位置粗调机构200主要用于对所述鼻内镜手术辅助机器人10的末端位置进行粗略调整，其包括依次顺序连接的第一支撑臂201、第一旋转关节202、第一横梁203、第二支撑臂204、第二旋转关节205、第二横梁206及平行四杆机构207，所述第一支撑臂201和所述连接件102相连接。

本实施例中，所述第一旋转关节202和所述第二旋转关节205均为转轴垂直于手术床的水平旋转关节，均采用手动锁紧方式，旋转时均具有阻尼，且阻尼可调。本实施例以所述第一旋转关节202为例对其锁紧机构进行说明，如图3所示，所述第一旋转关节202包括旋转手轮2021、压紧挡板2022、啮合件2023、旋转臂2024、轴承2025、阻尼调节件2026以及固定轴2027组成。所述旋转手轮2021和所述固定轴2027之间通过螺纹连接；所述压紧挡板2022和所述固定轴2027通过轴向键槽配合，在键槽的作用下，所述压紧挡板2022和所述固定轴2027只能做轴向的相对滑动，而不能相对转动；压紧挡板2022与啮合件2023之间设有压缩弹簧(图未示)，所述压缩弹簧的作用是在所述第一旋转关节202松开的时候将压紧挡板2022顶起，使压紧挡板2022与啮合件2023脱离啮合，所述压紧挡板2022和所述啮合件2023的结合面上设有径向齿，二者之间的配合类似于侧面齿轮副之间的啮合；所述啮合件2023和所述旋转臂2024之间通过螺钉或螺栓连接；所述轴承2025和所述固定轴2027配合；所述阻尼调节件2026具有内螺纹结构(图未示)，所述固定轴2027中与所述阻尼调节件2026配合的对应部分具有外螺纹，所述固定轴2027和所述阻尼调节件2026通过螺纹驱动阻尼调节件2026的上表面挤压所述旋转臂2024的下表面，所述旋转臂2024和所述阻尼调节件2026在相对转动的时候产生摩擦阻尼，即所述阻尼调节件2026通过斜面摩擦所述旋转臂2024，所述阻尼调节件2026与所述固定轴2027通过螺纹副连接实现阻尼可调，并依靠紧定螺钉(图未示)确保在旋转的过程中螺纹连接不会松开。

当需要调整所述鼻内镜手术辅助机器人10末端的粗略位置时，松开旋转手轮2021，压紧挡板2022在弹簧的作用下脱离啮合件2023，此时可以对所述鼻内镜手术辅助机器人10末端进行位置的粗略调整，调整鼻内镜手术辅助机器人10末端到达鼻腔入口上方。当所需位置调整结束后，手动拧下旋转手轮2021，压紧挡板2022在旋转手轮2021的作用下克服弹簧力将压紧挡板2022与啮合件2023啮合在一起，从而达到锁紧旋转关节的目的。当需要松开旋转关节(所述第一旋转关节202和所述第二旋转关节205)时，反方向转动旋转手轮2021，此时压紧挡板2022在弹簧力的作用下将压紧挡板2022往上顶起，使压紧挡板2022与啮合件2023的啮合部分脱离，此时旋转关节即处于松开状态，可以调整关节的位置。当需要调节旋转关节的阻尼时，通过旋转阻尼调节件2026，使其上表面紧紧压紧旋转臂2024，之后拧紧紧定螺钉即可。

所述平行四杆机构207用于实现所述鼻内镜手术辅助机器人10末端的快速升降，其通过螺钉固定在第二横梁206上。本实施例中，所述平行四杆机构207采用手动锁紧方式，且为为一键液压自动锁紧，能够瞬时锁紧而且锁紧力很强。

请再次参阅图1，所述位姿精调机构300用于实现手术中对鼻内镜末端的姿态和位置进行调整，其包括包括三个球关节301、驱动件302及夹持鼻内镜的夹持件303，所述平行四杆机构207、所述三个球关节301、所述驱动件302及所述夹持件303依次顺序连接。

所述三个球关节301共同构成所述鼻内镜手术辅助机器人10中的姿态调整部，本实施例中，所述三个球关节301均采用液压或气压锁紧方式，优选为一键液压式锁紧，由踏板或按键控制锁紧和解锁，手术时通过踏板或者按键即可实现锁紧。可以理解的是，所述三个球关节301的转轴可以依次顺序垂直设置。

所述驱动件302和所述夹持件303共同构成所述鼻内镜手术辅助机器人10中的深度进给部，用于实现鼻内镜在鼻腔内的进出运动。本实施例中，所述驱动件302采用自锁螺纹驱动方式，其具有驱动鼻内镜进出鼻腔运动的旋转套筒(图未标示)，手术医生通过旋转所述旋转套筒即可驱动鼻内镜进出鼻腔运动。由于所述驱动件201采用自锁螺纹驱动方式，因此当手术医生松开所述旋转套筒时，鼻内镜能够保持在鼻腔内设定的位置不动，实现反向自动锁紧，此时即可双手进行手术操作。本实施例中，所述夹持件303采用V型夹紧结构，通过拧紧手柄即可将鼻内镜方便且牢固地连接于所述鼻内镜手术辅助机器人10的末端。

所述鼻内镜手术辅助机器人10的工作原理如下：首先，将自适应导轨适配机构100置于手术床导轨的合适位置后锁紧；其次，松开第一旋转关节202、第二旋转关节205和平行四杆机构207，将所述鼻内镜手术辅助机器人10的末端摆放到病人鼻腔入口上方的合适的粗略位置后，再分别手动锁紧第一旋转关节202、第二旋转关节205和平行四杆机构207；然后，通过踏板或按键释放所述三个球关节301的锁紧***中的内部油压，调整鼻内镜手术辅助机器人10末端进入鼻腔后的精细运动，调整好鼻内镜末端的姿态后，目标病灶区出现在鼻内镜视野当中，此时通过踏板或按键锁紧所述三个球关节301；最后，手动调节所述驱动件302和所述夹持件303，调整鼻内镜在鼻腔中的深度方向的进给运动。在完成以上的调节步骤后，医生即可双手持械进行手术操作。

相对于现有技术，本专利涉及的被动式鼻内镜手术辅助机器人10结构简单、刚性好、调节快捷方便、锁紧力强，其中的自适应导轨适配机构100能够适应不同规格的手术床的导轨，位置粗调机构200及位姿精调机构300的锁紧方式可靠，效果明显。

以上所述，仅是本发明的实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种鼻内镜手术辅助机器人，其特征在于，包括和导轨配合的自适应导轨适配机构、位置粗调机构及位姿精调机构；所述自适应导轨适配机构包括设置于导轨内侧的固定件、设置于导轨外侧的连接件及连接固定所述固定件和所述连接件的紧固件；所述位置粗调机构包括依次顺序连接的第一支撑臂、第一旋转关节、第一横梁、第二支撑臂、第二旋转关节、第二横梁及平行四杆机构，所述第一支撑臂和所述连接件相连接；所述位姿精调机构包括三个球关节、驱动件及夹持鼻内镜的夹持件，所述平行四杆机构、所述三个球关节、所述驱动件及所述夹持件依次顺序连接。

2.如权利要求1所述的鼻内镜手术辅助机器人，其特征在于，所述固定件和所述连接件分别设有相互对应的贯通槽，所述紧固件穿设于所述贯通槽。

3.如权利要求1所述的鼻内镜手术辅助机器人，其特征在于，所述第一旋转关节和所述第二旋转关节均为转轴垂直于手术床的水平旋转关节。

4.如权利要求1所述的鼻内镜手术辅助机器人，其特征在于，所述第一旋转关节和所述第二旋转关节均采用手动锁紧方式。

5.如权利要求1所述的鼻内镜手术辅助机器人，其特征在于，所述第一旋转关节和所述第二旋转关节旋转时均具有阻尼，且阻尼可调。

6.如权利要求1所述的鼻内镜手术辅助机器人，其特征在于，所述第一旋转关节和所述第二旋转关节均包括旋转手轮、压紧挡板、啮合件、旋转臂、轴承、阻尼调节件以及固定轴，所述旋转手轮和所述固定轴之间通过螺纹连接；所述压紧挡板和所述固定轴通过轴向键槽配合；所述压紧挡板与所述啮合件之间设有压缩弹簧，所述压紧挡板和所述啮合件的结合面上设有相互啮合的径向齿；所述啮合件和所述旋转臂之间通过螺钉或螺栓连接；所述轴承和所述固定轴配合；所述阻尼调节件具有内螺纹结构，所述固定轴中与所述阻尼调节件配合的对应部分具有外螺纹，所述固定轴和所述阻尼调节件通过螺纹驱动阻尼调节件的上表面挤压所述旋转臂的下表面，所述阻尼调节件通过斜面摩擦所述旋转臂，所述阻尼调节件与所述固定轴通过螺纹副连接实现阻尼可调，并依靠紧定螺钉确保在旋转的过程中螺纹连接不会松开。

7.如权利要求1所述的鼻内镜手术辅助机器人，其特征在于，所述平行四杆机构采用手动锁紧方式。

8.如权利要求1所述的鼻内镜手术辅助机器人，其特征在于，所述三个球关节均采用液压或气压锁紧方式。

9.如权利要求1所述的鼻内镜手术辅助机器人，其特征在于，所述驱动件采用自锁螺纹驱动方式，其具有驱动鼻内镜进出鼻腔运动的旋转套筒。

10.如权利要求1所述的鼻内镜手术辅助机器人，其特征在于，所述夹持件采用V型夹紧结构。