CN110403701A - 输入装置、微创外科手术机器人及微创外科手术控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种输入装置、微创外科手术机器人及微创外科手术控制方法，其解决了现有微创外科手术机器人***安全性低，容易发生误操作的技术问题，其包括腕部、握手、开合部、第一连杆和第二连杆，握手包括握手座、滑块、触点开关、第一螺钉和第二螺钉，握手座设有第一轴和第二轴，触点开关与握手座连接，滑块连接有第一直线轴承、第二直线轴承，第一直线轴承、第二直线轴承分别套在第一轴、第二轴上，握手座和滑块之间连接有压缩弹簧，滑块设有第一螺钉孔和第二螺钉孔，第一螺钉位于滑块的第一螺钉孔中并与第一轴连接，第二螺钉位于滑块的第二螺钉孔中并与第二轴连接；握手座与第二连杆固定连接。本发明广泛用于医疗器械技术领域。

Description

输入装置、微创外科手术机器人及微创外科手术控制方法

技术领域

本发明涉及微创外科手术机器人控制外科器械的操纵方法技术领域，具体而言，涉及一种输入装置、微创外科手术机器人及微创外科手术控制方法。

背景技术

参考申请公布号为CN109091237A、名称为微创手术器械辅助***的中国发明专利申请，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。

参考申请公布号为CN109091238A、名称为分体式微创手术器械辅助***的中国发明专利申请，微创外科手术机器人***包括医生操作台，外科医生通过操作医生机械臂来精准地控制患者操作台的机械臂上的一个或更多个手术器械执行各种手术动作。

外科手术器械是外科手术操作的必备工具，其可以执行不同功能，包括夹持、切除、切割、缝合、吻合等。外科手术器械具有不同的配置，其包括执行末端，腕节、器械杆、器械盒等，外科手术器械被***，穿过开口，以实施远程外科手术。在手术过程中，若医生无意通过医生操作台输入不需要的信号，输入信号被传输，控制外科手术器械执行手术，外科医生则无法阻止外科手术器械执行手术，增加了远程手术的危险性。因此，如何防止医生无意操作而导致外科手术器械***作，如何提高控制外科手术器械的安全性已成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明就是为了解决现有微创外科手术机器人***安全性低，容易发生误操作的技术问题，提供了一种提高安全性，能够有效避免误操作的输入装置、微创外科手术机器人及微创外科手术控制方法。

本发明提供一种输入装置，包括腕部、握手、开合部、第一连杆和第二连杆，第一连杆的一端与腕部旋转地连接，第二连杆与第一连杆旋转地连接，握手与第二连杆的上部固定连接，开合部与第二连杆的底部旋转地连接，第二连杆设有第三电机，第三电机通过锥齿轮与开合部连接，腕部设有第一电机，第一电机通过锥齿轮与第一连杆连接，第一连杆设有第二电机，第二电机通过锥齿轮与第二连杆连接；

握手包括握手座、滑块、触点开关、压缩弹簧、第一直线轴承、第二直线轴承、第一螺钉和第二螺钉，握手座设有第一轴和第二轴，触点开关与握手座连接，第一直线轴承与滑块连接，第二直线轴承与滑块连接，第一直线轴承套在第一轴上，第二直线轴承套在第二轴上；压缩弹簧连接于握手座和滑块之间，滑块设有第一螺钉孔和第二螺钉孔，第一螺钉孔设有台阶，第二螺钉孔设有台阶，第一螺钉位于滑块的第一螺钉孔中，第二螺钉位于滑块的第二螺钉孔中；第一螺钉与第一轴连接，第二螺钉与第二轴连接；握手座与第二连杆固定连接。

本发明还提供一种微创外科手术机器人，包括医生操作台和患者操作台，医生操作台包括机座、立柱、扶手、左医生机械臂、右医生机械臂、显示器和主控制器；扶手上连接有主控制面板；患者操作台包括机座、升降柱、悬吊臂、左患者机械臂和右患者机械臂；左医生机械臂设有手腕，右医生机械臂设有手腕；其特征在于，手腕包括腕部、握手、开合部、第一连杆和第二连杆，第一连杆的一端与腕部旋转地连接，第二连杆与第一连杆旋转地连接，握手与第二连杆的上部固定连接，开合部与第二连杆的底部旋转地连接，第二连杆设有第三电机，第三电机通过锥齿轮与开合部连接，腕部设有第一电机，第一电机通过锥齿轮与第一连杆连接，第一连杆设有第二电机，第二电机通过锥齿轮与第二连杆连接；

握手包括握手座、滑块、触点开关、压缩弹簧、第一直线轴承、第二直线轴承、第一螺钉和第二螺钉，握手座设有第一轴和第二轴，触点开关与握手座连接，第一直线轴承与滑块连接，第二直线轴承与滑块连接，第一直线轴承套在第一轴上，第二直线轴承套在第二轴上；压缩弹簧连接于握手座和滑块之间，滑块设有第一螺钉孔和第二螺钉孔，第一螺钉孔设有台阶，第二螺钉孔设有台阶，第一螺钉位于滑块的第一螺钉孔中，第二螺钉位于滑块的第二螺钉孔中；第一螺钉与第一轴连接，第二螺钉与第二轴连接；握手座与第二连杆固定连接；

触点开关通过信号线与主控制器连接。

优选地，微创外科手术机器人还包括提醒装置，提醒装置与主控制器连接。

优选地，提醒装置为LED指示灯或蜂鸣器。

本发明还提供一种应用微创外科手术控制方法，包括以下步骤：

步骤1：医生用手握住握手座，手指按压滑块使滑块触碰到触点开关，触点开关被触发并发送第一输入信号给主控制器；

步骤2：医生操作左医生机械臂和右医生机械臂从而控制患者机械臂进行手术。

本发明的有益效果是，提高的手术操作的安全性，只有当医生用手握住医生机械臂末端手腕上的握手，才能进行操作医生机械臂来实施手术。当握住或松开手腕上的握手时，会有提醒、警示信息。

本发明进一步的特征，将在以下具体实施方式的描述中，得以清楚地记载。

附图说明

图1是微创外科手术机器人***的总体示意图；

图2是手术器械的结构示意图；

图3是主控制器、主控制面板、LED指示灯和蜂鸣器的连接示意图；

图4是手腕的结构示意图；

图5是图4所示手腕的握手的局部剖视图；

图6是图4中握手的结构示意图；

图7是图6所示握手的局部剖视图。

图8是图7中P处的局部放大图；

图9是手腕的腕部、第一连杆和第二连杆上安装电机的示意图。

图中符号说明：

10.微创外科手术机器人***，100.医生操作台，110.机座，120.立柱，130.扶手，140.左医生机械臂，150.右医生机械臂，160.显示器，170.主控制器，200.患者操作台，210.机座，220.升降柱，230.悬吊臂，240.左患者机械臂，250.右患者机械臂，300.手术器械。

具体实施方式

以下参照附图，以具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，微创外科手术机器人***10包括医生操作台100、患者操作台200和附件。医生操作台100包括机座110、立柱120、扶手130、左医生机械臂140、右医生机械臂150、显示器160和主控制器170；左医生机械臂140设有作为输入装置的手腕141，右医生机械臂150也设有手腕；扶手130上连接有主控制面板131。患者操作台200包括机座210、升降柱220、悬吊臂230和左患者机械臂240、右患者机械臂250以及电气控制***(图中未显示)；附件包括手术器械300、无菌保护套(图中未显示)。外科医生通过医生操作台100上的两组医生机械臂(左医生机械臂140、右医生机械臂150)将医生手部的运动信息转换为控制信号，传递至主控制器，用于控制患者操作台200上的两组患者机械臂(左患者机械臂240、右患者机械臂250)操纵手术器械300，以实施手术。显示器160用于外科医生观看外科手术部位的三维图像。

如图2所示，手术器械300具有不同的配置，其包括器械盒310、器械杆320、腕节330和执行末端340。器械盒310是器械与患者机械臂器械转接座接合的部分；器械杆320是器械的转臂；腕节330是模拟人手腕设计的连接腕节；执行末端340是器械的末梢执行器(如持针钳、抓钳、电钩、电凝钳)。医生控制输入装置(手腕141)的运动从而转换为腕节330的运动。

如图3所示，主控制面板131与主控制器170连接，触点开关14123通过信号线与主控制器170连接，LED指示灯132与主控制器170连接，蜂鸣器133与主控制器170连接。LED指示灯132可以安装在扶手130上，也可以安装在其他位置。蜂鸣器133可以安装在扶手130上，也可以安装在其他位置。主控制面板131上设有启动、停止、升、降等按键。

如图4-9所示，作为输入装置的手腕141是医生与左患者机械臂240之间的运动交互接口，可以将医生手部的运动信息转换为控制信号，用于对左患者机械臂240和手术器械300进行控制。手腕141包括腕部1411、握手1412、开合部1413、第一连杆1414、第二连杆1415，第一连杆1414的一端通过轴承旋转地安装在腕部1411的底部，第二连杆1415的一端通过轴承旋转地安装在第一连杆1414的上部，握手1412与第二连杆1415的上部固定连接，开合部1413通过轴承旋转地安装在第二连杆1415的底部，第二连杆1415内安装有第三电机5，第三电机5的输出轴通过锥齿轮6与开合部1413连接，开合部1413的开合角度可通过安装在其内部的传感器测量获得。腕部1411的底部安装有第一电机1，第一电机1的输出轴通过锥齿轮2与第一连杆1414连接。第一连杆1414中安装有第二电机3，第二电机3的输出轴通过锥齿轮4与第二连杆1415连接。腕部1411固定安装在左医生机械臂140的本体上。握手1412是医生用手握住并保持可以开启主从跟踪模式，被用于输入第一信号，其指示外科医生准备操纵外科器械；开合部1413是控制手术器械捏合或松开，用于输入第二信号，其指示确认外科医生准备操纵外科器械，以实施手术，开合部1413采用现有技术的结构即可。

握手1412包括握手座14121、滑块14122、触点开关14123、压缩弹簧14124、第一直线轴承14125、第二直线轴承14126、第一螺钉14127、第二螺钉14128，握手座14121设有第一轴14121-1和第二轴14121-2，触点开关14123固定安装在握手座14121内，第一直线轴承14125与滑块14122连接，第二直线轴承14126与滑块14122连接，第一直线轴承14125套在第一轴14121-1上(第一直线轴承14125能够沿着第一轴14121-1滑动)，第二直线轴承14126套在第二轴14121-2上(第二直线轴承14126能够沿着第二轴14121-2滑动)，压缩弹簧14124连接于握手座14121和滑块14122之间，滑块14122设有第一螺钉孔14122-1和第二螺钉孔，第一螺钉孔14122-1设有台阶14122-1-1，第二螺钉孔也设有台阶，第一螺钉14127位于滑块14122的第一螺钉孔中，第二螺钉14128位于滑块14122的第二螺钉孔中；第一螺钉14127与第一轴14121-1通过螺纹连接，第二螺钉14128与第二轴14121-2通过螺纹连接。握手座14121与第二连杆1415固定连接。可以通过旋转第一螺钉14127、第二螺钉14128来调整压缩弹簧14124被压缩的程度，从而调整使滑块14122触碰触点开关14123所需压力的大小，因此可以增强适用性。

当医生用手握住握手座14121，手指按压滑块14122时，滑块14122向触点开关14123方向移动，同时压缩弹簧14124被压缩而储能，当滑块14122触碰到触点开关14123，触点开关14123被触发，就会产生第一输入信号并发送给主控制器170，主控制器170工作输出使能信号给医生机械臂和患者机械臂中的用电单元，同时主控制器170指令LED指示灯132或蜂鸣器133工作从而提醒医生，此时医生才能操作医生机械臂和握手上的开合部1413、第一连杆1414、第二连杆1415从而控制患者机械臂、手术器械动作；该结构保障了只有当外科医生握住并保持按压滑块14122时，才能开启主从跟踪模式，即产生第一输入信号后，医生才能操作开合部1413以操纵外科手术器械执行手术。此情况防止医生无意通过医生操作台输入不需要的信号，增加了外科手术器械远程操作的安全性。手术一定时间后，医生的手指松开，在压缩弹簧14124的作用下，滑块14122向初始位置移动(向远离触点开关14123的位置移动)，触点开关14123不被触发。滑块14122上第一螺钉孔14122-1中的台阶14122-1-1顶靠在第一螺钉14127的尾部，即第一螺钉14127的尾部挡住滑块14122，实现限位(第二螺钉孔中的台阶与台阶14122-1-1的作用相同，不再赘述)。

需要说明的是，除了使用LED指示灯132或蜂鸣器133外，还可以其他方式的提醒装置。

主控制器170可以被配置为，没有触点开关14123发送的信号时不工作；触点开关14123被触发后主控制器170才能工作，从而使整个机器人***工作。

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，采用其它形式的零件构型、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 (5)

1.一种输入装置，其特征在于，包括腕部、握手、开合部、第一连杆和第二连杆，所述第一连杆的一端与腕部旋转地连接，所述第二连杆与第一连杆旋转地连接，所述握手与第二连杆的上部固定连接，所述开合部与第二连杆的底部旋转地连接，所述第二连杆设有第三电机，所述第三电机通过锥齿轮与开合部连接，所述腕部设有第一电机，所述第一电机通过锥齿轮与第一连杆连接，所述第一连杆设有第二电机，所述第二电机通过锥齿轮与第二连杆连接；

所述握手包括握手座、滑块、触点开关、压缩弹簧、第一直线轴承、第二直线轴承、第一螺钉和第二螺钉，所述握手座设有第一轴和第二轴，所述触点开关与握手座连接，所述第一直线轴承与滑块连接，第二直线轴承与滑块连接，所述第一直线轴承套在第一轴上，第二直线轴承套在第二轴上；所述压缩弹簧连接于握手座和滑块之间，所述滑块设有第一螺钉孔和第二螺钉孔，所述第一螺钉孔设有台阶，第二螺钉孔设有台阶，所述第一螺钉位于滑块的第一螺钉孔中，所述第二螺钉位于滑块的第二螺钉孔中；所述第一螺钉与第一轴连接，第二螺钉与第二轴连接；握手座与第二连杆固定连接。

2.一种微创外科手术机器人，包括医生操作台和患者操作台，所述医生操作台包括机座、立柱、扶手、左医生机械臂、右医生机械臂、显示器和主控制器；所述扶手上连接有主控制面板；所述患者操作台包括机座、升降柱、悬吊臂、左患者机械臂和右患者机械臂；所述左医生机械臂设有手腕，右医生机械臂设有手腕；其特征在于，所述手腕包括腕部、握手、开合部、第一连杆和第二连杆，所述第一连杆的一端与腕部旋转地连接，所述第二连杆与第一连杆旋转地连接，所述握手与第二连杆的上部固定连接，所述开合部与第二连杆的底部旋转地连接，所述第二连杆设有第三电机，所述第三电机通过锥齿轮与开合部连接，所述腕部设有第一电机，所述第一电机通过锥齿轮与第一连杆连接，所述第一连杆设有第二电机，所述第二电机通过锥齿轮与第二连杆连接；

所述握手包括握手座、滑块、触点开关、压缩弹簧、第一直线轴承、第二直线轴承、第一螺钉和第二螺钉，所述握手座设有第一轴和第二轴，所述触点开关与握手座连接，所述第一直线轴承与滑块连接，第二直线轴承与滑块连接，所述第一直线轴承套在第一轴上，第二直线轴承套在第二轴上；所述压缩弹簧连接于握手座和滑块之间，所述滑块设有第一螺钉孔和第二螺钉孔，所述第一螺钉孔设有台阶，第二螺钉孔设有台阶，所述第一螺钉位于滑块的第一螺钉孔中，所述第二螺钉位于滑块的第二螺钉孔中；所述第一螺钉与第一轴连接，第二螺钉与第二轴连接；握手座与第二连杆固定连接；

所述触点开关通过信号线与主控制器连接。

3.根据权利要求2所述的微创外科手术机器人，其特征在于，所述微创外科手术机器人还包括提醒装置，提醒装置与主控制器连接。

4.根据权利要求3所述的微创外科手术机器人，其特征在于，所述提醒装置为LED指示灯或蜂鸣器。

5.一种应用如权利要求2所述微创外科手术机器人的微创外科手术控制方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤1：医生用手握住握手座，手指按压滑块使滑块触碰到触点开关，触点开关被触发并发送第一输入信号给主控制器；

步骤2：医生操作左医生机械臂和右医生机械臂从而控制患者机械臂进行手术。