CN114391955A - 切口闭合及闭合钉移除医疗机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了切口闭合及闭合钉移除医疗机器人。该机器人***总体上包括运动模块、执行模块、控制模块等部分。运动模块采用机械臂等装置，将执行模块送至所需位置以进行相关操作。控制模块中的多目相机用于采集切口或闭合钉的图像，计算机控制***根据采集到的图像对切口或闭合钉进行定位，规划执行模块路径，并驱动运动模块。执行模块包括切口闭合装置、进钉装置、拆钉装置，可分别完成减小切口宽度或闭合切口、在切口处钉入闭合钉、拆除闭合钉操作。该***具有可代替传统手工操作、实现切口闭合及闭合钉移除过程的自动化、提高操作精度、减少开放手术中的传染等优点。

Description

切口闭合及闭合钉移除医疗机器人
技术领域
本发明涉及切口闭合及闭合钉移除医疗机器人，属于机器人技术领域，具体为机器人***设计。
背景技术
以下说明和示例并不因其被列入本节内而被承认是现有技术。
开放手术往往会产生各种切口，这些切口需要在手术后及时进行闭合。实际场景中比较常用的方式是根据外科医生的经验通过医疗工具手动闭合，这种方式的问题包括具有传染性、闭合钉间距分布不均等。机器人手术可以规避传统手术中的诸多弊端，是促进医疗实践发展的重要手段。目前，医疗机器人手术的理论和技术正处于蓬勃发展阶段，在肠吻合、取血、***袖带闭合、肿瘤切除、组织触诊、软组织抓握、激光消融、活检、胃肠道筛查、软组织切除等医疗操作中均取得了一定的成就。因此，用于切口闭合的医疗机器人因其具有可减少传染等优势而受到医学界的关注。
发明内容
以下各种***实施例的描述不以任何方式解释为限制所附权利要求的主题内容。
本发明提出切口闭合及闭合钉移除医疗机器人，具有该结构特征的机器人***，总体上分为运动模块、执行模块、控制模块等部分。运动模块采用机械臂等装置，将执行模块送至所需位置以进行相关操作。控制模块中的多目相机用于采集切口或闭合钉的图像，计算机控制***根据采集到的图像对切口或闭合钉进行定位，规划执行模块的运动路径，并驱动运动模块。执行模块包括切口闭合装置、进钉装置、拆钉装置，分别可以完成减小切口宽度或闭合切口、在切口处钉入闭合钉、拆除闭合钉操作。
切口闭合及闭合钉移除医疗机器人，总体上包括机械臂、甲连接件、乙连接件、进钉装置、切口闭合装置、甲多目相机、拆钉装置、废钉盒、组织、乙多目相机、计算机控制***、气泵、甲气管、乙气管，进钉装置包括进钉装置固定件、压钉板驱动件、压钉板、闭合钉、外壳、推钉板、推钉板驱动件，切口闭合装置包括切口闭合装置固定件、甲直线模组驱动件、甲直线模组导轨、甲直线模组移动端、乙直线模组移动端、乙直线模组导轨、乙直线模组驱动件、甲吸盘固定件、乙吸盘固定件、甲吸盘、乙吸盘，拆钉装置包括拆钉装置固定件、丙直线模组驱动件、丁直线模组驱动件、丙直线模组导轨、丙直线模组移动端、甲抓取装置、丁直线模组导轨、丁直线模组移动端、乙抓取装置、伸缩装置。
切口闭合及闭合钉移除医疗机器人，总体上可分为运动模块、执行模块、控制模块等部分。
控制模块中，多目相机用于采集切口或闭合钉的图像以获取相关信息(具体包括在切口闭合阶段获取切口的宽度、位置、形态等，在拆钉阶段获取闭合钉的位置、形态等)，计算机控制***根据多目相机采集到的图像，分析要进行操作的对象(切口或闭合钉)的位置与形态，规划对应执行模块的运动路径，并驱动运动模块。
运动模块采用机械臂等装置，将执行模块送至所需位置以进行相关操作。
执行模块的切口闭合装置中，吸盘通过气泵抽气对切口两侧的皮肤进行吸附，并在直线模组(包括直线模组驱动件、直线模组导轨和直线模组移动端)的带动下做相向的直线运动，达到减小切口宽度或闭合切口的目的，为后续钉入闭合钉的工作做准备。进钉装置中，压钉板在对应驱动件作用下沿外壳的内壁做直线运动，并将当前处于外壳缺口位置的闭合钉按压进切口处的皮肤中；待闭合钉进入皮肤一定深度以后，压钉板收回，推钉板在对应驱动件的作用下沿外壳内壁做直线运动，并将下一枚闭合钉送至缺口处。拆钉装置中，抓取装置固定住闭合钉两端，伸缩装置的移动端按压闭合钉的中间部分，使其发生变形，同时抓取装置向上提拉，即可完成闭合钉拆除工作。
废钉盒用于放置从皮肤上拆卸下来的闭合钉，以避免随意丢弃造成的隐患。
本发明的优点在于：
(1)可替代人工操作，实现切口闭合及闭合钉移除过程的自动化；
(2)可减少开放手术过程中的传染性；
(3)提高切口闭合操作精度，使闭合钉间距分布均匀。
附图说明
在阅读以下详细描述并参照其中附图之后，本发明的其它目的和优势将变得显而易见：
图1是本发明的整体结构示意简图；
图2是本发明的进钉装置结构简图；
图3是本发明的切口闭合装置结构简图；
图4是本发明的拆钉装置结构简图；
图5是本发明的切口闭合与钉入闭合钉操作工作流程图；
图6是本发明的闭合钉拆除工作流程图；
其中：1-机械臂、2-甲连接件、3-乙连接件、4-进钉装置、5-切口闭合装置、6-甲多目相机、7-拆钉装置、8-废钉盒、9-组织、10-乙多目相机、11-计算机控制***、12-气泵、13-甲气管、14-乙气管、401-进钉装置固定件、402-压钉板驱动件、403-压钉板、404-闭合钉、405-外壳、406-推钉板、407-推钉板驱动件、501-切口闭合装置固定件、502-甲直线模组驱动件、503-甲直线模组导轨、504-甲直线模组移动端、505-乙直线模组移动端、506-乙直线模组导轨、507-乙直线模组驱动件、508-甲吸盘固定件、509-乙吸盘固定件、510-甲吸盘、511-乙吸盘、701-拆钉装置固定件、702-丙直线模组驱动件、703-丁直线模组驱动件、704-丙直线模组导轨、705-丙直线模组移动端、706-甲抓取装置、707-丁直线模组导轨、708-丁直线模组移动端、709-乙抓取装置、710-伸缩装置。
此外，要注意，附图不一定是按比例绘制的，特定特征可以比其他特征按更大的比例来描绘，以表明其特性。
具体实施方式
尽管本发明可受到各种修改和替换形式，但是其具体实施例藉由附图中的示例示出并且将在本文中详细描述。然而，应当理解，附图和对其的详细描述不旨在将本发明限制到所公开的特定形式，而是相反，其意图在于涵盖落入由所附权利要求所定义的本发明的精神和范围内的所有修改、等效物和替换物。
下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明是切口闭合及闭合钉移除医疗机器人，如图1-图4所示，该机器人***总体上包括机械臂1、甲连接件2、乙连接件3、进钉装置4、切口闭合装置5、甲多目相机6、拆钉装置7、废钉盒8、组织9、乙多目相机10、计算机控制***11、气泵12、甲气管13、乙气管14，进钉装置4包括进钉装置固定件401、压钉板驱动件402、压钉板403、闭合钉404、外壳405、推钉板406、推钉板驱动件407，切口闭合装置5包括切口闭合装置固定件501、甲直线模组驱动件502、甲直线模组导轨503、甲直线模组移动端504、乙直线模组移动端505、乙直线模组导轨506、乙直线模组驱动件507、甲吸盘固定件508、乙吸盘固定件509、甲吸盘510、乙吸盘511，拆钉装置7包括拆钉装置固定件701、丙直线模组驱动件702、丁直线模组驱动件703、丙直线模组导轨704、丙直线模组移动端705、甲抓取装置706、丁直线模组导轨707、丁直线模组移动端708、乙抓取装置709、伸缩装置710。
切口闭合及闭合钉移除医疗机器人中，机械臂1、废钉盒8、组织9、计算机控制***11、气泵12放置在平台指定位置，以便进行相关操作。进钉装置4、切口闭合装置5分别安装在乙连接件3上，乙连接件3、拆钉装置7通过甲连接件2固接在机械臂1的末端。甲多目相机6、乙多目相机10分别安装于甲连接件2和平台指定位置，以保证可以正常地进行图像采集任务。
进钉装置4中，进钉装置固定件401与乙连接件3连接，使整个进钉装置4固定在机械臂1的末端。带有缺口的外壳405固接在进钉装置固定件401上。外壳405的一侧装有压钉板驱动件402，其运动端与压钉板403连接，以保证压钉板403可以沿着该侧外壳405的内壁做直线运动。外壳405的一侧装有推钉板驱动件407，其运动端与推钉板406连接，以保证推钉板406沿着该侧外壳405的内壁做直线运动。闭合钉404并排放置在缺口与推钉板406之间。
切口闭合装置5中，切口闭合装置固定件501与乙连接件3连接，使整个切口闭合装置5固定在机械臂1的末端。甲直线模组驱动件502、甲直线模组导轨503安装在切口闭合装置固定件501的一侧，甲直线模组移动端504可沿着甲直线模组导轨503做直线运动。装有甲吸盘510的甲吸盘固定件508与甲直线模组移动端504固接，以保证甲吸盘510可以做直线运动。乙直线模组移动端505、乙直线模组导轨506、乙直线模组驱动件507、乙吸盘固定件509、乙吸盘511以同样的方式安装在切口闭合装置固定件501的另一侧。气泵12分别通过甲气管13、乙气管14与甲吸盘510、乙吸盘511连接。
拆钉装置7中，拆钉装置固定件701与甲连接件2固接，使整个拆钉装置7固定在机械臂1的末端。丙直线模组驱动件702、丁直线模组驱动件703、丙直线模组导轨704、丁直线模组导轨707分别安装在拆钉装置固定件701上。固连甲抓取装置706的丙直线模组移动端705、固连乙抓取装置709的丁直线模组移动端708分别可以沿着丙直线模组导轨704、丁直线模组导轨707做直线运动。甲抓取装置706、乙抓取装置709之间的距离与闭合钉的宽度大致相同。伸缩装置710安装在拆钉装置固定件701上，且位于甲抓取装置706、乙抓取装置709之间。
计算机控制***11通过线缆连接或无线传输方式，与机器人***中的机械臂1、驱动装置、图像采集设备进行数据交换。
所诉的切口闭合及闭合钉移除医疗机器人，可根据具体需求进行改装，以用于其他非医疗场景。
所述的机械臂1，可根据具体需求，选取或设计其他运动装置。
所述的甲多目相机6、乙多目相机10，可根据具体需求，选取其他种类定位方法和/或不同数量的定位装置，包括但不限于结构光扫描装置、激光扫描装置、可见光成像装置、红外成像装置等。
所述的进钉装置4，其中各处驱动可根据具体需求选取不同形式(包括但不限于电磁铁、气动、液压等)；同时，对于进钉装置4，可根据具体需求，采用皮肤吻合器或其变形结构，或采用其他不同的机械结构，以实现将闭合钉钉入皮肤的功能。
所述的切口闭合装置5，其中各处驱动可根据具体需求选取不同形式(包括但不限于电磁铁、气动、液压等)；同时，对于切口闭合装置5，可根据具体需求设计其他形式，以实现抓取或吸附皮肤，并将切口两端聚拢的功能。
所述的拆钉装置7，其中各处驱动可根据具体需求选取不同形式(包括但不限于电磁铁、气动、液压等)；同时，对于拆钉装置7，可根据具体需求，采用拆钉器或其变形结构，或设计其他的结构，以实现闭合钉变形使其脱离切口的功能。
所述的废钉盒8，可根据具体需求，选择容器形式，固定方式，也可以根据具体需求省略废钉盒。
以上，此类公开不应解释成必然限制本文中描述的设计方式，本文所描述的***的组成部分/部件/零件可具有任何尺寸和形状，取决于这些设备的设计规格。所采用的用于实现各种操作的结构可包括所涵盖的所有可能范围及其任何组合以及不同种类间的任何组合。
工作过程：典型工作过程
机器人***可替代人工完成三种操作，分别为切口闭合、在切口处钉入闭合钉、闭合钉拆除，通常钉入闭合钉应在切口闭合之后立即进行操作。
在进行切口闭合与钉入闭合钉操作时，如图5所示，多目相机获取切口图像并传送给计算机控制***，计算机控制***分析图切口的位置、宽度、形态，规划出切口闭合装置和进钉装置的运动路径，并驱动机械臂等装置，将切口闭合装置和进钉装置送至切口起始点附近。切口闭合装置工作，吸盘吸附在切口两侧的皮肤上，并在直线模组的带动下将切口的两端聚拢。待切口宽度减小至一定程度，吸盘停止运动，进钉装置工作，压钉板在直线模组的驱动下通过压力将闭合钉钉进皮肤，同时推钉板在直线模组的驱动下将下一枚闭合钉送至工作区域。完成当前位置的切口闭合工作后，切口闭合装置和进钉装置恢复成初始状态，运动模块将二者送至下一个工作点。重复上述流程，直至整个切口闭合。
在闭合钉拆除时，如图6所示，首先通过多目相机获取闭合钉的图像并传送给计算机控制***，计算机控制***分析出闭合钉的位置与形态，规划出拆钉装置的运动路径，并驱动机械臂等装置，将拆钉装置送至待拆除的闭合钉附近。拆钉装置工作，抓取装置将闭合钉两端向上提拉，伸缩装置向下按压闭合钉的中间部分，使闭合钉发生变形进而被拆除下来。计算机控制***驱动运动模块，将拆下来的废钉弃置到废钉盒中。重复上述流程，直至所有闭合钉均被拆卸完毕。
得到本公开的益处的本领域技术人员将领会和获知不限于本说明书的实施例。本发明的各方面的进一步修改和替换性实施例对于本领域技术人员将是显而易见的。
本说明书仅被解释成为解说性的，目的是教导本领域技术人员执行本发明的一般方式。要理解，本文中示出且描述的本发明的形式被采用为目前优选的实施例。可为本文中解说且描述的实施例替换元素和材料，部分和过程可被反转，并且本发明的某些特征可独立地利用，所有这些方面在本领域技术人员得到本发明的说明书的益处之后将变得显而易见。可在不脱离如以下权利要求所述的本发明的精神和范围的情况下对本文中描述的元素进行改变。

Claims (8)

1.切口闭合及闭合钉移除医疗机器人，其特征在于，该机器人***总体上包括机械臂(1)、甲连接件(2)、乙连接件(3)、进钉装置(4)、切口闭合装置(5)、甲多目相机(6)、拆钉装置(7)、废钉盒(8)、组织(9)、乙多目相机(10)、计算机控制***(11)、气泵(12)、甲气管(13)、乙气管(14)，所述进钉装置(4)包括进钉装置固定件(401)、压钉板驱动件(402)、压钉板(403)、闭合钉(404)、外壳(405)、推钉板(406)、推钉板驱动件(407)，所述切口闭合装置(5)包括切口闭合装置固定件(501)、甲直线模组驱动件(502)、甲直线模组导轨(503)、甲直线模组移动端(504)、乙直线模组移动端(505)、乙直线模组导轨(506)、乙直线模组驱动件(507)、甲吸盘固定件(508)、乙吸盘固定件(509)、甲吸盘(510)、乙吸盘(511)，所述拆钉装置(7)包括拆钉装置固定件(701)、丙直线模组驱动件(702)、丁直线模组驱动件(703)、丙直线模组导轨(704)、丙直线模组移动端(705)、甲抓取装置(706)、丁直线模组导轨(707)、丁直线模组移动端(708)、乙抓取装置(709)、伸缩装置(710)；
切口闭合及闭合钉移除医疗机器人中，所述机械臂(1)、废钉盒(8)、组织(9)、计算机控制***(11)、气泵(12)放置在平台指定位置，以便进行相关操作；所述进钉装置(4)、切口闭合装置(5)分别安装在所述乙连接件(3)上，所述乙连接件(3)、拆钉装置(7)通过甲连接件(2)固接在所述机械臂(1)的末端；所述甲多目相机(6)、乙多目相机(10)分别安装于所述甲连接件(2)和平台指定位置，以保证可以正常地进行图像采集任务；
所述进钉装置(4)中，所述进钉装置固定件(401)与所述乙连接件(3)连接，使整个所述进钉装置(4)固定在所述机械臂(1)的末端；带有缺口的所述外壳(405)固接在所述进钉装置固定件(4)上；所述外壳(405)的一侧装有所述压钉板驱动件(402)，其运动端与所述压钉板(403)连接，以保证所述压钉板(403)可以沿着该侧所述外壳(405)的内壁做直线运动；所述外壳(405)的一侧装有所述推钉板驱动件(407)，其运动端与所述推钉板(406)连接，以保证所述推钉板(406)沿着该侧所述外壳(405)的内壁做直线运动；所述闭合钉(404)并排放置在所述缺口与所述推钉板(406)之间；
所述切口闭合装置(5)中，所述切口闭合装置固定件(501)与所述乙连接件(3)连接，使整个所述切口闭合装置(5)固定在所述机械臂(1)的末端；所述甲直线模组驱动件(502)、甲直线模组导轨(503)安装在所述切口闭合装置固定件(501)的一侧，所述甲直线模组移动端(504)可沿着所述甲直线模组导轨(503)做直线运动；装有所述甲吸盘(510)的所述甲吸盘固定件(508)与所述甲直线模组移动端(504)固接，以保证所述甲吸盘(510)可以做直线运动；所述乙直线模组移动端(505)、乙直线模组导轨(506)、乙直线模组驱动件(507)、乙吸盘固定件(509)、乙吸盘(511)以同样的方式安装在所述切口闭合装置固定件(501)的另一侧；所述气泵(12)分别通过所述甲气管(13)、乙气管(14)与所述甲吸盘(510)、乙吸盘(511)连接；
所述拆钉装置(7)中，所述拆钉装置固定件(701)与所述甲连接件(2)固接，使整个所述拆钉装置(7)固定在所述机械臂(1)的末端；所述丙直线模组驱动件(702)、丁直线模组驱动件(703)、丙直线模组导轨(704)、丁直线模组导轨(707)分别安装在所述拆钉装置固定件(701)上；固连所述甲抓取装置(706)的所述丙直线模组移动端(705)、固连乙抓取装置(709)的所述丁直线模组移动端(708)分别可以沿着所述丙直线模组导轨(704)、丁直线模组导轨(707)做直线运动；所述甲抓取装置(706)、乙抓取装置(709)之间的距离与所述闭合钉(404)的宽度大致相同；所述伸缩装置(710)安装在所述拆钉装置固定件(701)上，且位于所述甲抓取装置(706)、乙抓取装置(709)之间；
所述计算机控制***(11)通过线缆连接或无线传输方式，与机器人***中的所述机械臂(1)、驱动装置、图像采集设备进行数据交换。
2.根据权利要求1所诉的切口闭合及闭合钉移除医疗机器人，其特征在于，可根据具体需求进行改装，以用于其他非医疗场景。
3.根据权利要求1所述的切口闭合及闭合钉移除医疗机器人，其特征在于，所述的机械臂(1)，可根据具体需求，选取或设计其他运动装置。
4.根据权利要求1所述的切口闭合及闭合钉移除医疗机器人，其特征在于，所述甲多目相机(6)、乙多目相机(10)，可根据具体需求，选取其他种类定位方法和/或不同数量的定位装置，包括但不限于结构光扫描装置、激光扫描装置、可见光成像装置、红外成像装置等。
5.根据权利要求1所述的切口闭合及闭合钉移除医疗机器人，其特征在于，所述进钉装置(4)，其中各处驱动可根据具体需求选取不同形式(包括但不限于电磁铁、气动、液压等)；同时，对于所述进钉装置(4)，可根据具体需求，采用皮肤吻合器或其变形结构，或采用其他不同的机械结构，以实现将闭合钉钉入皮肤的功能。
6.根据权利要求1所述的切口闭合及闭合钉移除医疗机器人，其特征在于，所述切口闭合装置(5)，其中各处驱动可根据具体需求选取不同形式(包括但不限于电磁铁、气动、液压等)；同时，对于所述切口闭合装置(5)，可根据具体需求设计其他形式，以实现抓取或吸附皮肤，并将切口两端聚拢的功能。
7.根据权利要求1所述的切口闭合及闭合钉移除医疗机器人，其特征在于，所述拆钉装置(7)，其中各处驱动可根据具体需求选取不同形式(包括但不限于电磁铁、气动、液压等)；同时，对于所述拆钉装置(7)，可根据具体需求，采用拆钉器或其变形结构，或设计其他的结构，以实现闭合钉变形使其脱离切口的功能。
8.根据权利要求1所述的切口闭合及闭合钉移除医疗机器人，其特征在于，所述废钉盒(8)，可根据具体需求，选择容器形式，固定方式，也可以根据具体需求省略废钉盒。
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