TWI770509B - 多節旋轉角度之機械手臂 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種具有多個可三百六十度旋轉手肘之用於外科手術及內科內視鏡檢查的機械手臂，其能夠完全依照使用需求，任意地串接複數個機械手臂段，且該些機械手臂段在進行相對地轉動時，能夠沿著彼此間的斜截切面進行三百六十度的轉動，而完全不影響電力的供應，且還能夠同時減少關節可能導致的體積增加，因此本發明之機械手臂能夠有效的適應體腔內複雜且曲折的空間，以減少擴大微創手術之開口及造成體腔內器官或組織損傷的可能，且因為能夠獨立的調控本發明之機械手臂中各別的該機械手臂段，因此能夠提升本發明之機械手臂的機動性及精準性。

Description

多節旋轉角度之機械手臂
本發明係關於一種多節旋轉角度之機械手臂，尤其是一種具有多個可三百六十度旋轉手肘之用於外科手術及內科內視鏡檢查的機械手臂。
隨著醫學技術的進步，新的手術技術不斷的推陳出新，其中使患者獲得快速、風險小、且復原時間短的手術技術，一直都是醫學界所追求的目標，而近幾年來盛行的微創手術 (Minimally Invasive Surgery)即為其中之一，微創手術中又以腹腔內視鏡手術、及骨盆腔內視鏡手術最為常見，其主要係利用微型內視鏡影像技術以呈現手術視野，並使用微形手術器械進行手術的操作，使患者無需先形成巨大傷口即可施行手術，不但使患者失血量大幅減少，也因為傷口小而可以快速地痊癒。
現行的內視鏡檢查中皆是使用光纖並藉由人工方式來將光纖慢慢地置入喉嚨、腸道等地方以進行內視觀察。然而，因為光纖屬於軟管而不易施力、傳導力量、以及精準導引，導致將光纖置入喉嚨、腸道等地方時在操作上會非常困難。因此，在內視鏡檢查的儀器上，若能提供一種易於操作的內視鏡儀器，將可大幅降低內視鏡檢查的難易度，以及奠定未來自動化內視鏡檢查的基石。
另一方面，微創手術由於切口的限制，將微創手術需用到的器械***體時，需避免傷口因為手術器械擺動過程而擴大傷口的範圍，否則就失去了微創手術的精神與效果，因此微創手術器械的設計通常具有多自由度，且需要能夠精準地控制該微型手術器械之擺動方向及擺動角，才能讓手術器械上的手術器具順利地***體中。
然而，目前使用的機械手臂通常具有相當之體積，因此對於相當有限之手術空間而言，若能減小機械手臂之體積，將有利於微創手術系統之空間配置，並可避免對醫務人員的操作造成之阻礙；另外，目前使用的機械手臂之活動大多需經過複雜的數學運算，較容易因為計算錯誤造成機械手臂誤觸到非手術的組織，而引起使用安全上的顧慮，且該些機械手臂的關節通常僅能有限度地轉動，加上該些關節會增加機械手臂的體積，使得目前使用的機械手臂無法良好的適用於彎曲複雜的體內空間。
再者，整個微創手術系統通常包含有許多機械手臂，藉以安裝許多不同功能的微型手術器械，而該些機械手臂的作動會相互牽制，且驅動該些機械手臂轉動的裝置也會在空間上造成限制，進而限制各個機械手臂的轉動角度，因此該機械手臂僅能帶動微型手術器械在相當有限的工作區間內動作。
綜上所述，為了增加微創手術的安全性，且同時提高微創手術的效率及精確性，研發一種容易操作、體積小、且關節自由活動度大的機械手臂著實有其必要性。
緣此，本發明之一目的在提供一種多節旋轉角度之機械手臂，包含：複數個可串接的一機械手臂段，該機械手臂段為係為一橢圓柱體結構，且該橢圓柱體結構的兩端分別具有一斜截切面，該斜截切面係為正圓形，且兩串接的該機械手臂段之間包含一樞轉結構以及一驅動裝置；其中，該樞轉結構位於兩串接的該機械手臂段相鄰的兩斜截切面之間，且該驅動裝置係用於驅動該樞轉結構，使兩串接的該機械手臂段彼此沿著相鄰的兩斜截切面進行相對轉動的運動。
在本發明之一實施例中，該機械手臂段的該橢圓柱體結構具有至少一個兩端相通的一中空結構。
在本發明之一實施例中，該驅動裝置包含：一電動機 (Electric motor)及用以傳導電力於該電動機的一電性傳導元件及/或提供電力於該電動機的一電池；其中，該電動機安裝於兩串接的該機械手臂段其中之一端，用於驅動該樞轉結構，且該電性傳導元件及/或該電池係配置於該中空結構之中。
在本發明之一實施例中，兩串接的該機械手臂段相鄰的兩斜截切面分別配置一導電環組合，俾使該機械手臂段串接時，兩串接的該機械手臂段的電性傳導元件藉由該導電環組合而電性連接以傳導電力。
在本發明之一實施例中，該驅動裝置進一步包含一訊號接收模組、一電動機以及一訊號處理模組，其中該訊號處理模組電性連接至該訊號接收模組與該電動機。
在本發明之一實施例中，該訊號接收模組係接收一控制訊號並傳送給該訊號處理模組，且該訊號處理模組接收該控制訊號以計算一轉動角度。
在本發明之一實施例中，該訊號處理模組根據該轉動角度，以控制該電動機轉動並驅動兩串接的該機械手臂段彼此沿著相鄰的兩截切面進行該轉動角度的相對轉動。
在本發明之一實施例中，該機械手臂之最尾端的該機械手臂段進一步包含一訊號接收模組、一器械裝置、以及一訊號處理模組，其中該訊號處理模組電性連接該訊號接收模組與該器械裝置。
在本發明之一實施例中，該訊號接收模組係接收一控制訊號並傳送給該訊號處理模組，且該訊號處理模組接收該控制訊號以產生一運作指示。
在本發明之另一實施例中，該訊號處理模組根據該運作指示，以控制該器械裝置的運作。
本發明之機械手臂中，該機械手臂段的該套管具有兩端斜截切面皆為直徑相同的一正圓形，使得本發明之該機械手臂段串接後，兩兩串接的該機械手臂段彼此之間能夠完全地沿著相鄰的兩斜截切面，在不增加額外體積的情況下進行最大三百六十度的相對轉動。另外，因為該機械手臂段中兩端相通的該中空通道係以該樞轉結構的轉動中心為其結構之中心點，使得串接的該機械手臂進行相對的轉動運動時，放置於該中空結構的物件不會因此而受到影響。
再者，本發明之機械手臂中，每一個串接的該機械手臂段係以該導電環組合進行電力的串聯，如此只要於本發明之機械手臂最起始的該機械手臂段連接一外接電源後，即可供應整個該機械手臂的電力，且由於該導電環組合係為正圓形的金屬環，使得該機械手臂段串接後，兩串接的該機械手臂段能自由地進行三百六十度的旋轉，而不會影響電力的傳導；或者，每一個串接的該機械手臂段中皆具有該電池，以獨立提供單一個機械手臂段的電力，同樣使得該機械手臂段的旋轉不會影響電力的傳導。
另外，本發明之機械手臂中，每一個該機械手臂段皆含有獨立的該訊號接收模組以及該訊號處理模組，且最末端的該機械手臂段則可包含該器械裝置，使得每一個機械手臂段皆能被獨立的調控，如此縮小每個受操控的單位，以提升本發明之機械手臂的整體機動性及精準性。
因此，本發明之機械手臂能夠完全依照使用需求，任意地串接複數個本發明之機械手臂段，且該些機械手臂段的串接方式，使得其在進行相對地轉動時，能夠沿著彼此間的斜截切面進行三百六十度的轉動，且電力的供應完全不會受到轉動而有所影響，如此能夠克服目前本發明技術領域中慣用機械手臂之關節轉動角度的限制，且還能夠同時減少關節可能導致的體積增加，使得其能夠更有效地應用於空間配置有限的微創手術中，具體來說本發明之機械手臂能夠有效的適應體腔內複雜且曲折的空間，以減少擴大微創手術之開口及造成體腔內器官或組織損傷的可能：再者，因為能夠獨立的調控本發明之機械手臂中各別的該機械手臂段，此種縮小控制單元的手段，使得本發明之機械手臂於適應環境的機動性及精準性能夠提升。
以下將進一步說明本發明的實施方式，下述所列舉的實施例係用以闡明本發明，並非用以限定本發明之範圍，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
依據本發明，有關接頭 (Joint)的操作程序與參數條件等是落在熟習此項技術之人士的專業素養與例行技術範疇內。
依據本發明，有關電動機的操作程序與參數條件等是落在熟習此項技術之人士的專業素養與例行技術範疇內；且本發明所使用之電動機可為任意本發明技術領域中習知慣用的電動機種類。
根據本發明的實施例，該機械手臂、該機械手臂的套管、或該機械手臂的外部保護膜的製作材料不限於具有良好生物可相容性 (Bio-compatible) 的橡膠、矽氧樹脂 (Silicone)、乳膠 (Latex)、塑膠 (例如PVC、PU、PP、PE、PTFE等)、不鏽鋼、塑鋼、金屬 (例如鈦金屬合金或鈦六鋁四釩(Ti6Al4V))、複合材質、或木頭等材料。
依據本發明的實施例，有關無線連接的操作程序與參數條件等是落在熟習此項技術之人士的專業素養與例行技術範疇內；且本發明所使用之無線連接可為任意本發明技術領域中習知慣用的種類，其可為但不限於紅外線、藍牙、ZigBee、ANT、Wi-Fi等。
請參見圖1，係顯示本發明之多節旋轉角度之機械手臂1的立體圖，該機械手臂1包含複數個可串接的一機械手臂段11、及位於該機械手臂1最末端的一末端機械手臂段12。其中該機械手臂11具有一前端與一後端，而兩串接的該機械手臂段11或該末端機械手臂段12彼此可沿兩斜截切面的銜接而旋轉；且該末端機械手臂段12的前端可以進一步配置一夾具或一光源照明等裝置。
請同時參見圖2A及圖2B，分別係顯示本發明機械手臂的套管之一實施例與另一實施例的剖視圖。圖2A為本發明套管之一實施例，該套管111係呈一橢圓柱體結構，如截切面A-A’所示，而該套管111的兩端分別具有靠近前端的一前端斜截切面1111、及靠近後端的一後端斜截切面1112，該套管111之內部結構具有連通該前端斜截切面1111與該後端斜截切面1112的一中空通道；其中，該前端斜截切面1111與該後端斜截切面1112皆係為一正圓形 (如截切面B-B’所示)，且該前端斜截切面1111、及該後端斜截切面1112分別與該套管111的橢圓柱體結構的縱軸間形成銳角為20-85度的夾角，且該夾角較佳為40-80度，此套管111係應用於該機械手臂11。
圖2B為本發明套管之另一實施例，該套管111’ 同樣係呈一橢圓柱體結構，如截切面C-C’所示，而該套管111’的兩端分別具有靠近前端的一前端斜截切面1111、及靠近後端的一垂直切面1113；其中，該前端斜截切面1111為一正圓形 (如截切面D-D’所示)，其與該套管111’的橢圓柱體結構的縱軸間形成銳角為20-85度的夾角，且該夾角較佳為40-80度，而後端的該垂直切面1113 (如截切面C-C’所示)則係與該縱軸間形成垂直夾角，使該垂直切面1113形成一平台，以方便於該平台上進一步配置及/或連結其他器械或裝置，此套管111’係應用於該末端機械手臂段12。
本發明機械手臂之一實施例中，參見圖3A及圖3B，套管111之中空通道係彼此連通，且連通的中空通道置入一支撐裝置110、一樞轉結構112、及一驅動該樞轉結構之一驅動裝置113。該支撐裝置110係固定於該套管111中，用以固定支撐該機械手臂段11中的樞轉結構112、驅動裝置113、訊號接收模組114、及訊號處理模組115。該支撐裝置110包含一支撐架1101及一支撐座1102，其中該支撐架1101呈現貫穿該機械手臂段11之前後兩端的結構，而該支撐座1102則係固定在該套管111的該後端斜截切面1112。
該樞轉結構112係位於兩串接的該機械手臂段11相鄰的該前端斜截切面1111、與該後端斜截切面1112之間，且驅動裝置113係置入該機械手臂段11的套管111之該中空通道內部，並用於驅動該樞轉結構112，使兩串接的該機械手臂段11彼此沿著相鄰的兩斜截切面進行相對轉動的運動；其中，該後端斜截切面1112上形成一圓形凸緣1114，而該前端斜截切面1111上形成一圓形凹槽1115。當該前端斜截切面1111與該後端斜截切面1112彼此相鄰銜接時，該圓形凸緣1114與圓形凹槽1115彼此配合，以保持彼此相鄰的兩斜截切面進行相對轉動的運動，並防止該兩斜截切面之間的偏移。
本發明之機械手臂段11中該驅動裝置113進一步包含一訊號接收模組114、以及一訊號處理模組115；其中，該訊號接收模組114係無線連接於一遠端遙控裝置，且該訊號處理模組115係電性連接至該訊號接收模組114與該電動機1131；其中，該訊號接收模組114會無線接收來自該遠端遙控裝置之一電動機控制訊號，並接著將該電動機控制訊號1141傳送給該訊號處理模組115，且該訊號處理模組115於接收到該電動機控制訊號1141後，會計算一轉動角度，接著該訊號處理模組115會再根據該轉動角度，控制該電動機1131進行相對應的轉動，並驅動兩串接的該機械手臂段11彼此沿著相鄰的兩截切面進行該轉動角度的相對轉動。
請繼續參見圖4，該樞轉結構112包含靠近該前端斜截切面1111的一前端接頭1121、靠近下一個該機械手臂段11之後端斜截切面1112的一後端接頭1122、以及自後端接頭1122延伸出的一T型結構1123；其中，該前端接頭1121與後端接頭1122之間使用一萬向接頭 (Universal joint)樞轉耦接，且該前端接頭1121與該後端接頭1122所維持樞轉的角度，是沿著兩串接的該機械手臂段11的兩斜截切面所維持的角度。該電動機1131係安裝於該機械手臂段11靠近前端的中空通道內，該電動機1131的轉軸係與該前端接頭1121耦接，而用於帶動該前端接頭1121旋轉，以驅動該後端接頭1122的轉動；另外，該後端接頭1122所延伸出的該T型結構1123係與位在該機械手臂段11後端之該支撐座1102相連接，俾使所串接的該機械手臂段11隨著樞轉結構112的轉動而轉動。
在本發明之又一實施例中，該末端機械手臂段12係為該機械手臂1的第一個機械手臂段，且該末段機械手臂段12的該前端斜截切面1111係以如前所述方式，與該機械手臂段11的該後端斜截切面1112彼此相鄰銜接，且該套管111’與該套管111之中空通道係彼此相通。
在本發明之另一實施例中，該末端機械手臂段12係為該機械手臂1的最後一個機械手臂段，且該末段機械手臂段12的該前端斜截切面1111係以如前所述方式，與該機械手臂段11的該前端斜截切面1111彼此相鄰銜接，且該套管111’與該套管111之中空通道係彼此相通；其中，該末段機械手臂段12的該後端斜截切面1113可為但不限於為已安裝如夾具等之特定器械的結構，使該末段機械手臂段12形成一特定單元體，而能夠視使用需求進行更換。
在本發明其他實施例中，該樞轉結構112及該驅動裝置113的整體可為一壓電馬達，更詳而言之，可為一超音波壓電馬達。舉例而言，該驅動裝置113為該壓電馬達中的驅動部分並設置於該機械手臂段11中，而該樞轉結構112則為該壓電馬達中的滑軌部分並設置於下一段的該機械手臂段11中，如此一來，當該機械手臂段11中的該驅動部分運轉時，可帶動下一段的該機械手臂段11中的該滑軌部分進行轉動。
請繼續參見圖5，本發明之機械手臂1能夠完全依照使用需求，任意地串接複數個本發明之機械手臂段11，且該些機械手臂段11的串接方式，使得其在進行相對地轉動時，能夠沿著彼此間的斜截切面進行三百六十度的轉動，而完全不影響電力的供應，且還能夠同時減少關節可能導致的體積增加，如此一來本發明之機械手臂1能夠有效的適應體腔內複雜且曲折的空間，以減少擴大微創手術之開口及造成體腔內器官或組織損傷的可能，且因為能夠獨立的調控本發明之機械手臂1中各別的該機械手臂段11，因此能夠提升本發明之機械手臂1的機動性及精準性。
參見圖6，在本發明之另一實施例中，該驅動裝置113包含：一電動機1131 (Electric motor)、及電連接該電動機1131的一電性傳導元件1132 ，該電性傳導元件1132係一導電環組合11321、及一導電線組合11322，其中該導電線組合11322係分別將該導電環組合11321與該驅動裝置113、該訊號接收模組114、以及該訊號處理模組115進行電性連接；而該導電環組合11321係分別配置於該機械手臂段11的該圓形凸緣1114、及該圓形凹槽1115，俾使該機械手臂段11串接時，兩串接的該機械手臂段11藉由該導電環組合11321而產生電性連接以傳導電力；其中，該導電環組合11321係為正圓形的金屬環，使得兩串接的該機械手臂段轉動時不影響電力的傳導。
在本發明之又一實施例中，圖中未顯示，該電性傳導元件1132係一電池，而該電池係配置於該驅動裝置113中，並電性連接於該電動機1131，以獨立提供單一個機械手臂段11中該驅動裝置113的電力，亦得兩串接的該機械手臂段轉動時不影響電力的傳導。
在本發明之一實施例中，該驅動裝置113進一步包含一訊號接收模組114、一電動機1131/一器械裝置116、以及一訊號處理模組115，其中該訊號接收模組114係接收一控制訊號並傳送給該訊號處理模組115，且該訊號處理模組115接收該控制訊號以計算一轉動角度/一運作指示；電力及訊號之傳遞及接收方式請參見圖7，包括但不限於以下所述4種方式之任何一種： (1) 該導電環組合11321係傳遞電力於該訊號接收模組114、該訊號處理模組115、及該電動機1131/該器械裝置116，其中該訊號接收模組114係無線接收該控制訊號給該訊號處理模組115，以控制該電動機1131/該器械裝置116，而無須使用電池； (2) 該導電環組合11321係傳遞電力及載波該控制訊號，該電力係傳遞於該訊號接收模組114、該訊號處理模組115、及該電動機1131/該器械裝置116，其中該訊號接收模組114係有線接收載波該控制訊號給該訊號處理模組115，以控制該電動機1131/該器械裝置116，而無須使用電池。此外，該導電環組合11321及該導電線組合11322的環數量不限於2個，在本發明其他實施例中，該環數量可為2個以上，例如4環、6環等，且每個環皆可電性連接至該訊號接收模組114、該訊號處理模組115及該電動機1131/該器械裝置116，以藉由不同的環來傳送不同的訊號至電動機1131/該器械裝置116，以使電動機1131轉動一預設角度或該器械裝置116執行一動作； (3) 該導電環組合11321係傳遞該控制訊號，且進一步包含該電池以提供電力於該訊號接收模組114、該訊號處理模組115、及該電動機1131/該器械裝置116，其中該訊號接收模組114係有線接收該控制訊號給該訊號處理模組115，以控制該電動機1131/該器械裝置116； (4) 該電池提供電力於該訊號接收模組114、該訊號處理模組115、及該電動機1131/該器械裝置116，其中該訊號接收模組114係無線接收該控制訊號給該訊號處理模組115，以控制該電動機1131/該器械裝置116。
本發明之機械手臂可進一步配置一微型外科手術用附屬器械，其中該外科手術用附屬器械為本發明技術領域中具通常知識者習知慣用的器械，其可為但不限於一剪刀、一夾具、一止血器、一拉勾、一電燒刀、或一諧波刀 (超音波刀)等。
參見圖8，在本發明之一實施例中，該機械手臂1中最尾端之該機械手臂段11進一步包含一器械裝置116；其中，該訊號接收模組114係無線連接於一遠端遙控裝置，且該訊號處理模組115係電性連接至該訊號接收模組114與該器械裝置116；其中，該訊號接收模組114會無線接收來自該遠端遙控裝置之一器械裝置控制訊號，並接著將該器械裝置控制訊號傳送給該訊號處理模組115，且該訊號處理模組115於接收到該器械裝置控制訊號後，會計算一運作指示，接著該訊號處理模組115會再根據該運作指示，控制該器械裝置116的運作。
在本發明之一實施例中，該機械手臂中可進一步包含一磁鐵，或者該機械手臂段11本身即以磁性材質製成，使得以本發明之機械手臂進行外科手術時，能夠在體外或體內以磁力控制該機械手臂伸入患部的定位，或者增加機械手臂的負重能力。
參見圖9，本發明之機械手臂可進一步包含一影像傳輸裝置、一光源照明裝置、或其任意組合，且其係直接配置在本發明之機械手臂1的最後一個該機械手臂段的前端，即該末端機械手臂段12的該後端斜截切面1113，其亦可係配置於該機械手臂段11及該末端機械手臂段12之彼此相通的該中空通道之中，並延伸至最後一個該機械手臂段的前端。如圖9所示，本發明的該機械手臂段11及該末端機械手臂段12可藉由多節不同的旋轉角度以適應體腔內複雜且曲折的空間，減少擴大該傷口的可能並且減少造成體腔內器官、組織損傷的可能。
本發明之機械手臂1除了能夠直接使用外，亦能夠於該機械手臂1的外部包覆一層保護膜後再進行使用，如此能夠減少該機械手臂1的清潔負擔以及損耗，並能同時提升衛生安全。
本發明之機械手臂能夠依據本發明技術領域中之通常知識，而被應用於喉嚨內視鏡、腸胃內視鏡、腹腔內視鏡、胸腔內視鏡、骨盆槍內視鏡等操作當中。值得一提的是，本發明利用屬於可撓曲硬管的多節旋轉角度之機械手臂來取代傳統的光纖，並可藉由自動機械化的方式來進行操作，如此一來，本發明的機械手臂在喉嚨、腸道等地方可輕易的施力及傳導力量以進行移動及轉動，並藉由多節旋轉角度來適應體腔內複雜且曲折的空間；另外，本發明之機械手臂1亦能夠於該機械手臂外面套上一層本發明技術領域中習知慣用的腸道清潔裝置，以用於提升清理腸道的精準性及效率。
以下將以詳細說明本發明之機械手臂1於腹腔內視鏡手術的應用；然而，在本發明領域中具有通常知識者應能瞭解，該等詳細說明以及實施本發明所列舉的特定實施例，僅係用於說明本發明，並非用以限制本發明之專利申請範圍。實施例 本發明的 多節旋轉 角度之機械手臂機械手臂於腹腔內視鏡手術的應用
本發明之一實施例係該多節旋轉角度之機械手臂1於腹腔內視鏡手術的應用。在以本發明技術領域中習知慣用的手法，製造腹腔內視鏡手術的傷口並且灌注二氧化碳至腹腔以撐開空間後，分別將(1) 該器械裝置116為一夾具的本發明之機械手臂1、(2) 該器械裝置116為另一夾具的本發明之機械手臂1、及(3) 包含一影像傳輸裝置及一光源照明裝置的本發明之機械手臂1經由該開腹的傷口置入該患者的腹腔中，其中因為本發明之機械手臂1體積小，且具有多個可三百六十度旋轉而不影響該機械手臂1體積的手肘，使得將前述(1)至(3)放置入該患者腹腔時，其可適應體腔內複雜且曲折的空間，減少擴大該傷口的可能並且減少造成體腔內器官、組織損傷的可能。
接著，可再將能夠摺疊成小體積的一架設平台，也同樣經由該傷口放置於該患者的腹腔內，並且因為本發明之機械手臂1可進一步包含一磁鐵或其本身即具有極性，因此能夠於體外以磁鐵適當的調整前述(1)至(3)及該架設平台在該患者腹腔中的位置，而將該些物件的相對距離拉近後，再將該架設平台攤開，並使前述(1)至(3)組合在該架設平台上，以形成一完整的微創手術操作組件，並且透過該遠端遙控裝置，傳送該電動機控制訊號或該器械裝置控制訊號於本發明之機械手臂1，以控制本發明之機械手臂1進行微創手術的操作。
綜上所述，本發明之機械手臂1中，該機械手臂段11的該套管111具有兩端斜截切面、及該末端機械手臂段12的該套管111’之該前端斜截切面1111皆為直徑相同的一正圓形，使得本發明之該機械手臂段11及/或該末端機械手臂段12串接後，兩兩串接的該機械手臂段11及/或該末端機械手臂段12彼此之間能夠完全地沿著相鄰的兩斜截切面，在不增加額外體積的情況下進行最大三百六十度的相對轉動。另外，因為該機械手臂段11及/或該末端機械手臂段12中兩端相通的該中空通道係以該樞轉結構112的轉動中心為其結構之中心點，使得串接的該機械手臂11及/或該末端機械手臂段12進行相對的轉動運動時，放置於該中空結構的物件不會因此而受到影響。
再者，本發明之機械手臂1中，每一個串接的該機械手臂段11及/或該末端機械手臂段12係以該導電環組合11321進行電力的串聯，如此只要於本發明之機械手臂1最起始的該機械手臂段11連接一外接電源後，即可供應整個該機械手臂1的電力，且由於該導電環組合11321係為正圓形的金屬環，使得該機械手臂段11及/或該末端機械手臂段12串接後，兩串接的該機械手臂段11及/或該末端機械手臂段12能自由地進行三百六十度的旋轉，而不會影響電力的傳導；或者，每一個串接的該機械手臂段11及/或該末端機械手臂段12中皆具有該電池，以獨立提供單一個機械手臂段11及/或該末端機械手臂段12的電力，同樣使得該機械手臂段11的旋轉不會影響電力的傳導。
另外，本發明之機械手臂1中，每一個該機械手臂段11及/或該末端機械手臂段12皆含有獨立的該訊號接收模組114以及該訊號處理模組115，且該末端機械手臂段12則可包含該器械裝置116，使得每一個機械手臂段11及/或該末端機械手臂段12皆能被獨立的調控，如此縮小每個受操控的單位，以提升本發明之機械手臂1的整體機動性及精準性。
因此，本發明之機械手臂1能夠完全依照使用需求，任意地串接複數個本發明之機械手臂段11，且該些機械手臂段11及/或該末端機械手臂段12的串接方式，使得其在進行相對地轉動時，能夠沿著彼此間的斜截切面進行三百六十度的轉動，且電力的供應完全不會受到轉動而有所影響，如此能夠克服目前本發明技術領域中慣用機械手臂之關節轉動角度的限制，且還能夠同時減少關節可能導致的體積增加，使得其能夠更有效地應用於空間配置有限的微創手術中，具體來說本發明之機械手臂1能夠有效的適應體腔內複雜且曲折的空間，以減少擴大微創手術之開口及造成體腔內器官或組織損傷的可能：再者，因為能夠獨立的調控本發明之機械手臂1中各別的該機械手臂段11及/或該末端機械手臂段12，此種縮小控制單元的手段，使得本發明之機械手臂1於適應環境的機動性及精準性能夠提升。
1:機械手臂 11:機械手臂段 110:支撐裝置 1101:支撐架 1102:支撐座 111:套管 111’:套管 1111:前端斜截切面 1112:後端斜截切面 1113:垂直截切面 1114:圓形凸緣 1115:圓形凹槽 112:樞轉結構 1121:前端接頭 1122:後端接頭 1123:支持架 113:驅動裝置 1131:電動機 1132:電性傳導元件 11321:導電環組合 11322:導電線組合 114:訊號接收模組 115:訊號處理模組 116:器械裝置 12:末端機械手臂段
圖1係為本發明之一實施例的機械手臂的立體結構圖。 圖2A係為本發明機械手臂的套管之一實施例的剖視圖。 圖2B係為本發明機械手臂的套管之另一實施例的剖視圖。 圖3A係為本發明之一實施例的機械手臂段的組件立體圖，其中包含該支撐裝置、該樞轉結構、該驅動裝置、該訊號接收模組、及該訊號處理模組。 圖3B係為移除圖3A中支撐座的組件立體圖。 圖4係本發明之一實施例的機械手臂的樞轉結構與驅動裝置的立體圖。 圖5係本發明之一實施例的串接之機械手臂段的剖面圖。 圖6係本發明之又一實施例的機械手臂的電性傳導元件的布置圖。 圖7係本發明之又一實施例的機械手臂的電性及訊號之傳遞及接收的示意圖。 圖8係本發明之一實施例的機械手臂的前端配置一器械裝置的示意圖，其中該器械裝置為一夾具。 圖9係本發明之一實施例的機械手臂的前端配置一光源照明裝置，並使用於腸道內的示意圖。
1:機械手臂
11:機械手臂段
12:末端機械手臂段

Claims (10)

  1. 一種用於外科手術或內科內視鏡的多節旋轉角度之機械手臂，包含：複數個可串接的一機械手臂段，且兩串接的該機械手臂段之間包含一樞轉結構以及一驅動裝置；其中，該樞轉結構位於兩串接的該機械手臂段相鄰的兩斜截切面之間，且該驅動裝置係用於驅動該樞轉結構，使兩串接的該機械手臂段彼此沿著相鄰的兩斜截切面進行相對轉動的運動其特徵在於：該機械手臂段的外輪廓為一橢圓柱體，且該橢圓柱體的兩端分別具有一後端斜截切面與一前端斜切截面，該前、後端斜截切面係為正圓形，該後端斜截切面上形成一圓形凸緣，該前端斜截切面上形成一圓形凹槽，當該前端斜截切面與該後端斜截切面彼此相鄰銜接時，該圓形凸緣與該圓形凹槽彼此配合，其中，該驅動裝置包含：一電動機；以及一電性傳導元件，電連接該電動機，該電性傳導元件包含一導電環組合及一導電線組合，該導電環組合分別配置於該機械手臂段的該圓形凸緣及該圓形凹槽，該導電線組合分別將該導電環組合與該驅動裝置電性連接，其中，該樞轉結構包含：一前端接頭，靠近該前端斜截切面；以及一後端接頭，靠近下一個該機械手臂段之該後端斜截切面，其中，該前端接頭與該後端接頭之間以一萬向接頭樞轉耦接。
  2. 如請求項1所述之機械手臂，其中該機械手臂段的該橢圓柱體結構具有至少一個兩端相通的一中空結構。
  3. 如請求項2所述之機械手臂，其中該驅動裝置包含：一電動機(Electric motor)及用以傳導電力於該電動機的一電性傳導元件及/或提供電力於該電動機的一電池；其中，該電動機安裝於兩串接的該機械手臂段其中之一端，用於驅動該樞轉結構，且該電性傳導元件及/或該電池係配置於該中空結構之中。
  4. 如請求項3所述之機械手臂，其中兩串接的該機械手臂段相鄰的兩斜截切面分別配置一導電環組合，俾使該機械手臂段串接時，兩串接的該機械手臂段的電性傳導元件藉由該導電環組合而電性連接以傳導電力。
  5. 如請求項1所述之機械手臂，其中該驅動裝置進一步包含一訊號接收模組、一電動機以及一訊號處理模組，其中該訊號處理模組電性連接至該訊號接收模組與該電動機。
  6. 如請求項5所述之機械手臂，其中該訊號接收模組係接收一控制訊號並傳送給該訊號處理模組，且該訊號處理模組接收該控制訊號以計算一轉動角度。
  7. 如請求項6所述之機械手臂，其中該訊號處理模組根據該轉動角度，以控制該電動機轉動並驅動兩串接的該機械手臂段彼此沿著相鄰的兩截切面進行該轉動角度的相對轉動。
  8. 如請求項1所述之機械手臂，其中該機械手臂之最尾端的該機械手臂段進一步包含一訊號接收模組、一器械裝置、以及一訊號處理模組，其中該訊號處理模組電性連接該訊號接收模組與該器械裝置。
  9. 如請求項8所述之機械手臂，其中該訊號接收模組係接收一控制訊號並傳送給該訊號處理模組，且該訊號處理模組接收該控制訊號以產生一運作指示。
  10. 如請求項9所述之機械手臂，其中該訊號處理模組根據該運作指示，以控制該器械裝置的運作。
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