[發明專利]一種用于單孔手術機器人的控制解耦的快換機構

在審

• 申請號: 201810177472.2
• 申請日: 2018-03-02
• 公開（公告）號: CN108309456A
• 公開（公告）日: 2018-07-24
• 發明（設計）人: 胡三元;馮紅光;程曉林;田兆輝;姜秀新;樊炳輝
• 申請（專利權）人: 山東大學齊魯醫院
• 主分類號: A61B34/30
• 分類號: A61B34/30;A61B17/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 趙敏玲

本發明公開了一種用于單孔手術機器人的控制解耦的快換機構，由第一關節驅動機構、第二關節驅動機構、第三關節驅動機構、第四關節驅動機構、第五關節驅動機構、第六關節驅動機構、第七關節驅動機構、第八關節驅動機構和底座殼體、底座外罩、連接件和鎖緊機構等組成。手術器械驅動機構采用控制解耦，完全解決了手術器械執行機構各關節擺轉時產生的相互運動耦合問題；通過控制原理進行解耦，可以簡化手術器械執行機構的結構設計，有利于手術器械執行機構的量產。本發明的用于單孔手術機器人的控制解耦的快換機構具有方便拆裝、易于調整、定位準確、剛度較大、布局合理、小型化、輕量化的優點。

技術領域

本發明涉及一種微創外科手術領域內的醫療設備，尤其涉及一種適合于胸腔和腹腔的微創手術操作的微創外科單孔手術機器人的快換機構。

背景技術

以腹腔鏡為代表的微創外科被譽為20世紀醫學科學對人類文明的重要貢獻之一，微創手術操作是指醫生借助細長的手術器械通過人體表面的微小切口探入到體內進行手術操作的。它與傳統的開口手術相比具有手術切口小、出血量少、術后疤痕小、恢復時間快等優點，達到與傳統開口手術相同的療效。手工操作的微創手術器械是被動操作形式，一般末端只具有一個運動自由度。手術過程中醫生通過手指施加驅動實現末端器械動作，并依靠醫生手臂與腕部的運動靈活性順利完成包括縫合、打結在內的各種復雜操作。但是，對于輔助微創手術機器人系統而言，由于手術器械的操作是通過機器人來完成的，而機器人系統本身不具備人操作的靈活性。因此，對微創手術機器人專用手術器械的設計提出了更高的要求。為適應微創手術的要求，手術器械的設計應滿足體積小、操作靈活、形式多樣、便于與機器人手臂安裝、有足夠的剛度和強度、適于醫療環境要求(如多次消毒)等。特別是手術器械應具有較多的自由度以滿足靈活性要求，才能適應縫合打結等復雜手術操作。

在微創手術機器人手術過程當中，手術工具是唯一與人體病變組織相接觸的部分，也是直接執行手術操作的機器人部分，因此，手術工具的性能是微創手術機器人系統綜合性能的關鍵所在。為適應現代化微創手術的要求，手術工具的設計應滿足結構精巧、操作靈活、形式多樣、易于更換、適合醫療環境等要求，特別是手術工具應有較多的自由度以滿足靈活性要求，且要易于更換才能實現復雜的手術操作。因此，與手術工具相配套的手術器械的性能也是微創手術機器人系統綜合性能的重要組成部分，其性能指標不僅影響著手術工具的使用，還直接決定了本體系統的設計指標與布局方式。總之，手術工具與快換裝置的性能是體現手術機器人系統整體性能水平的關鍵因素。

在國際上，微創手術機器人系統研究領域已有多套樣機達到了商業臨床應用水平，包括da Vinci、Zeus、LAPROTEK系統等。通過研究手術機器人系統的發展發現手術工具系統主要由工具部分和快換裝置組成。工具部分的發展趨勢是由桿傳動、低自由度向絲傳動、多自由度發展，其結構雖越來越簡化，功能卻變得越來越強大；快換裝置則是逐漸向緊湊型、集成型發展，性能也變的越來越高效、穩定。現存的兩套商業化微創手術機器人都是采用絲傳動的四自由度手術工具系統，但這些手術工具系統仍存在結構布局分散，外形尺寸較大等缺點，所以手術工具系統仍有很大的發展潛力。

在我國，微創外科單孔手術機器人的研發還處于起步階段，尤其對手術工具系統的研究與國外技術相比還有較大的差距，因此，開發絲傳動、多自由度手術工具及相配套的性能更為穩定高效的快換裝置對填補國內空白，推進相關領域技術進步具有重要意義。研究開發與現有系統擁有不同的絲傳動形式和快換方式的多自由度手術工具系統對于提升我國在該科研領域的學術、技術地位具有深遠意義。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種方便拆裝、易于調整、定位準確、剛度較大、布局合理的小型化、輕量化的用于微創外科單孔手術機器人的控制解耦的快換機構，它能夠夾持手術工具輔助醫生實施微創單孔手術操作。

本發明提供了一種方便拆裝、易于調整、定位準確、剛度較大、布局合理的小型化、輕量化的用于微創外科單孔手術機器人的控制解耦的快換機構，具體方案如下：