[發(fā)明專利]一種基于萬向關(guān)節(jié)的手術(shù)機(jī)器人

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811152849.5
• 申請(qǐng)日: 2018-09-30
• 公開（公告）號(hào): CN109171969A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭楊;鄭興
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 泗洪縣正心醫(yī)療技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): A61B34/30
• 分類號(hào): A61B34/30;A61B17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明提供一種基于萬向關(guān)節(jié)及觸覺反饋的手術(shù)機(jī)器人，具有6個(gè)自由度。包括至少兩個(gè)萬向關(guān)節(jié)組成的多自由度關(guān)節(jié)臂，萬向關(guān)節(jié)內(nèi)有驅(qū)動(dòng)組件驅(qū)動(dòng)萬向關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)；相鄰的萬向關(guān)節(jié)之間通過通道管連接，通道管上有驅(qū)動(dòng)組件驅(qū)動(dòng)通道管運(yùn)動(dòng)。萬向關(guān)節(jié)的中心順序穿設(shè)有旋轉(zhuǎn)通道管、進(jìn)退通道管和手術(shù)器械。本發(fā)明同時(shí)提供基于相同結(jié)構(gòu)原理的控制裝置。本發(fā)明利用萬向關(guān)節(jié)的三維旋轉(zhuǎn)能力簡化了手術(shù)機(jī)器人及控制裝置的結(jié)構(gòu)，而且控制裝置和執(zhí)行裝置結(jié)構(gòu)相同，有觸覺反饋給操作者，提升了手術(shù)機(jī)器人的便攜性及操作性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，具體涉及一種基于萬向關(guān)節(jié)的手術(shù)機(jī)器人。

背景技術(shù)

隨著科技的進(jìn)步，微創(chuàng)外科手術(shù)中手術(shù)器械通過體表固定的小切口進(jìn)入體內(nèi)完成手術(shù)，越來越多的微創(chuàng)外科手術(shù)開始使用手術(shù)機(jī)器人。目前達(dá)芬奇機(jī)器人是世界上商品化和臨床化最成功的微創(chuàng)機(jī)器人，該機(jī)器人采用的開環(huán)平行四邊形遠(yuǎn)心定位機(jī)構(gòu)，依靠鋼帶同步約束來實(shí)現(xiàn)平行四邊機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是在裝配時(shí)需要借助裝置尋找遠(yuǎn)心定位點(diǎn)。被動(dòng)臂采用基于移動(dòng)平臺(tái)的機(jī)械臂集成，這種方式的缺點(diǎn)是整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)體積較大，為了便于術(shù)前調(diào)整需要被動(dòng)臂具有四個(gè)自由度，導(dǎo)致懸臂梁較長，使得機(jī)器人整體剛度降低。同時(shí)出于達(dá)芬奇微創(chuàng)機(jī)器人在這方面的專利壁壘考慮，而且現(xiàn)在大多數(shù)的手術(shù)器械裝置的驅(qū)動(dòng)是通過電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，這樣往往使得驅(qū)動(dòng)電機(jī)布置在平臺(tái)的上部，導(dǎo)致頭重腳輕，增大了關(guān)節(jié)的驅(qū)動(dòng)力矩，使得機(jī)械臂系統(tǒng)容易產(chǎn)生震動(dòng)。

內(nèi)窺鏡驅(qū)動(dòng)裝置采用螺母絲杠傳動(dòng)方式，但這種方式不便于手動(dòng)實(shí)現(xiàn)術(shù)前調(diào)整，豎向移動(dòng)裝置采用電機(jī)帶動(dòng)螺母絲杠方式來實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，整體體積比較大。要調(diào)整鏡頭方向時(shí)，主刀醫(yī)生需要停止所有持械臂操作，切換到持鏡臂控制系統(tǒng)，用兩只手共同調(diào)整持鏡臂的位置，調(diào)整完畢后，再切換持械臂控制系統(tǒng)，重新開始中斷的操作。反復(fù)切換浪費(fèi)時(shí)間，也不能像常規(guī)腹腔鏡手術(shù)中由助手靈活地控制鏡頭方向和角度。

達(dá)芬奇微創(chuàng)機(jī)器人也缺少觸覺反饋，而觸覺反饋可以使手術(shù)醫(yī)生辨別組織，“觸摸”到受感染或被炎癥影響的脆弱組織，并更加小心謹(jǐn)慎地進(jìn)行診斷分析。有了觸覺反饋，醫(yī)生在微創(chuàng)手術(shù)中將可以更完美、更精準(zhǔn)地縫合傷口。

人類的手臂有多個(gè)關(guān)節(jié)，其中肩關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)都是有兩個(gè)自由度的球窩關(guān)節(jié)。肘關(guān)節(jié)可以縮短肩關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)之間的距離，相當(dāng)于一個(gè)進(jìn)退的自由度。尺骨和撓骨之間可以通過交叉來旋轉(zhuǎn)手腕，相當(dāng)于一個(gè)旋轉(zhuǎn)的自由度。整個(gè)手臂具有六個(gè)自由度，已經(jīng)可讓手再空間內(nèi)自由移動(dòng)。手部的掌指關(guān)節(jié)是有兩個(gè)自由度的球窩關(guān)節(jié)，作為冗余自由度，可以讓指尖更加靈活。作為手術(shù)機(jī)器人，六個(gè)自由度已經(jīng)可以滿足手術(shù)需求，目前的手術(shù)機(jī)器人是通過六個(gè)單自由度的關(guān)節(jié)來模擬手臂三個(gè)關(guān)節(jié)所實(shí)現(xiàn)的六自由度，造成機(jī)器人的體積龐大、重量巨大和成本高昂，在控制方面也更加復(fù)雜。

因此模仿人體手臂研發(fā)新型的微創(chuàng)機(jī)器人機(jī)械臂系統(tǒng)對(duì)我國微創(chuàng)機(jī)器人領(lǐng)域發(fā)展具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種基于萬向關(guān)節(jié)的手術(shù)機(jī)器人。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的基于萬向關(guān)節(jié)的手術(shù)機(jī)器人，具有至少兩個(gè)萬向關(guān)節(jié)組成的多自由度關(guān)節(jié)臂，所述萬向關(guān)節(jié)內(nèi)有驅(qū)動(dòng)組件驅(qū)動(dòng)萬向關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)；相鄰的萬向關(guān)節(jié)之間通過通道管連接，所述通道管上有驅(qū)動(dòng)組件驅(qū)動(dòng)通道管運(yùn)動(dòng)。

具體地，所述驅(qū)動(dòng)組件包括驅(qū)動(dòng)件和驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)件和驅(qū)動(dòng)電機(jī)直接連接或通過傳動(dòng)裝置聯(lián)接。

具體地，所述通道管的管壁上安裝有驅(qū)動(dòng)座，驅(qū)動(dòng)座內(nèi)安裝有用于驅(qū)動(dòng)穿過物沿通道管進(jìn)退的第一驅(qū)動(dòng)組件，所述第一驅(qū)動(dòng)組件與穿過物嚙合，所述穿過物是穿過通道管的手術(shù)器械。

具體地，所述萬向關(guān)節(jié)內(nèi)安裝有第二驅(qū)動(dòng)組件，所述第二驅(qū)動(dòng)組件用于驅(qū)動(dòng)穿過物沿通道管內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)。

具體地，所述通道管包括旋轉(zhuǎn)通道管和進(jìn)退通道管：