[發明專利]一種內鏡式微創手術機器人用主操作手

在審

• 申請號: 202210339411.8
• 申請日: 2022-04-01
• 公開（公告）號: CN114748170A
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 史超陽;羅翔宇;黃子巖;李進華
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: A61B34/37
• 分類號: A61B34/37;A61B34/00
• 代理公司: 北京中普鴻儒知識產權代理有限公司 11822
• 代理人: 曲芳兵

本發明涉及一種內鏡式微創手術機器人用主操作手，包括俯仰運動關節、偏擺運動關節以及進給運動關節，所述俯仰運動關節設置于偏擺運動關節上，偏擺運動關節設置于進給運動關節上，所述俯仰運動關節的旋轉部可繞俯仰運動關節的軸線A進行旋轉，所述偏擺運動關節的旋轉部可帶動俯仰運動關節繞偏擺運動關節的軸線B旋轉，所述軸線A與軸線B垂直相交于一點；所述進給運動關節可帶動偏擺運動關節以及俯仰運動關節進行直線移動。本發明所述的主操作手各自由度完全解耦、互不干涉，且機械結構設計巧妙、整體布局緊湊合理，操作舒適流暢，直觀可靠，降低了學習難度，提高了操作效率。

技術領域

本發明涉及醫療器械領域，具體涉及一種內鏡式微創手術機器人用主操作手。

背景技術

微創手術是一種醫生通過內窺鏡、專用手術器械，在不造成巨大創口的情況下施行手術的術式。為了追求創傷小，術后恢復好的效果，微創手術術式經歷了從多孔、單孔腔鏡手術到自然腔道手術的發展過程。自然腔道內鏡手術是將器械臂通過人體腔道到達病變組織進行手術的方式，可以達到體表無疤痕的效果。目前，內鏡式微創手術機器人的設計和相關關鍵技術的研究已經成為了機器人領域的研究熱點問題之一。

現有內鏡式微創手術機器人普遍采用主從遙控操作模式。主操作手作為醫生與從操作臂間的人機交互設備，醫生通過控制主操作手實現內鏡機器人從操作臂在腔道內進行病變探查與組織操作。因此主操作手的性能直接影響醫生的操作體驗、手術效果及安全性。但是現有內鏡式微創手術機器人主操作手以及通用型商業化主操作手，普遍存在如下缺陷：(1)結構設計極其復雜，且裝置體積大、制備成本高，既不利于加工生產、推廣普及；(2)具有冗余自由度，造成操作不直觀，增加了醫生學習難度；(3)操作主手進行控制時，可能存在位置調整與姿態調整的耦合問題，造成操作不直觀，增長了學習曲線；(4)目前主操作手設計中，操作者一般整個手臂處于懸空狀態，影響醫生的操作舒適性，不利于長時間操作；(5)缺乏力反饋的功能，但是力反饋信息的缺失導致操作者無法在操作過程中直觀的獲取從操作臂與病變組織以及手術環境的交互反饋信息，繼而導致手術安全性較差。

發明內容

為了解決上述一個或多個問題，本發明通過對內鏡操作的典型動作進行分解，并分析內鏡式機器人從操作臂的結構特點與運動方式，提供了一種各自由度完全解耦、互不干涉，且機械結構設計巧妙、整體布局緊湊合理、裝置體積小、操作舒適流暢的內鏡式微創手術機器人用同構式串聯型主操作手。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案是：一種內鏡式微創手術機器人用主操作手，包括由上至下依次設置的俯仰運動關節、偏擺運動關節以及進給運動關節；其中：

所述俯仰運動關節設置于偏擺運動關節上，偏擺運動關節設置于進給運動關節上；所述俯仰運動關節的旋轉部可繞俯仰運動關節的軸線A進行旋轉，所述偏擺運動關節的旋轉部可帶動俯仰運動關節繞偏擺運動關節的軸線B旋轉，所述軸線A與軸線B垂直相交于一點；

所述進給運動關節可帶動偏擺運動關節以及俯仰運動關節進行直線移動。

作為優選，所述俯仰運動關節內設置俯仰電機作為力反饋單元，所述偏擺運動關節內設置偏擺電機作為力反饋單元，所述俯仰電機以及偏擺電機分別與控制系統相連接，并在可控制系統控制下驅動對應運動關節的旋轉部進行旋轉。

作為優選，所述俯仰運動關節包括俯仰支撐架、俯仰回轉軸承以及構成旋轉部的俯仰運動機架；其中：

俯仰支撐架上設有俯仰支撐軸，俯仰運動關節的軸線A為俯仰支撐軸的軸線；

俯仰運動機架通過俯仰回轉軸承轉動設置于俯仰支撐軸上；

用于實現力反饋作用的俯仰電機與俯仰支撐架安裝固定，電機的輸出軸與俯仰運動機架安裝固定。