一種手術機器人圖像顯示系統的製作方法

2023-06-28 04:29:36 2

專利名稱：一種手術機器人圖像顯示系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種手術機器人用圖像顯示系統，特別涉及圖像系統用可實現角平分線機構支架。
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，它是指藉助先進的手術器械與設備，醫生利用細長的手術工具通過體表微小切口探入到體內進行手術操作，具有創傷小、失血少、疤痕小、術後恢復快等優點，受到廣大醫患的青睞，進而被廣泛地應用於臨床手術。在手術過程中，醫生只能通過監視器上的二維圖像獲得手術場景信息，缺乏深度方向上的感覺，這增加了醫生訓練的複雜性和長期性，限制了微創手術在諸如心臟手術、泌 尿手術等一系列複雜手術中的運用。因此，能夠獲得病灶的三維立體圖像具有重要意義。以Da Vinci (專利號 US6574355B2)、Microhand A (專利號 200910068276)為代表的醫療機器人圖像系統雖然具有立體視覺，但立體圖像空間與醫生手部操作並無直接對應，操作直觀性差。因此，發明一種能同時顯示立體圖像又能將立體圖像與醫生手部操作直接對應的圖像顯示系統對提高手術機器人的操作性能有重要意義。

發明內容
本發明的目的是在於克服已有技術的缺陷，提供一種使操作者可同時觀察手部操作與立體手術視野圖像，提高操作直觀性，確保景象圖像位置的一種手術機器人圖像顯示系統。本發明的一種手術機器人圖像顯示系統，它包括底座，在所述的底座上間隔平行設置有兩個下支撐杆，在每一個所述的下支撐杆的頂部轉動連接有一個連接鎖緊模塊，每一所述的連接鎖緊模塊包括連接裝置、第一轉臂和安裝在所述的第一轉臂下方的第二轉臂，所述的第一轉臂和第二轉臂的一端通過安裝在下支撐杆頂端的銷軸轉動相連，所述的第一轉臂、第二轉臂與連接裝置相連並且在連接裝置的作用下兩者之間能夠共同繞銷軸旋轉使兩者閉合或張開相對設置，一個懸撐橫梁的兩端分別通過邊塊與第一轉臂固定相連，一個懸掛塊通過撐片固定在懸撐橫梁的中間，顯示器懸掛在懸掛塊上，所述的邊塊能夠在第一轉臂上滑動並與之固定相連，所述的第二轉臂內側開有玻璃滑槽，玻璃封框的兩側嵌在玻璃滑槽中並且能夠與之滑動配合，玻璃封框與玻璃滑槽固定相連，顯示玻璃固定在玻璃封框內。本發明的優點本發明提出的一種手術機器人圖像顯示系統具有以下有益效果I.本發明可透過半透半反玻璃同時觀察手部動作及立體圖像，手在立體圖像中運動並與圖像中手術工具位置重合，操作直觀感強。2.本發明的一種實施方式採用彈性撐杆支撐顯示器，可提供適當的開啟力，從而實現支架平穩、自動地張開。3.本發明兩種實施方式均使用連接銷連接豎直軸、中間軸和上邊軸，可實現顯示器在設定的工作調整角度範圍內任意位置的鎖緊。


圖1-1是本發明的一種手術機器人圖像顯示系統的工作狀態圖；圖1-2是本發明的一種手術機器人圖像顯示系統的閉合狀態圖；圖2是本發明中圖I所示的系統的連接鎖緊模塊原理圖；
圖3是本發明中圖I所示的系統的自鎖緊模塊的結構與功能原理圖；圖4是本發明中圖I所示的系統的玻璃調整模塊的結構與功能原理圖；圖5是本發明中圖I所示的系統的顯示器懸撐模塊的結構與功能原理圖；圖6-1是本發明中一種手術機器人圖像顯示系統的另一種實現方式的工作狀態圖；圖6-2是本發明中一種手術機器人圖像顯示系統的另一種實現方式的閉合狀態圖；圖6-3是圖6-2所示裝置的圓圈內結構的局部放大圖；圖7是是圖6_1所不的系統的原理不意圖；圖8為本發明系統應用的操作原理示意圖；圖9為本發明系統應用的顯示效果示意圖。其中1-1-顯示器模塊1-2-支撐模塊1-3-玻璃調整模塊1_4 -連接鎖緊模塊
1-5-懸撐模塊1-6-自鎖緊模塊2-1-限位塊2-2-旋轉手柄2-3-上邊軸2_4 -下邊軸2-5-中間軸2-6-銷軸3-1-限位罩3-2-強磁鐵3_3 -鎖緊橫梁3_4 -鐵塊
3-5 -顯示器4-1 -玻璃滑槽4-2 -玻璃封框4-3 -玻璃邊塊4_4 -顯示玻璃5_1 -邊塊5-2-懸掛塊5-3-懸撐橫梁5-4-撐片6-1-下支撐杆6_2上支撐杆6_3_連接杆
I6-4-連接杆II 6-5-中間杆6-6-滑塊6-7-邊銷7_1_杆I 7-2-杆II 7-3-連杆I7-4-連杆II 7-5-搖杆7-6-滑塊8-1-醫療機器人本體8_2_機器人手術工具8_3_立體腹腔鏡8-4-手8-5-立體圖像8-6-立體虛像9-1-病灶圖像9_2_手術工具圖像9-3-雙手
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明加以詳細說明本發明的一種手術機器人圖像顯示系統，它包括底座，在所述的底座上間隔平行設置有兩個下支撐杆，在所述的每一下支撐杆的頂部轉動連接有一個連接鎖緊模塊，每一所述的連接鎖緊模塊包括連接裝置、第一轉臂和安裝在所述的第一轉臂下方的第二轉臂，所述的第一轉臂和第二轉臂的一端通過安裝在下支撐杆頂端的銷軸轉動相連，所述的第一轉臂、第二轉臂與連接裝置相連並且在連接裝置的作用下兩者之間能夠共同繞銷軸旋轉使兩者閉合或張開相對設置，一個懸撐橫梁5-3的兩端分別通過邊塊5-1與第一轉臂固定相連，一個懸掛塊5-2通過撐片5-4固定在懸撐橫梁5-3的中間，顯示器3-5懸掛在懸掛塊5-2上，所述的邊塊5-1能夠在第一轉臂上滑動並與之固定相連；所述的第二轉臂內側開有玻璃滑槽4-1，玻璃封框4-2的兩側嵌在玻璃滑槽4-1中並且能夠與之滑動配合，玻璃封框
4-2與玻璃滑槽4-1固定相連，顯示玻璃4-4固定在玻璃封框4-2內。優選的在所述的底座上安裝有多個圓柱形的強磁鐵3-2，所述的強磁鐵3-2可以由限位罩3-1覆蓋並由螺釘固定在底座上，當支架機構閉合時，在所述的兩個第一轉臂的端部安裝有鎖緊橫梁3-3，在所述的鎖緊橫梁3-3上嵌有鐵塊3-4，鐵塊3-4正好吸附在限位罩3-1上，強磁鐵3-2和鐵塊3-4可以設置多組相互吸附來保證鎖緊的可靠性。作為本發明的一種實施方式，所述的下支撐杆為下邊軸2-4，所述的第一轉臂為上邊軸2-3，第二轉臂為中間軸2-5，所述的連接裝置包括能夠在下邊軸2-4上滑動並緊固在下邊軸2-4上的限位塊2-1，所述的銷軸與中間軸2-5螺紋連接，所述的銷軸2-6與上邊軸2-3和下邊軸2-4通過光孔連接，第一氣撐2-7的一端與上邊軸2-3鉸接相連並且其另一端與中間軸2-5鉸接相連，第二氣撐2-8的一端與下邊軸2-4鉸接相連並且其另一端與中
間軸2-5鉸接相連，所述的限位塊2-1能夠與上邊軸2-3頂緊設置。優選的第一、第二氣撐2-7,2-8相對於顯示玻璃4-4的上下兩側呈對稱布置，所述的第一氣撐2-7與上邊軸2_3、中間軸2-5組成的三角支撐結構與第二氣撐2-8、下邊軸2-4、中間軸2-5組成的三角支撐結構為對稱三角支撐結構，採用對稱支撐原理實現顯示玻璃4-4始終處在顯示器3-5所在平面與下邊軸2-4所在豎直面夾角的角平分線上，從而實現中間軸2-5的角平分線特性。作為本發明的另一種實施方式，所述的第一轉臂為上支撐杆6-2，第二轉臂為中間杆6-5，所述的連接裝置包括與中間杆6-5滑動相連的滑塊6-6，連接杆I 6-3和連接杆
II6-4的一端與所述的滑塊6-6由邊銷6-7鉸接相連，所述的連接杆I 6-3的另一端與下支撐杆6-1鉸接相連，所述的連接杆II 6-4的另一端與上支撐杆6-2鉸接相連，所述的連接杆I 6-3、下支撐杆6-1和中間杆6-5形成的三角形與所述的上支撐杆6-2、連接杆II和中間杆6-5形成的三角形全等。下面再結合每一幅圖對本發明加以詳細說明。圖I所示為本發明整體結構圖，支架呈對稱結構，圖1-1是支架的工作狀態，圖1-2是支架的閉合狀態。本機構包括顯示器模塊1-1、支撐模塊1-2、玻璃調整模塊1-3、連接鎖緊模塊1-4、懸撐模塊1-5、自鎖緊模塊1-6。顯示器模塊1-1和支撐模塊1-2通過連接鎖緊模塊1-4相連接，連接鎖緊模塊1-4的末端與玻璃調整模塊1-3相連接。支撐模塊1-2支撐在連接鎖緊模塊1-4的下端。連接鎖緊模塊1-4的上端與顯示器模塊1-1連接，顯示器模塊1-1通過懸撐模塊1-5與連接鎖緊模塊1-4固定連接。在圖1-2所示支架的閉合狀態時，自鎖緊模塊1-6起到鎖緊作用。圖2所示是本發明連接鎖緊模塊1-4的結構與功能原理圖。限位塊2-1被夾緊在上邊軸2-3與下邊軸2-4之間，可跟隨上邊軸2-3與下邊軸2-4夾角變化而在下邊軸2_4上前後滑動，並可由螺釘緊固，以此來實現支架的限位；銷軸2-6的外側與旋轉手柄2-2連接，兩者之間沒有相對運動；銷軸2-6的內側部分與中間軸2-5通過螺紋配合，銷軸2-6與中間軸2-5和上邊軸2-3通過光孔連接；當轉動旋轉手柄2-2時，中間軸2-5會將上邊軸
2-3、下邊軸2-4和旋轉手柄2-2壓緊，三者之間壓力所產生的摩擦力可配合第一氣撐2-7的彈力將支架機構固定在如圖I所示的工作狀態，摩擦力大小的調整可以通過轉動旋轉手柄2-2來實現。
圖3所示的是本發明自鎖緊模塊1-6的結構與功能原理圖。圓柱形的強磁鐵3-2由限位罩3-1覆蓋並由螺釘固定在底座上，當支架機構閉合時，嵌在鎖緊橫梁3-3中的鐵塊
3-4正好吸附在限位罩3-1上，強磁鐵3-2和鐵塊3-4共有三組相互吸附來保證鎖緊的可靠性。圖4所示的是本發明玻璃調整模塊1-3的結構與功能原理圖。中間軸2-5內側開有玻璃滑槽4-1，矩形的玻璃封框4-2的兩側正好嵌在中間軸2-5的玻璃滑槽4-1中，可在玻璃滑槽4-1中任意滑動來調整位置，並由平端緊定螺釘緊固。顯示玻璃4-4放置在玻璃封框4-2內，由四個玻璃邊塊4-3固定。圖5所示的是本發明懸撐模塊1-5的結構與功能原理圖。兩個邊塊5-1通過螺釘連接在懸撐橫梁5-3的兩端，兩個邊塊5-1分別與上邊軸2-3固連；懸掛塊5-2通過撐片
5-4固定在懸撐橫梁5-3的中間，顯不器3-5懸掛在懸掛塊5-2上。邊塊5_1可在上邊軸
2-3小範圍滑動，由此可微調顯示器3-5在上邊軸2-3上的位置。圖6-1、6-2、6_3是本發明的另外一種實現形式。圖6_1是支架的工作狀態，圖6_2是支架的閉合狀態。本發明實現形式是基於雙曲柄滑塊原理，原理圖如圖7所示。杆I 7-1固定，杆II 7-2與杆I 7-1鉸接在A點；連杆I 7-3、連杆II 7-4分別與杆I 7-1、杆II 7-2鉸接於B、C兩點，且有AB=AC ;連杆I 7-3、連杆II 7-4的另一端點與滑塊7_6鉸接於D點，滑塊7-6能在搖杆7-5上自由滑動。當杆II 7-2繞點A轉動時，滑塊7_6可跟隨杆II 7-2的轉動而在搖杆7-5上移動，在動作過程中，三角形ABD與三角形A⑶始終全等，故角α與角β始終相等，搖杆7-5始終在杆I 7-1、杆II 7-2的角平分線上。圖6-1中的下支撐杆6-1、上支撐杆6-2、連接杆I 6_3、連接杆II 6_4、中間杆6_5、滑塊6-6分別對應圖7中的杆I 7-1、杆II 7-2、連杆I 7-3、連杆II 7-4、搖杆7-5、滑塊7-6。圖6-1中，邊銷6-7安裝在滑塊6-6上，並將連接杆I 6-3、連接杆II 6-4鉸接相連，滑塊6-6可在中間杆6-5上滑動。圖8為本發明的操作示意圖。本系統與手術機器人本體8-1 (可採用專利號ZL200810152764. 7方式)連接。立體腹腔鏡8_3採集手術視野圖像信息並經顯示器3_5顯示形成立體圖像8-5 ;立體圖像8-5經顯示玻璃4-4反射後形成立體虛像8-6 ;雙手8_4通過主操作手(可採用專利號ZL200910305576. 8方式)在立體虛像8_6中運動，操縱機器人手術工具8-2 (可採用專利號ZL200910306053)。圖9為本發明顯示效果示意圖。雙手9-3通過主操作手控制機器人手術工具8-2對立體虛像8-6中所示的病灶部位9-1執行手術操作；在手術操作過程中，雙手9-3位置與立體虛像8-6中的手術工具圖像9-2始終重合；具體控制策略非本發明內容，故在此不再贅述。以上示意性的對本發明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發明的實施方式之一，實際的結構並不局限於此。所以，如果本領域的技術人員受其啟示，在不脫離本發明創造宗旨的情況下，採用其它形式的傳動、驅動裝置以及連接方式不經創造性的設計與該技術方案相似的結構方式及實施例，均應屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種手術機器人圖像顯示系統，它包括底座，其特徵在於在所述的底座上間隔平行設置有兩個下支撐杆，在每一個所述的下支撐杆的頂部轉動連接有一個連接鎖緊模塊，每一所述的連接鎖緊模塊包括連接裝置、第一轉臂和安裝在所述的第一轉臂下方的第二轉臂，所述的第一轉臂和第二轉臂的一端通過安裝在下支撐杆頂端的銷軸轉動相連，所述的第一轉臂、第二轉臂與連接裝置相連並且在連接裝置的作用下兩者之間能夠共同繞銷軸旋轉使兩者閉合或張開相對設置，一個懸撐橫梁的兩端分別通過邊塊與第一轉臂固定相連，一個懸掛塊通過撐片固定在懸撐橫梁的中間，顯示器懸掛在懸掛塊上，所述的邊塊能夠在第一轉臂上滑動並與之固定相連，所述的第二轉臂內側開有玻璃滑槽，玻璃封框的兩側嵌在玻璃滑槽中並且能夠與之滑動配合，玻璃封框與玻璃滑槽固定相連，顯示玻璃固定在玻璃封框內。
2.根據權利要求I所述的手術機器人圖像顯示系統，其特徵在於在所述的底座上安裝有多個圓柱形的強磁鐵，在所述的兩個第一轉臂的端部安裝有鎖緊橫梁，在所述的鎖緊橫梁上嵌有鐵塊，所述的鐵塊能與強磁鐵吸附配合。
3.根據權利要求I或2所述的手術機器人圖像顯示系統，其特徵在於所述的下支撐杆為下邊軸，所述的第一轉臂為上邊軸，第二轉臂為中間軸，所述的連接裝置包括能夠在下邊軸上滑動並緊固在下支撐杆上的限位塊，所述的銷軸與中間軸螺紋連接，所述的銷軸與上邊軸和下邊軸通過光孔連接，第一氣撐的一端與上邊軸鉸接相連並且其另一端與中間軸鉸接相連，第二氣撐的一端與下支撐杆鉸接相連並且其另一端與中間軸鉸接相連，所述的限位塊能夠與上邊軸頂緊設置。
4.根據權利要求3所述的手術機器人圖像顯示系統，其特徵在於所述的第一、第二氣撐相對於顯示玻璃的上下兩側呈對稱布置，所述的第一氣撐與上邊軸、中間軸組成的三角支撐結構與第二氣撐、下邊軸、中間軸組成的三角支撐結構為對稱三角支撐結構。
5.根據權利要求I或2所述的手術機器人圖像顯示系統，其特徵在於所述的第一轉臂為上支撐杆，第二轉臂為中間杆，所述的連接裝置包括與中間杆滑動相連的滑塊，連接杆I和連接杆II的一端與所述的滑塊共同鉸接相連，所述的連接杆I的另一端與下支撐杆鉸接相連，所述的連接杆II的另一端與上支撐杆鉸接相連，所述的連接杆I、下支撐杆和中間杆形成的三角形與所述的上支撐杆、連接杆II和中間杆形成的三角形全等。
全文摘要
本發明公開了一種手術機器人圖像顯示系統，它包括底座，在底座上有兩個下支撐杆，在每一個下支撐杆的頂部轉動連接有一個連接鎖緊模塊，每一連接鎖緊模塊包括連接裝置、第一轉臂和安裝在第一轉臂下方的第二轉臂，第一轉臂和第二轉臂的一端通過安裝在下支撐杆頂端的銷軸轉動相連，第一轉臂、第二轉臂與連接裝置相連，一個懸撐橫梁的兩端分別通過邊塊與第一轉臂固定相連，一個懸掛塊通過撐片固定在懸撐橫梁的中間，顯示器懸掛在懸掛塊上。本發明可透過半透半反玻璃同時觀察手部動作及立體圖像，手在立體圖像中運動並與圖像中手術工具位置重合，操作直觀感強。
文檔編號A61B19/00GK102973325SQ20121057086
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月16日 優先權日2012年12月16日
發明者王樹新, 蘇赫, 呂寧, 孔康, 李進華 申請人:天津大學