一種由線驅動的新型微創手術機器人控制裝置的製作方法

2024-03-03 13:26:15

本發明屬於微創手術輔助設備的技術領域，特別涉及一種新型微創手術機器人控制裝置。

背景技術：

微創手術是一種主要透過內窺鏡、腹腔鏡及胸腔鏡等現代醫療器械及各種顯像技術而使外科醫生在無需對患者造成巨大傷口的情況下施行手術。病人無須開刀，只需在身上開1-3個0.5-1釐米個小孔，以後一切操作均通過這些管道進行；再用特製的加長手術器械在圖像監視下完成與開放手術同樣的步驟。這種手術治療方式具有出血少、創傷小、併發症少、安全可靠和術後恢復快等優點，極大的降低了傳統手術對人體的傷害，減少了疾病給患者給來的不便和痛苦。

由於微創手術是將醫療器械通過小孔進入人體，在人體內部完成手術動作，所以為了病人的安全考慮，整個手術過程所使用的醫療器械就必須要滿足非常高的要求。但是，目前的微創手術器械在人體內轉動的角度受到很大限制，並且醫生很難控制器械末端執行器的動作；而且很多微創手術器械體積較大、操作複雜，而且成本較高。就知名度較高的達文西醫療手術機器人系統而言，雖然具有一定的可靠性，但是操作起來十分麻煩，一臺手術下來，消耗的時間較長，降低了手術效率，而且整個手術輔助系統價格以百萬計，十分昂貴，使得其在醫院的普及程度大大降低。其次，價格便宜一些的器械往往操作起來十分的笨拙，大大降低了手術的可靠性，不利於病人的安全。因此，目前的微創醫療手術器械在現有基礎上亟待得到「質」的蛻變。

技術實現要素：

本發明的目的在於克服現有技術之缺陷，開發一種低成本的微創外科手術器件，它能靈巧和直觀的實現手臂、腕狀控制，提供一種結構精巧、操作簡單、實用性強、工作效率高、可靠性高的微創手術機器人控制裝置。

為達到上述目的，本發明所提供的微創手術機器人控制裝置採用下述技術方案：

一種新型微創手術機器人控制裝置，包括：

手臂固定組件，用於實現整套裝置與手術醫生手臂之間的固定連接，其包括手環、中環和外環殼體三個部件。所述手環用於將整個裝置和手臂固結在一起，所述中環與所述手環連接在一起，所述外環殼體又與所述中環連接在一起，環環相扣，實現連接功能。

進一步地，還包括驅動組件，其包括手柄、鉸鏈連結、驅動滑輪、換向滑輪、線纜。所述手柄握於醫生手中，跟隨醫生手的動作一起運動，實現醫生手動作的模擬，並往裝置的下一個構件傳遞，以此為整個裝置提供動力。所述鉸鏈連結用於將手柄和該裝置手臂固定組件的外環殼體連接起來。所述驅動滑輪有兩個，分別安裝在外環殼體的底部和右側，並與前面所述鉸鏈連接在一起，所述換向滑輪安裝在外環殼體上部，所述線纜有四根，它們一端纏繞並固結在驅動滑輪上，沿外環殼體表面繞過換向滑輪，將驅動力往後傳。

更進一步的，還包括機械臂組件，其包括框架、工具杆。所述框架與外環殼體連接在一起，中間設有線纜通道，所述工具杆與框架末端連接在一起，且內部中空。

末端執行器，所述末端執行器與所述工具杆末端連接在一起，執行醫生發出的手臂指令。

具體的，所述驅動滑輪還包括滑輪底座平臺、張緊柱體、固結柱體，特別的，所述四者是一個整體，所述張緊柱體設計在所述滑輪底座平臺上，用於滑輪在轉動過程中對線纜提供張緊力，所述固結柱體用於固結線纜的首端。

更具體地，所述末端執行器由十字萬向節構成。所述十字萬向節的最後一節還設有四個用於固結線纜末端的凸起圓柱體。

特別的，所述外環殼體內部設有環形溝槽，可以繞中環360°旋轉。

本發明與現有技術相比較，具有以下實質性特點和優點：

(1)本發明所提供的新型微創手術機器人控制裝置能靈巧和直觀的實現腕狀控制，圍繞外科醫生的手腕創建一種機制，幾何地投影出一個由手柄、鉸鏈連結和滑輪傳動三者組成的「虛擬旋轉中心」，依靠「虛擬中心」的技術，可以將從外科醫生的手腕的運動完全機械地傳遞到末端執行器。

(2)本發明所提供的新型微創手術機器人控制裝置能夠實現空間6個自由度的運動。其中四個自由度是儀器直接將外科醫生前臂的三個平移和旋轉動作(手臂旋轉角度小於360°)傳遞到工具軸和末端執行器。特別的，旋轉手柄，可以通過外環殼體帶動框架、工具杆及末端執行器實現360°旋轉，有效的彌補了角度受到限制這個缺點。

除了這四個自由度外，外科醫生的手腕左右和上下傾斜的兩個自由度由「虛擬中心」系統捕獲並且經由鉸鏈連結，滑輪和纜線傳輸到末端執行器。以上下傾斜為例，手腕上下傾斜，手柄也會同步運動，將通過鉸鏈帶動外環殼體右側的驅動滑輪轉動，此時，外環殼體底部的滑輪不轉動，以此帶動控制末端執行器上下傾斜的兩根線纜繞驅動滑輪轉動並產生位移變化，最終實現末端執行器上下傾斜。同理，左右傾斜通過底部驅動滑輪帶動線纜轉動來實現。

(3)本發明所提供的新型微創手術機器人控制裝置能夠直接固結在手臂上，並且整體的結構功能是通過鉸鏈、滑輪、線纜等簡單、純粹的傳統機械傳動來實現的，有效的降低了裝置的體積尺寸，而且能夠將醫生手臂的動作直接反映到末端執行器上，說明本發明結構緊湊、操作簡單、實用性強。

(4)本發明所提供的新型微創手術機器人控制裝置的所有零部件都可以通過3d列印的方法來製造，有效的降低了成本，價格低廉，打破了「高端功能對應高成本，低端功能對應低成本」的傳統思維。

(5)本發明所提供的新型微創手術機器人控制裝置，可以平穩、快速、準確地將醫生手臂動作傳遞到末端執行器，有效節省了手術所需的時間，提高手術的效率，增加了接受治療的病人人數。

附圖說明

圖1為本發明實施例中新型微創手術機器人控制裝置的示意圖；

圖2為本發明實施例中新型微創手術機器人控制裝置的固定組件示意圖；

圖3為本發明實施例中新型微創手術機器人控制裝置的驅動組件示意圖；

圖4為本發明實施例中新型微創手術機器人控制裝置的機械臂組件示意圖；

圖5為本發明實施例中新型微創手術機器人控制裝置的末端執行器示意圖；

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

參見圖1，本發明實例提供了一種新型微創手術機器人控制裝置，包括固定組件(1)、驅動組件(2)、機械臂組件(3)和末端執行器(4)。

參見圖2，提供了本發明實例新型微創手術機器人控制裝置的固定組件(1)，包括：手環(5)、中環(6)及外環殼體(7)。所述手環(5)用於將整個裝置和手臂固結在一起，所述中環(6)與所述手環(5)連接在一起，所述外環殼體(7)通過環形溝槽(9)又與所述中環(6)連接在一起，並且由於環形溝槽(9)的存在，可以使外環殼體(7)實現繞手環(5)360°旋轉。柱狀體(8)則是為了將其它零部件與所述固定組件有效的連接在一起。

參見圖3，提供了本發明實例新型微創手術機器人控制裝置的驅動組件(2)，包括：手柄(10)、鉸鏈(11)、驅動滑輪(12)、圓柱樁(13)、張緊柱(14)、線纜(15)、線纜通道(16)、換向滑輪(17)，所述手柄(10)緊握與醫生手中，通過鉸鏈(11)與驅動滑輪(12)連接在一起，所述驅動滑輪(12)又通過柱狀體(8)連接在外環殼體(7)上。所述線纜(15)一端固結於圓柱樁(13)上，然後繞過驅動滑輪(12)，通過線纜通道(16)，經換向滑輪(17)進入機械臂組件(3)。

參見圖4，提供了本發明實例新型微創手術機器人控制裝置的機械臂組件(3)，包括：框架(18)、工具杆(20)。所述框架(18)內設有四個線纜溝槽(19)，並且所述工具杆(20)是中空的，方便線纜從中間穿過。

參見圖4，提供了本發明實例新型微創手術機器人控制裝置的末端執行件(4)，包括：十字萬向節(21)、通孔(22)、柱狀栓(23)，所述十字萬向節(21)與工具杆末端連接在一起，所述通孔(22)有四個並貫穿十字萬向節(21)，以便線纜從中通過並固結在末端柱狀栓(23)的上面。

本發明實施例結構簡單、體積小，操作靈活，能使手臂的動作直觀準確的反映在末端執行器上，有效提高手術的效率和成功率，減輕醫護人員的工作強度，減少手術所需的時間，減輕了病人痛楚，增加了接受治療的病人人數。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換或改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。