外科手术操作臂及外科手术操作系统技术方案

本发明专利技术公开了一种外科手术操作臂，包括驱动机构、执行工具、以及可弯曲臂，其中，可弯曲臂包括第一可弯曲部分和第二可弯曲部分。第一可弯曲部分包括并联分布在顶盖和底座之间的三个或三个以上万向调节装置，该万向调节装置包括多个轴，相邻两个轴之间通过万向联轴器彼此联接。第二可弯曲部分包括相互套接的内柔性管、至少一个中间柔性管、以及外柔性管，位于内部的柔性管适于收缩进或伸展出位于外部的柔性管。内柔性管连接至执行工具，外柔性管位于多个万向调节装置围绕形成的容置空间中。通过采用多个并联的万向调节装置和多个串联套接的柔性管的串并联混合模式，该外科手术操作臂在保持刚性的同时保证高灵活性，并且结构简单、易于操作。

Surgical operation arm and surgical operation system

The invention discloses a surgical manipulator, which comprises a driving mechanism, an executing tool, and a bendable arm, wherein the bendable arm comprises a first bendable part and a second bendable part. The first flexible part comprises three or more universal adjusting devices distributed in parallel between the top cover and the base. The universal adjusting device comprises a plurality of shafts, and the adjacent two shafts are connected with each other through universal coupling. The second flexible part comprises an inner flexible pipe, at least one intermediate flexible pipe, and an outer flexible pipe, which are mutually sleeved, and the flexible pipe located inside is suitable for contracting in or extending out the flexible pipe located outside. The inner flexible pipe is connected to the executing tool, and the outer flexible pipe is located in the accommodation space formed around a plurality of universal regulating devices. By adopting a series-parallel hybrid mode with a plurality of parallel universal adjusting devices and a plurality of flexible pipes connected in series and in parallel, the surgical manipulator ensures high flexibility while maintaining rigidity, and is simple in structure and easy to operate.

【技术实现步骤摘要】
外科手术操作臂及外科手术操作系统
本专利技术涉及外科手术器械领域，特别是涉及一种基于多个并联的万向调节装置和多个串联套接的柔性管的串并联混合式外科手术操作臂，以及采用该外科手术操作臂的外科手术操作系统。
技术介绍
随着医学科学技术的迅猛发展，疾病诊断、监测、采样和活体内临场手术处理越来越趋于微创化。智能微创手术能够在将患者身体的切口最小化的同时实施复杂的外科手术，因此得到越来越广泛的关注和应用。智能微创手术平台通常包括控制台和操作臂，控制台由计算机系统、手术操作监视器、操作臂控制监视器、操作手柄和输入输出设备等组成。手术时外科医生可坐在远离手术台的控制台前，头靠在视野框上，双眼接受来自不同摄像机的完整图像，共同合成术野的三维立体图，然后双手控制操作杆，手部动作传达到机械臂的尖端，完成手术操作，从而增加操作的精确性和平稳性。操作臂的可靠性和可操作性对智能微创手术的成功起到至关主要的影响。操作臂的可靠性主要取决于构成操作臂的材料的刚性，而操作臂的可操作性主要取决于操作臂各部分的灵活性。当智能微创手术过程中，平衡操作臂的灵活性和刚性是极具挑战的。机械臂往往需要深入患者体内一端较长的距离，并且其尖端通常远离控制段，因此机械臂的局限性主要在于与它的长的支撑杆相关的灵巧性的降低，以及与它的关节处的材料有关的刚性的减小。在操作臂被插入患者体内后，其可操作性与其尖端的灵活性高度相关。操作臂可以由柔性材料构成，从而容易实现连续弯曲，然而，柔性材料的过多使用通常会导致操作臂能够承担的工作负载较小，或者，如果需要操作臂承担较大的工作负载，那么它能够延伸的距离将受限，即，操作臂仅能在预定的较短距离范围内工作。此外，为提高操作臂的可操作性，通常需要操作臂实现多自由度的可操作。传统的操作臂通常使用单独的内置电极分别控制操作臂的每个关节的运动，因此操作臂的尺寸极大地受到电极尺寸的影响，并且存在例如，电极的电流泄露的潜在危险。在保持操作臂的刚性的同时保证高灵活性是提高操作臂在微创手术中的应用的关键问题。当前，已经提出了许多应用于智能微创手术的带有末端灵活性的器械，例如，美国专利US7338513、US7398707、US20120083770等。其中，US7338513公开了一种器械引导设备，其通过柔性套管和绳子驱动关节旋转来实现位于尖端的夹持装置绕轴的开合；US7398707公开了一种机器人手术工具，其通过柔性套管和绳子驱动两个垂直的枢轴关节实现位于尖端的夹持装置绕轴的开合。US7338513和US7398707都可以把插入点和夹持装置末端的轴向转动结合起来驱动夹持装置的弯曲。然而，柔性套管和绳子的使用使得夹持装置的精确控制变得复杂。US20120083770公开了一种手术器械，其将万向节用于夹持装置控制中的动力传输。然而，在US20120083770中，万向节只是被动地跟随通过绳驱动手术器械的柔性套管运行。传统的可应用于智能微创手术的操作臂通常存在结构复杂、不易操作，并且难以兼顾刚性和灵活性的缺点。
技术实现思路
基于此，有必要针对现有应用于智能微创手术的机械臂存在的局限性和缺点，提供一种基于多个并联的万向调节装置和多个串联套接的柔性管的串并联混合式外科手术操作臂，以及采用该外科手术操作臂的外科手术操作系统。在本专利技术的一个方面，提供了一种外科手术操作臂，包括位于操作端的驱动机构、位于工作端的执行工具、以及连接所述驱动机构和所述执行工具的可弯曲臂，所述可弯曲臂包括：第一可弯曲部分，包括顶盖、适于与所述顶盖同轴设置的底座、以及从所述顶盖向所述底座延伸并且并联分布的三个或三个以上万向调节装置，所述三个或三个以上万向调节装置适于定义与所述顶盖和所述底座同轴的容置空间，每个所述万向调节装置包括多个轴，所述多个轴中的相邻两个轴之间通过万向联轴器彼此联接，所述多个轴包括近端轴和远端轴，所述远端轴的末端连接至所述顶盖，所述近端轴的末端穿过开设在所述底座上的通孔并且连接至所述驱动机构，使得所述近端轴的至少一部分伸出所述底座，所述近端轴适于在所述驱动机构的驱动下可滑动地穿过所述通孔执行直线往复运动；第二可弯曲部分，适于接收在所述容置空间中，所述第二可弯曲部分包括沿所述第二可弯曲部分的轴心延伸并且相互套接的多个柔性管，在所述多个柔性管中靠近所述轴心的柔性管适于收缩进或伸展出远离所述轴心的柔性管，所述多个柔性管由内向外包括内柔性管、至少一个中间柔性管、以及外柔性管；其中，在所述顶盖的中心位置开设有第一引导孔，在所述底座的中心位置开设有第二引导孔，所述外柔性管的远端固定连接至所述顶盖，所述内柔性管的远端穿过所述第一引导孔并且连接至所述执行工具，每个所述中间柔性管靠近所述中间柔性管的远端的一部分适于伸出所述第一引导孔，所述外柔性管、所述内柔性管和每个所述中间柔性管的近端均穿过所述第二引导孔，并且所述内柔性管和每个所述中间柔性管连接至所述驱动机构；每个所述中间柔性管适于在所述驱动机构的驱动下旋转，并且使所述中间柔性管靠近所述中间柔性管的远端的一部分向外伸展或向内收缩；所述内柔性管适于在所述驱动机构的驱动下旋转，并且使所述内柔性管靠近所述内柔性管的远端的一部分向外伸展或向内收缩。优选地，所述外柔性管适于随所述第一可弯曲部分的弯曲而弯曲，并且与所述第一可弯曲部分保持基本相同的形状。优选地，至少一个所述中间柔性管为预弯柔性管，所述预弯柔性管适于在无外力作用时呈现具有预定弯曲度的弯曲形状，并且在有外力作用时可呈现笔直形状。优选地，所述第一可弯曲部分由刚性材料构成。优选地，所述三个或三个以上万向调节装置具有相同的结构。在其中一个实施例中，围绕所述顶盖的中心位置周向开设与所述多个轴的数量相同的多个安装孔，所述远端轴的末端通过紧固件连接至所述多个安装孔中相应的一个安装孔。优选地，所述多个柔性管的刚度分别设置为由外向内逐渐递减。优选地，所述中间柔性管收缩进所述外柔性管的部分具有与所述外柔性管相同的形状，所述中间柔性管伸出所述外柔性管的部分具有恢复预定弯曲度的趋势。在其中一个实施例中，所述驱动机构包括多个电动机，所述多个电极配置为分别向所述三个或三个以上万向调节装置各自的近端轴、所述至少一个中间柔性管、所述内柔性管和所述柔性轴施加驱动力。在其中一个实施例中，所述外科手术操作臂还包括控制器，所述控制器电性连接至所述多个电动机，并且配置为控制所述多个电动机的运行。在其中一个实施例中，所述执行工具为适于在打开状态和闭合状态之间切换的夹持装置，所述第二可弯曲部分还包括柔性轴，所述柔性轴可滑动地设置在所述内柔性管中，所述柔性轴的远端连接至所述夹持装置，所述柔性轴的近端连接至所述驱动机构，所述柔性轴适于在所述驱动机构的驱动下控制所述夹持装置在所述打开状态和所述闭合状态之间切换。优选地，所述驱动机构适于收缩所述柔性轴，以致所述夹持装置切换至所述闭合状态，并且所述驱动机构适于伸展所述柔性轴，以致所述夹持装置切换至所述打开装置。在其中一个实施例中，所述执行工具包括激光发射装置、组织采集装置。在其中一个实施例中，所述外科手术操作臂还包括控制器，所述控制器电性连接至所述驱动机构中的所述多个电动机，并且配置为控制所述多个电动机的运行。根据上述外科手术操作臂，通过采用多个并联的万向调节装置和多个本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种外科手术操作臂，包括位于操作端的驱动机构、位于工作端的执行工具、以及连接所述驱动机构和所述执行工具的可弯曲臂，其特征在于，所述可弯曲臂包括：第一可弯曲部分，包括顶盖、适于与所述顶盖同轴设置的底座、以及从所述顶盖向所述底座延伸并且并联分布的三个或三个以上万向调节装置，所述三个或三个以上万向调节装置适于定义与所述顶盖和所述底座同轴的容置空间，每个所述万向调节装置包括多个轴，所述多个轴中的相邻两个轴之间通过万向联轴器彼此联接，所述多个轴包括近端轴和远端轴，所述远端轴的末端连接至所述顶盖，所述近端轴的末端穿过开设在所述底座上的通孔并且连接至所述驱动机构，使得所述近端轴的至少一部分伸出所述底座，所述近端轴适于在所述驱动机构的驱动下可滑动地穿过所述通孔执行直线往复运动；第二可弯曲部分，适于被接收在所述容置空间中，所述第二可弯曲部分包括沿所述第二可弯曲部分的轴心延伸并且相互套接的多个柔性管，在所述多个柔性管中靠近所述轴心的柔性管适于收缩进或伸展出远离所述轴心的柔性管，所述多个柔性管由内向外包括内柔性管、至少一个中间柔性管、以及外柔性管；其中，在所述顶盖的中心位置开设有第一引导孔，在所述底座的中心位置开设有第二引导孔，所述外柔性管的远端固定连接至所述顶盖，所述内柔性管的远端穿过所述第一引导孔并且连接至所述执行工具，每个所述中间柔性管靠近所述中间柔性管的远端的一部分适于伸出所述第一引导孔，所述外柔性管、所述内柔性管和每个所述中间柔性管的近端均穿过所述第二引导孔，并且所述内柔性管和每个所述中间柔性管连接至所述驱动机构；每个所述中间柔性管适于在所述驱动机构的驱动下旋转，并且使所述中间柔性管靠近所述中间柔性管的远端的一部分向外伸展或向内收缩；所述内柔性管适于在所述驱动机构的驱动下旋转，并且使所述内柔性管靠近所述内柔性管的远端的一部分向外伸展或向内收缩。...

【技术特征摘要】
1.一种外科手术操作臂，包括位于操作端的驱动机构、位于工作端的执行工具、以及连接所述驱动机构和所述执行工具的可弯曲臂，其特征在于，所述可弯曲臂包括：第一可弯曲部分，包括顶盖、适于与所述顶盖同轴设置的底座、以及从所述顶盖向所述底座延伸并且并联分布的三个或三个以上万向调节装置，所述三个或三个以上万向调节装置适于定义与所述顶盖和所述底座同轴的容置空间，每个所述万向调节装置包括多个轴，所述多个轴中的相邻两个轴之间通过万向联轴器彼此联接，所述多个轴包括近端轴和远端轴，所述远端轴的末端连接至所述顶盖，所述近端轴的末端穿过开设在所述底座上的通孔并且连接至所述驱动机构，使得所述近端轴的至少一部分伸出所述底座，所述近端轴适于在所述驱动机构的驱动下可滑动地穿过所述通孔执行直线往复运动；第二可弯曲部分，适于被接收在所述容置空间中，所述第二可弯曲部分包括沿所述第二可弯曲部分的轴心延伸并且相互套接的多个柔性管，在所述多个柔性管中靠近所述轴心的柔性管适于收缩进或伸展出远离所述轴心的柔性管，所述多个柔性管由内向外包括内柔性管、至少一个中间柔性管、以及外柔性管；其中，在所述顶盖的中心位置开设有第一引导孔，在所述底座的中心位置开设有第二引导孔，所述外柔性管的远端固定连接至所述顶盖，所述内柔性管的远端穿过所述第一引导孔并且连接至所述执行工具，每个所述中间柔性管靠近所述中间柔性管的远端的一部分适于伸出所述第一引导孔，所述外柔性管、所述内柔性管和每个所述中间柔性管的近端均穿过所述第二引导孔，并且所述内柔性管和每个所述中间柔性管连接至所述驱动机构；每个所述中间柔性管适于在所述驱动机构的驱动下旋转，并且使所述中间柔性管靠近所述中间柔性管的远端的一部分向外伸展或向内收缩；所述内柔性管适于在所述驱动机构的驱动下旋转，并且使所述内柔性管靠近所述内柔性管的远端的一部分向外伸展或向内收缩。2.根据权利要求1所述的外科手术操作臂，其特征在于，所述外柔性管适于随所述第一可弯曲部分的弯曲而弯曲，并且与所述第一可弯曲部分保持基本相同的形状。3.根据权利要求1所述的外科手术操作臂，其特征在于，至少一个所述中间柔性管为预...

【专利技术属性】
技术研发人员：任洪亮，刘铨权，
申请(专利权)人：新加坡国立大学，苏州工业园区新国大研究院，
类型：发明
国别省市：新加坡,SG