一种内窥镜运动控制装置、控制方法及手术机器人制造方法及图纸

本发明专利技术涉及手术机器人持镜臂技术领域，具体公开了一种内窥镜运动控制装置、控制方法及手术机器人，包括：支撑部和驱动部，支撑部包括一支撑臂和连接在支撑臂末端的环状结构；驱动部设置在环状结构内，驱动部包括：呈条状螺旋设置的第一压电微机械驱动件和第二压电微机械驱动件，第一压电微机械驱动件和第二压电微机械驱动件能够与内窥镜外壁螺旋贴合，第一压电微机械驱动件和第二压电微机械驱动件在接收到设定的电压时，能够分别产生行波运动，通过控制两个驱动件行波运动的方向，能够合成用于驱动内窥镜轴向运动或者绕轴向转动的力。本发明专利技术能够以非常小的空间体积和重量的占用来实现对内窥镜轴向移动和绕轴向转动两个自由度的移动。度的移动。度的移动。

【技术实现步骤摘要】
一种内窥镜运动控制装置、控制方法及手术机器人


[0001]本专利技术涉及手术机器人持镜臂
，尤其涉及一种内窥镜运动控制装置、控制方法及手术机器人。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]内窥镜是外科手术机器人系统中的重要部件，其大多依靠手术机器人的持镜臂或者单独的持镜机器人实现运动。
[0004]现有腹腔镜手术机器人系统的持镜臂的运动都是通过机械臂的控制来实现的，其能操作实现不少于3自由度的运动，但是持镜臂运动的实现需要的摆动幅度是比较大的，而内窥镜本身相对于其所在机械臂上的承载平台无相对运动，多个机械臂同时运动时容易交叉“打架”；同时，该类持镜臂通常搭载的都是带有一定视场角的硬镜，结构限制了内窥镜自己的旋转自由度，因此在需要变换观察位时需要比较大的动作调整。
[0005]对于持镜机器人，整体上可实现的自由度小于腹腔镜手术机器人的持镜臂，其能够在小幅度、有限的活动范围内操作内窥镜，例如其可靠一驱动电机完成内窥镜轴向的移动动作。但其普遍体积较大，且无法完成内窥镜的绕轴向转动这一自由度的运动。

技术实现思路

[0006]为了解决上述问题，本专利技术提出了一种内窥镜运动控制装置、控制方法及手术机器人，能够通过压电微机械驱动部产生的行波运动，产生一个设定方向的力，进而驱动内窥镜实现轴向移动和绕内窥镜轴的转动。
[0007]在一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0008]一种内窥镜运动控制装置，包括：支撑部和驱动部，所述支撑部包括一支撑臂和连接在支撑臂末端的环状结构；驱动部设置在所述环状结构内，所述驱动部包括：呈条状螺旋设置的第一压电微机械驱动件和第二压电微机械驱动件，所述第一压电微机械驱动件和第二压电微机械驱动件的螺旋方向相反；
[0009]所述第一压电微机械驱动件和第二压电微机械驱动件能够与内窥镜外壁螺旋贴合，所述第一压电微机械驱动件和第二压电微机械驱动件在接收到设定的电压时，能够分别产生行波运动，通过控制两个驱动件行波运动的方向，能够合成用于驱动内窥镜轴向运动或者绕轴向转动的力。
[0010]作为进一步地方案，所述第一压电微机械驱动件和第二压电微机械驱动件相对于过内窥镜轴线的一平面中心对称设置。
[0011]作为进一步地方案，所述第一压电微机械驱动件或者第二压电微机械驱动件包括：压电陶瓷，与压电陶瓷连接的金属弹性体，以及设置在金属弹性体表面的摩擦材料，插入内窥镜时，摩擦材料与内窥镜外壁接触。
[0012]作为进一步地方案，所述金属弹性体呈矩形齿状，摩擦材料设置在矩形齿上。
[0013]作为进一步地方案，所述第一压电微机械驱动件固定在第一承载套上，第二压电微机械驱动件固定在第二承载套上，第一承载套和第二承载套均为半圆弧，第一承载套和第二承载套的一端通过第一轴铰接，另一端通过弹性件抵接，所述弹性件能够提供弹力使得第一承载套和第二承载套趋于压合状态。
[0014]作为进一步地方案，所述环状结构的两端与内窥镜外壁之间设置密封件，插入内窥镜时，环状结构内部能够形成封闭腔体。
[0015]作为进一步地方案，所述内窥镜表面设有激光刻蚀的栅格，所述环状结构内分别设有第一光电传感器和第二光电传感器；所述第一光电传感器用于检测内窥镜轴向位移，所述第二光电传感器用于检测内窥镜绕轴向转动位移。
[0016]在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0017]一种内窥镜运动控制方法，包括：
[0018]响应于内窥镜的控制指令，分别为第一压电微机械驱动件和第二压电微机械驱动件施加设定的交流电压，使得第一压电微机械驱动件和第二压电微机械驱动件产生微观机械振动，进而产生设定方向的行波；
[0019]第一压电微机械驱动件和第二压电微机械驱动件所产生的行波形成设定方向的合力，使得内窥镜执行控制动作；
[0020]不断检测内窥镜的动作位移，直至完成控制指令所要求的动作。
[0021]作为进一步地方案，所述第一压电微机械驱动件或者第二压电微机械驱动件包括：压电陶瓷，与压电陶瓷连接的金属弹性体，以及设置在金属弹性体表面的摩擦材料，插入内窥镜时，摩擦材料与内窥镜外壁接触；在压电陶瓷块上施加高频交流电压时，利用逆压电效应或电致伸缩效应使金属弹性体在超声频段产生微观机械振动，这种微观机械振动通过共振放大后在金属弹性体上部产生行波，摩擦材料与内窥镜之间通过行波产生摩擦耦合，进而驱动内窥镜运动。
[0022]在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
[0023]一种手术机器人，包括上述的内窥镜运动控制装置。
[0024]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0025](1)本专利技术通过两个压电微机械驱动件与内窥镜外壁螺旋贴合，利用逆压电效应或电致伸缩效应产生行波，依靠摩擦耦合驱动内窥镜运动，无磁极和绕组，工作时无电磁场产生，也不受外界电磁场及辐射源影响，电磁兼容性好；能够以非常小的空间体积和重量的占用来实现对内窥镜轴向移动和绕轴向转动两个自由度的移动；响应时间可以做的很小，可以达到毫秒级，定位频率高，可以达到1KHz，可以获得获得较好的控制精度。
[0026](2)本专利技术通过弹性件提供弹力使得第一承载套和第二承载套趋于压合状态，从而使得摩擦材料与内窥镜紧密贴合，在断电情况下依靠摩擦力可以保持内窥镜的稳定，有较大的保持力矩，从而实现断电自锁，相比传统的电机控制方案，可以简化定位控制；通过改变弹性件的尺寸，可以调整第一承载套和第二承载套所围成的圆环的大小，进而改变所通过的内窥镜直径的大小，实现对不同直径内窥镜(例如直径10～12mm)的兼容使用。
[0027](3)本专利技术的环状结构与内窥镜之间通过密封件保持密封，能够使得环状结构内部形成封闭腔体，有效保护内部结构。
[0028](4)本专利技术控制装置及方法对于温度和压力变化的敏感性差，可以适用于多种灭菌方式的实施，例如湿热灭菌、VHP过氧化氢低温等离子灭菌等。
[0029]本专利技术的其他特征和附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本方面的实践了解到。
附图说明
[0030]图1为本专利技术实施例中的内窥镜运动控制装置整体结构示意图；
[0031]图2为本专利技术实施例中的内窥镜运动控制装置轴向剖视图；
[0032]图3为本专利技术实施例中的内窥镜运动控制装置径向剖视图；
[0033]图4为本专利技术实施例中的第一压电微机械驱动件结构示意图；
[0034]图5(a)
‑
(c)分别为本专利技术实施例中的光电传感器与栅格示意图；
[0035]图6(a)
‑
(d)分别为本专利技术实施例中的四种合成运动实例示意图；
[0036]图7为本专利技术实施例中的内窥镜运动控制方法流程图；
[0037]其中，1.支撑臂，2.环状结构，3.内窥镜，4.套壳，5.上盖，6.密封件，7本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内窥镜运动控制装置，其特征在于，包括：支撑部和驱动部，所述支撑部包括一支撑臂和连接在支撑臂末端的环状结构；驱动部设置在所述环状结构内，所述驱动部包括：呈条状螺旋设置的第一压电微机械驱动件和第二压电微机械驱动件，所述第一压电微机械驱动件和第二压电微机械驱动件的螺旋方向相反；所述第一压电微机械驱动件和第二压电微机械驱动件能够与内窥镜外壁螺旋贴合，所述第一压电微机械驱动件和第二压电微机械驱动件在接收到设定的电压时，能够分别产生行波运动，通过控制两个驱动件行波运动的方向，能够合成用于驱动内窥镜轴向运动或者绕轴向转动的力。2.如权利要求1所述的一种内窥镜运动控制装置，其特征在于，所述第一压电微机械驱动件和第二压电微机械驱动件相对于过内窥镜轴线的一平面中心对称设置。3.如权利要求1所述的一种内窥镜运动控制装置，其特征在于，所述第一压电微机械驱动件或者第二压电微机械驱动件包括：压电陶瓷，与压电陶瓷连接的金属弹性体，以及设置在金属弹性体表面的摩擦材料，插入内窥镜时，摩擦材料与内窥镜外壁接触。4.如权利要求3所述的一种内窥镜运动控制装置，其特征在于，所述金属弹性体呈矩形齿状，摩擦材料设置在矩形齿上。5.如权利要求1或3所述的一种内窥镜运动控制装置，其特征在于，所述第一压电微机械驱动件固定在第一承载套上，第二压电微机械驱动件固定在第二承载套上，第一承载套和第二承载套均为半圆弧，第一承载套和第二承载套的一端通过第一轴铰接，另一端通过弹性件抵接，所述弹性件能够提供弹力使得第一承载套和第二承载套趋于压合状态。6.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：王迎智，周毅，宋梁，
申请(专利权)人：极限人工智能有限公司，
类型：发明
国别省市：