本发明专利技术提供了一种多关节单创口腹腔微创手术机器人及其操作机构，由机械臂和动力部分组成，所述机械臂包含一个连接架和结构相同的两条手臂，每条所述手臂包含一条连接臂和一个尖端机械手，所述尖端机械手末端装有刀头，所述两个尖端机械手分别可拆卸地安装在所述两条连接臂末端，而所述两条连接臂分别安装在所述连接架的两侧，所述连接架通过连接管与所述动力部分可拆卸连接。所述操作机构安装在一个具有4个自由度的机器人上。本发明专利技术针对腹腔手术设计，可以实现单创口，且创口直径为10～20mm，满足手术微创性要求。此外，具有足够的强度，保证其在手术中的精确性、灵活性、稳定性和安全性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及外科医疗设备，具体地，涉及一种多关节单创口腹腔微创手术机器人及其操作机构。
技术介绍
随着人类科学技术水平的飞速发展，生活水平的不断提高，人们对手术安全性，准确性，微创性的要求也越来越高。手术机器人系统则可以满足这种需求。相比传统手术方式，手术机器人的主要优势在于(I)能为外科医生提供更全面而广泛的空间视野； (2)可以提高手术的精确性，从而减小手术创伤和失血量，加快恢复速度，减少手术后遗症和并发症；(3)能够排除主刀医生可能的手的颤抖对手术造成的不利影响；(4)可以在传统手术无法触及的地方进行安全准确地操作；(5)能够为主刀医生提供舒适的工作环境，减少工作强度；(6)可以在大部分手术中，减少手术的复杂度及工作量，节省人力资源。(7)智能化的手术机器人系统可以给手术过程中的医生以更多的操作参考，提高手术的可靠性。我国目前已有多所大学、研究所在进行手术机器人的研究。由天津大学、南开大学和天津医科大学总医院联合研制的微创手术外科机器人“妙手A”系统于2010年通过了成果鉴定，并达到了国际先进水平；目前新一代的“妙手II”系统也在研究中。预计国产的智能手术机器人有望在两年内进入临床试验阶段。国外主要的手术机器人系统有达芬奇手术系统，ZEUS机器人手术系统和AESOP机器人系统。这三个系统的手术机器人都已经达到甚至在一些方面超越了人手的灵活性，可以完美地模仿操作医生的手术动作，并提供力反馈和稳定的立体图像。此外还可以实现远程控制，智能纠错等。然而对于单创口微创手术的要求而言，目前的手术机器人尚存需要改进之处。以达芬奇手术系统为例，在手术过程中一般都需要在人体腹腔上切三个孔，每个孔孔径约为10_，其中两个孔用于通过两个工作臂，另一个用于通过持镜臂。本专利设计出一种新型的微创外科手术机械臂，可在工作空间不亚于达芬奇手术机器人的前提下，将两个工作臂和一个摄像头整合在一个10 20mm的圆柱形区域中，即在手术过程中只要在腹腔上切一个直径10 20mm的圆孔，便可用于完成一个手术，从而进一步满足人们对手术微创性的需要。经检索，公开号为102697564A的中国专利技术专利，该专利公开了一种用于单孔腹腔微创手术的柔性臂机器人，该机器人为解决现有的内窥镜微创手术中患者皮肤切口较多，手术机器人的体积较大问题。相比该专利，本专利技术采用了分体式设计，易于组装及拆卸、更换，使得操作和维护更方便；本专利技术涉及的机构能够在病人腹腔内部组合，并且采用双臂协同操作，每条手臂(含刀头)具有3个自由度，使得手术操作更加灵活和精确。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种多关节单创口腹腔微创手术机器人及其操作机构，在保证手术精确性、灵活性、稳定性和安全性的同时，尽量减少手术创口数量并减小创口大小，真正实现微创。本专利技术为解决上述目标技术问题所采取的方案为根据本专利技术的一方面，提供一种多关节单创口腹腔微创手术机器人操作机构，由机械臂和动力部分组成，所述机械臂内部通过滑轮设有多根连接钢丝、多根驱动钢丝以及多根调位钢丝，这些钢丝连接至所述动力部分，其中所述驱动钢丝用以传递来自所述动力部分的驱动力；所述连接钢丝用以使所述机械臂与所述动力部分紧密连接；所述调位钢丝用于手术前后调整所述机械臂的姿态。所述机械臂包含一个连接架和结构相同的两条手臂；每条手臂包含一条连接臂和一个尖端机械手；所述尖端机械手末端装有刀头；所述尖端机械手可拆卸地安装在所述连接臂末端，可根据手术需要，提前选择不同功能的尖端机械手；而所述连接臂分别安装在所述连接架的两侧。所述机械臂连接架顶部开孔，所述连接架通过连接管与所述动力部分可拆卸连接，所述机械臂内部的钢丝经过连接管内部连接所述动力部分；所述连接架底部开有摄像孔，用于安装和引导摄像及照明设备。手术前，机械臂与动力部分分离(仅通过钢丝柔性连接)，通过脐部切口进入人体腹腔，随后通过调位钢丝牵动，进行位姿调整，并由连接钢丝收紧，实现在腹腔切口处与动力部分紧密连接；机械臂由动力部分通过驱动钢丝牵动，进行各种手术动作；手术后，将机械臂再次与动力部分脱离，通过调位钢丝调整位姿使机械臂通过腹腔切口离开腹腔。优选地，整个机械臂各个自由度均由与驱动部分相连的钢丝进行驱动；钢丝通过带动机械臂内部各关节处的滑轮实现各关节的转动。所述机械臂内部的钢丝一共有13根，其中3根为连接钢丝，8根为驱动钢丝，2根为调位钢丝。每条所述手臂各有4根驱动钢丝带动；具体到其中一条手臂2根驱动钢丝用于带动尖端机械手末端刀具的动作，I根驱动钢丝用于带动尖端机械手的转动，剩余I根用于带动连接臂转动；另一条手臂情况与之相同。2根调位钢丝经过连接管后直接分别与2个尖端机械手上的刀头相连，3根连接钢丝将连接管和机械臂连接架连接在一起。优选地，每一侧的所述连接臂及其连接的所述尖端机械手都有4根驱动钢丝带动，其中2条钢丝用于带动所述尖端机械手末端刀具的动作，I根驱动钢丝用于带动所述尖端机械手的转动，另I根用于带动所述连接臂的转动；两侧的驱动钢丝布置情况相同，也就是8根为驱动钢丝。优选地，所述连接管分为两个部分，与机械臂相连的第一部分的末端与机械臂通过连接钢丝相连，另一端通过螺纹连接第二部分，第二部分与所述动力部分相连，所述第一部分和所述第二部分通过螺纹联接，通过调节所述的两部分之间螺纹咬合的长度实现连接 管整体长度的伸缩，以实现驱动钢丝的放松与拉紧。优选地，所述连接管的第二部分末端带内螺纹，第一部分的基端带外螺纹，所述第二部分的螺纹段有至少2个销孔，且沿连接管的轴向分布；第一部分的螺纹段有一销孔；将连接管的两个部分的螺纹咬合长度调小，使得两部分的销孔重合，此时连接管总体长度较大，驱动钢丝为张紧状态；将连接管的两个部分的螺纹咬合长度调大，两部分的销孔重合时，连接管整体长度较小，驱动钢丝为放松状态；在销孔有重合时插入定位销，可避免连接管的两部分之间有相对运动，防止连接管长度产生人为调节以外的变化。优选地，所述与机械臂相连的第一部分装有手柄，所述手柄在所述连接管第一部分内部的部分带有绞盘，所述连接钢丝缠在所述绞盘上并伸出所述第一部分后连在所述连接架上，该手柄用于调整连接钢丝的松紧，实现机械臂和连接管的脱开与紧固。本专利技术中，所述每个尖端机械手具有两个相互垂直的旋转自由度；连接臂相对连接架具有一个旋转自由度，其方向与尖端机械手的一个自由度方向相同；本专利技术中，所述动力部分为一个电机箱，内部装有8个电机及钢丝盒，实现各驱动钢丝的独立动作； 本专利技术中，滑轮和驱动钢丝的具体布置方式可以按照现有技术实施，只要实现上述的作用和目的即可。每根驱动钢丝在所述手臂内部走向所形成的轨迹，在每个其经过的滑轮处沿该滑轮轴向的投影，都能将该滑轮完全包络在内，即可避免钢丝在手臂进行动作时发生长度变化，保证驱动准确可靠。根据本专利技术的另一方面，提供一种多关节单创口腹腔微创手术机器人，包括上述的操作机构。所述操作机构安装在一个具有4个自由度的机器人上，每个所述尖端机械手具有两个相互垂直的旋转自由度；所述连接臂相对所述连接架具有一个旋转自由度，方向与所述尖端机械手的一个自由度方向相同，从而使每个尖端机械手总共有7个自由度，以保证其在指定工作空间范围内任意姿态可达且两个尖端机械手能够进行一定的协同工作。本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种多关节单创口腹腔微创手术机器人操作机构，由机械臂和动力部分组成，其特征是：所述机械臂包含一个连接架和结构相同的两条手臂，每条所述手臂包含一条连接臂和一个尖端机械手，所述尖端机械手末端装有刀头，所述两个尖端机械手分别可拆卸地安装在所述两条连接臂末端，而所述两条连接臂分别安装在所述连接架的两侧，所述连接架通过连接管与所述动力部分可拆卸连接；所述机械臂内部通过滑轮设有多根连接钢丝、多根驱动钢丝以及多根调位钢丝，这些钢丝连接至所述动力部分，其中：所述驱动钢丝用以传递来自所述动力部分的驱动力，所述连接钢丝用以使所述机械臂与所述动力部分紧密连接，所述调位钢丝用于手术前后调整所述机械臂的姿态；所述机械臂内部的钢丝经过连接管内部连接所述动力部分。
【技术特征摘要】
1.一种多关节单创口腹腔微创手术机器人操作机构，由机械臂和动力部分组成，其特征是所述机械臂包含一个连接架和结构相同的两条手臂，每条所述手臂包含一条连接臂和一个尖端机械手，所述尖端机械手末端装有刀头，所述两个尖端机械手分别可拆卸地安装在所述两条连接臂末端，而所述两条连接臂分别安装在所述连接架的两侧，所述连接架通过连接管与所述动力部分可拆卸连接；所述机械臂内部通过滑轮设有多根连接钢丝、多根驱动钢丝以及多根调位钢丝，这些钢丝连接至所述动力部分，其中所述驱动钢丝用以传递来自所述动力部分的驱动力，所述连接钢丝用以使所述机械臂与所述动力部分紧密连接，所述调位钢丝用于手术前后调整所述机械臂的姿态；所述机械臂内部的钢丝经过连接管内部连接所述动力部分。2.根据权利要求1所述的多关节单创口腹腔微创手术机器人操作机构，其特征是所述机械臂内部的钢丝一共有13根，其中3根为连接钢丝，8根为驱动钢丝，2根为调位钢丝；2根调位钢丝经过连接管后直接分别与2个尖端机械手上的刀头相连，3根连接钢丝将连接管和机械臂连接架连接在一起；整个所述机械臂各个自由度由与所述动力部分相连的驱动钢丝进行驱动，各驱动钢丝通过带动所述机械臂内部各关节处的滑轮实现关节转动。3.根据权利要求2所述的多关节单创口腹腔微创手术机器人操作机构，其特征是所述两条手臂的驱动钢丝布置情况相同，每条手臂各有4根驱动钢丝带动，具体为2根驱动钢丝用于带动所述尖端机械手末端刀具的动作，I根驱动钢丝用于带动所述尖端机械手的转动，另I根用于带动所述连接臂的转动。4.根据权利要求1所述的多关节单创口腹腔微创手术机器人操作机构，其特征是所述连接管分为两个部分，与机械臂相连的第一部分的末端与机械臂通过连接钢丝相连，另一端通过螺纹连接第二部分，第二部分与所述动力部分相连，所述第一部分和所述第二部分通过螺纹联接，通过调节所述的两部分之间螺纹咬合的长度实现连接管整体长度的伸缩，以实现驱动...
【专利技术属性】
技术研发人员：周航飞，蔡雄风，汤智诚，翟嘉心，付庄，闫维新，赵言正，费健，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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