专利名称：手术机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种手术机器人。
背景技术：
在医学领域，手术是指使用医疗设备进行切割或切入或其它方式操作患者的皮 肤、黏膜或其它组织，以处理病理状况的过程。诸如切开皮肤并且处理、重构或切除内部器 官等的剖腹手术等的手术过程可能会存在失血、副作用、疼痛以及疤痕的问题，因此，机器 人的使用目前被认为是一种受欢迎的替代方式。传统的手术机器人可以包括主动机器人，外科医生操作所述主动机器人以产生 和传送所需的信号；以及从动机器人，其接收来自主动机器人的信号，以对患者进行实际操 作。通常，从动机器人可以被安装在手术室中，主动机器人可以被安装在操作室中，以利用 通过有线和/或无线系统连接的主动机器人和从动机器人进行手术过程的远程操作。然而，传统的手术机器人体积巨大，因而需要相当大的安装空间并且包括一套复 杂的设备，因而需要大量的时间和费用以制造、安装和培训设备的使用。尤其是，由于机器 人手术所用的时间和费用，因此使用传统的手术机器人进行其它简单的手术过程效率低。发明人为了研发本发明，或者在研发本发明的过程中获得了上述背景技术中的信 息。因此，应该理解，这些信息不必属于在本发明的专利申请日之前的公开领域。
发明内容
本发明的一个方面提供一种手术机器人，其具有更简单和更小巧的结构，从而使 得手术机器人可以被安装在狭窄的空间，可以降低制造和安装机器人的费用，并且操作者 可以容易地操作机器人。通过以下的描述中可以容易地理解本发明解决的其它技术问题。本发明的一个方面提供一种手术机器人，包括手柄单元；主体，所述主体与所述 手柄单元连接；机器人臂，所述机器人臂与所述主体连接并且被构造为根据所述手柄单元 上的第一操作进行操作；仪器，所述仪器被安装在所述机器人臂的前端；以及操作单元，所 述操作单元与所述仪器的远端联结并且被构造为根据所述手柄单元上的第二操作执行手 术所需的动作，其中，所述主体与支撑单元联结。所述主体与所述支撑单元联结，从而使得所述主体能够移动和转动，并且所述主 体可以被构造为根据所述手柄单元上的第三操作移动和转动。所述支撑单元的一端可以被 安装在安装有所述手术机器人的手术室的地面或天花板上，并且所述支撑单元可以被形成 为可以在手术室中移动的独立框架。在所述主体的与所述支撑单元联结的部分上可以形成电源终端，通过所述电源终端为主体供电。可以在所述机器人臂的前端上额外地装配腹腔 镜，并且可以在所述主体上安装监控器，以输出从腹腔镜传输来的图像信号。所述支撑单 元可以形成为手部导引，所述手部导引包括所述手柄单元并且所述手 部导引被构造为戴在使用者的手上，其中，根据戴着所述手部导引的使用者的手的手指和/ 或手腕的移动执行所述第二操作。臂部导引包括所述手柄单元并且被构造为戴在使用者的手臂上，所述臂部导引可 以联结到所述主体上，并且根据戴有所述臂部导引的使用者的手臂的移动执行所述第一操 作。从权利要求和下面的书面说明书中，显而易见除上述之外的额外的方面、特征和 优点。根据本发明的实施例，通过手动地移动和转动手术机器人臂以及通过机器人操作 所述仪器，可以将手术机器人构造为具有更简单、更小巧的结构。因此，可以将手术机器人 安装在狭窄的空间中，并且可以降低制造和安装所述机器人的费用。尤其是，对于简单的手 术过程来说，操作者可以在患者旁边容易地操作手术机器人，以便提高应用性和可靠性。
图1是简要地示出根据本发明一个实施例的手术机器人的透视图；图2是简要地示出根据本发明另一实施例的手术机器人的透视图
具体实施例方式由于本发明允许各种变型和多个实施例，因此将在附图中示出并在书面说明书中 详细描述具体的实施例。然而，这不意在将本发明限制在具体的实施方式中，并且应该理 解，所有不脱离本发明的精神和技术范围的变型、同等物和替换都包括在本发明中。在书面 说明书中，当现有技术的某些详细说明被视为不必要地使本发明的实质不清楚时，省略这 些详细说明。尽管诸如“第一”和“第二”之类的术语可以用于描述各种元件，但是这些元件一 定不限于上述术语。上述术语仅用于将一个元件和其它元件区分开来。在本说明书中使用的术语仅用于区分具体的实施例，并且不意在限制本发明。只 要可以清楚地分辨，单数表达就可以包括复数表达。在本说明书中，应该理解，诸如“包括” 和“具有”之类的术语意在表示公开在说明书中的特征、数量、步骤、操作、元件、部件或其结 合的存在，并且不排除存在或增加一个或多个不同的特征、数量、步骤、操作、元件、组件或 其结合的可能。将在下文中参照附图详细描述本发明的一些实施例。在所有附图中使用相同的附 图标记表示相同或相对应的元件，并且省略对相同元件的重复描述。图1是简要地示出根据本发明一个实施例的手术机器人的透视图。图1示出了支 撑台1、手柄单元10、主体20、电源终端22、监控器24、机器人臂30、仪器32、操作单元34及 腹腔镜36本实施例的一个特征在于，操作者移动和转动手术机器人臂，同时机器人系统操 作仪器，由此，手术机器人被构造为结构上更简单并更小巧的样式。就是说，消除了主动机器人和从动机器人之间的区别，并且省略了根据主动机器人的操作移动从动机器人臂所需 的复杂机械组件，以提供小巧的结构。此外，为了提高操作基于本实施例的手术机器人的便利性，可以在特定的支撑单 元支撑手术机器人的同时操作手术机器人，而无需操作者在手术期间提着手术机器人。因 此，由于可以更精确地移动、转动和操作手术机器人，可以提高机器人手术的可靠性。图1示出了支撑单元被实现为支撑台1的形式的例子。这里，可以通过支撑台1 连接手术机器人所需的各种电源线和通信线，从而使得大量的电缆排列有序，并且便于在 手术室中安装和操作机器人。基于本实施例的手术机器人的结构可以包括在主体20的一侧上的机器人臂30， 以及用于操作与主体20的另一侧连接的机器人臂30的手柄单元10。如上所述，基于本实 施例的手术机器人可以是主动机器人和从动机器人一体的形式，其中，通过操作与主体20 连接的手柄单元10可以操作机器人臂30。例如，在一个方向上移动手柄10可以引起机器人臂30相应地在该方向上移动，以 及，使手柄单元10转动特定的角度可以引起机器人臂30相应地转动，这样，用于进行机器 人手术的针对操作者的手柄的操作可以通过机器人臂30的移动和转动显示出来。由此使得机器人臂30根据直接与主体20连接的手柄10的移动和转动来移动和 转动，手术机器人可以被构造为结构简单的样式。用于移动和转动机器人臂30的手柄单元 10的操作将被称为“第一操作”。利用各种电气和/或机械系统可以实现根据第一操作移 动和转动机器人臂30的系统。偶尔，可以过滤手柄单元10的第一操作中的一些操作，而不将这些操作实现为机 器人臂30的移动或转动。如果不期望的操作被施加到手柄单元10上，例如，当操作者的手 颤抖时，或者当手柄单元10由于重力等意外地下垂时，机器人臂30的相应移动会导致机器 人手术中的错误，甚至发生医疗事故。如果发生这样的非故意的第一操作，则可以在主体20中包括过滤单元，以防止手 柄单元10的第一操作被转化为机器人臂30的移动。过滤单元可以被制造成电路，该电路 检测非故意的第一操作并防止相应的信号被传送到机器人臂30，所述过滤单元也可以被制 造成机械组件，如果第一操作小于特定的参考值(例如，当手颤抖时)或者大于参考值(例 如，当手柄单元10因重力而下垂时)，则该机械组件阻止第一操作被显示为机器人臂30的 移动或转动。手术仪器32可以被安装在机器人臂30的前端。仪器32可以可拆卸地被安装在 用于机器人手术的机器人臂30上。根据手术的种类，仪器32可以为各种类型，并且可以是 一种可以在手术过程中根据需要替换的“手术工具”。手术仪器32通常可以包括安装在机器人臂30的前端的外壳、从所述外壳伸出一 定长度的轴，以及与所述轴的远端联结的操作单元34。驱动轮可以与所述外壳联结，其中， 所述驱动轮可以通过导线等连接到操作单元34，从而使得操作单元34可以根据驱动轮的 转动按照需要进行操作。为此，可以在机器人臂30的前端安装致动器，以转动与仪器32联 结的驱动轮。在这种情况下，通过操作基于本实施例的手柄单元10可以操作与仪器32的远端 联结的操作单元34。用于操作操作单元34的手柄单元10的操作将被称为“第二操作”。与第一操作类似，通过手柄的移动或转动可以实施第二操作，并且，如果需要，可以为手柄10 增加专门用于输入第二操作的开关和/或手柄。例如，当用于第二操作的开关关闭时，移动和转动手柄10可以使得机器人臂30相 应地移动和转动，当用于第二操作的开关开启时，操作手柄单元10可以使得操作单元34执 行手术所需的动作。此外，如果在手柄单元10上安装用于专门输入第二操作的手柄，则可以使操作单 元34通过操作专门用于输入第二操作的手柄来执行手术所需的动作。在这种情况下，手柄 单元10可以被用于同时执行第一操作和第二操作，并且可以在机器人臂30移动的同时执 行操作单元34的动作，这样，即使在复杂和异常的情况下也可以进行机器人手术。如果第二操作被输入给手柄单元10，则致动器和与致动器联结的驱动轮分别转动 特定的角度，从而使得通过导线与驱动轮连结的操作单元34可以执行动作。然而，根据基 于本实施例的手柄单元10上的第二操作对操作单元34进行操作的结构不必须限于上述描 述，并且显然，可以应用能够在操作单元34上完成所需的动作以进行机器人手术的电子/ 机械结构。至于第二操作，也可以过滤第二操作中的一些操作，从而使得这些操作不被操作 单元34完成为动作，并且与第一操作的情形相同，主体20中可以包括各种类型的过滤单元。如上所述，基于本实施例的手术机器人可以被安装在支撑台1上，支撑台1对应于 被安装到建筑的框架上的一种结构，诸如被安装在手术室的地面或天花板上。例如，如果支 撑台1被安装在手术室的天花板上，则可以用锚栓等将由金属框架等制成的支撑台1固定 到天花板上。或者，可以将轨道固定到天花板上，然后将支撑台1构造为可以沿所述轨道移 动的金属框架。就是说，基于本实施例的支撑台不必须被固定到天花板上。支撑台可以被安装在 天花板上，但是是以机器人可以在手术室中的特定范围内移动的方式，例如，以在患者所躺 的手术台周围的范围内可移动的方式。如果支撑台被安装在手术室的地面上，则支撑台可以形成为底部联结有轮子的独 立的框架。基于本实施例的手术机器人可以被放置在此支撑台上，从而可以在手术室中容 易地根据需要将机器人移动到特定位置。如果支撑台1被固定到天花板上，则可以以稳固的方式支撑安装在支撑台1上的 手术机器人，使其在手术期间更稳定和更精确。另一方面，如果支撑台1可移动，则手术机 器人在被安装在支撑台1上时也可以移动，并且由于手术机器人在手术期间可以根据需要 被移动到合适的位置，因此可以更流畅更快速地进行手术。基于本实施例的手术机器人的主体20可以被固定到支撑台1上或可转动并可移 动地被安装在支撑台1上。如果主体20可转动地被安装在支撑台1上，则可以通过操作手 柄单元10使整个机器人，即主体20和所连接的机器人臂30移动和转动。手柄单元10上用于移动和转动整个手术机器人的操作将被称为“第三操作”，与 第一操作和第二操作类似，也可以通过手柄的移动和转动来执行第三操作，并且如果需要 的话，可以将专门用于输入第三操作的离合器和/或开关加入手柄单元10中。例如，当用于第三操作的离合器分离时，移动和转动手柄单元10可以对应于第一操作，引起机器人臂30相应地移动和转动，但是当用于第三操作的离合器接合时，可以机 械地阻挡手柄单元10上的第一操作并固定手柄单元10，使得使用者可以通过移动和转动 手柄单元10来移动和转动整个手术机器人。或者，如果增加用于输入第三操作的开关，则当开关关闭时，移动和转动手柄单元 10会引起机器人臂30相应地移动和转动，但是当用于第三操作的开关打开时，与手柄单元 10的操作相对应的信号不能被转化为机器人臂30的移动和转动，从而使得使用者完全通 过移动和转动手柄单元10来移动和转动手术机器人。由于可以以此方式移动和转动整个手术机器人，因此当仅通过移动和转动机器人 臂30不能到达需要手术的位置时，可以移动手术机器人。通常，为了利用手柄单元10上的第三操作来移动和转动手术机器人，可以在主体 20和支撑台1之间的联结部分处插置诸如铰链、球形接头、导轨等各种机械组件。驱动电机 可以与各个机械组件联结，从而使得使用者仅用少量的力就可以容易地移动和转动手术机 器人。就是说，与各个组件联结的驱动电机可以抵消重力和/或移动或转动机器人时所 作用的摩擦力，由此无论手术机器人向何方向移动，使用者都可以施加相等的力来输入第 三操作，由此提高机器人手术的稳定性和可靠性。 至于第三操作，也可以过滤第三操作中的一些操作，从而使得这些操作不被实现 为机器人的移动或转动。例如，可以在主体20和支撑台1联结的部分上安装阻挡件等，从 而可以容易地将手术机器人移动或转动到预定位置，或者防止机器人进一步移动或转动。在进行机器人手术时，电力电缆或各种通信电缆可以与上述手术机器人连接。在 这种情况下，机器人的周围会因多个电缆等而混乱无序，并且短路、断路以及其它医药设备 的干扰等风险会降低机器人手术的可靠性。因此，基于本实施例的手术机器人可以被实现为，通过支撑台1连接电源或通信 线。例如，电源终端22可以形成在主体20上，相应的电源单元可以形成在支撑台1中。然 后，在将手术机器人安装在支撑台1的过程中，可以以电源终端22与电源单元连接的方式 安装手术机器人，从而可以为手术机器人供电。这种方法不仅可以应用于电源，也可以应用 于其它通信线，其中，各种终端可以形成在主体20上，而相应的适配器可以形成在支撑台1 中。手术过程可以包括操作者将腹腔镜36插入手术位置并在通过腹腔镜36观察患者 体内的同时进行手术。为此，可以将用于输出图像信号的监控器24安装在基于本实施例的 手术机器人上。监控器24可以用于显示患者的脉搏和心率、手术室的温度和湿度、以及包 括手术机器人的各种器械的操作状态、和通过腹腔镜36获得的图像信号。因此，在两个机器人臂30与基于本实施例的手术机器人连接，其中一个机器人臂 30上安装有手术仪器32，另一个机器人臂上安装有腹腔镜36的情况中，操作者可以通过操 作手柄单元10 (即，第一操作)将仪器32和腹腔镜36插入患者体内，并同时在监控器24 上观察通过腹腔镜36而获得的图像，操作手柄单元10(即，第二操作)以操作操作单元34 来进行机器人手术。如上所述，由于手柄单元10和机器人臂30与主体20直接连接，从而基于本实施 例的手术机器人可以具有更简单、更小巧的机械构成。因此，机器人可以被安装在较窄的空间中，可以在先前不允许进行机器人手术的条件下进行机器人手术。通过 使手术机器人便携化，当进行手术时，手术机器人可以被直接安装在患者旁 边，并且可以提高机器人手术的可靠性，就好像操作者在亲自进行手术。图2是简要地示出根据本发明另一实施例的手术机器人的透视图。图2示出了主 体20、机器人臂30、手部导引40以及臂部导引42。在此实施例中，支撑单元被形成为一组可以戴在使用者手上的手部导引40。因此， 除了将支撑台1形成为诸如前面公开的实施例中的固定到手术室的地面或天花板上的结 构之外，可以将手柄单元10实现为使用者可佩戴的样式，从而在进行机器人手术时可以更 加直观和更加便携。在支撑单元形成为手部导引40的情况下，手柄单元10可以包括在手部导引40 中。使用者将手部导引40戴在使用者手上，握住手柄单元10，然后进行第一和/或第二操 作。此外，如图2所示，手部导引40可以被实现为手套样式，手柄单元10与所述手套 形成为一体。在这种情况下，可以在使用者的手指可以触摸到的部分中形成各种按钮，并且 可以在使用者的手腕可以接触到的部分设置可转动且可移动的装置。使用者可以将基于本 实施例的手套戴在使用者的手上，正如同使用者戴着手套，并且移动手指和/或手腕以输 入第一操作或第二操作。基于本实施例的手部导引40可以延伸至使用者的手肘或肩部，换言之，手部导引 40可以与戴在使用者手臂上的臂部导引42相连接。然后，使用者可以通过将手部导引40 和臂部导引42戴在使用者身上并移动手指、手腕、手肘和肩部等来输入第一操作或第二操 作。由于基于本实施例的支撑单元被实现为手部导引40的形式，因此，使用所述手术 机器人的人可以通过操作机器人以精确和稳定的方式进行机器人手术，犹如使用他自己的 手进行手术。在基于本实施例的手部导引40与将要戴在使用者的手臂上的臂部导引42相连接 的情况下，可以通过移动使用者的手指或手腕来输入第二操作，而通过使用者的手臂或肩 部来输入第一操作，以提供可与亲自进行手术相比拟的直观的感觉。基于本实施例的手部导引40和臂部导引42不必须同时使用。手术机器人可以只 包括手部导引40或只包括臂部导引42。例如，如果只使用臂部导引42，则使用者可以握住形成为操纵杆等的手柄单元 10，并且执行第二操作，同时使用者可以将臂部导引42戴在使用者的手臂上以执行第一操 作。就是说，戴在使用者手臂上的手套或臂部导引42等可以与主体20联结，而手柄单元10 可以实现为操纵杆等的形式或图1中所示的形式。尽管本实施例被描述成将支撑单元实现为手部导引40和臂部导引42的形式，但 是本实施例不限于此，并且显然，诸如通过使前面公开的实施例的支撑台1与手部导引40 额外地联结等，支撑单元可以采用其它的形式。以上描述了基于本实施例的手术机器人的组件、功能和作用。基于本实施例的手 术机器人可以实现为一体的形式，而不是传统的主动/从动结构，并且可以具有根据手柄 单元上的第一操作、第二操作和第三操作进行操作的机器人臂、仪器和主体。
此外，可以安装包括手柄单元的手部导引和/或臂部导引，从而可以结合使用者 的手部或臂部的移动进行第一操作、第二操作和第三操作，其中，手部导引可以被实现为导 引框架、手套等形式，而臂部导引可以被实现为导引框架、腕套等形式。尽 管参照了具体的实施例来描述本发明，但是应该理解，在不脱离由所附的权利 要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以对本发明进行各种变型 和改进。
权利要求
1.一种手术机器人，包括 手柄单元；主体，所述主体与所述手柄单元连接；机器人臂，所述机器人臂与所述主体连接并且被构造为根据所述手柄单元上的第一操 作进行操作；仪器，所述仪器被安装在所述机器人臂的前端；以及操作单元，所述操作单元与所述仪器的远端联结并且被构造为根据所述手柄单元上的 第二操作执行手术所需的动作，其中，所述主体与支撑单元联结。
2.根据权利要求1所述的手术机器人，其中，所述主体与所述支撑单元联结，从而使 得所述主体移动和转动，并且所述主体被构造为根据所述手柄单元上的第三操作移动和转动。
3.根据权利要求1所述的手术机器人，其中，所述支撑单元的一端被安装在安装有所 述手术机器人的手术室的天花板上。
4.根据权利要求1所述的手术机器人，其中，所述支撑单元被形成为在安装有所述手 术机器人的手术室中移动的独立框架。
5.根据权利要求1所述的手术机器人，其中，所述主体配备有形成在所述主体的与所 述支撑单元联结的部分上的电源终端，并且通过所述支撑单元为所述主体供电。
6.根据权利要求1所述的手术机器人，其中，所述机器人臂具有装配在其前端上的腹 腔镜，并且所述主体具有安装在其上的监控器，所述监控器被构造为输出从腹腔镜传输来的图像信号。
7.根据权利要求1所述的手术机器人，其中，所述支撑单元形成为手部导引，所述手部 导引包括所述手柄单元并且所述手部导引被构造为戴在使用者的手上，并且根据戴着所述手部导引的使用者的手的手指和手腕中的任意一个或多个的移动执行 所述第二操作。
8.根据权利要求7所述的手术机器人，其中，所述手部导引上连接有臂部导引，所述臂 部导引被构造为戴在使用者的手臂上，并且根据所述使用者的手臂的移动执行所述第一操作。
9.根据权利要求1所述的手术机器人，其中，所述主体上联结有臂部导引，所述臂部导 引包括所述手柄单元并且所述臂部导引被构造为戴在使用者的手臂上，并且根据戴有所述臂部导引的使用者的手臂的移动执行所述第一操作。
全文摘要
本发明公开了一种手术机器人。所述手术机器人包括手柄；主体，所述主体与手柄连接；机器人臂，所述机器人臂与主体连接并且对应于手柄的第一操作进行操作；仪器，所述仪器被安装在机器人臂的前端；以及操作单元，所述操作单元与仪器的一端联结，并且对应于手柄的第二操作执行手术所需的动作，其中，主体与支撑件联结。被动地操作手术机器人臂和由机器人操作所述仪器，从而手术机器人构造为更简单和更小巧。因此，可以将手术机器人安装在狭窄的空间中，并且可以降低制造和安装所述机器人的费用。尤其是，对于简单的手术，外科医生可以在患者旁边容易地操作手术机器人，因此提高了使用机器人的手术的应用性和可靠性。
文档编号A61B17/00GK102098966SQ200980127413
公开日2011年6月15日 申请日期2009年3月18日 优先权日2008年7月25日
发明者元钟硕, 崔胜旭, 河洸 申请人:韩商未来股份有限公司