微创医疗机器人系统的制作方法_2

文档序号:9404757阅读:来源:国知局
些实施方式可以用许多不同形式来实现并且不应该被解释为限于本文所述的实施方式。相反地,提供这些实例以使得本公开内容将是透彻和完整的,并且将全面地向本领域的熟练技术人员表达本公开内容的范围。
[0038]图1以结构示意图示出根据本发明一个实施方式的微创医疗机器人系统的组成。该微创医疗机器人系统包括:工作机构3、调整机构4、控制机构5和人机交互机构I。工作机构3定位在调整机构4上,调整机构4定位在控制机构5上。如图1所示,人机交互机构I可拆卸地安装在固定于控制机构5上的立柱上。应当理解,人机交互机构I也可以独立设置。
[0039]如图1所示,该微创医疗机器人系统还可以包括外部指令触发装置6。控制机构5下部制有外部指令触发装置6。在该实施方式中,外部指令触发装置6被实现为脚踏板。
[0040]从图1可以看出,根据该实施方式的微创医疗机器人系统还可以包括推手2和4个万向轮7。如图1所示,推手2固定地安装于控制机构5的顶面,并且4个万向轮7安装在控制机构5下方。应当理解,在其他实施方式中,也可以将推手2直接固装于控制机构5上的立柱上,或者控制机构5的侧面。
[0041]工作机构3可用于实现前列腺组织的经会阴穿刺活检,以及放射性粒子的植入治疗。在工作机构3用于实现前列腺组织的经会阴穿刺活检时,可以使用活检枪,具体是术者手持活检枪穿过工作机构3的导向针筒(如下文所述),并操纵活检枪完成活检取样。在工作机构3用于实现前列腺组织的放射性粒子的植入治疗时,可以拆下防护定位孔板(如下文所述),使用粒子植入枪,具体是术者手持粒子植入枪穿过工作机构3的导向针筒(如下文所述),并操纵粒子植入枪完成粒子植入。
[0042]如图2所示,其示意性地示出了在患者会阴处的穿刺点8,以及在使用微创医疗机器人系统进行作业时工作机构3相对于人体的位置。
[0043]图3更详细地示出了根据本发明一个实施方式的工作机构3的结构。工作机构3可以包括双孔式防护定位孔板31、导向针筒34、超声探头33、超声探头运动机构32、基座53以及导向针筒运动控制机构37。导向针筒运动控制机构37可滑动地安装在基座53上,可以包括左控制机构和右控制机构,左控制机构与右控制机构内部、以及左、右控制机构所限定的区域内可以设有控制导向针筒34的定位的组件,其中导向针筒34的定位可以包括其空间位置和姿态。可选地,还可以在左控制机构和右控制机构之间设置起辅助固定作用的连接板,例如设置在左控制机构和右控制机构之间的顶部或者中间部位。
[0044]双孔式防护定位孔板31可拆卸地安装在基座53的前部弯板上,超声探头运动机构32可滑动地安装在基座53的上部支撑板上,超声探头33可以夹持于超声探头运动机构32中。
[0045]根据本发明的一个实施方式,如图4所示,导向针筒运动控制机构37可滑动地安装于基座53上,可以被配置为控制导向针筒相对于基座53的前后运动,如图4中的虚线箭头所示。
[0046]根据本发明的一个实施方式,如图5所示,导向针筒运动控制机构37包括控制导向针筒34的定位的组件,如丝杠传动结构,可以被配置为控制导向针筒34的升降运动、俯仰运动、左右平移运动和/或水平旋转运动,如图5中的虚线箭头所示。
[0047]因此,导向运动控制机构37可实现控制导向针筒34的定位的前述5个自由度的运动,即升降运动、俯仰运动、左右平移运动、水平旋转运动和前后运动,且可以相互独立。左右平移运动、升降运动、前后运动的方向可以是相互垂直的。
[0048]图5所示为控制导向针筒的升降运动、俯仰运动、左右平移运动、水平旋转运动的结构的局部图。第一竖直丝杠61、第二竖直丝杠63分别竖直地、可旋转地设置于导向针筒控制机构37的左、右控制机构内部,所述竖直丝杠上分别设有I个丝母,并在丝母外部分别固装有第一竖直运动件62和第二竖直运动件64。第一水平丝杠71水平地、可旋转地设置于第一竖直运动件62内侧,第二水平丝杠73水平地、可旋转地设置于第二竖直运动件64内侧,第一水平丝杠71、第二水平丝杠73的不与第一竖直运动件62、第二竖直运动件64接触的一端,分别设有起支撑、旋转作用的轴承(图中未示出)。所述水平丝杠上分别设有I个丝母,并在丝母外部分别固装有第一水平运动件72和第二水平运动件74。根据丝杠与丝母配合的原理可知,所述丝杠的旋转运动可以被转化为所述第一竖直运动件62、第二竖直运动件64、第一水平运动件72、第二水平运动件74各自的沿所在丝杠的直线运动。
[0049]第一水平运动件72下部设有连接件82,第二水平运动件74下部设有万向节81。为保证导向针筒34在手术中的姿态稳定,制有导向针筒座83,用于安装导向针筒34,其前部与万向节81连接,后部与连接件82以轴承连接。
[0050]万向节及与其相连的结构的设计,使得通常实施方式中的导向针筒的旋转运动方式得到优化。通常情况下,对目标组件的旋转采取的都是将其固定在另一个可旋转的部件上,如可旋转的轴,目标旋转组件与该可旋转部件在一处连接,通过对该部件(例如可旋转的轴)的旋转,带动该目标旋转组件整体旋转,即为单点连接(控制)下的旋转运动。
[0051]而本发明中采用的旋转方式,为在目标旋转组件的前端与后端分别设置连接点(或控制点),通过控制两个连接点(或控制点)的分别在竖直方向、水平方向相对方位的改变,控制导向针筒的旋转,即双点控制下的旋转运动。相对于单点控制下的旋转运动,更加灵活,且简化了机械结构。
[0052]在本发明的实施方式中,导向针筒座与水平运动件的连接方式,为前端万向节,后端轴承。其中,后端选用轴承,可以保证导向针筒座后端(导向针筒后端)在空间中的位置的稳定,从而确保针筒不会在前后方向上产生滑动,并且确保针筒不会滑出万向节。
[0053]备选地,也可以是在第二水平运动件74下部设置连接件,导向针筒座83的前部与该设于第二水平运动件74下部的连接件以轴承连接,在第一水平运动件72下部设置万向节,导向针筒座83的后部与该设在第一水平运动件72下部的万向节连接;或者在其他合理的设计中,导向针筒座83的两端可以设置为分别与万向节连接。
[0054]除了现有的球型万向节,在实施中还可以是万向联轴器等部件。
[0055]当第一竖直丝杠61与第二竖直丝杠63以同样速度、同样方向旋转时,第一竖直运动件62与第二竖直运动件64也以同样速度、同样方向沿所在丝杠向上或向下同步直线运动,带动第一水平丝杠71与第二水平丝杠73同步升降,从而实现导向针筒34的升降运动。
[0056]当第一竖直丝杠61与第二竖直丝杠63以不同速度和/或不同方向旋转时,第一竖直运动件62与第二竖直运动件64也以不同速度和/或向不同方向沿所在丝杠向上或向下不同步直线运动,带动第一水平丝杠71与第二水平丝杠73进行不同步的升降运动,从而实现导向针筒34的俯仰运动。
[0057]当第一水平丝杠71与第二水平丝杠73以同样速度、同样方向旋转时,第一水平运动件72与第二水平运动件74也以同样速度、同样方向沿所在丝杠同步向左或向右直线运动,从而实现导向针筒34的左右平移运动。
[0058]当第一水平丝杠71与第二水平丝杠73以不同速度和/或不同方向旋转时,第一水平运动件72与第二水平运动件74也以不同速度和/或向不同方向沿所在丝杠向左或向右不同步直线运动,从而实现导向针筒34的水平旋转运动。
[0059]以上为从导向针筒的定位的过程来描述,若从导向针筒的定位的结果来描述,由丝杠传动的原理可知,距离=转数*螺距,即丝杠每转一圈,丝杠上的丝母(运动件)即沿丝杠行进一个螺距的距离,丝杠转动的圈数不同,丝母(运动件)移动的距离也不同,从而可以实现导向针筒(导向针筒座)的定位。
[0060]设导向针筒在定位前后,各运动件在所在丝杠上的位移(包括距离的大小与方向)为:
[0061]第一竖直运动件62:A ;第二竖直运动件64:B ;
[0062]第一水平运动件72:C ;第二水平运动件74:D。
[0063]若A与B相同,则实现了导向针筒在竖直方向上的平移,即为导向针筒的升降运动;
[0064]若A与B不同,则实现了导向针筒在竖直方向上的旋转,即为导向针筒的俯仰运动;
[0065]若C与D相同,则实现了导向针筒在水平方向上的平移,即为导向针筒的左右运动;
[0066]若C与D不同,则实现了导向针筒在水平方向上的旋转,即为导向针筒的水平旋转运动。
[0067]前述各种自由度的运动都可以通过内置的电机来驱动,并且可以互相独立。
[0068]前述在左控制机构与右控制机构内部、以及左、右控制机构所限定的区域内设有的控制导向针筒34的定位的组件是丝杠传动结构,但是应当注意,发明人已经设想到了还可以设置其他形式的组件或传动结构来控制导向针筒34的定位。
[0069]在另一个实施方式中,导向针筒运动控制机构37可以包括第一方向运动控制模块、第二方向运动控制模块和第三方向运动控制模块。作为丝杠传动的备选方案,各控制模块可以采用液压驱动直线运动装置,利用压力栗对管道和执行器中的压力油加压或降压,推动执行器的压力杆伸缩,从而将电机的旋转运动转变为直线运动,实现导向针筒的定位。第一方向运动控制模块可以被配置为控制导向针筒34的竖直方向上的平移运动以及旋转运动,第二方向运动控制模块可以被配置为控制
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