一種腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人主從同構(gòu)式遙操作主手的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于醫(yī)療機(jī)器人領(lǐng)域，具體涉及一種腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人主從同構(gòu)式遙操作主手。
【背景技術(shù)】
[0002]遙操作微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)為外科醫(yī)生提供了傳統(tǒng)微創(chuàng)手術(shù)的操作環(huán)境，可以協(xié)助醫(yī)生完成更精細(xì)的手術(shù)動(dòng)作，減少手術(shù)時(shí)由于疲勞而產(chǎn)生的誤操作或因手部震顫所造成的損傷；也因其具有損傷小、愈合快、可為患者帶來(lái)更理想的手術(shù)結(jié)果而得到廣泛的應(yīng)用。目前，美國(guó)的達(dá)芬奇微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)(da Vinci System)已經(jīng)得到了廣泛的臨床應(yīng)用，受到了外科手術(shù)醫(yī)生的肯定。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中的腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)普遍采用主一從式遙操作控制方式，即從操作端手術(shù)機(jī)械臂以有線或無(wú)線通訊方式獲取主操作端操作主手的控制信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的手術(shù)操作。當(dāng)前國(guó)際上唯一商業(yè)腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人達(dá)芬奇系統(tǒng)以及其它著名的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)如Raven、DLR和IBIS等均采用主一從異構(gòu)的方式實(shí)現(xiàn)手術(shù)機(jī)器人的遙操作控制。這種主從異構(gòu)的遙操作方式需要系統(tǒng)先對(duì)主操作手機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分解，再去控制從操作端手術(shù)機(jī)器人的相應(yīng)關(guān)節(jié)開(kāi)展相應(yīng)的手術(shù)操作，也就是說(shuō)，手術(shù)機(jī)器人主操作手和從操作端手術(shù)機(jī)器人臂在關(guān)節(jié)自由度設(shè)置上不完全相同，因而，該操作方式會(huì)增大系統(tǒng)延遲，同時(shí)在遙操作的直觀性方面也存在改進(jìn)空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種可減小系統(tǒng)延遲、同時(shí)可直接對(duì)手術(shù)器械末端實(shí)現(xiàn)遙操作的用于腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人的主從同構(gòu)式遙操作主手。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:一種腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人主從同構(gòu)式遙操作主手，主要包括基座、萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件1、萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件I1、萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件II1、萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件IV、拇指部件及食指部件；
[0006]所述萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件I設(shè)置在基座上，所述萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件II通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J1、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J2與萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件I相連接，所述萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件III通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J3與萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件II連接，所述轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J3上設(shè)有沿轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J3軸線進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)的伸縮機(jī)構(gòu)J4，所述萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件IV通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J5、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J6與萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件III相連接，所述拇指部件及食指部件均通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J7與萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件IV連接；
[0007]所述萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件I上對(duì)應(yīng)設(shè)有用于檢測(cè)萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件II繞轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J1、J2軸線旋轉(zhuǎn)的角度傳感器SI及角度傳感器S2 ；
[0008]所述萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件II上對(duì)應(yīng)設(shè)有角度傳感器S3及位移傳感器S4,所述角度傳感器S3用于檢測(cè)萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件III繞轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J3軸線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，所述位移傳感器S4用于檢測(cè)萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件III沿轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J3軸線方向所移動(dòng)的位移；
[0009]所述萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件III上對(duì)應(yīng)設(shè)有用于檢測(cè)萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件IV繞轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J5、J6軸線旋轉(zhuǎn)的角度傳感器S5及角度傳感器S6 ；
[0010]所述萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件IV上設(shè)有用于檢測(cè)拇指部件及食指部件繞轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J7軸線旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度傳感器S7。
[0011]本發(fā)明的有益效果在于:與現(xiàn)有的主從異構(gòu)遙操作方式相比，該遙操作主手結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了主從同構(gòu)，即遙操作主手的各運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)與手術(shù)執(zhí)行端上手術(shù)器械的各運(yùn)動(dòng)自由度間存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，可直接通過(guò)對(duì)應(yīng)(映射)關(guān)系實(shí)現(xiàn)遙操作主手對(duì)手術(shù)執(zhí)行端的控制與調(diào)整，無(wú)需再進(jìn)行運(yùn)動(dòng)耦合與解析，避免了主從異構(gòu)遙操作所需的運(yùn)動(dòng)解析時(shí)間，減小系統(tǒng)延遲；同時(shí)，該遙操作主手與其產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)(映射)關(guān)系也使得遙操作本身的直觀性得到增強(qiáng)，有效降低了操作難度與操作誤差。
【附圖說(shuō)明】
[0012]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說(shuō)明:
[0013]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為遙操作主手與手術(shù)執(zhí)行端處的關(guān)節(jié)對(duì)照?qǐng)D；
[0015]圖3為圖2的對(duì)應(yīng)(映射)關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0017]如圖1所示，本發(fā)明中的腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人主從同構(gòu)式遙操作主手，主要包括基座1、萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件I 2、萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件II 3、萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件1114、萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件IV 5、拇指部件6及食指部件7 ;所述萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件I 2設(shè)置在基座I上，所述萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件II 3通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)Jl、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J2與萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件I 2相連接，所述萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件III 4通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J3與萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件II 3連接，所述轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J3上設(shè)有沿轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J3軸線進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)的伸縮機(jī)構(gòu)J4，所述萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件III 4可通過(guò)移動(dòng)關(guān)節(jié)J4上下移動(dòng)，所述萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件IV 5通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J5、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J6與萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件III 4相連接，所述拇指部件6及食指部件7均通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J7與萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件IV 5連接；所述萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件I 2上對(duì)應(yīng)設(shè)有用于檢測(cè)萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件II 3繞轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J1、J2軸線旋轉(zhuǎn)的角度傳感器SI及角度傳感器S2 ;所述萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件II 3上對(duì)應(yīng)設(shè)有角度傳感器S3及位移傳感器S4，所述角度傳感器S3用于檢測(cè)萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件III 4繞轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J3軸線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，所述位移傳感器S4用于檢測(cè)萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件III 4沿轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J3軸線方向所移動(dòng)的位移；所述萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件III 4上對(duì)應(yīng)設(shè)有用于檢測(cè)萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件IV 5繞轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J5、J6軸線旋轉(zhuǎn)的角度傳感器S5及角度傳感器S6 ;所述萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件IV 5上設(shè)有用于檢測(cè)拇指部件6及食指部件7繞轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J7軸線旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度傳感器S7。
[0018]在本實(shí)施例中，萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件I 2設(shè)置在基座I上，萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件I 2、萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件II 3、萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件III 4、萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件IV 5、拇指部件6及食指部件7依次通過(guò)關(guān)節(jié)聯(lián)接件對(duì)應(yīng)連接；具體的，萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件II 3可分別繞轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J1、J2的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線旋轉(zhuǎn)，伸縮機(jī)構(gòu)J4沿轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J3的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)，即萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件III4既可繞轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J3的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線旋轉(zhuǎn)，又可產(chǎn)生沿轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J3軸線方向(J4)的位移，萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件IV 5可分別繞轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J5、J6的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線旋轉(zhuǎn)，拇指部件6及食指部件7可繞轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J7的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線旋轉(zhuǎn)，兩者間形成一個(gè)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的夾角Θ。
[0019]與現(xiàn)有的主從異構(gòu)遙操作方式相比，該遙操作主手結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了主從同構(gòu)，即遙操作主手的各運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)與手術(shù)執(zhí)行端上手術(shù)器械的各運(yùn)動(dòng)自由度間存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，可直接通過(guò)對(duì)應(yīng)(映射)關(guān)系實(shí)現(xiàn)遙操作主手對(duì)手術(shù)執(zhí)行端的控制與調(diào)整，無(wú)需再進(jìn)行運(yùn)動(dòng)耦合與解析，避免了主從異構(gòu)遙操作所需的運(yùn)動(dòng)解析時(shí)間，減小系統(tǒng)延遲；同時(shí)，該遙操作主手與其產(chǎn)生的對(duì)應(yīng)(映射)關(guān)系也使得遙操作本身的直觀性得到增強(qiáng)，有效降低了操作難度與操作誤差。
[0020]其工作原理見(jiàn)附圖2及附圖3，附圖2為遙操作主手與手術(shù)執(zhí)行端處的關(guān)節(jié)對(duì)照?qǐng)D，其中左側(cè)為腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人主從同構(gòu)式遙操作主手，右側(cè)為腹腔鏡微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)執(zhí)行端示意圖；在進(jìn)行手術(shù)時(shí)，醫(yī)生操作拇指部件6及食指部件7運(yùn)動(dòng)進(jìn)行手術(shù)操作，角度傳感器S1、角度傳感器S2、角度傳感器S3、位移傳感器S4、角度傳感器S5、角度傳感器S6、角度傳感器S7分別檢測(cè)萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件II 3繞轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)Jl、J2的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件III 4繞轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J3的轉(zhuǎn)動(dòng)角度及沿轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J3的軸向位移，萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件IV 5繞轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J5、J6的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，拇指部件6及食指部件7繞轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J7轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的相對(duì)角度Θ，然后通過(guò)一一對(duì)應(yīng)(映射)關(guān)系(見(jiàn)圖3)控制腹腔鏡微創(chuàng)機(jī)器人手術(shù)執(zhí)行端的手術(shù)器械繞轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)G1、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)G2、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)G3、直線位移自由度G4(手術(shù)器械進(jìn)出腹腔的運(yùn)動(dòng))、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)G5、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)G6及轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)G7產(chǎn)生相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)量Φ (相等或成比例縮放)。
[0021]最后說(shuō)明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人主從同構(gòu)式遙操作主手，其特征在于:主要包括基座、萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件1、萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件I1、萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件II1、萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件IV、拇指部件及食指部件； 所述萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件I設(shè)置在基座上，所述萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件II通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J1、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J2與萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件I相連接，所述萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件III通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J3與萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件II連接，所述轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J3上設(shè)有沿轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J3軸線進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)的伸縮機(jī)構(gòu)J4，所述萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件IV通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J5、轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J6與萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件III相連接，所述拇指部件及食指部件均通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J7與萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件IV連接； 所述萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件I上對(duì)應(yīng)設(shè)有用于檢測(cè)萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件II繞轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)Jl、J2軸線旋轉(zhuǎn)的角度傳感器SI及角度傳感器S2 ； 所述萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件II上對(duì)應(yīng)設(shè)有角度傳感器S3及位移傳感器S4，所述角度傳感器S3用于檢測(cè)萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件III繞轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J3軸線旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度，所述位移傳感器S4用于檢測(cè)萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件III沿轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J3軸線方向所移動(dòng)的位移； 所述萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件III上對(duì)應(yīng)設(shè)有用于檢測(cè)萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件IV繞轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J5、J6軸線旋轉(zhuǎn)的角度傳感器S5及角度傳感器S6 ； 所述萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件IV上設(shè)有用于檢測(cè)拇指部件及食指部件繞轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)J7軸線旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的角度傳感器S7。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人主從同構(gòu)式遙操作主手，主要包括基座、設(shè)置在基座上的萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件Ⅰ及依次通過(guò)關(guān)節(jié)聯(lián)接件對(duì)應(yīng)連接的萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、拇指部件與食指部件，所述萬(wàn)向節(jié)機(jī)構(gòu)組件Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ及Ⅳ上對(duì)應(yīng)設(shè)有角度傳感器S1、角度傳感器S2、角度傳感器S3、位移傳感器S4、角度傳感器S5、角度傳感器S6及角度傳感器S7；該遙操作主手上的各關(guān)節(jié)自由度與手術(shù)執(zhí)行端手術(shù)器械的運(yùn)動(dòng)自由度一一對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了主從同構(gòu)，可直接通過(guò)對(duì)應(yīng)(映射)關(guān)系實(shí)現(xiàn)遙操作主手對(duì)手術(shù)執(zhí)行端的控制與調(diào)整，避免了主從異構(gòu)遙操作所需的運(yùn)動(dòng)解析時(shí)間，減小系統(tǒng)延遲；也使得遙操作本身的直觀性得到增強(qiáng)，有效降低了操作難度與操作誤差。
【IPC分類】A61B19-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104622585
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510111444
【發(fā)明人】施益智, 李耀, 傅艦艇, 熊麟霏
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院
【公開(kāi)日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年3月13日