專利名稱：一種手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)的制作方法
一種手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及外科手術(shù)領(lǐng)域，特別涉及外科微創(chuàng)手術(shù)領(lǐng)域。背景技術(shù)：
隨著醫(yī)學(xué)理論的不斷進(jìn)步與發(fā)展，外科手術(shù)也正朝著更加精細(xì)和復(fù)雜的方向發(fā)展。近幾十年來(lái)高速發(fā)展的計(jì)算機(jī)、機(jī)器人、電子信息以及網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越多地 應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域?！皺C(jī)器人輔助外科手術(shù)”(RAS，Robot Aided Surgery)，系統(tǒng)在現(xiàn)代臨床醫(yī) 療中已經(jīng)被越來(lái)越多地采用。第一代手術(shù)機(jī)器人已經(jīng)用于世界各地的許多手術(shù)室中。這些 機(jī)器人不是真正的自動(dòng)化機(jī)器人，它們不能自己進(jìn)行手術(shù)，但是它們向手術(shù)提供了有用的 機(jī)械化幫助。這些機(jī)器仍然需要外科醫(yī)生來(lái)操作它們并對(duì)其輸入指令。這些手術(shù)機(jī)器人的 控制方法是遠(yuǎn)程控制和語(yǔ)音啟動(dòng)。之所以將機(jī)器人引入醫(yī)療，是因?yàn)樵谖?chuàng)手術(shù)中，它們可 以實(shí)現(xiàn)對(duì)外科儀器前所未有的精準(zhǔn)控制。目前為止，這些機(jī)器已經(jīng)用來(lái)定位內(nèi)窺鏡、進(jìn)行膽 囊手術(shù)以及胃灼熱和胃食管反流的矯治。機(jī)器人手術(shù)領(lǐng)域的最終目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種機(jī)器人， 可以用來(lái)進(jìn)行不開(kāi)胸口的心臟手術(shù)。傳統(tǒng)外科手術(shù)創(chuàng)傷大、出血多，容易發(fā)生術(shù)后并發(fā)癥，疼痛較明顯，給病人造成心 理和生理上的痛苦。而機(jī)器人手術(shù)具有3個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)一是進(jìn)入人體內(nèi)部的雙立體照明鏡 可使手術(shù)視野放大20倍，提高了圖像分辨率，極大提高了手術(shù)醫(yī)師對(duì)分離解剖組織的鑒別 力；二是在原來(lái)手伸不進(jìn)去的區(qū)域，機(jī)械手可以在360度的空間下靈活穿行，且具有人手無(wú) 法相比的穩(wěn)定性及精確度，可輔助完成精細(xì)復(fù)雜等各類高難度手術(shù)；三是無(wú)需開(kāi)腹，只要開(kāi) 四五個(gè)1厘米左右創(chuàng)口，出血少，恢復(fù)快。在現(xiàn)在的手術(shù)室，一般會(huì)有兩到三名外科醫(yī)生，一名麻醉師和幾名護(hù)士，即使是最 簡(jiǎn)單的手術(shù)也需要這么多人。大多數(shù)外科手術(shù)需要將近十來(lái)個(gè)人在手術(shù)室。手術(shù)機(jī)器人全 部都是自動(dòng)化，這會(huì)最大限度地減少操作人員。2000年7月11日，美國(guó)食品和藥物管理局(FDA)批準(zhǔn)了達(dá)芬奇手術(shù)系統(tǒng)，使其成 為美國(guó)第一個(gè)可在手術(shù)室使用的機(jī)器人系統(tǒng)。由Intuitive Surgical公司開(kāi)發(fā)的達(dá)芬奇 手術(shù)系統(tǒng)使用的達(dá)芬奇系統(tǒng)使用的技術(shù)使外科醫(yī)生可以到達(dá)肉眼看不到的外科手術(shù)點(diǎn)，這 樣他們就可以比傳統(tǒng)的外科手術(shù)更精確地進(jìn)行工作。另外一款著名的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)是由Computer Motion公司制造的“宙斯”(Zeus) 機(jī)器人手術(shù)系統(tǒng)。ZEUS機(jī)器人系統(tǒng)用于基本的手術(shù)操作和體內(nèi)縫合的可行性及優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)得 到證實(shí)。它能使手術(shù)醫(yī)師的動(dòng)作更加精確，并能有效濾除靜止性顫動(dòng)。相對(duì)于國(guó)外的研究成果及在此方面所形成的壟斷局面，國(guó)內(nèi)的研究水平還遠(yuǎn)未達(dá) 至IJ，這就迫切需要國(guó)內(nèi)的相關(guān)的科研院所，如何研發(fā)出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的手術(shù)機(jī)器人系 統(tǒng)，已經(jīng)成為一件刻不容緩的事情。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制容易、成本較低、運(yùn)動(dòng)精度高的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)。本發(fā)明一種手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，由固定平臺(tái)及三個(gè)相同的六自由度機(jī)械臂組成，機(jī)械臂對(duì)稱分布在固定平臺(tái)上；通過(guò)控制每一個(gè)機(jī)械臂的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)手術(shù)夾持器具 的特定位姿，協(xié)作完成手術(shù)過(guò)程。每一個(gè)機(jī)械臂通過(guò)支架、轉(zhuǎn)盤、滾珠絲桿、滑塊與固定平臺(tái) 聯(lián)接，且通過(guò)電機(jī)一和電機(jī)二的驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)及滾珠絲桿的移動(dòng)從而帶動(dòng)滑塊的 運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的水平面上的平移定位。每個(gè)機(jī)械臂中，滑塊通過(guò)伸縮桿、轉(zhuǎn)動(dòng)副與旋轉(zhuǎn) 頭聯(lián)接，通過(guò)電機(jī)四、電機(jī)三驅(qū)動(dòng)伸縮桿的伸縮運(yùn)動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)頭的進(jìn) 給平移及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。操作手通過(guò)內(nèi)置于旋轉(zhuǎn)頭的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)自身的伸長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)及繞 自身軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這樣每個(gè)機(jī)械臂的六個(gè)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)均實(shí)現(xiàn)了解耦，便于控制，有利于避 免傳動(dòng)機(jī)械手臂的誤差積累效應(yīng)，提高了運(yùn)動(dòng)精度，并實(shí)現(xiàn)了手術(shù)夾持器具的任意姿態(tài)定 位以滿足手術(shù)需求。本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明的由三個(gè)六自由度機(jī)械臂組成的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)手術(shù)夾持器具 的任意姿態(tài)下的定位，且每個(gè)機(jī)械臂的六個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)均實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)解耦控制，避免了傳 統(tǒng)機(jī)械臂的運(yùn)動(dòng)誤差累積，從而提供了高精度運(yùn)動(dòng)控制，適于精度要求較高的微創(chuàng)手術(shù)環(huán)
境 O2、機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于操作，易于維護(hù)，運(yùn)動(dòng)精度高。3、適合各種外科手術(shù)要求。
圖1是本發(fā)明的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)示意圖。以下結(jié)合本發(fā)明的實(shí)施例參照附圖進(jìn)行詳細(xì)敘述。
具體實(shí)施方式實(shí)施例1手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，由固定平臺(tái)1及三個(gè)相同的六自由度機(jī)械臂組成，機(jī)械臂對(duì)稱 分布在固定平臺(tái)1上；通過(guò)控制每一個(gè)機(jī)械臂的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)手術(shù)夾持器具的特定 位姿，協(xié)作完成手術(shù)過(guò)程。每一個(gè)機(jī)械臂通過(guò)支架13、轉(zhuǎn)盤2、滾珠絲桿3、滑塊10與固定平 臺(tái)1聯(lián)接，且通過(guò)電機(jī)一 12和電機(jī)二 11的驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤2的轉(zhuǎn)動(dòng)及滾珠絲桿3的移動(dòng)從 而帶動(dòng)滑塊10的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的水平面上的平移定位。每個(gè)機(jī)械臂中，滑塊10通過(guò)伸 縮桿9、轉(zhuǎn)動(dòng)副8與旋轉(zhuǎn)頭6聯(lián)接，通過(guò)電機(jī)四4、電機(jī)三5驅(qū)動(dòng)伸縮桿9的伸縮運(yùn)動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng) 副8的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)頭6的進(jìn)給平移及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。操作手7通過(guò)內(nèi)置于旋轉(zhuǎn)頭6的 兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)自身的伸長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)及繞自身軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這樣每個(gè)機(jī)械臂的六個(gè)關(guān) 節(jié)運(yùn)動(dòng)均實(shí)現(xiàn)了解耦，便于控制，有利于避免傳動(dòng)機(jī)械手臂的誤差積累效應(yīng)，提高了運(yùn)動(dòng)精 度，并實(shí)現(xiàn)了手術(shù)夾持器具的任意姿態(tài)定位以滿足手術(shù)需求。
權(quán)利要求
一種手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)由固定平臺(tái)及三個(gè)相同的六自由度機(jī)械臂組成，機(jī)械臂對(duì)稱分布在固定平臺(tái)上；通過(guò)控制每一個(gè)機(jī)械臂的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)手術(shù)夾持器具的特定位姿，協(xié)作完成手術(shù)過(guò)程。
2.如權(quán)利要求1所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，每一個(gè)機(jī)械臂通過(guò)支架、轉(zhuǎn)盤、 滾珠絲桿、滑塊與固定平臺(tái)聯(lián)接，且通過(guò)電機(jī)一和電機(jī)二的驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)及滾珠絲 桿的移動(dòng)從而帶動(dòng)滑塊的運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂的水平面上的平移定位。
3.如權(quán)利要求1所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)機(jī)械臂中，滑塊通過(guò)伸縮 桿、轉(zhuǎn)動(dòng)副與旋轉(zhuǎn)頭聯(lián)接，通過(guò)電機(jī)四、電機(jī)三驅(qū)動(dòng)伸縮桿的伸縮運(yùn)動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)副的轉(zhuǎn)動(dòng)，從 而實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)頭的進(jìn)給平移及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
4.如權(quán)利要求1所述的手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，其特征在于，操作手通過(guò)內(nèi)置于旋轉(zhuǎn)頭的兩 個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)自身的伸長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)及繞自身軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
一種手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)，涉及微創(chuàng)手術(shù)、臨床外科手術(shù)等領(lǐng)域，特別涉及需要高精度要求的微創(chuàng)手術(shù)。本發(fā)明由三個(gè)相同的機(jī)械臂組成；三個(gè)機(jī)械臂對(duì)稱放置在固定平臺(tái)上，每個(gè)機(jī)械臂有六個(gè)自由度；通過(guò)六自由關(guān)節(jié)的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)手術(shù)夾持器具的特定位姿；從而達(dá)到手術(shù)過(guò)程中所需要的定位運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明的六自由度機(jī)械手實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)解耦，便于手術(shù)夾持器具的姿態(tài)控制，且對(duì)控制系統(tǒng)的硬件要求不高即能達(dá)到高精度運(yùn)動(dòng)控制；整個(gè)手術(shù)機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于操作、易于維護(hù)，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度要求的微創(chuàng)手術(shù)。
文檔編號(hào)A61B17/00GK101822558SQ201010156169
公開(kāi)日2010年9月8日 申請(qǐng)日期2010年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月27日
發(fā)明者崔洋, 李彬, 潘春旺, 趙新華 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)