一種輔助微創(chuàng)手術(shù)中夾持內(nèi)窺鏡的末端執(zhí)行器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微創(chuàng)外科手術(shù)醫(yī)療設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種輔助微創(chuàng)手術(shù)中夾持內(nèi)窺鏡的末端執(zhí)行器。
【背景技術(shù)】
[0002]在傳統(tǒng)微創(chuàng)手術(shù)中需要助手把持內(nèi)窺鏡為主治醫(yī)生提供視覺引導(dǎo)，這種手術(shù)實(shí)施方式造成醫(yī)生手-眼協(xié)調(diào)性差、且助手長(zhǎng)時(shí)間的把持內(nèi)窺鏡容易疲勞而引起的手術(shù)圖像的不穩(wěn)定。為解決這個(gè)問題，近些年來，機(jī)器人技術(shù)廣泛應(yīng)用到微創(chuàng)手術(shù)中，由此發(fā)展起來的機(jī)器人輔助微創(chuàng)手術(shù)通過手術(shù)機(jī)器人的末端執(zhí)行器來替代醫(yī)生把持手術(shù)器械、替代助手把持內(nèi)窺鏡，醫(yī)生可控制末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)來完成手術(shù)圖像視野的變換，這種手術(shù)模式提高了手術(shù)操作精度和靈活度，擴(kuò)展了術(shù)式類別。為保證手術(shù)安全，所研究的末端執(zhí)行器需設(shè)計(jì)為遠(yuǎn)心機(jī)構(gòu)形式，以實(shí)現(xiàn)內(nèi)窺鏡繞切口做探入運(yùn)動(dòng)和切口切線方向兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的“定點(diǎn)”運(yùn)動(dòng)。
[0003]專利申請(qǐng)?zhí)枮?00510013171.9、公開號(hào)為CN1654174A、公開日為2005年8月17日的發(fā)明專利公開了一種《外科手術(shù)機(jī)器人從操作手》，該專利中所述的末端執(zhí)行器是通過驅(qū)動(dòng)主要由齒扇、齒輪、弧形導(dǎo)軌組成的圓弧運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)和弧形導(dǎo)軌旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)，使固定在前端的手術(shù)工具包括內(nèi)窺鏡實(shí)現(xiàn)繞切口的運(yùn)動(dòng)。該末端執(zhí)行器存在末端質(zhì)量大、運(yùn)動(dòng)角度小的問題。專利申請(qǐng)?zhí)枮镻CT/IT2005/000486、公開號(hào)為W02006016390A1、公開日為2006年2月16日的專利公開了一種《用于控制內(nèi)窺鏡精確操作的機(jī)器人系統(tǒng)》，該專利中所述的夾持內(nèi)窺鏡的末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)是通過主動(dòng)模式控制保持機(jī)器人實(shí)際位置的三至五個(gè)自平衡機(jī)械臂(也可用于被動(dòng)控制)組成。至少兩個(gè)機(jī)械臂支撐微創(chuàng)手術(shù)內(nèi)窺鏡的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，其中每個(gè)機(jī)械臂都能驅(qū)動(dòng)內(nèi)窺鏡繞兩個(gè)相互垂直的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，并能獨(dú)立夾持內(nèi)窺鏡沿切口插入病人的體內(nèi)，然而其不足之處在于:結(jié)構(gòu)復(fù)雜，控制難度較大，生產(chǎn)成本較高。專利申請(qǐng)?zhí)枮?00710072692.0、公開號(hào)為CN101112329A、公開日為2008年1月30日的發(fā)明專利公開了一種《主被動(dòng)式內(nèi)窺鏡操作手術(shù)機(jī)器人》，該專利中所述夾持內(nèi)窺鏡的末端執(zhí)行器是在內(nèi)窺鏡的連接處采用了球鉸鏈裝置，機(jī)器人機(jī)械臂帶動(dòng)內(nèi)窺鏡運(yùn)動(dòng)，并在患者切口的約束下，由球關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)繞切口的運(yùn)動(dòng)。該末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作成本相對(duì)不高，然而它存在對(duì)患者切口一定的作用力。專利申請(qǐng)?zhí)枮?00810152765.1、公開號(hào)CN101396298A、公開日為2009年4月1日的發(fā)明專利公開了《一種用于輔助微創(chuàng)外科手術(shù)的持鏡機(jī)器人系統(tǒng)》，該專利中所述夾持內(nèi)窺鏡的末端執(zhí)行器采用平行四邊形結(jié)構(gòu)，通過驅(qū)動(dòng)其相鄰兩桿，為機(jī)構(gòu)提供了兩個(gè)自由度，結(jié)構(gòu)體積小，但其遠(yuǎn)心運(yùn)動(dòng)是通過在內(nèi)窺鏡連接處添加了兩個(gè)被動(dòng)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，依靠切口的約束來滿足手術(shù)自由度要求，其約束作用同樣對(duì)患者切口本身產(chǎn)生一定的影響。專利申請(qǐng)?zhí)枮?00710043740.3、公開號(hào)為CN100486533C，公開日為2009年5月13日的發(fā)明專利公開了一種《鼻腔手術(shù)內(nèi)窺鏡輔助機(jī)械手》，該專利所述的夾持內(nèi)窺鏡的末端執(zhí)行器由旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、俯仰機(jī)構(gòu)組成。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要通過其行星齒輪和中心齒輪嚙合實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，俯仰機(jī)構(gòu)主要是通過其小齒輪與齒條板的內(nèi)齒圈嚙合運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)俯仰運(yùn)動(dòng)；旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和俯仰機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副軸線匯交于一點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)心運(yùn)動(dòng)。該專利所述的末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，質(zhì)量偏大，其齒輪、齒條的安裝及嚙合對(duì)遠(yuǎn)心運(yùn)動(dòng)影響較大。專利申請(qǐng)?zhí)枮?00910073024.9、公開號(hào)為CN101690674A、公開日為2010年4月7日的發(fā)明專利公開了一種《腹腔微創(chuàng)外科手術(shù)用器械夾持機(jī)械手》，該專利所述的手術(shù)工具(包括內(nèi)窺鏡)夾持機(jī)械手是利用軸驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)和由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、平臺(tái)機(jī)構(gòu)組成的單平行四桿關(guān)節(jié)，實(shí)現(xiàn)手術(shù)器械(包括內(nèi)窺鏡)在手術(shù)過程中繞定位板上的定位孔做定點(diǎn)運(yùn)動(dòng)。該夾持執(zhí)行器提高了手術(shù)的可靠性和安全性，然而它存在擺動(dòng)過程中容易產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉、夾持機(jī)械手末端質(zhì)量大等不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為解決現(xiàn)有外科手術(shù)中夾持內(nèi)窺鏡的裝置重量大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、擺動(dòng)過程中容易產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉，對(duì)患者的手術(shù)切口存在作用力等問題，進(jìn)而提出一種輔助微創(chuàng)手術(shù)中夾持內(nèi)窺鏡的末端執(zhí)行器。
[0005]本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是:一種輔助微創(chuàng)手術(shù)中夾持內(nèi)窺鏡的末端執(zhí)行器包括基座、對(duì)稱本體、末端伸縮體、第一減速器、第二減速器和第三減速器，所述基座包括機(jī)架、立柱、第一直線導(dǎo)軌、第一滑塊、第二滑塊和第三滑塊，機(jī)架為L(zhǎng)形并水平放置，立柱垂直安裝在機(jī)架長(zhǎng)邊的端面上，立柱上沿其長(zhǎng)度方向的端面設(shè)置有第一直線導(dǎo)軌，第一滑塊、第二滑塊和第三滑塊由上至下依次設(shè)置在第一直線導(dǎo)軌內(nèi)，機(jī)架的短邊的外端面與第一減速器的輸出軸連接，第一減速器的輸出軸的中心軸線與短邊的長(zhǎng)度方向的中心線垂直設(shè)置，所述第一減速器安裝在末端執(zhí)行器前端的機(jī)械臂上，
[0006]對(duì)稱本體包括第一連桿、第二連桿、第三連桿、第四連桿、第五連桿、第六連桿和第七連桿，第一連桿的一端安裝在機(jī)架的長(zhǎng)邊上，并與第二減速器的輸出軸相連接，第二減速器的輸出軸的中心軸線與長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度方向的中心線垂直設(shè)置，第一連桿的另一端與第二連桿和第三連桿的一端鉸接，第二連桿的另一端與第四連桿的一端鉸接后固定在第一滑塊上，第三連桿的另一端與第五連桿的一端鉸接后固定在第二滑塊上，第四連桿的另一端與第五連桿的另一端鉸接后與末端伸縮體連接，第二連桿、第三連桿、第四連桿和第五連桿的長(zhǎng)度相等，它們連接后形成菱形，所述菱形以第一直線導(dǎo)軌長(zhǎng)度方向的中心線對(duì)稱設(shè)置，第六連桿的一端鉸接在第一連桿的中部，第六連桿的另一端與第七連桿的一端鉸接后固定在第三滑塊上，第七連桿的另一端鉸接設(shè)置在末端伸縮體上，第六連桿和第七連桿的長(zhǎng)度相等，且以第一直線導(dǎo)軌長(zhǎng)度方向的中心線對(duì)稱設(shè)置，
[0007]末端伸縮體包括伸縮本體、第二直線導(dǎo)軌、滾珠花鍵運(yùn)動(dòng)副、內(nèi)窺鏡工具座、導(dǎo)輪組和鋼絲，伸縮本體上沿其長(zhǎng)度方向的端面A上設(shè)置有第二直線導(dǎo)軌，內(nèi)窺鏡工具座可滑動(dòng)裝配在第二直線導(dǎo)軌上，內(nèi)窺鏡安裝在內(nèi)窺鏡工具座上，內(nèi)窺鏡的長(zhǎng)度方向與第二直線導(dǎo)軌的長(zhǎng)度方向一致設(shè)置，滾珠花鍵副設(shè)置在伸縮本體的一端端部，第三減速器通過聯(lián)軸器與滾珠花鍵運(yùn)動(dòng)副連接，導(dǎo)輪組包括第一導(dǎo)輪、第二導(dǎo)輪、第三導(dǎo)輪和第四導(dǎo)輪，第一導(dǎo)輪、第二導(dǎo)輪、第三導(dǎo)輪和第四導(dǎo)輪均固定在伸縮本體的端面A上，第四導(dǎo)輪與第一導(dǎo)輪、第二導(dǎo)輪和第三導(dǎo)輪之間由第二直線導(dǎo)軌隔開，鋼絲纏繞在滾珠花鍵運(yùn)動(dòng)副上，鋼絲的一端a通過第一導(dǎo)輪導(dǎo)向后打結(jié)固定在內(nèi)窺鏡工具座內(nèi)，鋼絲的另一端b依次通過第二導(dǎo)輪和第三導(dǎo)輪導(dǎo)向后并由第四導(dǎo)輪張緊后固定在內(nèi)窺鏡工具座內(nèi)，伸縮本體上與端面A相對(duì)的端面B的下部由上至下依次設(shè)置有第一銷軸和第二銷軸，第四連桿的另一端和第五連桿的另一端與第一銷軸鉸接，第七連桿的另一端與第二銷軸鉸接，
[0008]第一減速器的輸出軸的中心軸線與內(nèi)窺鏡長(zhǎng)度方向的中心線相交于點(diǎn)C，點(diǎn)C為手術(shù)中的切口位置。
[0009]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明裝置可以?shī)A持內(nèi)窺鏡輔助微創(chuàng)手術(shù)操作，可以將持鏡助手從單調(diào)、疲勞的持鏡工作中解放出來，具有非常重要的實(shí)際意義。本發(fā)明與現(xiàn)有的內(nèi)窺鏡夾持裝置相比，具有以下有益效果:
[0010]一、本發(fā)明中，第一減速器的輸出軸的中心軸線與內(nèi)窺鏡長(zhǎng)度方向的中心線相交于點(diǎn)C，點(diǎn)C為固定點(diǎn)，采用第二連桿、第三連桿、第四連桿和第五連桿組成新型的對(duì)稱菱形結(jié)構(gòu)，菱形結(jié)構(gòu)以第一直線導(dǎo)軌的中心線對(duì)稱設(shè)置，菱形結(jié)構(gòu)的一個(gè)連接點(diǎn)與第一連桿鉸接設(shè)置，菱形結(jié)構(gòu)的另一個(gè)連接點(diǎn)與末端伸縮體鉸接，菱形結(jié)構(gòu)的兩個(gè)中間連接點(diǎn)分別固定在設(shè)置在第一直線導(dǎo)軌上的第一滑塊和第二滑塊上，第一連桿與第二減速器的輸出軸連接，第六連桿的一端與第一連桿中部鉸接，第六連桿的另一端與第七連桿的一端鉸接后固定在第三滑塊上，第七連桿的另一端與末端伸縮體鉸接設(shè)置，第六連桿與第七連桿以第一直線導(dǎo)軌長(zhǎng)度方向的中心線對(duì)稱設(shè)置，在第二減速器的帶動(dòng)下，第一連桿做順時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于第一連桿與末端伸縮體運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性，使得末端伸縮體以c點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)繞y軸做逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)；第一連桿做逆時(shí)針方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于第一連桿與末端伸縮體運(yùn)動(dòng)的對(duì)稱性，使得末端伸縮體以c點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)繞y軸做順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)。