可更換電刀的腹腔內(nèi)磁錨定電刀機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】可更換電刀的腹腔內(nèi)磁錨定電刀機(jī)器人，它涉及一種用于腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)中的器械，以解決現(xiàn)有腹腔內(nèi)微創(chuàng)手術(shù)中醫(yī)務(wù)人員操作手術(shù)器械，靈活性差，勞動(dòng)強(qiáng)度大，容易產(chǎn)生疲勞，影響手術(shù)質(zhì)量的問題，它包括機(jī)械結(jié)構(gòu)單元和電控單元；機(jī)械結(jié)構(gòu)單元包括殼體、第一蝸桿、第二蝸桿、蝸輪、齒條、永磁鐵和懸掛基座；電控單元包括第一電機(jī)、第二電機(jī)、控制電路模塊和無線收發(fā)模塊；殼體的內(nèi)側(cè)壁上鑲嵌有控制電路模塊和無線收發(fā)模塊，殼體內(nèi)布置有第一蝸桿、第二蝸桿、蝸輪、齒條、第一電機(jī)和第二電機(jī)；齒條滑動(dòng)安裝在殼體內(nèi)，第一蝸桿與齒條嚙合，第二蝸桿與蝸輪嚙合。本發(fā)明用于腹腔微創(chuàng)手術(shù)。
【專利說明】可更換電刀的腹腔內(nèi)磁錨定電刀機(jī)器人

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)中的器械，具體涉及一種進(jìn)行腹腔鏡微創(chuàng)手術(shù)過程中的智能手術(shù)器械。

【背景技術(shù)】
[0002]和傳統(tǒng)的外科手術(shù)相比，微創(chuàng)手術(shù)具有創(chuàng)傷小、疼痛輕、術(shù)后恢復(fù)周期短和術(shù)后并發(fā)癥率低等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)日漸在外科手術(shù)中得到廣泛的應(yīng)用，尤其是在腹腔和胸腔手術(shù)的操作上。目前，國(guó)內(nèi)所進(jìn)行的腹腔內(nèi)微創(chuàng)手術(shù)，一般都是醫(yī)生手持手術(shù)器械，同時(shí)將內(nèi)窺鏡插入患者體內(nèi)觀察患者體內(nèi)環(huán)境進(jìn)行手術(shù)，手術(shù)中醫(yī)生需要不停的操作手術(shù)器械，勞動(dòng)強(qiáng)度較大，易產(chǎn)生疲勞，且手術(shù)器械的優(yōu)良直接影響手術(shù)的質(zhì)量。
[0003]隨著機(jī)器人技術(shù)的日益發(fā)展和成熟，越來越多的學(xué)者和專家開始研宄微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人，國(guó)外已經(jīng)出現(xiàn)了一些成功的例子，如美國(guó)Intuitive Surgical公司的Da Vinci系統(tǒng)以及Computer Mot1n公司的Zeus系統(tǒng)等，尤其是Da Vinci系統(tǒng)已經(jīng)商品化，成功應(yīng)用到很多醫(yī)院里輔助醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)。但是目前的這些醫(yī)療機(jī)器人系統(tǒng)都比較昂貴，一臺(tái)需要300萬美元左右，一般的醫(yī)院承擔(dān)不起，同時(shí)機(jī)器人比較笨重，移動(dòng)的靈活性和自由性較差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明是為解決現(xiàn)有腹腔內(nèi)微創(chuàng)手術(shù)中醫(yī)務(wù)人員操作手術(shù)器械，靈活性差，勞動(dòng)強(qiáng)度大，容易產(chǎn)生疲勞，影響手術(shù)質(zhì)量的問題，進(jìn)而提供一種可更換電刀的腹腔內(nèi)磁錨定電刀機(jī)器人。
[0005]本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是:本發(fā)明的可更換電刀的腹腔內(nèi)磁錨定電刀機(jī)器人包括機(jī)械結(jié)構(gòu)單元和電控單元；
[0006]機(jī)械結(jié)構(gòu)單元包括殼體、第一蝸桿、第二蝸桿、蝸輪、齒條、永磁鐵和懸掛基座；
[0007]電控單元包括第一電機(jī)、第二電機(jī)、控制電路模塊和無線收發(fā)模塊；
[0008]殼體為封閉的空腔體，殼體的內(nèi)側(cè)壁上鑲嵌有控制電路模塊和無線收發(fā)模塊，殼體內(nèi)布置有第一蝸桿、第二蝸桿、蝸輪、齒條、第一電機(jī)和第二電機(jī)；
[0009]控制電路模塊通過數(shù)據(jù)線與無線收發(fā)模塊連接，控制電路模塊用于控制第一電機(jī)和第二電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)速；
[0010]齒條滑動(dòng)安裝在殼體內(nèi)，第一電機(jī)的輸出端安裝有第一蝸桿，第一蝸桿與齒條嗤合，齒條上安裝有用于連接電刀的電刀插座，電刀的長(zhǎng)度方向和齒條的長(zhǎng)度方向平行，殼體的與蝸輪鄰近的端部開有定位凹槽，蝸輪安裝在蝸輪軸上，蝸輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在殼體上，第二電機(jī)的輸出端安裝有第二蝸桿，第二蝸桿與蝸輪嚙合；懸掛基座的一端布置在定位凹槽內(nèi)并安裝在蝸輪軸上，懸掛基座的另一端安裝有永磁鐵。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:一、本發(fā)明是改善目前手術(shù)機(jī)器人的這種現(xiàn)狀而設(shè)計(jì)的一款用于腹腔內(nèi)進(jìn)行微創(chuàng)手術(shù)的智能機(jī)器人，機(jī)器人上裝有電刀，機(jī)器人完全進(jìn)入腹腔內(nèi)充當(dāng)傳統(tǒng)手術(shù)器械的角色，但無需醫(yī)生操作，而是通過磁鐵錨定在腹腔內(nèi)壁上，醫(yī)生操作手柄，通過無線通訊的方式控制智能機(jī)器人進(jìn)行手術(shù)，替代傳統(tǒng)手術(shù)刀的功能，醫(yī)生通過手柄進(jìn)行無線控制。本發(fā)明將機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，提高了手術(shù)器械的智能化程度，減輕了醫(yī)生手術(shù)過程中的勞動(dòng)強(qiáng)度，有助于提高手術(shù)的質(zhì)量。
[0012]二、本發(fā)明的腕關(guān)節(jié)采用蝸桿齒條機(jī)構(gòu)，齒條直接沿殼體導(dǎo)槽運(yùn)動(dòng)，明顯的減小了整個(gè)機(jī)器人的尺寸，整個(gè)機(jī)器人具有兩個(gè)自由度，肩關(guān)節(jié)由蝸桿蝸輪運(yùn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)，腕關(guān)節(jié)由蝸桿齒條運(yùn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)，肩關(guān)節(jié)采用蝸輪蝸桿傳動(dòng)使得真?zhèn)€機(jī)器人的傳動(dòng)更加緊湊，同時(shí)殼體上加工有定位凹槽，蝸輪蝸桿具有自鎖功能，增加了機(jī)器人定位的穩(wěn)定性。
[0013]三、齒條為自己設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)齒條，內(nèi)部開設(shè)有導(dǎo)線槽，便于電刀電源線的布線，同時(shí)齒條內(nèi)部裝有柔性電刀插座，可以更換系列化的醫(yī)用電刀，增加了手術(shù)的的應(yīng)用范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明的立體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是圖1的A向結(jié)構(gòu)示意圖，圖3是圖1的俯視結(jié)構(gòu)示意圖，圖4是圖3的B-B向視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015]【具體實(shí)施方式】一:結(jié)合圖1-圖4說明，本實(shí)施方式的可更換電刀的腹腔內(nèi)磁錨定電刀機(jī)器人包括機(jī)械結(jié)構(gòu)單元和電控單元；
[0016]機(jī)械結(jié)構(gòu)單元包括殼體1、第一蝸桿2、第二蝸桿3、蝸輪4、齒條5、永磁鐵6和懸掛基座7 ;
[0017]電控單元包括第一電機(jī)8、第二電機(jī)9、控制電路模塊10和無線收發(fā)模塊11 ；
[0018]殼體I為封閉的空腔體，殼體I的內(nèi)側(cè)壁上鑲嵌有控制電路模塊10和無線收發(fā)模塊11，殼體I內(nèi)布置有第一蝸桿2、第二蝸桿3、蝸輪4、齒條5、第一電機(jī)8和第二電機(jī)9 ；
[0019]控制電路模塊10通過數(shù)據(jù)線與無線收發(fā)模塊11連接，控制電路模塊用于控制第一電機(jī)和第二電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)速；
[0020]齒條5滑動(dòng)安裝在殼體I內(nèi)，第一電機(jī)8的輸出端安裝有第一蝸桿2，第一蝸桿2與齒條5嚙合，齒條5上安裝有用于連接電刀12的電刀插座13，電刀12的長(zhǎng)度方向和齒條5的長(zhǎng)度方向平行，殼體I的與蝸輪4鄰近的端部開有定位凹槽1-1，蝸輪4安裝在蝸輪軸4-1上，蝸輪軸4-1轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在殼體I上，第二電機(jī)9的輸出端安裝有第二蝸桿3，第二蝸桿3與蝸輪4嚙合；懸掛基座7的一端布置在定位凹槽1-1內(nèi)并安裝在蝸輪軸4-1上，懸掛基座7的另一端安裝有永磁鐵6。
[0021]本實(shí)施方式的機(jī)器人內(nèi)集成基于PIC的控制電路模塊和基于nRF24L01的無線收發(fā)模塊；本實(shí)施方式的基于PIC的控制電路模塊與無線收發(fā)電路模塊連接。無線收發(fā)模塊用于接收上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)并傳遞給控制電路模塊?？刂齐娐纺K可采用已有技術(shù)的通用控制模塊實(shí)現(xiàn)兩個(gè)電機(jī)的基本控制。其中基座部分開設(shè)有一個(gè)小U型槽，關(guān)于對(duì)稱線對(duì)稱，在腹腔內(nèi)壁移動(dòng)過程中，小U型槽可以使機(jī)器人與機(jī)器人主體部分相對(duì)固定。
[0022]機(jī)器人殼體的設(shè)計(jì)考慮控制電路模塊和無線收發(fā)模塊板的放置和布線，因此，殼體內(nèi)部設(shè)計(jì)有安轉(zhuǎn)兩個(gè)模塊的支架，殼體上開有布線槽；為了保證蝸桿蝸輪之間的緊密嚙合，殼體上安裝軸的孔和安裝電機(jī)的孔要求嚴(yán)格定位，同時(shí)殼體上開有緊定電機(jī)的螺紋孔。
[0023]緊定螺釘14采用沒有冒的自攻絲螺釘，該設(shè)計(jì)中采用“一”字螺釘；第一電機(jī)8和第二電機(jī)9通過緊定螺釘14安裝在殼體I內(nèi)。
[0024]【具體實(shí)施方式】二:結(jié)合圖2-圖4說明，本實(shí)施方式的齒條5為鈦合金齒條。如此設(shè)置，減輕了齒條的重量，同時(shí)增加齒條的強(qiáng)度。其它與【具體實(shí)施方式】一相同。
[0025]【具體實(shí)施方式】三:結(jié)合圖2-圖4說明，本實(shí)施方式的齒條5的模數(shù)為0.5。如此設(shè)置，方便使用，使用可靠。其它與【具體實(shí)施方式】一或二相同。
[0026]【具體實(shí)施方式】四:結(jié)合圖4說明，本實(shí)施方式的第二電機(jī)9為減速電機(jī)。如此設(shè)置，一體化集成，可傳遞很大的扭矩，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，使用方便。其它與【具體實(shí)施方式】三相同。
[0027]【具體實(shí)施方式】五:結(jié)合圖3和圖4說明，本實(shí)施方式所述懸掛基座7主要由制成一體的懸掛桿7-1和基盤7-2組成；懸掛桿7-1的一端與蝸輪軸4-1連接，懸掛桿7-1的另一端連接基盤7-2，基盤7-2的外端面上安裝有永磁鐵6。如此設(shè)置，使用方便。其它與【具體實(shí)施方式】一、二或四相同。
[0028]【具體實(shí)施方式】六:結(jié)合圖1-圖4說明，本實(shí)施方式所述殼體I為二階梯式殼體，第一電機(jī)8布置在殼體I的第一臺(tái)階體內(nèi)，第二電機(jī)9布置在殼體I的第二臺(tái)階體內(nèi)。如此設(shè)置，殼體設(shè)計(jì)成階梯狀，裝有電刀部分的殼體截面積小，靠近懸掛基座部分的殼體截面積大，不會(huì)影響到手術(shù)過程中視野的范圍，殼體內(nèi)部有加強(qiáng)筋增加了整個(gè)殼體的強(qiáng)度。其它與【具體實(shí)施方式】五相同。
[0029]工作過程
[0030]裝有電刀的殼體截面為21mmX 18.5mm，殼體長(zhǎng)90mm，是目前國(guó)內(nèi)磁銷定腹腔內(nèi)手術(shù)機(jī)器人整體尺寸最小的機(jī)器人。機(jī)器人內(nèi)集成基于PIC的控制電路模塊10和基于nRF24L01的無線收發(fā)模塊11，整個(gè)機(jī)器人具有兩個(gè)自由度，肩關(guān)節(jié)由蝸桿蝸輪運(yùn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)，腕關(guān)節(jié)由蝸桿齒條運(yùn)動(dòng)副驅(qū)動(dòng)。
[0031]首先機(jī)器人通過微小的創(chuàng)口進(jìn)入腹腔內(nèi)，通過體外的永磁鐵和殼體I上的永磁鐵6錨定在腹腔內(nèi)壁上，通過移動(dòng)體外的永磁鐵可以移動(dòng)整個(gè)機(jī)器人在腹腔內(nèi)壁上運(yùn)動(dòng)到目標(biāo)位置，體外的永磁鐵可繞殼體上的圓柱形永磁鐵6軸線方向360度旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)機(jī)器人360度轉(zhuǎn)動(dòng)。錨定用的懸掛基座7與肩關(guān)節(jié)的蝸輪軸4-1相對(duì)固定連接，同時(shí)蝸輪軸4-1上固定有蝸輪，第二蝸桿安裝在第二電機(jī)9上，通過外部手柄控制第二電機(jī)9帶動(dòng)機(jī)器人在定位凹槽1-1內(nèi)實(shí)現(xiàn)180度的轉(zhuǎn)動(dòng)。腕關(guān)節(jié)有蝸桿齒條副組成，外部發(fā)來信號(hào)控制齒條5往復(fù)伸縮40mm，齒條5內(nèi)部裝有電刀插座13，可以安裝系列化的醫(yī)用電刀12。肩關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)的配合使用極大的增加了機(jī)器人的工作范圍。整個(gè)機(jī)器人與外界的通訊采用無線通訊的方式，機(jī)器人的電源置于患者體外。
【權(quán)利要求】
1.可更換電刀的腹腔內(nèi)磁錨定電刀機(jī)器人，其特征在于:它包括機(jī)械結(jié)構(gòu)單元和電控單元; 機(jī)械結(jié)構(gòu)單元包括殼體(I)、第一蝸桿(2)、第二蝸桿(3)、蝸輪(4)、齒條(5)、永磁鐵(6)和懸掛基座(7)； 電控單元包括第一電機(jī)(8)、第二電機(jī)(9)、控制電路模塊(10)和無線收發(fā)模塊(11)； 殼體⑴為封閉的空腔體，殼體⑴的內(nèi)側(cè)壁上鑲嵌有控制電路模塊(10)和無線收發(fā)模塊(11)，殼體(I)內(nèi)布置有第一蝸桿(2)、第二蝸桿(3)、蝸輪(4)、齒條(5)、第一電機(jī)(8)和第二電機(jī)(9)； 控制電路模塊(10)通過數(shù)據(jù)線與無線收發(fā)模塊(11)連接，控制電路模塊(10)用于控制第一電機(jī)⑶和第二電機(jī)(9)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向和轉(zhuǎn)速； 齒條(5)滑動(dòng)安裝在殼體(I)內(nèi)，第一電機(jī)(8)的輸出端安裝有第一蝸桿(2)，第一蝸桿⑵與齒條(5)嚙合，齒條(5)上安裝有用于連接電刀(12)的電刀插座(13)，電刀(12)的長(zhǎng)度方向和齒條(5)的長(zhǎng)度方向平行，殼體⑴的與蝸輪⑷鄰近的端部開有定位凹槽(1-1)，蝸輪⑷安裝在蝸輪軸(4-1)上，蝸輪軸(4-1)轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在殼體⑴上，第二電機(jī)(9)的輸出端安裝有第二蝸桿(3)，第二蝸桿(3)與蝸輪⑷嚙合；懸掛基座(7)的一端布置在定位凹槽(1-1)內(nèi)并安裝在蝸輪軸(4-1)上，懸掛基座(7)的另一端安裝有永磁鐵(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可更換電刀的腹腔內(nèi)磁錨定電刀機(jī)器人，其特征在于:齒條(5)為鈦合金齒條。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可更換電刀的腹腔內(nèi)磁錨定電刀機(jī)器人，其特征在于:齒條(5)的模數(shù)為0.5。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的可更換電刀的腹腔內(nèi)磁錨定電刀機(jī)器人，其特征在于:第二電機(jī)(9)為減速電機(jī)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1、2或4所述的可更換電刀的腹腔內(nèi)磁錨定電刀機(jī)器人，其特征在于:所述懸掛基座(7)主要由制成一體的懸掛桿(7-1)和基盤(7-2)組成；懸掛桿(7-1)的一端與蝸輪軸(4-1)連接，懸掛桿(7-1)的另一端連接基盤(7-2)，基盤(7-2)的外端面上安裝有永磁鐵(6)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的可更換電刀的腹腔內(nèi)磁錨定電刀機(jī)器人，其特征在于:所述殼體(I)為二階梯式殼體，第一電機(jī)(8)布置在殼體(I)的第一臺(tái)階體內(nèi)，第二電機(jī)(9)布置在殼體(I)的第二臺(tái)階體內(nèi)。
【文檔編號(hào)】A61B18/12GK104510531SQ201510036358
【公開日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2015年1月23日 優(yōu)先權(quán)日:2015年1月23日
【發(fā)明者】封海波, 付宜利, 馬騰飛, 潘博, 劉星洋 申請(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)