一种超声可视化达芬奇手术机器人手臂

摘要

本发明公开了一种超声可视化达芬奇手术机器人手臂，包括行走车，操控机构，第一机械臂和第二机械臂；行走车顶端开设有第一容纳腔和第二容纳腔，第一容纳腔内滑接有第一托板，第二容纳腔内滑接有第二托板；第一机械臂固定安装在第一托板顶面，第一机械臂末端固接有器械夹具；第一机械臂和器械夹具与中控模块电性连接；第二机械臂固定安装在第一托板顶面，第二机械臂的末端固接有扫描设备；第二机械臂和扫描设备与中控模块电性连接。本发明结构紧凑，占地面积小，能高效精准的定位手术位置，根据患者身体情况规划手术路线，减少了对患者正常身体组织的损伤，减少了手术失误，提高了手术的成功率和术后的恢复速度，降低了医护人员的劳动量。

说明书

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种超声可视化达芬 奇手术机器人手臂。

背景技术

达芬奇外科手术系统是一种高级机器人平台，其设计的理念是通 过使用微创的方法，能覆盖神经外科、脊柱、骨科和耳鼻喉科等科室， 实施复杂的外科手术，实现从CT建模与软件注册数据调用与人体数 据实现实时定位对接，首次现实超声能和动能融合，保证术中对骨质 等相关硬质物体精准快速安全切割，同时融合了术中电生理等其它监 测手段，保证术中不损伤神经，达到提高手术陈功率，降低医护人员 工作量的目的。

但是现有的超声可视化达芬奇手术机器人手臂的活动自由度较 低，灵活性较差的，占用空间大等缺点在手术中的应用存在风险；因 此设计一种灵活度高，占地空间小的多自由度超声可视化达芬奇手术 机器人手臂在复杂的手术中具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种超声可视化达芬奇手术机器人手臂，以 解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种超声 可视化达芬奇手术机器人手臂，包括

行走车，所述行走车顶端开设有第一容纳腔和第二容纳腔，所述 第一容纳腔内纵向滑接有第一托板，所述第二容纳腔内纵向滑接有第 二托板，所述行走车的顶端可拆卸连接有车盖；

操控机构，所述操控机构包括电性连接的中控模块和外接模块， 所述外接模块固定在所述第二托板顶端，所述中控模块固定安装在所 述第二容纳腔底端；

第一机械臂，所述第一机械臂固定安装在所述第一托板顶面，所 述第一机械臂末端固接有器械夹具；所述第一机械臂和所述器械夹具 与所述中控模块电性连接；

第二机械臂，所述第二机械臂固定安装在所述第一托板顶面，所 述第二机械臂的末端固接有扫描设备；所述第二机械臂和所述扫描设 备与所述中控模块电性连接。

优选的，所述第一机械臂包括与所述第一托板固接的底盘，所述 底盘的顶端转动连接有底座，所述底座传动连接有第一臂节，所述第 一臂节依次传动连接有若干第二臂节，末端的所述臂节传动连接有第 三臂节，所述第三臂节的末端与所述器械夹具转动连接；所述第二机 械臂的结构与所述第一机械臂相同。

优选的，所述底盘开设有连接孔，所述连接孔内平行设置有两个 环形振子，所述第一臂节的端部铰接在两所述环形振子之间；所述的 环形振子的上下端面分别固接有压电陶瓷环；同一所述环形振子上的 两所述压电陶瓷环对应设置。

优选的，所述第一臂节包括铰接在两个所述环形阵子之间的球 头，所述球头的一端伸出所述连接孔并固接有基体的一端，所述基体 的另一端开设有连接槽，所述第二臂节与所述连接槽滑动接触；所述 基体的两相对端面分别固接有压电陶瓷片，所述基体的另两个相对端 面之间贯穿开设有长条形的通孔，所述通孔通过连接装置与所述第二 臂节传动连接。

优选的，所述第二臂节包括与所述连接槽滑动接触的圆柱轴，所 述圆柱轴的另一端固接有另外的所述基体的一端，所述基体的另一端 开设有另外的所述连接槽；所述圆柱轴的端面贯穿开设有连接孔，所 述连接装置与所述连接孔转动连接。

优选的，所述连接装置包括平行设置在所述通孔两端的夹板，两 所述夹板的两端之间分别固接有转轴和柱销，所述转轴与所述通孔滑 动连接，所述柱销与所述连接孔转动连接。

优选的，所述器械夹具包括与所述第三臂节末端转动连接的连接 轴，所述连接轴远离所述第三臂节的一端固接有底梁，所述底梁的两 端分别铰接有夹齿，两所述夹齿对称设置；两所述夹齿的相对侧壁倾 斜设置；两所述夹齿的相对边分别开设有T型滑槽，两所述T型滑槽 之前滑动连接有执行杆，所述执行杆与所述底梁之间固接有动力杆。

优选的，所述T型滑槽与所在的所述夹齿的斜边平行设置。

优选的，所述第一容纳腔的底端固定安装有双头电机，所述双头 电机的输出轴分别通过联轴杆传动连接有动力锥齿轮，所述动力锥齿 轮啮合连接有从动锥齿轮，所述从动锥齿轮的顶端固接有升降螺杆， 两所述升降螺杆设置在所述第一容纳腔相对边的限位槽内，所述第一 托板的侧壁固接有与所述限位槽对应设置的滑块，所述升降螺杆纵向 贯穿所述滑块并与所述滑块螺纹连接。

优选的，所述底盘的顶端开设有转动槽，所述底座的底段端插入 所述转动槽内并与所述转动槽转动连接；所述转动槽的底端固接有 转动电机，所述转动电机的输出轴固接有动力齿轮，所述动力齿轮啮 合连接有齿圈，所述齿圈套设固接在所述底座的底端；所述底座与所 述转动槽之间设置有轴承。

本发明公开了以下技术效果：本发明公开了一种超声可视化达芬 奇手术机器人手臂，行走车能方便的将本装置移动到手术室的任何位 置，方便对不同手术位置的患者进行手术；第一机械手臂、第二机械 手臂、器械夹具和扫描设备能收到到第一容纳腔内，操控机构能收纳 进第二容纳腔内，使用完成后方便收回，占地空间小，还能防止对其 造成损伤，延长使用寿命；第一机械臂和第二机械臂均是由多节多自 由度的臂节构成，灵活性高，相应迅速，灵活性好，能适应各种过程 复杂的手术，精准度高，失误少，提高手术成功率，降低了主刀医护 人员的劳动量；操控机构能自动完成对机械臂的操控，扫描装置能对 患者的手术位置进行扫描建模，并在外接模块上实时显示，方便进行 操控，避免造成对患者的身体组织的误伤。本发明结构紧凑，占地面 积小，能高效精准的定位手术位置，根据患者身体情况规划手术路线， 减少了对患者正常身体组织的损伤，减少了手术失误，提高了手术的 成功率和术后的恢复速度，降低了医护人员的劳动量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面 将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描 述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来 讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的 附图。

图1为本发明超声可视化达芬奇手术机器人手结构示意图；

图2为图1中A的局部剖视图；

图3为本发明底座的结构示意图；

图4为本发明第一臂节结构示意图；

图5为本发明器械夹具结构示意图；

图6为本发明俯视图；

图7为本发明第一容纳腔结构示意图；

图8为本发明实施例二支撑组件解雇示意图；

图9为本发明本发明实施例三搭接机构结构示意图；

图10为本发明本发明实施例三弹开组件结构示意图；

其中，1、行走车；2、第一容纳腔；3、第二容纳腔；4、第一托 板；5、第二托板；6、车盖；7、第一机械臂；8、器械夹具；9、第 二机械臂；10、扫描设备；11、底盘；12、底座；13、第一臂节；14、 第二臂节；15、第三臂节；16、连接孔；17、环形振子；18、压电陶 瓷环；19、球头；20、基体；21、连接槽；22、压电陶瓷片；23、圆 柱轴；24、轴孔；25、连接装置；26、夹板；27、转轴；28、柱销； 29、连接轴；30、底梁；31、夹齿；32、T型滑槽；33、执行杆；34、 动力杆；35、双头电机；36、联轴杆；37、动力锥齿轮；38、从动锥 齿轮；39、升降螺杆；40、限位槽；41、滑块；42、转动槽；43、转 动电机；44、动力齿轮；45、齿圈；46、轴承；47、中控模块；48、 外接模块；49、支撑筒；50、活动筒；51、柔性垫；52、伸缩杆；53、 支撑弹簧；54、搭接板；55、让位槽；56、插接头；57、插孔；58、 电磁铁；59、插杆；60、磁片；61、定位环；62、展开弹簧。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方 案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部 分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普 通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结 合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

参照图1-7，本实施例提供一种超声可视化达芬奇手术机器人手 臂，包括

行走车1，行走车1顶端开设有第一容纳腔2和第二容纳腔3， 第一容纳腔2内纵向滑接有第一托板4，第二容纳腔3内纵向滑接有 第二托板5，行走车1的顶端可拆卸连接有车盖6；

操控机构，操控机构包括电性连接的中控模块47和外接模块48， 外接模块48固定在第二托板5顶端，中控模块47固定安装在第二容 纳腔3底端；

第一机械臂7，第一机械臂7固定安装在第一托板4顶面，第一 机械臂7末端固接有器械夹具8；第一机械臂7和器械夹具8与中控 模块47电性连接；

第二机械臂9，第二机械臂9固定安装在第一托板4顶面，第二 机械臂9的末端固接有扫描设备10；第二机械臂9和扫描设备10与 中控模块47电性连接。

本发实施例公开的超声可视化达芬奇手术机器人手臂，行走车1 能方便的将本装置移动到手术室的任何位置，方便对不同手术位置的 患者进行手术；第一机械臂7、第二机械臂9、器械夹具8和扫描设 备10能收到到第一容纳腔2内，操控机构能收纳进第二容纳腔3内， 使用完成后方便收回，占地空间小，还能防止对其造成损伤，延长使 用寿命；第一机械臂7和第二机械臂9均是由多节多自由度的臂节构 成，灵活性高，响应迅速，灵活性好，能适应各种过程复杂的手术， 精准度高，失误少，提高手术成功率，降低了主刀医护人员的劳动量； 操控机构能自动完成对机械臂的操控，扫描装置能对患者的手术位置 进行扫描建模，并在外接模块48上实时显示，方便进行操控，避免 造成对患者的身体组织的误伤。

进一步优化方案，第一机械臂7包括与第一托板4固接的底盘 11，底盘11的顶端转动连接有底座12，底座12传动连接有第一臂 节13，第一臂节13依次传动连接有若干第二臂节14，末端的臂节传 动连接有第三臂节15，第三臂节15的末端与器械夹具8转动连接； 第二机械臂9的结构与第一机械臂7相同。底座12在底盘11上转动 连接，能方便第一机械臂7朝向各个方向转动；第一机械臂7包括第 一臂节13、若干第二臂节14和第三臂节15，相邻的臂节之间具有不 同的自由度，使得整个第一机械臂7具有多方向、多角度的自由度。 第二机械臂9与第一机械臂7结构相同，一个用于安装手术器械，另 一个用于安装扫描设备10，二者可进行对换。

进一步优化方案，底盘11开设有连接孔16，连接孔16内平行 设置有两个环形振子17，第一臂节13的端部铰接在两环形振子17 之间；环形振子17的上下端面分别固接有压电陶瓷环18；同一环形 振子17上的两压电陶瓷环18对应设置。两个环形振子17将球头19 块卡住，当对压电陶瓷环18接通不同的电信号，两个环形振子17根 据不同的电信号产生不同的驻波振动，使与两个环形振子17接触的 球头19产生特定方向的转动，进而带动第一臂节13进行上下或左右 方向的运动。

进一步优化方案，第一臂节13包括铰接在两个环形阵子之间的 球头19，球头19的一端伸出连接孔16并固接有基体20的一端，基 体20的另一端开设有连接槽21，第二臂节14与连接槽21滑动接触； 基体20的两相对端面分别固接有压电陶瓷片22，基体20的另两个相对端面之间贯穿开设有长条形的通孔，通孔通过连接装置25与第 二臂节14传动连接；第二臂节14包括与连接槽21滑动接触的圆柱 轴23，圆柱轴23的另一端固接有另外的基体20的一端，基体20的 另一端开设有另外的连接槽21；圆柱轴23的端面贯穿开设有轴孔24， 连接装置25与轴孔24转动连接；连接装置25包括平行设置在通孔 两端的夹板26，两夹板26的两端之间分别固接有转轴27和柱销28， 转轴27与通孔滑动连接，柱销28与轴孔24转动连接；连接装置25 包括平行设置在通孔两端的夹板26，两夹板26的两端之间分别固接 有转轴27和柱销28，转轴27与通孔滑动连接，柱销28与轴孔24 转动连接。压电陶瓷片22呈V型设置，圆柱轴23的外端面与压电陶 瓷片22的两侧壁抵接；当压电陶瓷片22接通具有相位差的信号时， 使压电陶瓷片22产生不同的激励振动，进而使连接装置25的转轴 27在通孔内进行运动，通过夹板26和柱销28拉动圆柱轴23，由于 圆柱轴23与压电陶瓷片22的两侧壁接触，使圆柱轴23产生转动， 进而带动第二臂节14运动，运动的方向和幅度与施加的信号的决定； 同理对其余的第二臂节14和第三臂节15的运动远离与之相同，不再 赘述；第三臂节15带动器械夹具8进行手术。

进一步优化方案，器械夹具8包括与第三臂节15末端转动连接 的连接轴29，连接轴29远离第三臂节15的一端固接有底梁30，底 梁30的两端分别铰接有夹齿31，两夹齿31对称设置；两夹齿31的 相对侧壁倾斜设置；两夹齿31的相对边分别开设有T型滑槽32，两 T型滑槽32之前滑动连接有执行杆33，执行杆33与底梁30之间固 接有动力杆34；T型滑槽32与所在的夹齿31的斜边平行设置。动力 杆34伸缩带动执行杆33前后移动，进通过T型滑槽32带动两侧的 夹齿31进行偏转，使夹齿31的末端完成夹持或者放松的动作。

进一步的，动力杆34为压电陶瓷叠堆，在通入不同的电信号后 迅速响应进行伸缩；压电陶瓷叠堆的特性为现有技术，此处不再赘述。

进一步优化方案，第一容纳腔2的底端固定安装有双头电机35， 双头电机35的输出轴分别通过联轴杆36传动连接有动力锥齿轮37， 动力锥齿轮37啮合连接有从动锥齿轮38，从动锥齿轮38的顶端固 接有升降螺杆39，两升降螺杆39设置在第一容纳腔2相对边的限位 槽40内，第一托板4的侧壁固接有与限位槽40对应设置的滑块41， 升降螺杆39纵向贯穿滑块41并与滑块41螺纹连接。双头电机35通 过两侧动力锥齿轮37带动与之啮合从动锥齿轮38，进而使第一托板 4在滑块41和升降螺杆39的带动下平稳升降。

进一步优化方案，底盘11的顶端开设有转动槽42，底座12的 底段端插入转动槽42内并与转动槽42转动连接；转动槽42的底端 固接有转动电机43，转动电机43的输出轴固接有动力齿轮44，动力 齿轮44啮合连接有齿圈45，齿圈45套设固接在底座12的底端；底 座12与转动槽42之间设置有轴承46。转动电机43通过动力齿轮44 带动与之啮合的齿圈45转动，进而带动底座12转动；轴承46能减 少主动的摩擦力，提高稳定性。

使用方法：

将行走车1推到手出台边适当的位置后刹车固定住，然后掀开车 盖6；启动双头电机35升起第一托板4，然后升起第二托板5，完成 手术的准备工作。

根据患者的手术位置启动第二机械臂9，将扫描装置放到适当位 置，在不影响手术进行的前提下对患者的手术位置实时扫描监控，扫 描的结果显示在外接模块48上；并根据扫描结果制定手术方案和手 术路径。

根据手术需要，向动力杆34通入电信号使夹齿31张开，然后放 入手术器械在通入反向电信号，使动力杆34带动夹齿31夹紧手术器 械后开始进行手术；在手术过程中实时观察扫描接过并进行修整，根 据需要更换手术器械。

手术完成后，将第一机械臂7和第二机械臂9以及器械夹具8和 扫描设备10记性清洁消毒后，将第一托板4和第二托板5收回，并 盖好车盖6，将行走车1推动到不影响工作的位置收纳。

本发明结构紧凑，占地面积小，能高效精准的定位手术位置，根 据患者身体情况规划手术路线，减少了对患者正常身体组织的损伤， 减少了手术失误，提高了手术的成功率和术后的恢复速度，降低了医 护人员的劳动量。

实施例二

参照附图8所示，本实施例与实施例一的不同点在于，第一容纳 腔2的底端固接有若干支撑组件；当第一托板4下移时，最终落到支 撑组件的顶端，对第一托板4进行限位和支撑。

支撑组件包括与第一容纳腔2底面固接的支撑筒49，支撑筒49 的内腔滑动连接有活动筒50，支撑筒49的顶面固接有柔性垫51，柔 性垫51的顶面与第一托板4的底面可拆卸连接；支撑筒49与活动筒 50之间固接有伸缩杆52，伸缩杆52外套设有支撑弹簧53，支撑弹簧53的两端分别与支撑筒49和活动筒50固接。

当第一托板4下移时，第一托板4底面与柔性垫51抵接，第一 托板4继续下移，活动筒50向下滑动，压缩支撑弹簧53和伸缩杆 52，支撑弹簧53受压后产生向上的支撑力，直到支撑力与双头电机 35提供的向下的力持平，第一托板4被支撑稳定；支撑弹簧53处于 极限压缩状态时，柔性垫51的顶端不低于双头电机35的顶端，为双 头电机35提供足够的空间，防止第一托板4与双头电机35干涉。

支撑组件能对第一托板4进行支撑限位，防止第一托板4撞击双 头电机35。

实施例三

参照附图9-10，本实施例与实施例一的不同点在于第一托板4 的四边分别设置有搭接机构，当第一托板4升到最高处后，搭接机构 展开，落到第一容纳腔2四周的行走车1结构上，使第一托板4落到 第一容纳腔2的顶端，相比与实施例一，本实施例的第一托板4展开后更加稳定，手术进行时的精准度越高。

搭接机构包括通过行走车1搭接的搭接板54，搭接板54朝向第 一托板4的一侧端面开设有让位槽55，第一托板4的侧边设置有与 让位槽55相适配的插接头56，插接头56与让位槽55滑动连接；让 位槽55与插接头56之间设置有若干的弹开组件；当第一托板4在第一容纳腔2内时，插接头56与让位槽55插接，弹开组件处于压缩状 态；当第一托板4的底边高出第一容纳腔2后，第一容纳腔2的内壁 失去对搭接机构的限制，弹开组件反弹将搭接板54向远离第一托板 4的方向推动，最终搭接板54搭接在行走车1上，使整个第一托板4 更加稳定。

弹开组件包括开设在插接头56端面的插孔57，插孔57的底端 固接有电磁铁58；让位槽55的底端固接有插杆59，插杆59的末端 固接有磁片60，磁片60与电磁铁58相互作用；插孔57的侧壁固接 有定位环61，插杆59贯穿定位环61并与定位环61滑动连接；定位 环61与让位槽55之间固接有展开弹簧62，展开弹簧62套设在插杆 59上；当第一托板4位于第一容纳腔2内时，第一容纳腔2的侧壁 抵住搭接板54，使搭接板54无法展开，此时展开弹簧62压缩；当 第一托板4高出第一容纳腔2的顶端后搭接板54失去限位，展开弹 簧62反弹将搭接板54推开，变相延长了第一托板4的边缘位置，使 第一托板4与行走车1搭接；使用完成后，对电磁铁58通电，电磁 铁58吸引磁片60，磁片60带动插杆59将搭接板54拉回，完成收缩；当第一托板4沉入第一容纳腔2后断开电磁铁58的通电，恢复 到初始状态，第一容纳腔2的侧壁卡住搭接板54。

行走车1在第一容纳腔2顶端周边的位置开设有用于与搭接板 54搭接的搭接槽，搭接槽的深度不小于第一托板4的厚度，当搭接 板54弹出展开后，卡入搭接槽内，更加稳定和定位精准。

本实施例与实施例一相比，第一托板4展开后更加稳定，第一机 械臂7和第二机械臂9的运动不会导致第一托板4的的振动，提高了 手术的稳定性。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、 “上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水 平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为 基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是 指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构 造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

以上的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明 的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技 术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明 权利要求书确定的保护范围内。