一种医用手术机器人遥操作主手控制夹及遥操作主手

摘要

本发明提供了一种医用手术机器人遥操作主手控制夹，包括壳体、夹持组件和接触检测设备。壳体上设有离合开关，离合开关的操作端设于壳体外侧。夹持组件包括夹持件，夹持件上设有用于操作者手指操作的操作部，夹持件与壳体铰接，以实现操作部相对壳体绕铰接中心转动。接触检测设备，接触检测设备的检测端设于操作部，用于检测操作者手指是否接触操作部。当接触检测设备检测到操作者手指接触操作部且离合开关被打开时，解锁医用手术机器人遥操作主手控制夹，进行主从连接，否则，则医用手术机器人遥操作主手控制夹锁定，主从连接断开。本发明还提供了一种医用手术机器人遥操作主手，包括上述控制夹和与控制夹连接的主手本体。

说明书

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，尤其涉及一种医用手术机器人遥操作主手控制夹及遥操作主手。

背景技术

机器人属于高端的、智能化的器械产品，对于准确性和精度要求更高的工业机器人和医疗机器人多为主从式遥操作结构，即通过人员操作主操作手，通过远程通信和计算机控制从端机构的运动。对于医疗机器人来说，通过远程遥操作降低了患者感染的可能性，避免医生由于误操作(如眼花、疲劳、情绪等)所引起的不良后果，降低手术过程中的准确性与精度。

很多外科手术都需要用到钳子、剪刀等工具，在机器人辅助手术系统中，这些工具的回转和夹持动作是由遥操作主手的控制夹对应映射完成的。控制夹与机器人从端执行工具电连接，通过检测遥操作主手控制夹在空间运动中的位置、姿态，再通过运动学计算将遥操作主手的位置、姿态映射到从端执行工具，使从端执行工具实时再现人的手部动作，以完成相应的操作。

现有的医用手术机器人摇操作主手控制夹在解除锁定进行主从连接时，通常只需要打开解锁开关既可以进行解锁，容易被误触后开启，可靠性较低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种医用手术机器人遥操作主手控制夹及遥操作主手，以解决现有技术中医用手术机器人摇操作主手控制夹容易被误触开启的问题。

本发明的技术方案为：

一种医用手术机器人遥操作主手控制夹，包括：

壳体，所述壳体上设有离合开关，所述离合开关的操作端设于所述壳体外侧；

夹持组件，包括夹持件，所述夹持件上设有用于操作者手指操作的操作部，所述夹持件与所述壳体铰接，以实现所述操作部相对所述壳体绕铰接中心转动；

接触检测设备，所述接触检测设备的检测端设于所述操作部，用于检测操作者手指是否接触所述操作部；当接触检测设备检测到操作者手指接触所述操作部且所述离合开关被打开时，解锁所述医用手术机器人遥操作主手控制夹，进行主从连接，当所述接触检测设备未检测到操作者手指接触所述操作部或/和所述离合开关未被打开时，所述医用手术机器人遥操作主手控制夹锁定，主从连接断开。

某一实施例中的医用手术机器人遥操作主手控制夹，所述接触检测设备的检测端为一导电构件，所述导电构件被设置于当操作者手指操作所述操作部时操作者手指会接触到的位置；

所述接触检测设备为电容检测设备，用于检测所述导电构件上的电容。

某一实施例中的医用手术机器人遥操作主手控制夹，所述电容检测设备为一电压检测电路；

所述导电构件通过导线与所述医用手术机器人遥操作主手控制夹的控制电路板连接，由所述控制电路板检测电压变化，形成所述电压检测电路。

某一实施例中的医用手术机器人遥操作主手控制夹，所述离合开关为常闭开关，离合开关包括：

拨片，与所述壳体滑动连接，所述拨片上用于操作者拨动的部分设于所述壳体外侧；

复位件，设于所述拨片和所述壳体之间，用于所述拨片被拨动后的复位；

触发部，设于所述壳体上，所述拨片被拨动时与所述触发部接触以将所述离合开关打开。

某一实施例中的医用手术机器人遥操作主手控制夹，所述触发部为微动开关。

某一实施例中的医用手术机器人遥操作主手控制夹，所述壳体上设有两个所述离合开关，两个所述离合开关在所述壳体周向上均布设置；

任意所述离合开关均可配合所述接触检测设备解锁所述医用手术机器人遥操作主手控制夹，进行主从连接。

某一实施例中的医用手术机器人遥操作主手控制夹，所述夹持组件还包括连接件和滑杆，所述滑杆与所述壳体滑动连接，所述连接件一端与所述夹持件转动连接，另一端与所述滑杆活动连接，以实现所述夹持件相对所述壳体转动时通过所述连接件带动所述滑杆滑动；

所述壳体上设有距离传感器，所述距离传感器用于检测所述滑杆的滑动位置并输出，以计算得到所述夹持件相对所述壳体的转动位置。

某一实施例中的医用手术机器人遥操作主手控制夹，所述夹持件一端与所述壳体铰接，并向所述壳体周向外侧且所述医用手术机器人遥操作主手控制夹的远端方向延伸；

所述连接件与所述夹持件的转动连接位置位于所述操作部和所述夹持件与所述壳体的铰接位置之间，所述连接件向所述壳体周向内侧且所述医用手术机器人遥操作主手控制夹的远端方向延伸；

所述夹持件、所述连接件和所述滑杆形成类三角构型。

某一实施例中的医用手术机器人遥操作主手控制夹，所述夹持件向所述壳体方向转动时，所述滑杆向夹持方向滑动；

所述滑杆和所述壳体之间设有第一阻力件，用于提供阻止所述滑杆向所述夹持方向滑动的第一阻力，所述第一阻力随滑动距离的增大而增大；

所述滑杆和所述壳体之间还设有第二阻力件，所述第二阻力件用于提供当所述滑杆向所述夹持方向滑动预设距离后阻止所述滑杆继续滑动的第二阻力，且所述滑杆在同一位置时所述第二阻力大于十倍的所述第一阻力。

某一实施例中的医用手术机器人遥操作主手控制夹，所述壳体上设有滑槽，所述滑杆穿设所述滑槽并与其滑动连接；所述第一阻力件为套设于所述滑杆上的弹簧。

某一实施例中的医用手术机器人遥操作主手控制夹，所述连接件和所述滑杆通过滑块活动连接，所述滑块与所述滑杆固定连接，所述滑块与所述连接件转动连接；

所述第二阻力件为缓冲块，所述滑杆向所述夹持方向移动所述预设距离后所述滑块抵住所述缓冲块。

某一实施例中的医用手术机器人遥操作主手控制夹，所述距离传感器和所述缓冲块分别设于所述滑杆轴向的两侧，其中所述缓冲块设于所述夹持方向的一端。

某一实施例中的医用手术机器人遥操作主手控制夹，包括两个所述夹持组件，两个所述夹持组件对称设置且设于所述滑杆轴向的两侧；

所述连接件和所述滑杆通过滑块活动连接，所述滑块与所述滑杆固定连接，所述滑块分别与两个所述连接件转动连接，且两个所述连接件与所述滑块的转动连接处位于所述滑杆轴向的两侧。

某一实施例中的医用手术机器人遥操作主手控制夹，在所述壳体的周向上，所述离合开关的操作端位于两个所述夹持件之间。

某一实施例中的医用手术机器人遥操作主手控制夹，所述操作部为夹片，用于通过操作者手指的按压而带动所述夹持件向所述壳体方向转动。

某一实施例中的医用手术机器人遥操作主手控制夹，所述接触检测设备的检测端为由导电材料制成的所述夹片，所述接触检测设备为电容检测设备，用于检测所述夹片上的电容。

一种医用手术机器人遥操作主手，包括主手本体和如上述任意一项所述的医用手术机器人遥操作主手控制夹，所述壳体上设有回转孔，所述主手本体上的回转轴与所述回转孔连接。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

在使用本发明提供的医用手术机器人摇操作主手控制夹时，若要解锁医用手术机器人摇操作主手控制夹进行主从连接，则操作者的手指必须到位(即处于要操作夹持部的姿势)，使得接触检测设备能够检测到操作部手指已经接触操作部，同时打开离合开关，才能解锁。当操作者手指离开操作部(也就是接触检测设备检测到操作者手指没有接触操作部)时，医用手术机器人摇操作主手控制夹自动锁定并断开主从连接。当操作者手指接触操作部使得接触检测设备检测到有手指接触时，若没有打开离合开关，医用手术机器人摇操作主手控制夹也不会解锁。因此，能够确保每次解锁医用手术机器人摇操作主手控制夹进行主从连接都是操作者主观性操作，从而防止误触产生的危险。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。

图1为本发明的一种医用手术机器人遥操作主手控制夹的结构示意图；

图2为本发明的一种医用手术机器人遥操作主手控制夹的侧视剖面示意图；

图3为本发明的一种医用手术机器人遥操作主手控制夹的俯视剖面示意图。

附图标记说明：

1：上壳；2：下壳；3：回转孔；4：夹持件；5：夹片；6：连接件；7：滑块；8：滑杆；9：滑槽；10：弹簧；11：缓冲块；12：距离传感器；13：控制电路板；14：拨片；15：复位件；16：微动开关。

具体实施方式

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，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。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，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

实施例1

参看图1至图3，本实施例提供一种医用手术机器人遥操作主手控制夹，包括壳体、夹持组件和接触检测设备。

壳体上设有离合开关，离合开关的操作端设于壳体外侧。夹持组件包括夹持件4，夹持件4上设有用于操作者手指操作的操作部，夹持件4与壳体铰接，以实现操作部相对壳体绕铰接中心转动。接触检测设备，接触检测设备的检测端设于操作部，用于检测操作者手指是否接触操作部。

当接触检测设备检测到操作者手指接触操作部且离合开关被打开时，解锁医用手术机器人遥操作主手控制夹，进行主从连接，当接触检测设备未检测到操作者手指接触所述操作部或/和离合开关未被打开时，医用手术机器人遥操作主手控制夹锁定，主从连接断开。

为便于表述，下文中将医用手术机器人遥操作主手控制夹简称为控制夹。下文中的左和右为相对于在使用控制夹的操作者来说的左和右，上和下为相对于在使用控制夹的操作者来说的上和下；近端为相对靠近操作者的一端，远端为相对远离操作者的一端。

触检测设备的检测端可以是一导电构件，导电构件被设置在当操作者手指操作操作部时操作者手指会接触到的位置，接触检测设备为电容检测设备，用于检测导电构件上的电容。具体，电容检测设备可以是一个电压检测电路，导电构件通过导线与控制夹的控制电路板13连接，由控制电路板13检测电压变化，形成电压检测电路。物体表面一旦有触摸动作发生或者其他任何变化发生，就会改变该物体中某个区域的介电特性，从而改变所检测到的电容，也就是产生电压变化。因此，当导电构件上连一根导线到控制电路板13上，控制电路板13检测到电压变化后，就形成一个检测传感器。

由于接触检测设备采用电容变化感应远离，故，可以是有操作者手指操作的操作部整个都是由导电材料制成的，其余与操作部连接的构件都采用不导电材料制成，此时整个操作部都可以作为接触检测设备的检测端——导电构件；或者可以是，操作部上手指必然会接触的地方安装导电构件，与该导电构件接触的周围构件都由非导电材料制成。

如图2所示，壳体的内腔用于安装控制夹中各构件(大部分构件安装在壳体的内腔中，有少部分伸出或安装于壳体外)，如图1所示，壳体包括上壳1和下壳2，方便整个控制夹中各构件的安装。根据操作者习惯，控制夹中包括两个夹持组件，两个夹持组件中的夹持件4设于壳体的左右两侧。但应理解，在其他实施例中，壳体可以是一整个无法拆分的构件或由两个以上构件连接成的构件；控制夹中可以只包括一个夹持组件。

根据外科手术中钳子、剪刀等工具的使用方法，两个夹持组件中夹持件4的夹持部分别由双指操作，通常为拇指和中指，而食指就可用于开启离合开关。两个操作部设于壳体的左右两侧，此时，食指会处于壳体的上方，故为便于操作，离合开关的操作端可以设置在上壳1的食指位置，也就是离合开关的操作端位于两个夹持件4之间。

考虑到控制夹回转角度一般超过180°，上壳1并非在任何时候都位于下壳2的上方，当需要驱动离合开关打开但上壳1却位于下壳2下方时(操作者要解除控制夹的锁定进行主从连接时，操作者的手心一般向下，食指在整个控制夹的上方)，设置在上壳1上的离合开关就不方便由操作者的食指驱动打开。为此，优选的在上壳1和下壳2上均设置离合开关，任意一个离合开关均可配合接触检测设备解锁控制夹进行主从连接。此时下壳2上的离合开关的位置相当于上壳1上的离合开关旋转180°后的位置，也就是关于壳体的轴线中心对称，也可以说是两个离合开关在壳体周向上均布设置。

具体，离合开关设置为常闭开关，离合开关包括拨片14、复位件15和触发部。拨片14与壳体滑动连接，拨片14上用于操作者拨动的部分设置在壳体外侧。复位件15设置在拨片14和壳体之间，用于拨片14被拨动后的复位。触发部设置在壳体上，当拨片14被拨动后与触发部接触，从而将离合开关打开。即，当拨片14被拨动与触发部接触后，触发部发出一个离合开关打开的信号。在控制电路板13上有这样一个逻辑设计：只有当控制电路板13检测到导电构件上电容发生变化(此处为相对于没有操作者手指接触时的电容发生变化)，同时触发部发出离合开关打开的信号，控制电路板13才会解锁控制夹的锁定进行主从连接；当控制电路板13没有检测到导电构件上的电容发生变化时，触发部是否发出离合开关打开的信号，控制夹的锁定都不会解除；而当控制电路板13检测到导电构件上的电容发生变化，但触发部没有发出离合开关打开的信号时，控制夹也不会解锁。

需注意的，在本实施例中具有两个夹持件4，优选的在两个夹持件4的操作部上均设有接触检测设备的检测端，即两个夹持件4的操作部上均设有导电构件，只有当两个夹持件4上的导电构件都检测到电容变化时才算是上文控制电路板13的逻辑设件中的“控制电路板13检测到导电构件上电容发生变化”。

其中，复位件15可以采用弹簧，触发部可以采用微动开关16，当拨片14被拨动时会按压微动开关16，从而发出离合开关打开的信号。当然在其他实施例中，复位件15和触发部都可以采用其他结构，此处不做限制。

夹持组件除了夹持件4外，还包括连接件6和滑杆8，滑杆8与壳体滑动连接，连接件6的一端与夹持件4转动连接，另一端与滑杆8转动连接，以实现夹持件4相对壳体转动时连接件6带动滑杆8滑动。具体，如图3所示，夹持件4一端与壳体铰接，夹持件4向壳体周向外侧且控制夹的远端方向延伸；连接件6与夹持件4的转动连接位置位于操作部和夹持件4与壳体的铰接位置之间，连接件6向壳体周向内侧且控制夹的远端方向延伸；夹持件4、连接件6和滑杆8形成类三角构型。

优选，滑杆8的轴线和壳体的轴线重合，两个夹持组件关于壳体的轴线对称设置，也就是设于滑杆8轴向的两侧。两个连接件6通过同一滑块7与滑杆8连接，具体为，滑块7与滑杆8固定连接，两个连接件6分别与滑块7转动连接，且转动连接处分别位于滑杆8轴向的两侧。

滑杆8、滑块7等设置在壳体的内腔中，在内腔中还设有距离传感器12。距离传感器12与控制电路板13电连接，用于检测滑杆8的滑动位置并输出至控制电路板13，从而计算得到夹持件4相对壳体的转动位置。距离传感器12可以固定在壳体上，通过导线与控制电路板13电连接，或者也可以如图2和图3所示，选用带有引脚的距离传感器12，距离传感器12的引脚直接接在控制电路板13上，不用设置导线。参看图3，当操作者驱动夹持件4向壳体靠近壳体方向转动时，在连接件6等带动下，距离传感器12和滑杆8之间的距离变大，从而将夹持件4的转动角度转动成距离参数，使得更容易被识别。

将夹持件4向靠近壳体的方向转动时滑杆8的滑动方向称为夹持方向。在滑杆8和壳体之间设有第一阻力件，用于提供阻止滑杆8向夹持方向滑动的第一阻力，第一阻力随滑动距离的增大而增大。在滑杆8和壳体之间还设有第二阻力件，第二阻力件用于提供当滑杆8向夹持方向滑动预设距离后阻止滑杆8继续滑动的第二阻力，且滑杆8在同一位置时受到的第二阻力大于十倍的第一阻力，即在此时滑杆8受到的阻力增大会有一个骤变。

具体，在壳体的内腔内设有滑槽9，滑杆8穿设滑槽9并与其滑动连接；第一阻力件为套设于滑杆8上的弹簧10。第二阻力件为缓冲块11，滑杆8向夹持方向移动预设距离后滑块7抵住缓冲块11。由滑块7抵住缓冲块11，相对滑杆8直接抵住缓冲块11而言，可以减小控制夹的轴向长度。缓冲块11可是由柔性材料制成的一个构件，也可以是由柔性材料填充而成的缓冲区，而此处的柔性材料的弹性模量远大于弹簧10的弹性模量，从而产生阻力增大的骤变。其中，距离传感器12和缓冲块11分别设于滑杆8轴向的两侧，其中缓冲块11设于夹持方向的一端，也就是缓冲块11设于滑杆8的远端，距离传感器12设于滑杆8的近端。

平常在使用钳子、剪刀等夹持类工具时，操作者的感受是先有一段增幅较小的阻力(物体被压缩到一定程度之前)，然后在此基础上有一段增幅较大的阻力(物体被压缩到一定程度后)，但在机器人辅助外科手术中，力觉反馈难度极大，医用手术机器人能以提供这个阻力反馈感觉。为了提高操作控制夹的操作者的使用手感，本实施例在驱动夹持件4向壳体方向转动的前一段行程时使用弹簧10提供较小增幅的阻力，二段行程也就是后一段行程时设计了一个缓冲区，也就是缓冲块11，使夹持件4在行程末端受到较大增幅的阻力，以此给操作者提供一种类似实际效果的阻力(此阻力与机器人从端执行工具的实际阻力并无对应关系)，由此让操作者意识到执行工具已经对患者器官或组织产生较大的作用力了，使操作者不至于担心用力过猛而产生不好的结果。

如图1和图3所示，优选夹持件4上的操作部可以是夹片5，操作者手指放在夹片5上按压从而驱动夹持件4向靠近壳体方向转动；当夹持件4需要像远离壳体的方向转动时，作为第一阻力件的弹簧10还能提供驱动夹持件4转动的驱动力(当滑杆8还未与第二阻力件分离时，第二阻力件也能提供驱动夹持件4向远离壳体方向转动的力)。而夹片5可以由导电材料制成，作为接触检测设备的检测端。具体，夹片5可以使用金属材料制成，而夹持件4上非操作部的部分、上壳1、下壳2、连接件6等可以采用非金属材料制成。但在其他实施例中，操作部还可以是其他结构，例如可以是指套的结构，操作者的手指伸入指套中，从而控制夹持件4转动等。

本实施例提供的控制夹，触摸感应和双离合开关共同作用，保证安全性、使用性和可靠性，同时，缓冲块11的设计使医生手感更接近实际效果。

实施例2

本实施例提供一种医用手术机器人遥操作主手，把包括主手本体和如实施例1中所示的医用手术机器人遥操作主手控制夹。

如图2所示，控制夹的壳体上设有回转孔3，主手本体上的回转轴与回转孔3连接，主手本体驱动回转轴转动时会带动控制夹转动，使控制夹具备自身回转功能，对应控制机器人从端执行工具的回转。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。