[发明专利]手术机器人的主动接口和驱动方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种手术机器人的主动接口和驱动方法。

背景技术

在医学领域，手术是指对患者的皮肤、黏膜或其它组织进行切割或制造切口或者进行操作以治疗病理状态的一种过程。诸如剖腹手术(切开皮肤并对内部器官等进行治疗、修复或切除)的手术过程可能引起失血、副作用、疼痛和疤痕，就这点而论，目前机器人的使用被认为是一种普及的替换。

一组手术机器人可以包括：主动机器人，其由外科医生操作以产生并传输必要的信号；以及从动机器人，其接收来自主动机器人的信号，以对患者进行实际操作。在手术室中，主动机器人和从动机器人可以被设置为集成单元，也可以被设置为分离的装置。

可以在主动机器人上安装接口，外科医生可以通过所述接口输入操作。所述接口可以包括：监控器，所述监控器用于显示与手术相关的各种视觉信息；以及手柄，所述手柄用于操作安装在从动机器人上的机器人臂等。监控器不仅可以显示腹腔镜拍摄的手术位置的图像，还可以显示与患者的脉搏和心率、手术室的温度和湿度以及各种设备的操作状态相关的信息。如果需要可以使用多个监控器，使得外科医生可以在实时地获得所需信息的情况下正确地进行手术。

可以在从动机器人上安装一个或多个机器人臂，并且在每个机器人臂的末端安装手术仪器。在与从动机器人连接的主动机器人上，可以安装用于输入外科医生的操作的手柄，并且当使用者操作手柄时，可以相应地操作安装在从动机器人上的仪器，以进行机器人手术。

在进行机器人手术时，外科医生不亲自操作手术所需的仪器，而是通过操作安装在主动机器人上的手柄，利用安装在从动机器人上的各种仪器来进行手术。手柄可以形成为多接头连杆组件等，以使外科医生可以完成与外科医生亲自进行手术时类似的动作。当外科医生操作手柄时，可以产生相应的信号，并将所述信号传输到从动机器人。然后，从动机器人可以接收由此从主动机器人传输来的信号并且根据外科医生的操作移动仪器。

然而，安装在传统的主动机器人上的手柄仅可以用于操作从动机器人臂，并且当除了所述手术仪器之外的附加装置，诸如辅助仪器、腹腔镜等被加到所述从动机器人上时，需要额外的人员专门操作所述附加装置。

根据现有技术，为了利用相同的手柄来操作手术仪器以及操作辅助仪器或腹腔镜等，可以在主动机器人上安装踏板(foot pedal)。在此布置中，可以设置主动机器人的接口，从而，不压下踏板操作手柄而使手术仪器移动，压下踏板操作所述手柄使腹腔镜等移动。

然而，即使在此情况下，外科医生也不能同时操作各种机器人手术装置。当操作手术装置中的一个时，其它设备必须保持静止。在外科医生只能够操作一个手术装置的情况下，存在不能同时操作必要的手术装置而可能导致医疗事故的风险，例如，在需要进行紧急手术同时用腹腔镜观察特定区域的情形。

此外，如图5所示，传统主动机器人1的手柄150可以是这样的，操作手柄150使得多接头连杆组件3移动和转动。因此，在手柄150周围需要用于安放折叠的多连杆结构3的空间，这会使主动机器人1的设计受限。

此外，当使用与传统的多连杆结构3连接的手柄150时，不能够使每个连杆部件都对齐为一条直线，即连杆部件不可以延伸为180度角。反而，如图5所示，可以在接头5上形成挡块，从而使连杆部件仅仅可以向上打开到特定的角度。如图5(b)所示，如果所述连杆被设计为在没有挡块的情况下向上延伸到180度，那么当移动手柄150以缩回多连杆结构3时，施加在手柄150上的力作用在所述连杆部件的轴向上。因此，连杆部件在接头5处不会弯曲，或者需要用过大的力才会弯曲，这导致不能提供稳定和舒适的操作。

具体地，如果主动操作手柄是用于将操作员的手部移动直接传递到机器人臂的手术机器人中时，存在操作中的不舒适会导致可能致命的医疗事故的风险。

此外，对于图5所示的传统手柄结构来说，根据连杆部件形成的角度，移动或转动所述连杆结构所需的力会不同。这会导致一些“奇异点(singularpoint)”，在此处，当操作员想要将手柄移动到空间中的特定位置时，不能移动手柄或者需要比通常所需的力更大的力来移动手柄。

此外，在传统的机器人手术中，要使仪器进行特定的动作，需要在操作手柄时进行相同的动作。例如，当进行缝合时，需要手柄重复转动，从而使仪器进行相同的重复转动，这会导致因操作者手腕上过大的拉力而降低移动的稳定性以及存在出现故障的风险。

上述的背景技术信息是发明人为了研究本发明而获得的，或者是在研究本发明的过程中获得的。就此而论，应该理解，此信息不必然属于本发明的专利申请日之前的公知领域。