[实用新型]手术机器人

说明书

本实用新型提供一种手术机器人，具有球窝关节和驱动组件，球窝关节包括球型件和关节座，球型件的中心穿设有通道管，通道管内用于穿设手术器械；驱动组件包括第一驱动组件和第二驱动组件，其中第一驱动组件安装在关节座内，用于驱动球型件相对于关节座转动；第二驱动组件安装在通道管上，用于驱动手术器械相对于通道管进退或旋转。同时提供基于相同结构原理的控制装置。本实用新型利用球窝关节的三维旋转能力简化了手术机器人及控制装置的结构，而且控制装置可将触觉反馈给操作者，提升了手术机器人的便携性及操作性。

技术领域

本实用新型涉及一种手术机器人，具体涉及一种基于球窝关节及触觉反馈的手术机器人。

背景技术

随着科技的进步，越来越多的微创外科手术开始使用手术机器人。微创外科手术中手术器械通过体表固定的小切口进入体内完成手术，鉴于体表切口的约束和患者的手术安全性，要求手术器械在切口处做定点运动。目前，采用以下三种方案实现手术器械的定点运动。

一、被动式关节：通过运动链前端关节运动间接实现手术器械绕切口的运动，在运动过程中依靠体表对手术器械的反作用力保证定点运动。这种方法可以保证病人的安全性却不易于调整手术器械姿态。

二、机械结构：通过机械结构的运动特点实现定点运动，可以保证定点运动的机构有：1、圆弧轨道机构，只要保证患者的体表切口位于圆弧轨道的圆心处就可以保证手术器械的定点运动，但这种机构的驱动问题不易解决。

2、轴直接驱动机构，只要使得体表切口位于驱动轴线上便可实现定点运动，但只能实现一个摆动方向上的定点运动。

3、复合平行四杆机构，利用两个平行四杆的叠加运动实现定点运动，这种机构加工精度要求较高，实现起来比较困难，且体积较大、不利于手术操作。

三、主动控制：通过对机器人关节的软件控制来实现的，只有当机器人关节数大于4时才有可能实现定点运动，这种控制方式要求医疗机器人的运动链较长，所需的驱动关节个数较多，通过算法控制关节运动以实现切口处的定点运动。

以使用最广泛的达芬奇手术机器人为例，作为目前世界上最先进的手术机器人之一，仍存在着一定的缺陷。

1、体积过于庞大，安装、调试比较复杂。整套设备由三部分组成：外科医生控制台、床旁机械臂系统、成像系统。其中床旁机械臂系统具有4个固定于可移动基座的机械臂，底座通过线缆与控制台相连。中心机械臂是持镜臂，负责握持摄像机系统。其余机械臂是持械臂，负责握持特制外科手术器械。整个台车高为2m，长宽各接近1.5m，重 544kg（各型达芬奇以上指标略有不同）。其他两个部件体积及重量也相似。整套设备超过1吨，体积要占近半个手术室。

2、缺少触觉反馈。

3、系统的技术复杂，在使用过程中可能发生各种机械故障，如半路死机等。

4、手术前的准备及手术中更换器械等操作耗时较长。

5、复杂的系统也导致使用成本昂贵，表现在几个方面：①购置费用高，目前国内第三代四臂达芬奇手术机器人的总体购置费用在2000万以上。②二是手术成本高，机器人手术中专用的操作器械每用10次就需强制性更换，而更换一个操作器械需花费约2000美元。③三是维修费用高，手术机器人需定期进行预防性维修，每年维修保养费用也是一笔不小的开支。

6、达芬奇手术机器人的中心机械臂是持镜臂，要调整其方向时，主刀医生需要停止所有持械臂操作，切换到持镜臂控制系统，用两只手共同调整持镜臂的位置，调整完毕后，再切换持械臂控制系统，重新开始中断的操作。反复切换浪费时间，也不能像常规腹腔镜手术中由助手灵活地控制镜头方向和角度。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种全新结构的手术机器人。