一种经尿道的手术机器人及控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种经尿道的手术机器人及控制系统，包括机架，在机架的底部固定连接底盘，机架的顶部通过传动链连接支架，在支架上固定连接膀胱镜和两手术工具；手术工具包括柔性连续体机械臂和机械臂驱动装置；支架包括膀胱镜安装座和两手术工具安装座；膀胱镜安装座与膀胱镜固定连接；手术工具安装座通过直线运动机构与立板连接，立板的前侧固定连接一连接外罩，后侧固定连接多个用于对柔性连续体机械臂进行弯转控制的第一电机；还包括控制机柜，控制机柜包括工业计算机、转接板、多个电机驱动器和第一显示器，工业计算机与转接板电连接，转接板分别与电机驱动器、第一显示器电连接；各电机驱动器分别与各第一电机电连接。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种经尿道的手术机器人及控制系统，属于医疗器械领域。
技术介绍
在现代医疗领域中，微创手术已经在减少病人的术后疼痛和并发症、缩短住院时间、改善术后的疤痕状况等方面取得了成功。在该领域内，目前已成功商业化的IntuitiveSurgical公司所开发的daVinci多孔腹腔镜手术机器人能够满足多种微创手术的要求。但随着医疗技术的日趋成熟和患者越来越高的要求，出现了经人体自然腔道手术(naturalorificetrans-luminalendoscopicsurgery,NOTES)，其特点是不需要任何切口，手术器械需要通过一个狭长复杂的人体腔道之后到达术部进行夹持缝合等手术动作。目前，包括诸如daVinci在内的大部分现有手术机器人因其刚性结构、外观尺寸和自由度配置等的限制，均难以满足经人体自然腔道手术的技术要求，尤其对于经尿道施展的泌尿外科手术。由于尿道直径通常小于8mm，目前世界范围内尚无公司开发出可经尿道的手术机器人，因此，经尿道施展的泌尿手术作为经人体自然腔道手术的一个重要分支，具有极高的创新性和广泛的社会应用价值。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的一个目的是提供一种可经尿道进入膀胱进行检查及手术的经尿道的手术机器人及控制系统。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种经尿道的手术机器人及控制系统，其特征在于：包括一机架，在所述机架的底部固定连接一底盘，所述机架的顶部通过一传动链连接一支架，在所述支架上固定连接一膀胱镜和两手术工具；所述手术工具包括一柔性连续体机械臂和一机械臂驱动装置；所述支架包括一膀胱镜安装座和两对称设置在所述膀胱镜安装座两侧的手术工具安装座；所述膀胱镜安装座与所述膀胱镜固定连接；所述手术工具安装座通过一直线运动机构与一立板连接，所述立板的前侧固定连接一连接外罩，后侧固定连接多个用于对所述柔性连续体机械臂进行弯转控制的第一电机，所述连接外罩通过一无菌屏障与所述手术工具的壳体的后端连接；所述经尿道的手术机器人及控制系统还包括一控制机柜，所述控制机柜包括一工业计算机、一转接板、多个电机驱动器和一第一显示器，所述工业计算机与所述转接板电连接，所述转接板分别与所述电机驱动器、第一显示器电连接；各所述电机驱动器分别与各所述第一电机电连接；所述第一电机为带有编码器的伺服电机且均与所述转接板电连接；所述工业计算机通过内部板卡和所述电机驱动器对所述第一电机进行闭环控制；所述转接板用于接收来自所述膀胱镜的膀胱镜信号和来自各所述编码器的计数信号，通过所述电机驱动器向所述第一电机发送电机驱动能量流，向所述第一显示器发送膀胱镜信号。所述传动链包括一与所述机架顶部固定连接的底座，在所述底座上固定连接两垂直布置的支撑臂，在其中一所述支撑臂上固定连接一第二电机，所述第二电机的输出轴连接一同步带，在所述同步带的前侧紧固连接一第一滑块，在所述第一滑块的前侧固定连接一第一连杆的一端，所述第一连杆的另一端通过一垂直设置的第三电机连接一第二连杆的一端，所述第二连杆的另一端通过一垂直设置的第四电机连接一第三连杆的一端，所述第三连杆的另一端通过一垂直设置的第五电机连接一第四连杆的一端，所述第四连杆的另一端通过一水平设置的第六电机连接一第五连杆的一端，所述第五连杆的另一端同轴固定连接一水平设置的第七电机，所述第七电机的输出轴固定连接一第六连杆的一端，所述第六连杆的另一端固定连接所述膀胱镜安装座的后端；所述第二电机、第三电机、第四电机、第五电机、第六电机、第七电机亦分别与所述电机驱动器电连接。还包括一控制端，所述控制端包括一上位计算机、一第二显示器、两遥控设备和两踏板，其中，所述第一显示器、两遥控设备和两踏板均与所述上位计算机电连接，所述上位计算机与所述工业计算机电连接；所述上位计算机通过以太网与所述工业计算机交换控制信号，所述遥控设备用于下达控制信号，目的是对所述镜体和柔性连续体机械臂末端的位置和指向进行控制；所述第二显示器与所述转接板电连接，用于显示来自转接板的膀胱镜信号。所述膀胱镜包括一镜体和一镜体驱动单元；所述镜体包括一携带照明模块的高清摄像头、一固定盘、两第一结构骨、一第二结构骨、一支撑构件和一截面呈圆形的薄壁管；所述高清摄像头的线缆与所述转接板电连接；两所述第一结构骨和一所述第二结构骨呈三角形均匀分布且三者的前端共同紧固连接所述固定盘的一侧，所述固定盘的另一侧固定连接所述高清摄像头；所述支撑构件为细长体结构，所述支撑构件的后端与所述镜体驱动单元连接，在所述支撑构件上设置有供所述第一结构骨、第二结构骨和高清摄像头的线缆穿过的通道；两所述第一结构骨和一所述第二结构骨的后端穿过所述支撑构件后与所述镜体驱动单元连接；所述薄壁管套在所述支撑构件的外部；所述镜体驱动单元包括一主壳体和一副壳体，所述主壳体包括一前端板、一后端板和一呈筒状的外罩，所述主壳体通过一第二无菌屏障与所述膀胱镜安装座连接；所述副壳体固定连接在所述主壳体的前侧，所述副壳体的前端固定连接所述薄壁管；所述镜体的所述第一结构骨、第二结构骨和支撑构件均从所述副壳体的内部通过且穿过所述前端板伸入所述主壳体；在所述副壳体的两侧对称设置两接口，在所述副壳体内部设置有两与每一所述接口连通的腔道，在所述支撑构件的两侧开设有与每一所述腔道连通的开放腔道；在所述主壳体的内部设置有主要由第一螺杆和第一螺母组成的第一传动机构、主要由第二螺杆和第二螺母组成的第二传动机构以及主要由蜗轮和蜗杆组成的第三传动机构；在所述主壳体的外部转动设置有三个控制转环；所述第一传动机构用于将第一个所述控制转环的转动转换为推拉支撑构件及两根第一结构骨、一根第二结构骨以实现整体进给运动，所述第二传动机构用于将第二个所述控制转环的转动转换为推拉两根第一结构骨和一根第二结构骨以实现两根第一结构骨和一根第二结构骨伸出支撑构件的运动，所述第三传动机构用于将第三个所述控制转换的转动转换为推拉两根第一结构骨以实现高清摄像头的俯仰运动。所述第一螺杆转动连接在所述前端板与所述后端板之间，所述第一螺杆的后端穿过所述后端板，所述第一螺母配合连接在所述第一螺杆上；在所述前端板与所述后端板之间固定设置有第一导杆，所述第一螺母与所述第一导杆滑动连接；在所述第一螺母上固定连接一框形基座；所述框形基座与所述支撑构件的后端固定连接；第一个所述控制转环通过第一传动组件与所述第一螺杆的后端连接，用于将第一个所述控制转环的转动运动传递给所述第一螺杆；所述第一传动组件包括一第一内齿圈和一第一齿轮，所述第一内齿圈固定设置在第一个所述控制转环的内侧，所述第一齿轮固定连接在所述第一螺杆的后端，所述第一齿轮与所述第一内齿圈啮合；所述第二螺杆转动支撑在所述框形基座上，所述第二螺母配合连接在所述第二螺杆上；在所述前端板与所述后端板之间固定设置有第二导杆，所述第二螺母与所述第二导杆滑动连接；在所述第二螺母上固定连接一第一压板，所述第一压板与所述第二结构骨的后端固定连接；第二个所述控制转环通过第二传动组件与所述第二螺杆的后端连接，用于将第二个所述控制转环的转动运动传递给所述第二螺杆；所述第二传动组件包括一第二内齿圈、一第二齿轮、一惰轮、一第一套筒和一第一方形轴；所述第二内齿圈固定设置在第二个所述控制转环的内侧；所述第二内齿圈通过所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种经尿道的手术机器人及控制系统，其特征在于：包括一机架，在所述机架的底部固定连接一底盘，所述机架的顶部通过一传动链连接一支架，在所述支架上固定连接一膀胱镜和两手术工具；所述手术工具包括一柔性连续体机械臂和一机械臂驱动装置；所述支架包括一膀胱镜安装座和两对称设置在所述膀胱镜安装座两侧的手术工具安装座；所述膀胱镜安装座与所述膀胱镜固定连接；所述手术工具安装座通过一直线运动机构与一立板连接，所述立板的前侧固定连接一连接外罩，后侧固定连接多个用于对所述柔性连续体机械臂进行弯转控制的第一电机，所述连接外罩通过一无菌屏障与所述手术工具的壳体的后端连接；所述经尿道的手术机器人及控制系统还包括一控制机柜，所述控制机柜包括一工业计算机、一转接板、多个电机驱动器和一第一显示器，所述工业计算机与所述转接板电连接，所述转接板分别与所述电机驱动器、第一显示器电连接；各所述电机驱动器分别与各所述第一电机电连接；所述第一电机为带有编码器的伺服电机且均与所述转接板电连接；所述工业计算机通过内部板卡和所述电机驱动器对所述第一电机进行闭环控制；所述转接板用于接收来自所述膀胱镜的膀胱镜信号和来自各所述编码器的计数信号，通过所述电机驱动器向所述第一电机发送电机驱动能量流，向所述第一显示器发送膀胱镜信号。...

【技术特征摘要】
1.一种经尿道的手术机器人及控制系统，其特征在于：包括一机架，在所述机架的底部固定连接一底盘，所述机架的顶部通过一传动链连接一支架，在所述支架上固定连接一膀胱镜和两手术工具；所述手术工具包括一柔性连续体机械臂和一机械臂驱动装置；所述支架包括一膀胱镜安装座和两对称设置在所述膀胱镜安装座两侧的手术工具安装座；所述膀胱镜安装座与所述膀胱镜固定连接；所述手术工具安装座通过一直线运动机构与一立板连接，所述立板的前侧固定连接一连接外罩，后侧固定连接多个用于对所述柔性连续体机械臂进行弯转控制的第一电机，所述连接外罩通过一无菌屏障与所述手术工具的壳体的后端连接；所述经尿道的手术机器人及控制系统还包括一控制机柜，所述控制机柜包括一工业计算机、一转接板、多个电机驱动器和一第一显示器，所述工业计算机与所述转接板电连接，所述转接板分别与所述电机驱动器、第一显示器电连接；各所述电机驱动器分别与各所述第一电机电连接；所述第一电机为带有编码器的伺服电机且均与所述转接板电连接；所述工业计算机通过内部板卡和所述电机驱动器对所述第一电机进行闭环控制；所述转接板用于接收来自所述膀胱镜的膀胱镜信号和来自各所述编码器的计数信号，通过所述电机驱动器向所述第一电机发送电机驱动能量流，向所述第一显示器发送膀胱镜信号。2.如权利要求1所述的一种经尿道的手术机器人及控制系统，其特征在于：所述传动链包括一与所述机架顶部固定连接的底座，在所述底座上固定连接两垂直布置的支撑臂，在其中一所述支撑臂上固定连接一第二电机，所述第二电机的输出轴连接一同步带，在所述同步带的前侧紧固连接一第一滑块，在所述第一滑块的前侧固定连接一第一连杆的一端，所述第一连杆的另一端通过一垂直设置的第三电机连接一第二连杆的一端，所述第二连杆的另一端通过一垂直设置的第四电机连接一第三连杆的一端，所述第三连杆的另一端通过一垂直设置的第五电机连接一第四连杆的一端，所述第四连杆的另一端通过一水平设置的第六电机连接一第五连杆的一端，所述第五连杆的另一端同轴固定连接一水平设置的第七电机，所述第七电机的输出轴固定连接一第六连杆的一端，所述第六连杆的另一端固定连接所述膀胱镜安装座的后端；所述第二电机、第三电机、第四电机、第五电机、第六电机、第七电机亦分别与所述电机驱动器电连接。3.如权利要求1所述的一种经尿道的手术机器人及控制系统，其特征在于：还包括一控制端，所述控制端包括一上位计算机、一第二显示器、两遥控设备和两踏板，其中，所述第一显示器、两遥控设备和两踏板均与所述上位计算机电连接，所述上位计算机与所述工业计算机电连接；所述上位计算机通过以太网与所述工业计算机交换控制信号，所述遥控设备用于下达控制信号，目的是对所述镜体和柔性连续体机械臂末端的位置和指向进行控制；所述第二显示器与所述转接板电连接，用于显示来自转接板的膀胱镜信号。4.如权利要求1所述的一种经尿道的手术机器人及控制系统，其特征在于：所述膀胱镜包括一镜体和一镜体驱动单元；所述镜体包括一携带照明模块的高清摄像头、一固定盘、两第一结构骨、一第二结构骨、一支撑构件和一截面呈圆形的薄壁管；所述高清摄像头的线缆与所述转接板电连接；两所述第一结构骨和一所述第二结构骨呈三角形均匀分布且三者的前端共同紧固连接所述固定盘的一侧，所述固定盘的另一侧固定连接所述高清摄像头；所述支撑构件为细长体结构，所述支撑构件的后端与所述镜体驱动单元连接，在所述支撑构件上设置有供所述第一结构骨、第二结构骨和高清摄像头的线缆穿过的通道；两所述第一结构骨和一所述第二结构骨的后端穿过所述支撑构件后与所述镜体驱动单元连接；所述薄壁管套在所述支撑构件的外部；所述镜体驱动单元包括一主壳体和一副壳体，所述主壳体包括一前端板、一后端板和一呈筒状的外罩，所述主壳体通过一第二无菌屏障与所述膀胱镜安装座连接；所述副壳体固定连接在所述主壳体的前侧，所述副壳体的前端固定连接所述薄壁管；所述镜体的所述第一结构骨、第二结构骨和支撑构件均从所述副壳体的内部通过且穿过所述前端板伸入所述主壳体；在所述副壳体的两侧对称设置两接口，在所述副壳体内部设置有两与每一所述接口连通的腔道，在所述支撑构件的两侧开设有与每一所述腔道连通的开放腔道；在所述主壳体的内部设置有主要由第一螺杆和第一螺母组成的第一传动机构、主要由第二螺杆和第二螺母组成的第二传动机构以及主要由蜗轮和蜗杆组成的第三传动机构；在所述主壳体的外部转动设置有三个控制转环；所述第一传动机构用于将第一个所述控制转环的转动转换为推拉支撑构件及两根第一结构骨、一根第二结构骨以实现整体进给运动，所述第二传动机构用于将第二个所述控制转环的转动转换为推拉两根第一结构骨和一根第二结构骨以实现两根第一结构骨和一根第二结构骨伸出支撑构件的运动，所述第三传动机构用于将第三个所述控制转换的转动转换为推拉两根第一结构骨以实现高清摄像头的俯仰运动。5.如权利要求4所述的一种经尿道的手术机器人及控制系统，其特征在于：所述第一螺杆转动连接在所述前端板与所述后端板之间，所述第一螺杆的后端穿过所述后端板，所述第一螺母配合连接在所述第一螺杆上；在所述前端板与所述后端板之间固定设置有第一导杆，所述第一螺母与所述第一导杆滑动连接；在所述第一螺母上固定连接一框形基座；所述框形基座与所述支撑构件的后端固定连接；第一个所述控制转环通过第一传动组件与所述第一螺杆的后端连接，用于将第一个所述控制转环的转动运动传递给所述第一螺杆；所述第一传动组件包括一第一内齿圈和一第一齿轮，所述第一内齿圈固定设置在第一个所述控制转环的内侧，所述第一齿轮固定连接在所述第一螺杆的后端，所述第一齿轮与所述第一内齿圈啮合；所述第二螺杆转动支撑在所述框形基座上，所述第二螺母配合连接在所述第二螺杆上；在所述前端板与所述后端板之间固定设置有第二导杆，所述第二螺母与所述第二导杆滑动连接；在所述第二螺母上固定连接一第一压板，所述第一压板与所述第二结构骨的后端固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙颖浩，徐凯，赵江然，戴正晨，肖亮，
申请(专利权)人：中国人民解放军第二军医大学，
类型：发明
国别省市：上海;31