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CN110575248A - 一种用于微创消融手术的机器人系统 - Google Patents

一种用于微创消融手术的机器人系统 Download PDF

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CN110575248A CN201910893105.7A CN201910893105A CN110575248A CN 110575248 A CN110575248 A CN 110575248A CN 201910893105 A CN201910893105 A CN 201910893105A CN 110575248 A CN110575248 A CN 110575248A
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Abstract

一种用于微创消融手术的机器人系统，它涉及一种机器人系统，它它包括现有的两套位姿分离机械臂，所述机器人系统还包括超声臂、手术推车和两套主手；手术推车的台面上的一侧安装有两套主手，另一侧安装有超声臂和两套位姿分离机械臂，且超声臂布置在两套位姿分离机械臂的之间。本发明应用于微创消融手术。

Description

一种用于微创消融手术的机器人系统
技术领域
本发明涉及一种机器人系统，具体涉及一种用于微创消融手术的机器人系统。
背景技术
在微创消融手术中，消融针所能触及的范围有限，所以当病灶过大，一个消融针无法完全消融时，需要两个消融针从不同方向刺入病灶。且手术过程需要实时反馈消融针刺入路径及进展，超声需要一直在线工作。完成上述动作至少需要两名以上医生，劳动强度比较大。
发明内容
本发明为克服现有技术不足，提供一种操作简便，省时省力的用于微创消融手术的机器人系统。
本发明的技术方案是：
一种用于微创消融手术的机器人系统，它包括现有的两套位姿分离机械臂，所述机器人系统还包括超声臂、手术推车和两套主手；手术推车的台面上的一侧安装有两套主手，另一侧安装有超声臂和两套位姿分离机械臂，且超声臂布置在两套位姿分离机械臂的之间。
进一步地，所述位姿分离机械臂包括包括底座、姿态补偿机构、定位机构和远程运动中心机构；底座上布置有定位机构、与定位机构相连接的姿态补偿机构以及与姿态补偿机构相连接的远程运动中心机构；所述定位机构包括第一电机、第二电机、第三电机、双平行四边形解耦结构和传递补偿组件；所述远程运动中心机构包括第五电机、第六电机、传动组件和远程联动机构；底座上安装有第一电机，第一电机的轴向竖向布置，第一电机的输出轴连接有支撑座，支撑座上布置有第二电机和第三电机；双平行四边形解耦机构分别由第二电机和第三电机驱动，双平行四边形解耦机构通过传动组件与姿态补偿机构连接，第五电机由姿态补偿机构带动旋转，远程联动结构由第六电机驱动的传动组件带动作俯仰运动，第六电机由第五电机带动旋转。
本发明与现有技术相比具有以下技术效果：
本发明通过体外或体内超声手段，看到病灶，使两侧位姿分离机械臂前端消融针深入人体并刺入病灶，使电极最大限度地、均匀地进入实体肿瘤组织，然后在消融电极针前端伸展出锚形细电极丝，插入到肿瘤组织中，通过射频输出，使病变区组织细胞离子震荡摩擦产生热量，通过加热的温度来杀灭肿瘤组织病变组织发生凝固性坏死，最终形成液化灶或纤维化组织，同时实时调节监控温度，从而达到局部消除肿瘤组织的目的，最后将穿刺针道加热消融，以防肿瘤种植。本发明可由一位医生自主操作主手完成超声定位及穿刺消融的动作，达到缓解医务工作者人员配备紧张的目的，减少人员配备，一人独立完成。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步地详细说明。
附图说明
图1为本发明整体结构俯视图；
图2为本发明立体图；
图3为本发明应用于手术的示意图；
图4为位姿分离机械臂的结构图；
图5为位姿分离机械臂的主视图；
图6为远程运动中心机构中第五电机和第六电机连接关系示意图。
具体实施方式
参见图1-图3所示，一种用于微创消融手术的机器人系统，它包括现有的两套位姿分离机械臂31，所述机器人系统还包括超声臂32、手术推车34和两套主手33；
手术推车34的台面上的一侧安装有两套主手33，另一侧安装有超声臂32和两套位姿分离机械臂31，且超声臂32布置在两套位姿分离机械臂31的之间。
主手33为医生操作端，两套位姿分离机械臂31与超声臂32为从动端，两套主手33分别控制两套位姿分离机械臂31，另一侧主手可切换操作超声臂32。
通过体外或体内超声手段，看到病灶，使两侧位姿分离机械臂前端消融针深入人体并刺入病灶，使电极最大限度地、均匀地进入实体肿瘤组织，然后在消融电极针前端伸展出锚形细电极丝，插入到肿瘤组织中，通过射频输出，使病变区组织细胞离子震荡摩擦产生热量，通过加热的温度来杀灭肿瘤组织病变组织发生凝固性坏死，最终形成液化灶或纤维化组织，同时实时调节监控温度，从而达到局部消除肿瘤组织的目的，最后将穿刺针道加热消融，以防肿瘤种植。本发明可由一位医生自主操作主手完成超声定位及穿刺消融的动作，达到缓解医务工作者人员配备紧张的目的。
参见图4-图6所示，所述位姿分离机械臂包括底座7、姿态补偿机构4、定位机构和远程运动中心机构；底座7上布置有定位机构、与定位机构相连接的姿态补偿机构4以及与姿态补偿机构4相连接的远程运动中心机构；所述定位机构包括第一电机1、第二电机2、第三电机3、双平行四边形解耦结构100和传递补偿组件9；
所述远程运动中心机构包括第五电机5、第六电机6、传动组件12和远程联动结构8；
底座7上安装有第一电机1，第一电机1的轴向竖向布置，第一电机1的输出轴连接有支撑座11，支撑座11上布置有第二电机2和第三电机3；双平行四边形解耦机构100分别由第二电机2和第三电机3驱动，双平行四边形解耦机构100通过传动组件9与姿态补偿机构4连接，第五电机5由姿态补偿机构4带动旋转，远程联动结构8由第六电机6驱动的传动组件12带动作俯仰运动，第六电机6由第五电机5带动旋转。
所述超声臂32为UR六自由度超声臂，也即通用型机器人的六自由度超声臂。是由尔智自动化公司制作。
参见图5所示，所述姿态补偿机构4包括第四电机42和连接座41；第四连接杆24和两个传递杆92的另一端分别与连接座41转动连接，第四电机42轴向竖直布置，且第四电机42固装在连接座41上，安装有第五电机5的安装座51固接在第四电机42的输出轴上。
较佳地，如图5和图6所示，所述传动组件12为锥齿轮副，安装有第六电机6的电机座61固接在第五电机5的输出轴上，第六电机6的输出轴上固接有一个锥齿轮12-1，远程联动结构8上安装有另一个锥齿轮12-1，远程联动结构8由锥齿轮副带动作俯仰运动。如此设置，通过锥齿轮副将运动传递给远程联动结构8，实现进针机构T的绕远心转动。在这里，为了保证第六电机6的安装紧凑，节省工作空间，第六电机6安装在筒式结构的电机座61中，优选地，所述第六电机为maxon电机。结构紧凑，使用简单可靠。
上述的位姿分离机械臂及工作原理采用已有专利文献的技术，参照申请号：2019102047359，申请日：2019年03月18日，专利名称：一种具有位姿分离的机械结构。
上述双平行四边形解耦结构100的工作原理参见图5说明，该结构是一种三关节两自由度的机构，两个自由度的驱动均布置在A关节处。首先我们定义A点为对应第二电机2输出轴与第一连接杆21固接点，B点为对应的第二连接杆22与支撑座10连接转动点，C 点为第二连接杆22与三角架91连接转动点，D点为第四连接杆24和三角架91连接转动点，E点为第四连接杆24与连接座41连接转动点，F点为第三连接杆23与传动轴3-1连接转动点，G点为第四连接杆24与第三连接杆23连接转动点，H点为三角架91与传递杆 92连接转动点，I点为传递杆92与连接座41连接转动点，EJI为相当于连接座41。
首先AB杆固定以AD杆为驱动时，ABCD平行四边形保证CE杆始终平行于AB杆，补偿由于AD杆的运动给CE杆带来的角度变化；同样通过AFGD平行四边形补偿GD杆的角度变化；由于∠HDG角度固定，可通过HDEI平行四边形补偿IE杆的角度变化。由此可以断定，AD杆运动时，EJ杆的角度保持不变，从而实现了EJ对AD的解耦。考虑AD 杆固定以AB杆为驱动时，可以看出通过ABCD平行四边形，实际上是对CE杆进行驱动。同理AFGD和HDEI两个平行四边形会使EJ杆补偿CE杆的角度变化，从而实现EJ对AB 的解耦。以上就是双平行四边形解耦结构的原理，其实该结构比较常用于工业码垛机器人中。
参见图5和图6所示，所述远程联动结构8包括第一操作杆81、第二操作杆82、第三操作杆83、第四操作杆84和第五操作杆85；第四操作杆84的一端与电机座61固接，第四操作杆84的另一端与第五操作杆85转动连接，第二操作杆82的一端与第四操作杆84 转动连接，第二操作杆82的一端还固接有所述另一个锥齿轮，第二操作杆82的另一端与第一操作杆81的一端转动连接，第五操作杆85的另一端与第三操作杆86转动连接，第三操作杆83的一端与第二操作杆82转动连接，第一操作杆81和第三操作杆83的另一端分别与进针机构101转动连接。
上述具体实施方式用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施案例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (5)

1.一种用于微创消融手术的机器人系统，它包括现有的两套位姿分离机械臂(31)，其特征在于：所述机器人系统还包括超声臂(32)、手术推车(34)和两套主手(33)；
手术推车(34)的台面上的一侧安装有两套主手(33)，另一侧安装有超声臂(32)和两套位姿分离机械臂(31)，且超声臂(32)布置在两套位姿分离机械臂(31)之间。
2.根据权利要求1所述一种用于微创消融手术的机器人系统，其特征在于：所述位姿分离机械臂31包括包括底座(7)、姿态补偿机构(4)、定位机构和远程运动中心机构；
底座(7)上布置有定位机构、与定位机构相连接的姿态补偿机构(4)以及与姿态补偿机构(4)相连接的远程运动中心机构；
所述定位机构包括第一电机(1)、第二电机(2)、第三电机(3)、双平行四边形解耦结构(100)和传递补偿组件(9)；
所述远程运动中心机构包括第五电机(5)、第六电机(6)、传动组件(12)和远程联动机构(8)；
底座(7)上安装有第一电机(1)，第一电机(1)的轴向竖向布置，第一电机(1)的输出轴连接有支撑座(11)，支撑座(11)上布置有第二电机(2)和第三电机(3)；双平行四边形解耦机构(100)分别由第二电机(2)和第三电机(3)驱动，双平行四边形解耦机构(100)通过传动组件(9)与姿态补偿机构(4)连接，第五电机(5)由姿态补偿机构(4)带动旋转，远程联动结构(8)由第六电机(6)驱动的传动组件(12)带动作俯仰运动，第六电机(6)由第五电机(5)带动旋转。
3.根据权利要求2所述一种用于微创消融手术的机器人系统，其特征在于：所述超声臂(32)为UR六自由度超声臂。
4.根据权利要求2所述一种用于微创消融手术的机器人系统，其特征在于：所述姿态补偿机构(4)包括第四电机(42)和连接座(41)；第四连接杆(24)和两个传递杆(92)的另一端分别与连接座(41)转动连接，第四电机(42)轴向竖直布置，且第四电机(42)固装在连接座(41)上，安装有第五电机(5)的安装座(51)固接在第四电机(42)的输出轴上。
5.根据权利要求2、3或4所述一种用于微创消融手术的机器人系统，其特征在于：所述传动组件(12)为锥齿轮副，安装有第六电机(6)的电机座(61)固接在第五电机(5)的输出轴上，第六电机(6)的输出轴上固接有一个锥齿轮(12-1)，远程联动机构(8)上安装有另一个锥齿轮(12-1)，远程联动结构(8)由锥齿轮副带动作俯仰运动。
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