本發(fā)明涉及一種醫(yī)用機器人，尤其涉及一種鼻腔手術輔助持鏡機器人。

背景技術：

眾所周知，鼻息肉、鼻竇炎是耳鼻咽喉科的常見病和多發(fā)病，在耳鼻咽喉科的各類手術中，鼻腔手術數(shù)量占有較大的比例。

鼻腔手術中，醫(yī)生需要借助內(nèi)窺鏡進行病情觀察。傳統(tǒng)的內(nèi)窺鏡外科操作全部依靠醫(yī)生手動完成，費時費力，醫(yī)生辛苦、病人也需要相對較多的額外負擔或痛苦。尤其是，在鼻腔特定的狹小、復雜的空間內(nèi)，進行內(nèi)窺鏡的精確移位、精準找點，較長時間維持內(nèi)窺鏡的空間姿態(tài)的穩(wěn)定等等，單純依靠純手動操作，是一件十分困難的事情，效果自然不可能很理想。

近年來，醫(yī)用輔助機器人，特別是外科手術機器人的研究和開發(fā)方面得到了快速的發(fā)展。外科手術機器人在穩(wěn)定性、安全性以及可行性的方面上顯示出突出的優(yōu)勢，可增加手術的準確度，提高手術的質量；一定情況下，也可減少手術中的出血量和/或藥物的使用量，既可減輕患者的痛苦，又有利于術后的快速痊愈。

現(xiàn)有技術中，一般的鼻腔手術輔助持鏡機器人在操作空間和運動方式上存在一定的不足，內(nèi)窺鏡位置的調(diào)節(jié)還需要醫(yī)生手動操作才能來完成，特別是，對于復雜動作的執(zhí)行精度不高、不能達到相對理想的自動化和智能化程度。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是，提供一種鼻腔手術輔助持鏡機器人，其各運動部分動作的協(xié)調(diào)與同步性好，具有4個自由度，可充分滿足鼻腔手術內(nèi)窺鏡輔助操作所需；并且，機器人整體結構簡單、緊湊，布局合理，定位準確、精度高、空中姿態(tài)調(diào)節(jié)靈活等技術特點。

本發(fā)明為實現(xiàn)上述目的所采用的技術方案是，一種鼻腔手術輔助持鏡機器人，包括機架、機器人本體和內(nèi)窺鏡三部分，其特征在于，所述機架包括底座、立柱和用于機器人本體安裝的懸臂；其中，立柱的下端固定在底座上，懸臂固定在立柱的頂端；

自上向下，所述機器人本體包括順次連接的內(nèi)窺鏡水平移動機構、內(nèi)窺鏡旋轉機構、內(nèi)窺鏡擺動機構和內(nèi)窺鏡垂直移動機構；

所述懸臂的下表面上設置有機器人本體固定架，機器人本體固定架包括三塊安裝板，三塊安裝板均豎直布置，每塊安裝板的上端分別與機器人本體安裝懸臂固定連接，下端為自由端；按從左至右的順序，上述三塊安裝板分別為第一安裝板、第二安裝板和第三安裝板；

在上述第二安裝板和第三安裝板之間，一上一下，分別設置有第一線性導向軸和第二線性導向軸，第一線性導向軸和第二線性導向軸的兩端分別與第二安裝板和第三安裝板插接，成過盈配合；

所述內(nèi)窺鏡水平移動機構包括水平布置的第一電機和水平布置的第一絲杠螺母副；所述第一絲杠螺母副布置在上述第一水平支撐梁和第二水平支撐梁之間，絲杠螺母副的絲杠的兩端分別一可轉動方式插接在上述第二安裝板和第三安裝板上；絲杠螺母副的絲杠分別與上述第一線性導向軸和第二線性導向軸平行、等間距；

第一電機固定在第一安裝板的左側面上，第一電機的輸出軸從第一安裝板的右側面穿出；上述第一絲杠螺母副的絲杠的左端從上述第二安裝板的左側伸出，通過聯(lián)軸器與第一電機的輸出軸連接；

在上述第二安裝板和第三安裝板之間，豎直裝配有第四安裝板；

第四安裝板的上段分別設置有三個安裝孔，并經(jīng)由這三個安裝孔分別套裝在上述第一線性導向軸、第一絲桿螺母副的螺母和第二線性導向軸上；其中：第一線性導向軸和第二線性導向軸上分別裝配有直線軸承，第四安裝板套裝在直線軸承的外圈上，形成過盈配合；第四安裝板與第一絲杠螺母副的螺母成過盈配合；

在第四安裝板的底端與水平布置的第五安裝板固定連接，形成一l形結構；

所述內(nèi)窺鏡旋轉機構安裝在上述第五安裝板上；

上述內(nèi)窺鏡旋轉機構包括豎立布置的第二電機，第二電機固定在水平布置的第五安裝板上，第二電機的輸出軸垂直向下經(jīng)由第五安裝板的中心孔穿過，伸出；

在第五安裝板的下表面設置有一耳部，耳部呈u字形，為一體式結構，由豎直布置的兩塊立板和一塊水平布置的橫板組成，兩塊立板各自的頂端分別與第五安裝板的下表面固定連接橫板的兩端分別與兩塊立板各自的底端固定連接；

上述u字形耳部的兩塊立板一左一右對稱分布在上述第二電機輸出軸延長線的兩側；

在上述橫板上開設有一中心孔，中心孔位置處安裝有軸承座，軸承座內(nèi)的軸承內(nèi)孔中心點位于橫板上開設的中心孔孔中心點的正下方；

第二電機輸出軸的伸出端通過聯(lián)軸器與第一階梯軸固定連接；

所述內(nèi)窺鏡擺動機構包括方形框、水平布置的第三電機、；所述方形框為框架式結構，其上下兩表面封閉、其余各面敞口；

所述第三電機固定在方形框的右側邊框上，第三電機的輸出軸朝左水平布置，第三電機的輸出軸端部通過聯(lián)軸器與第二階梯軸固定連接；

上述第一階梯軸以中心對齊方式，與方形框的頂板鉸接，在第二電機的驅動下，所述階梯軸帶動所述內(nèi)窺鏡擺動機構沿水平面執(zhí)行圓周運動；

所述內(nèi)窺鏡垂直移動機構包括第四電機和第二絲杠螺母副；

第二絲杠螺母副的底板朝上布置，右側面封閉，右側面上安裝有一齒輪箱，齒輪箱內(nèi)安裝有齒條和傳動齒輪，傳動齒輪裝配在上述第二階梯軸上；

第二絲杠螺母副的螺母上裝配有第三線性導向軸安裝座板，第三線性導向軸安裝座板與第二絲杠螺母副的兩端端板平行；第三線性導向軸的一端與第三線性導向軸安裝座板固定連接，另一端從第二絲杠螺母副端板上開設的通孔中伸出，伸出端安裝有鼻腔手術內(nèi)窺鏡。

上述技術方案直接帶來的技術效果是，機器人本體具有前后左右水平方向上運動、沿水平面旋轉和擺動，以及沿豎直方向伸縮運動等4個自由度。

上述技術方案中，機器人本體的每個運動機構都是動作的執(zhí)行單元，各執(zhí)行單元之間串聯(lián)，使得機器人本體的各個運動機構之間具有較好的各向同性，且無累積誤差，使得機器人整機具有較高的精度，并具有動態(tài)響應好等技術特點。

同時，機器人本體的前后左右水平方向上運動和豎直方向上的伸縮運動均有高精度的絲杠螺母副或絲杠滑臺完成，保證了機器人所握持的內(nèi)窺鏡運動的高精度、定位的高準確度。

上述技術方案中，特別重要的是，采用直接依靠齒輪箱箱體作為將上位的左右水平方向上運動、沿水平面的旋轉運動和前后擺動運動高效地傳遞到下一級的內(nèi)窺鏡垂直移動機構這一結構形式。從而，巧妙地省略了內(nèi)窺鏡擺動機構擺動與內(nèi)窺鏡垂直移動機構之間所需的復雜的連接機構；其技術方案的構思精巧、簡單，結構緊湊，布局合理，有效地保證了機器人本體各運動部分動作的協(xié)調(diào)與同步。

不難看出，上述技術方案的機器人，具有定位精度高、空中姿態(tài)調(diào)節(jié)靈活等技術特點。

優(yōu)選為，上述第一電機、第二電機、第三電機和第四電機均為帶減速機的一體式結構；其中，電機均為伺服電機。

該優(yōu)選技術方案直接帶來的技術效果，選用一體式的帶減速機的伺服電機，既利于布局上的緊湊，又便于速度控制和定位的精確控制。并且，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件的伺服電機具有機電時間常數(shù)小、線性度高等特點。

進一步優(yōu)選，上述的鼻腔手術輔助持鏡機器人，機器人本體部分，除標準件外，其余零部件均選用鋁合金或鈦鎂合金制成。

該優(yōu)選技術方案直接帶來的技術效果，這主要是為了進一步減輕各部分的自重，進一步提高個運動部分的動作的靈活性，減少磨損，延長整機的使用壽命。

進一步優(yōu)選，上述第一電機、第二電機、第三電機和第四電機均由外接的計算機控制系統(tǒng)控制；

所述計算機控制系統(tǒng)利用三維圖像導航技術，控制內(nèi)窺鏡的運動軌跡、定位和空中姿態(tài)的調(diào)節(jié)。

該優(yōu)選技術方案直接帶來的技術效果，除機架的移動或搬運由人工手動執(zhí)行外，機器人本體的動作執(zhí)行均由計算機控制系統(tǒng)集中控制，帶來使用上的便利，并可有效降低內(nèi)窺鏡手術中的“因人而異”現(xiàn)象的發(fā)生。

綜上所述，本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術，具有各運動部分動作的協(xié)調(diào)與同步性好，具有4個自由度，可充分滿足鼻腔手術內(nèi)窺鏡輔助操作所需；并且，機器人整機結構簡單、緊湊，布局合理，定位準確、精度高、空中姿態(tài)調(diào)節(jié)靈活等有益效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明鼻腔手術輔助持鏡機器人整體的三維結構示意圖；

圖2為本發(fā)明鼻腔手術輔助持鏡機器人主體部分的主視結構示意圖；

圖3為本發(fā)明鼻腔手術輔助持鏡機器人主體部分的擺動機構結構示意圖；

圖4為本發(fā)明鼻腔手術輔助持鏡機器人主體部分的左視結構示意圖；

圖5為本發(fā)明鼻腔手術輔助持鏡機器人主體部分的俯視結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本發(fā)明進行詳細說明。

如圖1所示，本發(fā)明的鼻腔手術輔助持鏡機器人，包括機架1、機器人本體2和內(nèi)窺鏡3三部分，其特征在于，上述機架包括底座1-1、立柱1-2和用于機器人本體安裝的懸臂1-3；其中，立柱1-2的下端固定在底座1-1上，懸臂1-3固定在立柱1-2的頂端；

自上向下，上述機器人本體包括順次連接的內(nèi)窺鏡水平移動機構、內(nèi)窺鏡旋轉機構、內(nèi)窺鏡擺動機構和內(nèi)窺鏡垂直移動機構；

如圖2至圖5所示，上述懸臂的下表面上設置有機器人本體固定架，機器人本體固定架包括三塊安裝板，三塊安裝板均豎直布置，每塊安裝板的上端分別與機器人本體安裝懸臂固定連接，下端為自由端；按從左至右的順序，上述三塊安裝板分別為第一安裝板2-1、第二安裝板2-4和第三安裝板2-7；

在上述第二安裝板2-4和第三安裝板2-7之間，一上一下分別設置有第一線性導向軸2-5和第二線性導向軸2-8，第一線性導向軸2-5和第二線性導向軸2-8的兩端分別與第二安裝板2-4和第三安裝板2-7插接，成過盈配合；

上述內(nèi)窺鏡水平移動機構包括水平布置的第一電機2-2和水平布置的第一絲杠螺母副2-6；上述第一絲杠螺母副2-6布置在上述第一水平支撐梁和第二水平支撐梁之間，第一絲杠螺母副2-6的絲杠的兩端分別一可轉動方式插接在上述第二安裝板2-4和第三安裝板2-7上；第一絲杠螺母副2-6的絲杠分別與上述第一線性導向軸2-5和第二線性導向軸2-8平行、等間距；

第一電機2-2固定在第一安裝板2-1的左側面上，第一電機2-2的輸出軸從第一安裝板2-1的右側面穿出；上述第一絲杠螺母副2-6的絲杠的左端從上述第二安裝板2-4的左側伸出，通過聯(lián)軸器2-3與第一電機2-2的輸出軸連接；

在上述第二安裝板2-4和第三安裝板2-7之間，豎直裝配有第四安裝板2-10；

第四安裝板的上段分別設置有三個安裝孔，并經(jīng)由這三個安裝孔分別套裝在上述第一線性導向軸2-5、第一絲桿螺母副2-6的螺母和第二線性導向軸2-8上；其中：第一線性導向軸2-5和第二線性導向軸2-8上分別裝配有直線軸承2-9，第四安裝板2-10套裝在直線軸承2-9的外圈上，形成過盈配合；第四安裝板2-10與第一絲杠螺母副2-6的螺母成過盈配合；

在第四安裝板2-10的底端與水平布置的第五連接板2-12固定連接，形成一l形結構；

上述內(nèi)窺鏡旋轉機構安裝在上述第五安裝板2-12上；

上述內(nèi)窺鏡旋轉機構包括豎立布置的第二電機2-11，第二電機2-11固定在水平布置的第五安裝板2-12上，第二電機2-11的輸出軸垂直向下經(jīng)由第五安裝板2-12的中心孔穿過，伸出；

在第五安裝板的下表面設置有一耳部，耳部呈u字形，為一體式結構，由豎直布置的兩塊立板和一塊水平布置的橫板組成，兩塊立板各自的頂端分別與第五安裝板2-12的下表面固定連接橫板的兩端分別與兩塊立板各自的底端固定連接；

上述u字形耳部的兩塊立板一左一右對稱分布在上述第二電機2-11輸出軸延長線的兩側；

在上述橫板上開設有一中心孔，中心孔位置處安裝有軸承座2-15，軸承座2-15內(nèi)的軸承內(nèi)孔中心點位于橫板上開設的中心孔孔中心點的正下方；

第二電機2-11輸出軸的伸出端通過聯(lián)軸器2-13與一階梯軸固定連接；

上述內(nèi)窺鏡擺動機構包括方形框2-16、水平布置的第三電機2-17、；上述方形框2-16為框架式結構，其上下兩表面封閉、其余各面敞口；

上述第三電機2-17固定在方形框2-16的右側邊框上，第三電機2-17的輸出軸朝左水平布置，第三電機2-17的輸出軸端部通過聯(lián)軸器2-18與第二階梯軸2-19固定連接；

上述第一階梯軸2-19以中心對齊方式，與方形框2-16的頂板鉸接，在第二電機2-11的驅動下，上述第一階梯軸2-19帶動上述內(nèi)窺鏡擺動機構沿水平面執(zhí)行圓周運動；

上述內(nèi)窺鏡垂直移動機構包括第四電機2-22和第二絲杠螺母副2-25；

第二絲杠螺母副2-25的底板朝上布置，右側面封閉，右側面上安裝有一齒輪箱2-23，齒輪箱2-23內(nèi)安裝有齒條2-21和傳動齒輪2-20，傳動齒輪2-20裝配在上述第二階梯軸2-19上；

第二絲杠螺母副2-25的螺母上裝配有第三線性導向軸安裝座板2-24，第三線性導向軸安裝座板2-24與第二絲杠螺母副2-25的兩端端板平行；第三線性導向軸2-26的一端與第三線性導向軸安裝座板2-25固定連接，另一端從第二絲杠螺母副2-25端板上開設的通孔中伸出，伸出端安裝有鼻腔手術內(nèi)窺鏡3。

上述第一電機2-2、第二電機2-11、第三電機2-17和第四電機2-22均為帶減速機的一體式結構；其中，電機均為伺服電機。

上述的鼻腔手術輔助持鏡機器人，機器人本體部分，除標準件外，其余零部件均選用鋁合金或鈦鎂合金制成。

上述第一電機2-2、第二電機2-11、第三電機2-17和第四電機2-22均由外接的計算機控制系統(tǒng)控制；

上述計算機控制系統(tǒng)利用三維圖像導航技術，控制內(nèi)窺鏡的運動軌跡、定位和空中姿態(tài)。