一種用于頜面疾病精確診療的機器人的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于頜面疾病精確診療的機器人，屬于微創醫療器械【技術領域】。機器人包括機器人支撐機構、機器人本體機構、通用接口和控制系統；機器人支撐機構實現機器人本體機構相對于手術床即患者的相對位置調整，此位置調整是對患者治療部位的初步定位。機器人本體機構實現空間三個自由度的調整，由此實現末端機構對患者治療部位的精確定位；通用接口用于連接三個實施手術治療的末端機構，本發明可連接三種手術末端，從而完成三種不同的手術，拆卸方便，操作靈活；降低了創傷、提高了療效、準確率高、重復性好，同時降低人員輻射，減少人員工作量。
【專利說明】一種用于頜面疾病精確診療的機器人

【技術領域】
[0001] 發明涉及一種微創診療機器人，具體涉及一種用于顱底及面側深區疾病的精確微 創診療機器人，用于實現末端機構對患者的精確定位。屬于微創醫療器械【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 顱底及面側深區位置深，內含重要的神經血管。此區的病變，如腫瘤、神經疾患、炎 癥等在診治上存在較大難度及風險，是頭頸外科領域內最為疑難的解剖區域。顱底及面側 深區腫瘤軟組織復雜，且通常存在形變、不同軟組織以及軟組織與腫瘤病灶之間邊界模糊、 血管和神經分布密集復雜，因此目前對于此類疾病通常采用醫生一對一的手法治療，效率 低、強度大；目前市場上也沒有應用于此類疾病的精確微創診療機器人。


【發明內容】

[0003] 有鑒于此，本發明提供了一種用于頜面疾病精確診療的機器人，由機器人本體機 構實現末端機構對患者治療部位的精確定位，通過末端機構完成芽刺針穩定? u進、猶取腫 瘤組織、粒子植入、后退及種植體植入等操作。
[0004] 一種用于頜面疾病精確診療的機器人，包括機器人支撐機構、機器人本體機構、通 用接口和控制系統；其中，所述支撐機構包括固定患者并承載患者體重的手術床、起固定機 器人本體機構作用的床架，起支撐作用的左底座和右底座；床架沿水平方向對稱分布于手 術床的兩側邊且固定，左底座和右底座分別連接在床架上并且可以沿水平方向移動以調節 機器人本體機構相對于手術床的位置，位置合適時通過螺栓I固定；
[0005] 所述機器人本體機構包括電機組件I、螺栓II、右支撐件、圓弧導軌、左支撐件、電 機組件II、電機組件III、法蘭盤I、法蘭盤II、支撐板、齒輪、導輪、螺栓III、法蘭盤III、線性模 組固定件、線性模組、電機IV、電機連接件、滑塊、滑塊連接件、力學傳感器和通用接口；
[0006] 所述通用接口包括通用接口開放端和通用接口螺母；
[0007] 所述圓弧導軌的內外圓周面上對稱加工有沿圓弧導軌周向的凸起結構，夕卜圓周面 上還加工有周向齒，周向齒與凸起結構沿圓弧導軌的厚度方向并列設置；
[0008] 所述導輪的外圓周面上設有周向的V型槽，V型槽與圓弧導軌上的凸起結構相配 合；
[0009] 所述控制系統與機器人本體機構中的電機和力學傳感器相連，控制系統通過安裝 在末端機構上的方位傳感器得知末端機構的空間位置，根據患者治療部位位置信息計算出 控制量并傳遞給各電機；控制系統還根據力學傳感器感受末端機構作用于患者的穿刺力大 小來判斷穿刺路徑的正確性；
[0010] 其整體連接關系為：電機組件I固定連接在右底座上，電機組件I的傳動軸穿過 右底座上的過孔與右支撐件固定連接，左底座與左支撐件鉸接，圓弧導軌的兩端分別固定 在右支撐件和左支撐件上；
[0011] 所述支撐板上設置有四個導輪，四個導輪上下對稱設置并分別通過其上的V型槽 嵌入圓弧導軌的凸起結構中，使支撐板與圓弧導軌之間產生滑動配合，電機組件II固定在 法蘭盤I上并通過支撐板與齒輪連接，齒輪與圓弧導軌上的周向齒嚙合，電機組件II驅動 齒輪的轉動，導輪作為從動件帶動支撐板隨著齒輪的轉動沿圓弧導軌移動；
[0012] 電機組件III與法蘭盤II固定之后與支撐板固定連接，電機組件III的輸出軸與線性 模組固定件通過法蘭盤III固定連接，電機組件III驅動線性模組固定件使其轉動以調節角 度，線性模組固定在性模組固定件上，滑塊固定在線性模組上，電機IV通過電機固定件固定 在線性模組的頂端，用以驅動滑塊的上下移動，滑塊連接件與滑塊固定在一起隨著之上下 移動，力覺傳感器的上端與滑塊連接件連接在一起，力覺傳感器的下端與通用接口中的通 用接口開放端相連接，用以感知手術中穿刺力的大小。
[0013] 進一步的，為了增強圓弧導軌的強度，與圓弧導軌相同尺寸的圓弧導軌支架與圓 弧導軌的背面相貼合并且用螺栓IV固定在一起。
[0014] 工作過程：所述通用接口用于連接三個實施手術治療的末端機構，三個末端機構 分別是可持續自動粒子植入器、顱底腫瘤穿刺活檢機構和三叉神經節熱凝治療三叉神經痛 末端機構；三個末端機構均具備與通用接口連接的連接結構，將連接結構插入通用接口開 放端后用通用接口螺母鎖緊，即可使末端機構與機器人本體實現連接。
[0015] 在對患者實施手術治療時，患者平躺在手術床上，通過調節左底座和右底座在床 架上的移動來實現機器人本體機構相對于手術床即患者的相對位置調整，此位置調整是對 患者治療部位的初步定位。
[0016] 精確定位由機器人本體機構實現，電機組件I驅動右支撐件和左支撐件繞鉸接點 轉動，由此帶動圓弧導軌以及支撐板上的部件整體轉動，實現末端機構繞該轉動軸線相對 于水平面的俯仰調節；電機組件II驅動齒輪的轉動，導輪作為從動件帶動支撐板隨著齒輪 的轉動沿圓弧導軌移動，實現末端機構沿圓弧導軌的弧度位移調節；電機組件III驅動線性 模組固定件使其轉動以調節角度，實現末端機構繞垂直于支撐板平面方向的轉動軸線旋 轉；電機IV通過線性模組驅動滑塊做直線運動，實現末端機構沿滑塊的運動方向做直線移 動。上述位移均通過控制系統給出控制量后由電機驅動實現，因此能夠實現末端機構對患 者治療部位的精確定位。
[0017] 有益效果：
[0018] 1、本發明的機器人固定在手術床上，通過機器人支撐機構實現機器人本體機構相 對手術床位置的初步定位，通過機器人本體機構實現精確定位；在患者頭頸部狹小的工作 空間內通過實現了穿刺針精確定位、穩定前進、獲取腫瘤組織、粒子植入、后退及種植體植 入等操作，具備較高的剛度、操作靈活，完成了集高速伺服電機、微小型伺服驅動器、高效減 速裝置和輕量化關節于一體的新穎靈巧關節，同時力覺傳感器能實時感測和反饋穿刺力的 大小，實現了機器人精確定位、靈活規劃和小體積情況下的最佳可操作性和最大靈活工作 空間；
[0019] 2、本發明的通用接口采用了航空螺母式的通用接口設計，可連接三種手術末端， 從而完成三種不同的手術，拆卸方便，操作靈活；降低了創傷、提高了療效、準確率高、重復 性好，同時降低人員輻射，減少人員工作量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1為本發明顱底及面側深區疾病的精確微創診療機器人的軸測圖；
[0021] 圖2為本發明顱底及面側深區疾病的精確微創診療機器人的左視圖；
[0022] 圖3為本發明顱底及面側深區疾病的精確微創診療機器人的主視圖；
[0023] 圖4是本發明中通用接口的結構示意圖；
[0024] 圖5是本發明中可持續自動粒子植入器的結構示意圖；
[0025] 圖6是顱底腫瘤穿刺活檢機構的結構示意圖；
[0026] 圖7是三叉神經節熱凝治療三叉神經痛末端機構；
[0027] 其中，1、床架；2、螺栓I ;3、右底座；4、手術床；5、螺栓II ;6、右支撐座；7、圓弧導 軌支撐架；8、電機組件II ;9、電機組件111;10、法蘭盤1;11、法蘭盤II ;12、支撐板；13、法蘭 盤III ;14、螺栓IV ;15、線性模組固定件；16、線性模組；17、通用接口；18、力覺傳感器；19、 滑塊連接件；20、滑塊；21、電機連接件；22、電機IV ;23、電機組件I ;24、圓弧導軌；25、齒 輪；26、導輪；27、左支撐件；28、左底座；29、螺栓III ;30、通用接口開放端；31、通用接口螺 母；32、接口 I ;33、粒子植入裝置；34、接口 II ;35、穿刺活檢器；36、接口III ;37、熱消融把 持裝置。

【具體實施方式】
[0028] 下面結合附圖并舉實施例，對本發明進行詳細描述。
[0029] 如附圖1、2和3所示，本發明提供了一種用于頜面疾病精確診療的機器人，包括機 器人支撐機構、機器人本體機構、通用接口和控制系統；其中，所述支撐機構包括固定患者 并承載患者體重的手術床4、起固定機器人本體機構作用的床架1，起支撐作用的左底座28 和右底座3 ;床架1沿水平方向對稱分布于手術床4的兩側邊且固定，左底座28和右底座 3分別連接在床架1上并且可以沿水平方向移動以調節機器人本體機構相對于手術床4的 位置，位置合適時通過螺栓12固定；
[0030] 所述機器人本體機構包括電機組件I 23、螺栓II 5、右支撐件6、圓弧導軌24、左支 撐件27、電機組件II 8、電機組件III9、法蘭盤110、法蘭盤II 11、支撐板12、齒輪25、導輪26、 螺栓III 29、法蘭盤III 13、線性模組固定件15、線性模組16、電機IV 22、電機連接件21、滑塊 20、滑塊連接件19、力學傳感器18和通用接口 17 ;
[0031] 如附圖4所示，所述通用接口 17包括通用接口開放端30和通用接口螺母31 ;
[0032] 所述圓弧導軌24的內外圓周面上對稱加工有沿圓弧導軌24周向的凸起結構，夕卜 圓周面上還加工有周向齒，周向齒與凸起結構沿圓弧導軌24的厚度方向并列設置；
[0033] 所述導輪26的外圓周面上設有周向的V型槽，V型槽與圓弧導軌24上的凸起結 構相配合；
[0034] 所述控制系統與機器人本體機構中的電機相連，通過方位傳感器得知末端機構的 空間位置，根據患者治療部位位置信息計算出控制量并傳遞給各電機；
[0035] 其整體連接關系為：電機組件123固定連接在右底座3上，電機組件I 23的傳動 軸穿過右底座3上的過孔與右支撐件6固定連接，左底座28與左支撐件27鉸接，圓弧導軌 24的兩端分別固定在右支撐件6和左支撐件27上；
[0036] 所述支撐板12上設置有四個導輪26,四個導輪26上下對稱設置并分別通過其上 的V型槽嵌入圓弧導軌24的凸起結構中，使支撐板12與圓弧導軌24之間產生滑動配合， 電機組件II 8固定在法蘭盤110上并通過支撐板12與齒輪25連接，齒輪25與圓弧導軌24 上的周向齒嚙合，電機組件II 8驅動齒輪25的轉動，導輪24作為從動件帶動支撐板12隨 著齒輪25的轉動沿圓弧導軌24移動；
[0037] 電機組件III 9與法蘭盤II 11固定之后與支撐板12固定連接，電機組件III 9的輸 出軸與線性模組固定件15通過法蘭盤III 13固定連接，電機組件III 9驅動線性模組固定件 15使其轉動以調節角度，線性模組16固定在性模組固定件15上，滑塊20固定在線性模組 16上，電機IV22通過電機固定件21固定在線性模組16的頂端，用以驅動滑塊20的上下移 動，滑塊連接件19與滑塊20固定在一起隨著之上下移動，力覺傳感器18的上端與滑塊連 接件19連接在一起，力覺傳感器18的下端與通用接口 17中的通用接口開放端30相連接， 用以感知手術中穿刺力的大小。
[0038] 進一步的，為了增強圓弧導軌的強度，與圓弧導軌24相同尺寸的圓弧導軌支架7 與圓弧導軌24的背面相貼合并且用螺栓IV 14固定在一起。
[0039] 所述通用接口 17用于連接三個實施手術治療的末端機構，三個末端機構分別是 可持續自動粒子植入器、顱底腫瘤穿刺活檢機構和三叉神經節熱凝治療三叉神經痛末端 機構；如附圖5、6和7所示，所述的可持續自動粒子植入器包括與通用接口相連接的接口 132、粒子植入裝置33等；所述的顱底腫瘤穿刺活檢機構：包括與通用接口相連接的接口 Π 34、穿刺活檢器35等；所述的三叉神經節熱凝治療三叉神經痛末端機構：包括與通用接 口相連接的接口 III 36、熱消融把持裝置37等。
[0040] 三個末端機構均具備與通用接口 17連接的連接結構，將連接結構插入通用接口 開放端30后用通用接口螺母31鎖緊，即可使末端機構與機器人本體實現連接。
[0041] 在對患者實施手術治療時，患者平躺在手術床4上，通過調節左底座28和右底座3 在床架1上的移動來實現機器人本體機構相對于手術床4即患者的相對位置調整，此位置 調整是對患者治療部位的初步定位。
[0042] 精確定位由機器人本體機構實現，電機組件I 23驅動右支撐件6和左支撐件27 繞鉸接點轉動，由此帶動圓弧導軌24以及支撐板12上的部件整體轉動，實現末端機構繞該 轉動軸線相對于水平面的俯仰調節；電機組件II 8驅動齒輪25的轉動，導輪24作為從動件 帶動支撐板12隨著齒輪25的轉動沿圓弧導軌24移動，實現末端機構沿圓弧導軌24的弧 度位移調節；電機組件III 9驅動線性模組固定件15使其轉動以調節角度，實現末端機構繞 垂直于支撐板12平面方向的轉動軸線旋轉；電機IV 22通過線性模組16驅動滑塊20做直 線運動，實現末端機構沿滑塊20的運動方向做直線移動。上述位移均通過控制系統給出控 制量后由電機驅動實現，因此能夠實現末端機構對患者治療部位的精確定位。在末端機構 實施穿刺的過程中，力覺傳感器18感知穿刺力的大小并傳遞給控制系統，通過控制系統來 判斷穿刺路徑正確與否，一旦穿刺路徑發生錯誤，控制系統給出停止穿刺指令，并重新進行 定位過程。
[0043] 綜上所述，以上僅為本發明的較佳實施例而已，并非用于限定本發明的保護范圍。 凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的 保護范圍之內。
【權利要求】
1. 一種用于頜面疾病精確診療的機器人，其特征在于，包括：包括機器人支撐機構、機 器人本體機構、通用接口和控制系統；其中，所述支撐機構包括固定患者并承載患者體重的 手術床（4)、起固定機器人本體機構作用的床架（1)，起支撐作用的左底座（28)和右底座 (3);床架⑴沿水平方向對稱分布于手術床⑷的兩側邊且固定，左底座（28)和右底座 (3) 分別連接在床架（1)上并且可以沿水平方向移動以調節機器人本體機構相對于手術床 (4) 的位置，位置合適時通過螺栓1(2)固定； 所述機器人本體機構包括電機組件I (23)、螺栓II (5)、右支撐件￠)、圓弧導軌（24)、 左支撐件（27)、電機組件II (8)、電機組件III (9)、法蘭盤I (10)、法蘭盤II (11)、支撐板 (12)、齒輪（25)、導輪（26)、螺栓III (29)、法蘭盤III (13)、線性模組固定件（15)、線性模組 (16)、電機IV (22)、電機連接件（21)、滑塊（20)、滑塊連接件（19)、力學傳感器（18)和通用 接口（17); 所述通用接口（17)包括通用接口開放端（30)和通用接口螺母（31); 所述圓弧導軌（24)的內外圓周面上對稱加工有沿圓弧導軌（24)周向的凸起結構，夕卜 圓周面上還加工有周向齒，周向齒與凸起結構沿圓弧導軌（24)的厚度方向并列設置； 所述導輪（26)的外圓周面上設有周向的V型槽，V型槽與圓弧導軌（24)上的凸起結 構相配合； 所述控制系統與機器人本體機構中的電機和力學傳感器（18)相連，控制系統通過安 裝在末端機構上的方位傳感器得知末端機構的空間位置，根據患者治療部位位置信息計算 出控制量并傳遞給各電機；控制系統還根據力學傳感器感受末端機構作用于患者的穿刺力 大小來判斷穿刺路徑的正確性； 其整體連接關系為：電機組件I (23)固定連接在右底座3上，電機組件I (23)的傳動 軸穿過右底座（3)上的過孔與右支撐件（6)固定連接，左底座（28)與左支撐件（27)鉸接， 圓弧導軌（24)的兩端分別固定在右支撐件（6)和左支撐件（27)上； 所述支撐板（12)上設置有四個導輪（26)，四個導輪（26)上下對稱設置并分別通過其 上的V型槽嵌入圓弧導軌（24)的凸起結構中，使支撐板（12)與圓弧導軌（24)之間產生滑 動配合，電機組件II⑶固定在法蘭盤I (10)上并通過支撐板（12)與齒輪（25)連接，齒輪 (25)與圓弧導軌（24)上的周向齒嚙合，電機組件II⑶驅動齒輪（25)的轉動，導輪（24) 作為從動件帶動支撐板（12)隨著齒輪（25)的轉動沿圓弧導軌（24)移動； 電機組件III9與法蘭盤II (11)固定之后與支撐板（12)固定連接，電機組件III (9)的輸 出軸與線性模組固定件（15)通過法蘭盤III 13固定連接，電機組件III (9)驅動線性模組固 定件（15)使其轉動以調節角度，線性模組（16)固定在性模組固定件（15)上，滑塊（20)固 定在線性模組（16)上，電機IV (22)通過電機固定件（21)固定在線性模組（16)的頂端，用 以驅動滑塊（20)的上下移動，滑塊連接件（19)與滑塊（20)固定在一起隨著之上下移動， 力覺傳感器（18)的上端與滑塊連接件（19)連接在一起，力覺傳感器（18)的下端與通用接 口（17)中的通用接口開放端（30)相連接。
2. 如權利要求1所述的用于頜面疾病精確診療的機器人，其特征在于，與圓弧導軌 (24)相同尺寸的圓弧導軌支架（7)與圓弧導軌（24)的背面相貼合并且用螺栓IV (14)固定 在一起。
【文檔編號】A61B19/00GK104146772SQ201410367701
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2014年7月29日
【發明者】段星光, 陳寧寧, 李常, 孔祥戰, 王永貴 申請人:北京理工大學