一种双目内窥模块的视觉引导臂结构的制作方法

本实用新型涉及一种单孔腔镜机器人，尤其涉及一种安装在机器人上用于观察的双目内窥模块的视觉引导臂。

背景技术：

随着科技的发展及医患对微创的要求，腔镜手术越来越被重视，越来越多的手术由开放式转变为微创式，并且越来越多的微创手术是通过单孔完成的。这就对手术器械有了更高的要求。现存的手术器械有时很大程度上难以满足术者的要求，在手术操作时，同时插入体内进行操作的器械过多，各器械容易互相影响，妨碍术者操作。尤其是单孔腹腔镜操作时，器械更容易打架，手术操作不易，增加手术难度及时间，增加病人手术风险。因此，在实施单孔腔镜手术时，如何更简化操作流程，减少操作器械的数量显得尤为重要。随着自动化行业的不断发展与完善，机器人在医疗行业占据了越来越重要的地位，尤其是进行手术对病人进行治疗的情况下，传统手术对医生的要求十分严苛，医生力量的大小、施力的方向以及可能会发生的手部抖动都会对手术的结果产生巨大的影响，严重时甚至会危及病人的生命安全，而采用机器人代替医生进行手术，可以克服医生的失误造成手术风险，使得手术更加精确。现存单孔腔镜手术机器人多使用“主从”系统构架，即医生在一套“遥操作控制台”上操作两台力位交互设备，对“病人侧手术执行系统”实施遥操作完成手术。遥操作控制台的集成技术相对成熟；主要研发挑战集中于单孔手术执行系统，须将一支视觉引导臂和两至三支手术执行臂集成在同一腔镜内，腔镜直径（即所需皮肤切口口径）和手术执行臂的力位操作性能是关键指标。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种结构简单，操作方便，能在有限空间内实现向上及侧向翻转运动，结构稳定性好的双目内窥模块视觉引导臂结构；解决了现有技术中存在的引导臂结构复杂，视野受限，不能在有限空间内完成各种动作的技术问题。

本实用新型的上述技术问题是通过下述技术方案解决的：一种双目内窥模块的视觉引导臂结构，包括头端部，头端部连接有弯曲部，弯曲部连接有插入部，插入部连接有操作部，所述的弯曲部包括相互连接的前弯曲部和后弯曲部，前弯曲部和后弯曲部分别连接有操作机构，操作机构位于操作部内，所述的操作机构包括两组拉索结构，其中一组拉索结构对应控制左上和右下位置，另外一组拉索结构对应控制右上和左下位置。将弯曲部分为前、后两部分，并进行分别控制，从而实现在机器人手术中，实现“眼镜蛇动作”。在切口只有22mm的情况下，依然能实现引导臂的灵活转动。前弯曲部由前操作机构控制，后弯曲部由后操作机构控制。前操作机构的每组拉索形成一个环形控制，将前操作机构划分为四个区域，比如前操作机构的其中一组拉索，同步运动，控制前操作部前端的左上和右下方向。而另一组拉索形成一个环形，控制前操作部前端的左下和右上方向，从而完成对前弯曲部的360°的弯曲，引导臂全方位无死角的弯曲翻转，能让观察更全面。两组绳索分别控制，结构简单，操作方便。一次操作能完成两个方向的对称运动，稳定性好。

作为优选，所述的拉索结构包括驱动件，驱动件连接有传动件，传动件上连接有两根拉索，两根拉索的端部分别固定在弯曲部端部接圈的两个相对方向上。比如一根控制左上方向，那么另外一根控制右下方向。一次驱动，传动件相对运动，从而同时带动两根拉索同步运动。

作为优选，所述的驱动件为电机，所述的传动件为丝杆，在丝杆的一端设有左旋螺纹，在丝杆的另一端设有右旋螺纹，左旋螺纹段与右旋螺纹段长度相同对称分布，在丝杆上的左旋螺纹段套接有左滑块，在丝杆的优选螺纹段套接有右滑块，左滑块上固定有左拉索的一端，右滑块上固定有右拉索。电机驱动丝杆转动，丝杆转动带动其上的左滑块和右滑块向相反的方向运动，从而完成对位于同一直径反向上的两个相对方向进行控制，比如左滑块连接控制左上方向的拉索，右滑块就连接控制右下方向的拉索，丝杆转动，左滑块向左运动，右滑块向右运动，左上反向的拉索放松，右下方向的拉索拉紧，让弯曲部的端面向右下方向倾斜，同理，也可以控制弯曲部的端面向其余方向变化。

作为优选，在前弯曲部的前端安装有前接圈，在后弯曲部的前端安装有中接圈，前拉索结构内的两组拉索结构中的四根拉索分别固定在前接圈的左上、右下、右上、左下四个位置，后拉索结构内的两组拉索结构中的四根拉索分别固定在中接圈的左上、右下、右上、左下四个位置。通过前接圈和中接圈来连接拉索，从而控制翻转方向。

作为优选，在前弯曲部的前端安装有前接圈，在后弯曲部的前端安装有中接圈，在插入管的前端安装有后接圈，在操作部内设有前支撑板和后支撑板，在前支撑板上固定有前弹簧软管的一端，前弹簧软管的另一端固定在中接圈上，在后支撑板上固定有后弹簧软管的一端，后弹簧软管的另一端固定在后接圈上。拉索结构内的拉索位于弹簧软管内。在前弯曲部和后弯曲部进行调整的时候，通过弹簧软管对其端部支撑，防止在弯曲部进行弯曲时，连接弯曲部的插入部由于弯曲部的弯曲受力变形。

作为优选，所述的插入部包括插入管，插入管外包裹有外层绝缘中层钢带的套管。绝缘效果好，柔韧性好。

作为优选，所述的头端部包括两个物镜组，每个物镜组包括一个物镜，物镜连接有cmos传感器，在物镜的一侧设有一路光束。双目内窥模块的视觉引导臂图像主要通过物镜8将采集到的图像经10双cmos图像传感器为核心实现视频采集电路，双路光束9为提供充足光线保障；以fpga配合ddr存储器为核心实现高速视频缓存，并以fpga编程控制模块实现视频处理和控制。实现双路高清视频的标准3g/hd-sdi格式输出。

因此，本实用新型的一种双目内窥模块的视觉引导臂结构具备下述优点：结构简单，操作方便，通过一个电机控制双向拉动拉索，让弯曲部能全方位无死角的进行弯曲翻转，提高观察视野。使用具有超弹性的镍钛合金、设计可整体变形的连续体机构构造视觉引导臂，在受限空间尺寸下实现向上以及侧向翻展运动，并通过驱动补偿和结构件冗余布置实现高定位精度和高负载能力；在22mm的入腹切口尺寸限制下，完成一套单孔腔镜手术机器人系统的视觉引导臂，并留下充足空间用于集成三支手术执行臂。

附图说明

图1是本实用新型的一种双目内窥模块的视觉引导臂结构的整体示意图。

图2是图1的操作部透视图。

图3是图1内的拉索结构的示意图。

图4是图1的先端部的示意图。

图5是图4的左视图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对实用新型的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

如图1和2和3所示，一种双目内窥模块的视觉引导臂结构，包括头端部1，头端部1连接有弯曲部，弯曲部连接有插入部4，插入部4连接有操作部5。其中弯曲部包括相互连接的前弯曲部2和后弯曲部3，前弯曲部2和后弯曲部3分别连接有操作机构，操作机构位于操作部5内。操作机构包括两组结构相同的拉索结构。其中一组拉索结构控制左上和右下方向的转动，另外一组拉索结构控制左下和右上方向的转动。拉索结构包括电机44、45、46、47，电机连接有丝杆24、27、39、42，在丝杆24、27、39、42的一端设有左旋螺纹，在丝杆的另一端设有右旋螺纹，左旋螺纹段与右旋螺纹段长度相同对称分布。在丝杆上的左旋螺纹段套接有左滑块23、26、38、41，在丝杆的优选螺纹段套接有右滑块25、28、40、43，左滑块上固定有左拉索的一端，右滑块上固定有右拉索。

以前弯曲部为例，其中一组拉索用于控制左上和右下方向的转动，左拉索34的一端固定在左滑块38上，左拉索34的另一端固定在前弯曲部端部的前接圈11的左上方，右拉索35的一端固定在右滑块40上，右拉索20的另一端固定在前弯曲部端部的前接圈11的右下方，电机45驱动丝杆转动，左滑块38向左运动，右滑块40向右运动，左拉索向前送，右拉索向后拉，将前弯曲部的端部向右下方弯曲。

在前弯曲部的前端部固定有前接圈11，在后弯曲部的前端部固定有中接圈12，在插入部的前端部固定有后接圈13。在操作部内安装有相互平行的前支撑板18、中支撑板50和后支撑板。在中接圈12和前支撑板18之间固定有前弹簧软管14、15、16、17，在后接圈和中支撑板之间固定有后弹簧软管29、30、31、32。

插入部包括插入管，插入管外包裹有外层绝缘中层钢带的套管。

如图4和5所示，双目内窥模块的视觉引导臂图像主要通过物镜8将采集到的图像经10双cmos图像传感器为核心实现视频采集电路，双路光束9为提供充足光线保障；以fpga配合ddr存储器为核心实现高速视频缓存，并以fpga编程控制模块实现视频处理和控制。实现双路高清视频的标准3g/hd-sdi格式输出。

使用时，双目内窥模块的视觉引导臂前端、后端的弯曲主要通过运作控制连接线连接单孔腔镜机器人的控制平台，由操控平台发出指令使电机44、45、46、47四个电机实现正反转运作，四个电机分别与丝杆24、27、39、42联接，丝杆的两端分别配有正反旋的丝杆与四对左滑块23、26、38、41和右滑块25、28、40、43，而每组滑块都对应着前端、后端弯曲部的上下、左右弯曲时的拉索19、20；21、22；34、35与36、37，丝杆转动时，左右滑块都要能使拉索上拉下放，左紧右松，实现力的平衡。拉索19、20、21、22分别与前接圈11上的四个方向上的定位槽固定，通过固定在中接圈12与前支承18上前弹簧软管14、15、16、17的导向和支承实现前端弯曲部2的弯曲；拉索34、35、36、37则分别与中接圈12上的四个方向上的定位槽固定，通过固定在后接圈13与中支承板50上的后弹簧软管29、30、31、32的导向和支承实现后端弯曲部3的弯曲；这样只要通过操控电机程序就能使双目内窥模块的视觉引导臂全方位无死角的弯曲翻转。在机器人手术中，实现“眼睛蛇动作”，让位于其它功能机械臂的操作。