專利名稱：一種手術機器人圖像顯示系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種手術機器人用圖像顯示系統(tǒng)，特別涉及圖像系統(tǒng)用可實現(xiàn)角平分線機構支架。
背景技術：
以腹腔鏡為代表的微創(chuàng)外科被譽為20世紀醫(yī)學科學對人類文明的重要貢獻之一，它是指借助先進的手術器械與設備，醫(yī)生利用細長的手術工具通過體表微小切口探入到體內(nèi)進行手術操作，具有創(chuàng)傷小、失血少、疤痕小、術后恢復快等優(yōu)點，受到廣大醫(yī)患的青睞，進而被廣泛地應用于臨床手術。在手術過程中，醫(yī)生只能通過監(jiān)視器上的二維圖像獲得手術場景信息，缺乏深度方向上的感覺，這增加了醫(yī)生訓練的復雜性和長期性，限制了微創(chuàng)手術在諸如心臟手術、泌 尿手術等一系列復雜手術中的運用。因此，能夠獲得病灶的三維立體圖像具有重要意義。以Da Vinci (專利號 US6574355B2)、Microhand A (專利號 200910068276)為代表的醫(yī)療機器人圖像系統(tǒng)雖然具有立體視覺，但立體圖像空間與醫(yī)生手部操作并無直接對應，操作直觀性差。因此，發(fā)明一種能同時顯示立體圖像又能將立體圖像與醫(yī)生手部操作直接對應的圖像顯示系統(tǒng)對提高手術機器人的操作性能有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于克服已有技術的缺陷，提供一種使操作者可同時觀察手部操作與立體手術視野圖像，提高操作直觀性，確保景象圖像位置的一種手術機器人圖像顯示系統(tǒng)。本發(fā)明的一種手術機器人圖像顯示系統(tǒng)，它包括底座，在所述的底座上間隔平行設置有兩個下支撐桿，在每一個所述的下支撐桿的頂部轉動連接有一個連接鎖緊模塊，每一所述的連接鎖緊模塊包括連接裝置、第一轉臂和安裝在所述的第一轉臂下方的第二轉臂，所述的第一轉臂和第二轉臂的一端通過安裝在下支撐桿頂端的銷軸轉動相連，所述的第一轉臂、第二轉臂與連接裝置相連并且在連接裝置的作用下兩者之間能夠共同繞銷軸旋轉使兩者閉合或張開相對設置，一個懸撐橫梁的兩端分別通過邊塊與第一轉臂固定相連，一個懸掛塊通過撐片固定在懸撐橫梁的中間，顯示器懸掛在懸掛塊上，所述的邊塊能夠在第一轉臂上滑動并與之固定相連，所述的第二轉臂內(nèi)側開有玻璃滑槽，玻璃封框的兩側嵌在玻璃滑槽中并且能夠與之滑動配合，玻璃封框與玻璃滑槽固定相連，顯示玻璃固定在玻璃封框內(nèi)。本發(fā)明的優(yōu)點本發(fā)明提出的一種手術機器人圖像顯示系統(tǒng)具有以下有益效果I.本發(fā)明可透過半透半反玻璃同時觀察手部動作及立體圖像，手在立體圖像中運動并與圖像中手術工具位置重合，操作直觀感強。2.本發(fā)明的一種實施方式采用彈性撐桿支撐顯示器，可提供適當?shù)拈_啟力，從而實現(xiàn)支架平穩(wěn)、自動地張開。3.本發(fā)明兩種實施方式均使用連接銷連接豎直軸、中間軸和上邊軸，可實現(xiàn)顯示器在設定的工作調(diào)整角度范圍內(nèi)任意位置的鎖緊。


圖1-1是本發(fā)明的一種手術機器人圖像顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)圖；圖1-2是本發(fā)明的一種手術機器人圖像顯示系統(tǒng)的閉合狀態(tài)圖；圖2是本發(fā)明中圖I所示的系統(tǒng)的連接鎖緊模塊原理圖；
圖3是本發(fā)明中圖I所示的系統(tǒng)的自鎖緊模塊的結構與功能原理圖；圖4是本發(fā)明中圖I所示的系統(tǒng)的玻璃調(diào)整模塊的結構與功能原理圖；圖5是本發(fā)明中圖I所示的系統(tǒng)的顯示器懸撐模塊的結構與功能原理圖；圖6-1是本發(fā)明中一種手術機器人圖像顯示系統(tǒng)的另一種實現(xiàn)方式的工作狀態(tài)圖；圖6-2是本發(fā)明中一種手術機器人圖像顯示系統(tǒng)的另一種實現(xiàn)方式的閉合狀態(tài)圖；圖6-3是圖6-2所示裝置的圓圈內(nèi)結構的局部放大圖；圖7是是圖6_1所不的系統(tǒng)的原理不意圖；圖8為本發(fā)明系統(tǒng)應用的操作原理示意圖；圖9為本發(fā)明系統(tǒng)應用的顯示效果示意圖。其中1-1-顯示器模塊1-2-支撐模塊1-3-玻璃調(diào)整模塊1_4 -連接鎖緊模塊
1-5-懸撐模塊1-6-自鎖緊模塊2-1-限位塊2-2-旋轉手柄2-3-上邊軸2_4 -下邊軸2-5-中間軸2-6-銷軸3-1-限位罩3-2-強磁鐵3_3 -鎖緊橫梁3_4 -鐵塊
3-5 -顯示器4-1 -玻璃滑槽4-2 -玻璃封框4-3 -玻璃邊塊4_4 -顯示玻璃5_1 -邊塊5-2-懸掛塊5-3-懸撐橫梁5-4-撐片6-1-下支撐桿6_2上支撐桿6_3_連接桿
I6-4-連接桿II 6-5-中間桿6-6-滑塊6-7-邊銷7_1_桿I 7-2-桿II 7-3-連桿I7-4-連桿II 7-5-搖桿7-6-滑塊8-1-醫(yī)療機器人本體8_2_機器人手術工具8_3_立體腹腔鏡8-4-手8-5-立體圖像8-6-立體虛像9-1-病灶圖像9_2_手術工具圖像9-3-雙手
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明加以詳細說明本發(fā)明的一種手術機器人圖像顯示系統(tǒng)，它包括底座，在所述的底座上間隔平行設置有兩個下支撐桿，在所述的每一下支撐桿的頂部轉動連接有一個連接鎖緊模塊，每一所述的連接鎖緊模塊包括連接裝置、第一轉臂和安裝在所述的第一轉臂下方的第二轉臂，所述的第一轉臂和第二轉臂的一端通過安裝在下支撐桿頂端的銷軸轉動相連，所述的第一轉臂、第二轉臂與連接裝置相連并且在連接裝置的作用下兩者之間能夠共同繞銷軸旋轉使兩者閉合或張開相對設置，一個懸撐橫梁5-3的兩端分別通過邊塊5-1與第一轉臂固定相連，一個懸掛塊5-2通過撐片5-4固定在懸撐橫梁5-3的中間，顯示器3-5懸掛在懸掛塊5-2上，所述的邊塊5-1能夠在第一轉臂上滑動并與之固定相連；所述的第二轉臂內(nèi)側開有玻璃滑槽4-1，玻璃封框4-2的兩側嵌在玻璃滑槽4-1中并且能夠與之滑動配合，玻璃封框
4-2與玻璃滑槽4-1固定相連，顯示玻璃4-4固定在玻璃封框4-2內(nèi)。優(yōu)選的在所述的底座上安裝有多個圓柱形的強磁鐵3-2，所述的強磁鐵3-2可以由限位罩3-1覆蓋并由螺釘固定在底座上，當支架機構閉合時，在所述的兩個第一轉臂的端部安裝有鎖緊橫梁3-3，在所述的鎖緊橫梁3-3上嵌有鐵塊3-4，鐵塊3-4正好吸附在限位罩3-1上，強磁鐵3-2和鐵塊3-4可以設置多組相互吸附來保證鎖緊的可靠性。作為本發(fā)明的一種實施方式，所述的下支撐桿為下邊軸2-4，所述的第一轉臂為上邊軸2-3，第二轉臂為中間軸2-5，所述的連接裝置包括能夠在下邊軸2-4上滑動并緊固在下邊軸2-4上的限位塊2-1，所述的銷軸與中間軸2-5螺紋連接，所述的銷軸2-6與上邊軸2-3和下邊軸2-4通過光孔連接，第一氣撐2-7的一端與上邊軸2-3鉸接相連并且其另一端與中間軸2-5鉸接相連，第二氣撐2-8的一端與下邊軸2-4鉸接相連并且其另一端與中
間軸2-5鉸接相連，所述的限位塊2-1能夠與上邊軸2-3頂緊設置。優(yōu)選的第一、第二氣撐2-7,2-8相對于顯示玻璃4-4的上下兩側呈對稱布置，所述的第一氣撐2-7與上邊軸2_3、中間軸2-5組成的三角支撐結構與第二氣撐2-8、下邊軸2-4、中間軸2-5組成的三角支撐結構為對稱三角支撐結構，采用對稱支撐原理實現(xiàn)顯示玻璃4-4始終處在顯示器3-5所在平面與下邊軸2-4所在豎直面夾角的角平分線上，從而實現(xiàn)中間軸2-5的角平分線特性。作為本發(fā)明的另一種實施方式，所述的第一轉臂為上支撐桿6-2，第二轉臂為中間桿6-5，所述的連接裝置包括與中間桿6-5滑動相連的滑塊6-6，連接桿I 6-3和連接桿
II6-4的一端與所述的滑塊6-6由邊銷6-7鉸接相連，所述的連接桿I 6-3的另一端與下支撐桿6-1鉸接相連，所述的連接桿II 6-4的另一端與上支撐桿6-2鉸接相連，所述的連接桿I 6-3、下支撐桿6-1和中間桿6-5形成的三角形與所述的上支撐桿6-2、連接桿II和中間桿6-5形成的三角形全等。下面再結合每一幅圖對本發(fā)明加以詳細說明。圖I所示為本發(fā)明整體結構圖，支架呈對稱結構，圖1-1是支架的工作狀態(tài)，圖1-2是支架的閉合狀態(tài)。本機構包括顯示器模塊1-1、支撐模塊1-2、玻璃調(diào)整模塊1-3、連接鎖緊模塊1-4、懸撐模塊1-5、自鎖緊模塊1-6。顯示器模塊1-1和支撐模塊1-2通過連接鎖緊模塊1-4相連接，連接鎖緊模塊1-4的末端與玻璃調(diào)整模塊1-3相連接。支撐模塊1-2支撐在連接鎖緊模塊1-4的下端。連接鎖緊模塊1-4的上端與顯示器模塊1-1連接，顯示器模塊1-1通過懸撐模塊1-5與連接鎖緊模塊1-4固定連接。在圖1-2所示支架的閉合狀態(tài)時，自鎖緊模塊1-6起到鎖緊作用。圖2所示是本發(fā)明連接鎖緊模塊1-4的結構與功能原理圖。限位塊2-1被夾緊在上邊軸2-3與下邊軸2-4之間，可跟隨上邊軸2-3與下邊軸2-4夾角變化而在下邊軸2_4上前后滑動，并可由螺釘緊固，以此來實現(xiàn)支架的限位；銷軸2-6的外側與旋轉手柄2-2連接，兩者之間沒有相對運動；銷軸2-6的內(nèi)側部分與中間軸2-5通過螺紋配合，銷軸2-6與中間軸2-5和上邊軸2-3通過光孔連接；當轉動旋轉手柄2-2時，中間軸2-5會將上邊軸
2-3、下邊軸2-4和旋轉手柄2-2壓緊，三者之間壓力所產(chǎn)生的摩擦力可配合第一氣撐2-7的彈力將支架機構固定在如圖I所示的工作狀態(tài)，摩擦力大小的調(diào)整可以通過轉動旋轉手柄2-2來實現(xiàn)。
圖3所示的是本發(fā)明自鎖緊模塊1-6的結構與功能原理圖。圓柱形的強磁鐵3-2由限位罩3-1覆蓋并由螺釘固定在底座上，當支架機構閉合時，嵌在鎖緊橫梁3-3中的鐵塊
3-4正好吸附在限位罩3-1上，強磁鐵3-2和鐵塊3-4共有三組相互吸附來保證鎖緊的可靠性。圖4所示的是本發(fā)明玻璃調(diào)整模塊1-3的結構與功能原理圖。中間軸2-5內(nèi)側開有玻璃滑槽4-1，矩形的玻璃封框4-2的兩側正好嵌在中間軸2-5的玻璃滑槽4-1中，可在玻璃滑槽4-1中任意滑動來調(diào)整位置，并由平端緊定螺釘緊固。顯示玻璃4-4放置在玻璃封框4-2內(nèi)，由四個玻璃邊塊4-3固定。圖5所示的是本發(fā)明懸撐模塊1-5的結構與功能原理圖。兩個邊塊5-1通過螺釘連接在懸撐橫梁5-3的兩端，兩個邊塊5-1分別與上邊軸2-3固連；懸掛塊5-2通過撐片
5-4固定在懸撐橫梁5-3的中間，顯不器3-5懸掛在懸掛塊5-2上。邊塊5_1可在上邊軸
2-3小范圍滑動，由此可微調(diào)顯示器3-5在上邊軸2-3上的位置。圖6-1、6-2、6_3是本發(fā)明的另外一種實現(xiàn)形式。圖6_1是支架的工作狀態(tài)，圖6_2是支架的閉合狀態(tài)。本發(fā)明實現(xiàn)形式是基于雙曲柄滑塊原理，原理圖如圖7所示。桿I 7-1固定，桿II 7-2與桿I 7-1鉸接在A點；連桿I 7-3、連桿II 7-4分別與桿I 7-1、桿II 7-2鉸接于B、C兩點，且有AB=AC ;連桿I 7-3、連桿II 7-4的另一端點與滑塊7_6鉸接于D點，滑塊7-6能在搖桿7-5上自由滑動。當桿II 7-2繞點A轉動時，滑塊7_6可跟隨桿II 7-2的轉動而在搖桿7-5上移動，在動作過程中，三角形ABD與三角形A⑶始終全等，故角α與角β始終相等，搖桿7-5始終在桿I 7-1、桿II 7-2的角平分線上。圖6-1中的下支撐桿6-1、上支撐桿6-2、連接桿I 6_3、連接桿II 6_4、中間桿6_5、滑塊6-6分別對應圖7中的桿I 7-1、桿II 7-2、連桿I 7-3、連桿II 7-4、搖桿7-5、滑塊7-6。圖6-1中，邊銷6-7安裝在滑塊6-6上，并將連接桿I 6-3、連接桿II 6-4鉸接相連，滑塊6-6可在中間桿6-5上滑動。圖8為本發(fā)明的操作示意圖。本系統(tǒng)與手術機器人本體8-1 (可采用專利號ZL200810152764. 7方式)連接。立體腹腔鏡8_3采集手術視野圖像信息并經(jīng)顯示器3_5顯示形成立體圖像8-5 ;立體圖像8-5經(jīng)顯示玻璃4-4反射后形成立體虛像8-6 ;雙手8_4通過主操作手(可采用專利號ZL200910305576. 8方式)在立體虛像8_6中運動，操縱機器人手術工具8-2 (可采用專利號ZL200910306053)。圖9為本發(fā)明顯示效果示意圖。雙手9-3通過主操作手控制機器人手術工具8-2對立體虛像8-6中所示的病灶部位9-1執(zhí)行手術操作；在手術操作過程中，雙手9-3位置與立體虛像8-6中的手術工具圖像9-2始終重合；具體控制策略非本發(fā)明內(nèi)容，故在此不再贅述。以上示意性的對本發(fā)明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發(fā)明的實施方式之一，實際的結構并不局限于此。所以，如果本領域的技術人員受其啟示，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造宗旨的情況下，采用其它形式的傳動、驅動裝置以及連接方式不經(jīng)創(chuàng)造性的設計與該技術方案相似的結構方式及實施例，均應屬于本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種手術機器人圖像顯示系統(tǒng)，它包括底座，其特征在于在所述的底座上間隔平行設置有兩個下支撐桿，在每一個所述的下支撐桿的頂部轉動連接有一個連接鎖緊模塊，每一所述的連接鎖緊模塊包括連接裝置、第一轉臂和安裝在所述的第一轉臂下方的第二轉臂，所述的第一轉臂和第二轉臂的一端通過安裝在下支撐桿頂端的銷軸轉動相連，所述的第一轉臂、第二轉臂與連接裝置相連并且在連接裝置的作用下兩者之間能夠共同繞銷軸旋轉使兩者閉合或張開相對設置，一個懸撐橫梁的兩端分別通過邊塊與第一轉臂固定相連，一個懸掛塊通過撐片固定在懸撐橫梁的中間，顯示器懸掛在懸掛塊上，所述的邊塊能夠在第一轉臂上滑動并與之固定相連，所述的第二轉臂內(nèi)側開有玻璃滑槽，玻璃封框的兩側嵌在玻璃滑槽中并且能夠與之滑動配合，玻璃封框與玻璃滑槽固定相連，顯示玻璃固定在玻璃封框內(nèi)。
2.根據(jù)權利要求I所述的手術機器人圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于在所述的底座上安裝有多個圓柱形的強磁鐵，在所述的兩個第一轉臂的端部安裝有鎖緊橫梁，在所述的鎖緊橫梁上嵌有鐵塊，所述的鐵塊能與強磁鐵吸附配合。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的手術機器人圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于所述的下支撐桿為下邊軸，所述的第一轉臂為上邊軸，第二轉臂為中間軸，所述的連接裝置包括能夠在下邊軸上滑動并緊固在下支撐桿上的限位塊，所述的銷軸與中間軸螺紋連接，所述的銷軸與上邊軸和下邊軸通過光孔連接，第一氣撐的一端與上邊軸鉸接相連并且其另一端與中間軸鉸接相連，第二氣撐的一端與下支撐桿鉸接相連并且其另一端與中間軸鉸接相連，所述的限位塊能夠與上邊軸頂緊設置。
4.根據(jù)權利要求3所述的手術機器人圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于所述的第一、第二氣撐相對于顯示玻璃的上下兩側呈對稱布置，所述的第一氣撐與上邊軸、中間軸組成的三角支撐結構與第二氣撐、下邊軸、中間軸組成的三角支撐結構為對稱三角支撐結構。
5.根據(jù)權利要求I或2所述的手術機器人圖像顯示系統(tǒng)，其特征在于所述的第一轉臂為上支撐桿，第二轉臂為中間桿，所述的連接裝置包括與中間桿滑動相連的滑塊，連接桿I和連接桿II的一端與所述的滑塊共同鉸接相連，所述的連接桿I的另一端與下支撐桿鉸接相連，所述的連接桿II的另一端與上支撐桿鉸接相連，所述的連接桿I、下支撐桿和中間桿形成的三角形與所述的上支撐桿、連接桿II和中間桿形成的三角形全等。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種手術機器人圖像顯示系統(tǒng)，它包括底座，在底座上有兩個下支撐桿，在每一個下支撐桿的頂部轉動連接有一個連接鎖緊模塊，每一連接鎖緊模塊包括連接裝置、第一轉臂和安裝在第一轉臂下方的第二轉臂，第一轉臂和第二轉臂的一端通過安裝在下支撐桿頂端的銷軸轉動相連，第一轉臂、第二轉臂與連接裝置相連，一個懸撐橫梁的兩端分別通過邊塊與第一轉臂固定相連，一個懸掛塊通過撐片固定在懸撐橫梁的中間，顯示器懸掛在懸掛塊上。本發(fā)明可透過半透半反玻璃同時觀察手部動作及立體圖像，手在立體圖像中運動并與圖像中手術工具位置重合，操作直觀感強。
文檔編號A61B19/00GK102973325SQ20121057086
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月16日 優(yōu)先權日2012年12月16日
發(fā)明者王樹新, 蘇赫, 呂寧, 孔康, 李進華 申請人:天津大學