一种腹腔镜手术系统控制台及其传动控制方法

技术领域

本申请涉及手术机器人技术领域，尤其涉及一种腹腔镜手术系统控制台及其传动控制方法。

背景技术

随着科学技术与医疗技术的发展，腹腔镜手术系统以其手术操作更精准、高效、舒适的优点，在微创手术中的应用越来越广泛。腹腔镜手术机器人系统由手术车、控制台和仪器车三部分组成，控制台设置有主手，主手的运动可同步至手术车上的机械臂。

相关技术中，控制台还包括扶手和头显，操作者需要将胳膊搭在扶手上，根据头显中看到的图像对主手进行操作。由于不同操作者的身高、身体比例不相同，因此，需要对扶手、头显的位置进行灵活调整，才能保障控制台的操作体验。

发明内容

为解决腹腔镜手术系统的控制台位置不能调整的问题，本申请提供了一种腹腔镜手术系统控制台。

第一方面，本申请实施例提供了一种腹腔镜手术系统控制台，该腹腔镜手术系统控制台包括底盘、立柱、扶手和头显，其特征在于，还包括：

相互独立的扶手升降组件和头显升降组件，所述扶手升降组件用于升降所述扶手，所述头显升降组件用于升降所述头显；

控制单元，用于根据升降指令实时计算所述扶手和头显的高度差；

在所述高度差在第一预设范围内时，控制所述升降指令对应的扶手或头显进行升降；

在所述高度差在第二范围内预设范围外时，若所述高度差变化趋势为接近所述第一预设范围，控制所述升降指令对应的扶手或头显进行升降，若所述高度差变化趋势为远离所述第一预设范围，将所述扶手和头显进行同步升降。

在一些实施例中，所述扶手升降组件包括扶手升降导轨和扶手升降滑块，所述扶手升降导轨纵向设置在所述立柱上，所述扶手升降滑块与所述扶手升降导轨滑动连接，所述扶手安装在所述扶手升降滑块上。

在一些实施例中，所述导轨滑块固定在所述扶手升降滑块上。

在一些实施例中，所述扶手升降滑块上还安装有主手和把手。

在一些实施例中，所述扶手升降组件还包括弹性件，所述弹性件的底端固定在所述立柱上，顶端固定在所述扶手传动滑块上。

在一些实施例中，还包括头显转动组件；所述头显转动组件包括头显固定座、头显转动动力装置和头显转动杆，所述头显固定座固定在所述头显升降组件上，所述头显转动动力装置安装在所述头显固定座上，所述头显转动杆分别与所述头显转动动力装置和头显连接。

在一些实施例中，所述头显转动杆为双摇杆机构。

在一些实施例中，所述预设范围大于第一差值。

在一些实施例中，所述预设范围大于第一差值，且小于第二差值。

在一些实施例中，所述预设范围小于第二差值。

第二方面，本申请实施例提供了一种腹腔镜手术系统控制台的传动控制方法，用于第一方面中的腹腔镜手术系统控制台，该方法包括：

接收扶手或头显的升降指令；

响应于所述升降指令，实时计算所述扶手和头显的高度差；

在所述高度差在预设范围内时，控制所述升降指令对应的扶手或头显进行升降；

在所述高度差在预设范围外时，若所述高度差变化趋势为接近所述预设范围，控制所述升降指令对应的扶手或头显进行升降，若所述高度差变化趋势为远离所述预设范围，将所述扶手和头显进行同步升降。

本申请提供的腹腔镜手术系统控制台的有益效果包括：

本申请提供的腹腔镜手术系统控制台，包括底盘、立柱、扶手和头显、相互独立的扶手升降组件和头显升降组件，以及控制单元，通过扶手升降组件可使扶手沿立柱升降，通过头显升降组件可使头显相对立柱升降，不需要将立柱进行升降，增强了控制台的稳定性，提升不同身高的操作者的操作体验；控制单元可控制扶手和头显单独进行升降或同步升降，避免头显和扶手的高度差过小，保障了控制台上的操作空间。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1中示例性示出了一种腹腔镜手术系统控制台的结构示意图；

图2中示例性示出了一种扶手传动组件的结构示意图；

图3中示例性示出了一种头显升降组件的结构示意图；

图4中示例性示出了一种头显的转动组件的结构示意图；

图5中示例性示出了一种头显的外观示意图；

图6中示例性示出了一种调整开关的位置示意图；

图7中示例性示出了一种头显转动示意图；

图8中示例性示出了一种腹腔镜手术系统控制台的传动控制方法的流程示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的和实施方式更加清楚，下面将结合本申请示例性实施例中的附图，对本申请示例性实施方式进行清楚、完整地描述，显然，描述的示例性实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，本申请中对于术语的简要说明，仅是为了方便理解接下来描述的实施方式，而不是意图限定本申请的实施方式。除非另有说明，这些术语应当按照其普通和通常的含义理解。

本申请中说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别类似或同类的对象或实体，而不必然意味着限定特定的顺序或先后次序，除非另外注明。应该理解这样使用的用语在适当情况下可以互换。

术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖但不排他的包含，例如，包含了一系列组件的产品或设备不必限于清楚地列出的所有组件，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其它组件。

现在参照附图详细描述当前公开的实施例，其中在若干视图中的每个中，相同的附图标记指示相同或相应的元件。

参见图1，为本申请实施例提供的一种腹腔镜手术系统控制台的结构示意图。如图1所示，该控制台包括底盘1、立柱2、扶手3和头显4，其中，扶手3和头显4设置在立柱2上。

底盘1用于承载立柱2，底盘1底部设置有滑轮，方便移动。底盘1上还设置有电控箱11，电控箱11用于控制立柱2、扶手3和头显4的传动。

控制台上的传动包括扶手传动和头显传动，其中，扶手传动包括扶手3的升降，头显传动包括头显4的升降和转动。

扶手传动通过与扶手连接的扶手传动组件实现，扶手传动组件为扶手升降组件，可实现扶手在立柱2上的升降。参见图2，为本申请实施例提供的一种扶手传动组件的结构示意图。如图2所示，扶手传动组件可包括扶手升降导轨301、扶手丝杆传动机构302、扶手传动滑块303和扶手传动氮气弹簧304。

扶手升降导轨301对称安装在立柱2的两侧，扶手升降导轨301与立柱2相平行。扶手丝杆传动机构302安装在立柱2的内侧。扶手丝杆传动机构302的丝杆螺母和扶手升降导轨301的滑块均固定在扶手传动滑块303上，使得扶手传动滑块303可在扶手丝杆传动机构302的传动下沿扶手升降导轨301上下滑动。扶手传动滑块303上固定有扶手3、主手5和把手6，使得扶手3、主手5和把手6可同步升降，扶手传动氮气弹簧304属于弹性件，也固定在扶手传动滑块303上，可为扶手传动滑块303的升降提供助力。

头显传动包括头显4的升降以及转动，其中，头显4的升降可通过头显升降组件来实现，头显4的转动可通过与头显4连接的头显转动组件实现，其中，头显转动组件与头显升降组件相连接。

在一些实施例中，头显升降组件的结构可参见图3，头显转动组件的结构可参见图4，头显4的结构可参见图5。

参见图3，为本申请实施例提供的一种头显升降组件的结构示意图。如图3所示，头显升降组件可包括头显升降固定板401、第一头显升降导轨402、头显丝杆传动组件403、第二头显升降导轨404、头显升降杆405(见图4)，其中，第一头显升降导轨402和第二头显升降导轨404在立柱2上竖直分布，第二头显升降导轨404位于第一头显升降导轨402的上方。

头显升降固定板401安装在立柱2上，第一头显升降导轨402固定在头显升降固定板401上，第一头显升降导轨402与立柱2相平行。头显丝杆传动组件403也固定在头显升降固定板401上，传动方向与立柱2相平行。或者，第一头显升降导轨402和头显丝杆传动组件403也可直接固定在立柱2上。第一头显升降导轨402的滑块和头显丝杆传动组件403的丝杆滑块均固定在头显升降杆405上，头显升降杆405滑动设置在第一头显升降导轨402上，头显升降杆405内固定穿设在第二头显升降导轨404，第二头显升降导轨404通过导轨滑块4041与扶手传动滑块303滑动连接，导轨滑块4041固定在扶手传动滑块303上，使得头显升降杆405可在头显丝杆传动组件403的传动下沿第一头显升降导轨402进行升降，扶手传动滑块303可通过导轨滑块4041与第二头显升降导轨404相对滑动。

第二头显升降导轨404承担了头显4产生的主要弯矩，同时，第二头显升降导轨404固定在头显升降杆405上，加强了头显升降杆405的结构强度和刚度，保证传动顺畅性。

基于图3所示的头显升降组件，扶手传动滑块303上固定的扶手3、主手5和把手6可在立柱2上相对第二头显升降导轨404进行升降，而头显4可在立柱2上沿第一头显升降导轨402进行升降。

在一些实施例中，扶手3通过对扶手丝杆传动机构302的控制实现升降，头显4通过对头显丝杆传动组件403的控制实现升降，扶手3和头显4可同时进行升降调节，也可先后进行升降调节。

在扶手3或头显4升降的过程中，若扶手3与头显4的高度差达到阈值，且高度差的变化趋势为变大，此时，可设置扶手3和头显4的升降相独立，使扶手3与头显4的高度差可继续变大，以保障身高较高的用户在操作台上的操作空间；若扶手3与头显4的高度差达到阈值，且高度差的变化趋势为变小，此时，可设置扶手3和头显4的升降相同步，使扶手3与头显4的高度差不能继续变小，以避免操作台上的操作空间过小。

参见图4，为本申请实施例提供的一种头显转动组件的结构示意图，如图4所示，头显转动组件可包括头显固定座408、头显转动动力装置406和双摇杆机构407。头显固定座408固定在头显升降杆405上，头显固定座408上安装有头显转动动力装置406，头显4的头显4通过双摇杆机构407连接至头显转动动力装置406，双摇杆机构407属于头显转动杆，包括垂直分布的两组摇杆，双摇杆机构407的驱动杆可为任意一组摇杆，在头显升降杆405上下运动时，头显固定座408、头显转动动力装置406、双摇杆机构407和头显4可跟随头显升降杆405上下运动，其中，头显4可为双镜面放射头显。

头显转动动力装置406包括电机减速机和弧齿模块，头显转动动力装置406驱动双摇杆机构407进行运动，双摇杆机构407的任意一杆都可以作为驱动件，本发明中使用双摇杆机构407中的上摇杆进行驱动，头显4相当于双摇杆机构的连杆，头显4上的目镜409相当于连杆上一个位置，通过调整双摇杆机构的杆长和头显4的连接位置，可改变目镜409的轨迹，实现满足目镜409(见图5)要求的合适轨迹。

对控制台的调整可在启动调整开关后进行。调整开关设置在扶手3上。参见图6，为一种调整开关的位置示意图，如图6所示，调整开关可包括头显升降拨动开关305、头显转动拨动开关306和扶手升降拨动开关307。头显升降拨动开关305开启后，可将头显4进行升降，头显转动拨动开关306开启后，可将头显4进行转动，扶手升降拨动开关307开启后，可将扶手3进行升降。其中，头显升降拨动开关305、头显转动拨动开关306和扶手升降拨动开关307包括第一状态和第二状态，头显升降拨动开关305的第一状态用于触发头显上升，第二状态用于触发头显下降，头显转动拨动开关306的第一状态用于触发头显向第一方向转动，第二状态用于触发头显向第二方向转动，扶手升降拨动开关307的第一状态用于触发扶手上升，第二状态用于触发扶手下降。基于上述实施例中的控制台，下面分别对扶手3和头显4的调整进行介绍。

在一些实施例中，扶手3的最低位置适应身高较低的人进行操作，扶手3的最高位置适应身高较高的人进行操作。

在开启扶手升降拨动开关307后，可控制扶手3上升或下降，以调节扶手3的高度。扶手3升降的动力通过扶手3的电机减速机传递到固定在立柱2上的扶手丝杆传动机构302，由于扶手丝杆传动机构302的丝杆螺母与扶手传动滑块303上固定在一起，而扶手3、主手5和把手6均固定在扶手传动滑块303上，因此，丝杆螺母的运动可带动扶手3、主手5和把手6沿扶手升降导轨301同步运动；同时，扶手传动氮气弹簧304可为扶手3的升降提供助力，从而辅助扶手3的电机出力，减小扶手3的电机功率，起到节能的作用。

在扶手3的升降过程中，扶手3的电机可实时记录其编码器的值，该编码器的值与扶手3的高度具有对应关系。头显4的升降电机也实时记录其编码器的值，该编码器的值与头显4的高度具有对应关系。扶手3与头显4的编码器的差值可对应扶手3与头显4之间的高度差。该高度差对应的空间为操作者手部的操作空间，为保障操作操作者的手部可以在该操作空间自由活动，可配置在该高度差大于阈值时，头显4不跟随扶手3同步升降，当该高度差小于或等于阈值时，头显4跟随扶手3同步升降，避免该高度差进一步变小而导致控制台不便于操作。当然，该高度差通常不小于阈值，其中，该阈值可为满足身高较矮的人手部自由活动的高度差，如38cm，可适合170及以下身高的人进行操作。

在一些实施例中，也可以设置该阈值为满足身高较高的人手部自由活动的高度差，如44cm，可配置在扶手3与头显4之间的高度差小于该阈值时，头显4不跟随扶手3同步升降，当该高度差大于或等于阈值时，头显4跟随扶手3同步升降，避免该高度差进一步变大而导致控制台不便于操作。

在一些实施例中，头显4的最低位置适应身高较低的人进行操作，头显4的最高位置适应身高较高的人进行操作。由于同样身高的人身体比例可能不相同，为提高操作台的适应性，头显4上的目镜409的位置可设置为：在头显4调整至最低位置时，该最低位置对应身高的人的视线可落在扶手3的下限位置再低一定的距离；在头显4调整至最高位置时，该最高位置对应身高的人的视线可落在扶手的下限位置再高一定的距离，从而满足不同身体比例的人的操作需求。

在开启头显升降拨动开关305后，可控制头显4上升或下降，以调节头显4的高度。头显4升降的动力通过头显4的电机减速机传递到固定在立柱2上的头显丝杆传动组件403，由于头显丝杆传动组件403的丝杆螺母与头显升降杆405固定在一起，而头显4与头显升降杆405连接，因此，丝杆螺母的运动可带动头显4沿第一头显升降导轨402和第二头显升降导轨404运动。

在一些实施例中，头显4的转动是为了满足不同人操作主手5进行手术时在不同角度低头的舒适性。由于人在看书或者手操作物体时，眼睛会看着手的动作，因此，本发明将头显4转动的角度定义为目镜409与水平位置的夹角，可将该夹角初步确定为物体与桌面的角度，将该夹角放大一定的角度，可适应不同操作习惯的人。

在开启头显转动拨动开关306后，可对头显4的转动角度进行调整，使得操作者的眼睛位置沿轨迹L发生变化，如图7所示，从而使得操作者的视场发生变化。

利用双摇杆机构中的摇杆可为头显4的转动提供动力，通过调整连杆的长度可调整连杆的轨迹，一种示例性的连杆轨迹可为连杆近似竖直的轨迹，此时，头显4转动的同时目镜409只会产生上下运动的距离，而前后的运动的距离几乎可以忽略不计，由于扶手3没有前后运动，而连杆轨迹产生的上下运动可以通过头显4的升降进行补偿。

为对本申请实施例提供的腹腔镜手术系统控制台做进一步说明，本申请实施例还提供了一种腹腔镜手术系统控制台的传动控制方法，可用于控制台的控制装置，参见图8，该方法可包括如下步骤：

步骤S101：接收扶手或头显的升降指令。

在一些实施例中，扶手的升降指令可为用户开启扶手升降拨动开关生成的操作指令，头显的升降指令可为用户开启头显升降拨动开关生成的操作指令。例如，若用户将扶手升降拨动开关拨动至第一状态，则生成的操作指令为扶手的上升指令。

步骤S102：响应于所述升降指令，实时计算所述扶手和头显的高度差。

在一些实施例中，在接收到升降指令后，可获取扶手和头显的高度差，根据高度差与预设范围的比较结果确定如何将扶手和头显进行升降。

步骤S103：在所述高度差在预设范围内时，控制所述升降指令对应的扶手或头显进行升降。

在一些实施例中，高度差在预设范围内，表示扶手和头显之间的手部活动空间为推荐的活动空间，该推荐的活动空间适合大部分操作者的身高，因此，当高度差在该预设范围内时，可只控制触发升降指令的扶手或头显进行升降，不控制未触发该升降指令的扶手或头显进行升降。

步骤S104：在所述高度差在预设范围外时，若所述高度差变化趋势为接近所述预设范围，控制所述升降指令对应的扶手或头显进行升降，若所述高度差变化趋势为远离所述预设范围，将所述扶手和头显进行同步升降。

在一些实施例中，若扶手和头显的高度差在预设范围外，表示扶手和头显之间的手部活动空间为不推荐的活动空间，操作者在该不推荐的活动空间操作将影响操作体验，此时，可根据升降指令以及高度差的变化趋势控制扶手以及头显进行升降，使高度差朝着接近预设范围变化或保持在预设范围内。

需要说明的是，在根据步骤S103控制扶手或头显升降的过程中，若高度差变化至预设范围外，则需根据步骤S104继续控制扶手或头显的升降，同理，在根据步骤S104控制扶手或头显升降的过程中，若高度差变化至预设范围内，则需根据步骤S103继续控制扶手或头显的升降。

在一些实施例中，预设范围可为大于d1，其中，d1可称为第一差值，为满足身高较矮的人手部自由活动的高度差。

示例性的，d1为38厘米。在扶手和头显的高度差为40厘米时，且升降指令为扶手的上升指令时，则根据该升降指令控制扶手进行上升，不控制头显进行上升或下降，在扶手上升的过程中，在扶手和头显的高度差为38厘米时，若用户仍然将扶手升降拨动开关保持在第一状态，则控制单元控制头显开始跟随扶手同步上升。

在一些实施例中，预设范围可为大于d1，且小于d2，其中，d2可称为第二差值，为满足身高较高的人手部自由活动的高度差，d2大于d1。

示例性的，d1为38厘米，d2为44厘米。在扶手和头显的高度差为40厘米时，且升降指令为扶手的下降指令时，则根据该升降指令控制扶手进行下降，不控制头显进行上升或下降，在扶手下降的过程中，在扶手和头显的高度差为44厘米时，若用户仍然将扶手升降拨动开关保持在第二状态，则控制单元控制头显开始跟随扶手同步下降。

在一些实施例中，预设范围可为小于d2。

示例性的，d2为44厘米。在扶手和头显的高度差为40厘米时，且升降指令为头显的上升指令时，则根据该升降指令控制头显进行上升，不控制扶手进行上升或下降，在头显上升的过程中，在扶手和头显的高度差为44厘米时，若用户仍然将头显升降拨动开关保持在第一状态，则控制单元控制扶手开始跟随头显同步上升。

需要说明的是，在一些实施例中，可先调节扶手3的高度，调整完毕后再调整头显4的高度和转动角度。

以预设范围为d1，扶手3位于最低位置时开始对扶手3的高度进行调整为例，若头显4与扶手3的高度差大于d1，则扶手3的高度升高时，头显4的高度不变，直至头显4与扶手3的高度差等于d1，继续升高扶手3的高度，则头显4的高度将同步升高。在扶手3升高的过程中，若扶手3的高度达到适宜操作主手5的高度，则可停止对扶手3的调整。

在扶手3的高度调节完成后，若此时头显4的高度不适宜，可调整头显4的高度，由于d1是按身高较矮的人设置的，因此，此时，调整头显4的高度通常为升高头显4。在头显4升高的过程中，头显4与扶手3的高度差始终大于d1，根据图8所示的传动控制方法，扶手3不跟随头显4的升高而升高。

在头显4的高度调节完成后，若此时头显4的转动角度不合适，可调整头显4的转动角度，由于双摇杆机构在调整头显4的转动角度时的轨迹接近于竖直，因此，会导致目镜409的高度变化，此时，头显丝杆传动组件403可对双摇杆机构的轨迹进行补偿。补偿算法可为线性插值算法或样条函数插值算法，根据双摇杆机构转过的角度与目镜409上下升降的角度进行补偿，从而使得目镜409的视场角在旋转时目镜409的高度不发生变化。

在将扶手3的高度、头显4的高度和转动角度调整完毕后，可通过控制台的记忆功能对本次调整后的编码器数据进行记录，便于下次可根据该数据对控制台快速调节。

需要说明的是，扶手3的高度、头显4的高度和转动角度的调整顺序可不分先后。

在另一些实施例中，可先调整头显4的高度，在调整过程中，若头显4与扶手3的高度差大于d1，头显4单独运动，若头显4与扶手3的高度差达到d1，且高度差的变化趋势为变小，则头显4和扶手同步运动。在头显4的高度调整结束后，可再对头显4的转动角度以及扶手3的进行调整，其中，在对头显4的转动角度进行调整时，同样需要对头显4的高度进行补偿，避免变动已经调整好的头显4的高度。

在另一些实施例中，可先调整头显4的转动角度，此时，扶手3的升降和头显4的升降不会跟随头显4的高度变化产生联动，在将头显4的转动角度调整结束后，可继续调整头显4的高度和扶手3的高度，若头显4和扶手3的高度差达到d1，且高度差的变化趋势为变小，二者之间将会产生联动。

由上述实施例可见，本申请提供的控制台，包括底盘、立柱、扶手和头显，立柱上设置有扶手升降组件、头显升降组件和头显转动组件，通过扶手升降组件可使扶手沿立柱升降，通过头显升降组件可使头显相对立柱升降，不需要将立柱进行升降，增强了控制台的稳定性；通过头显转动组件可将头显相对立柱进行转动，便于调整操作者的视场角，本申请能够提升不同身高的操作者的操作体验。

由于以上实施方式均是在其他方式之上引用结合进行说明，不同实施例之间均具有相同的部分，本说明书中各个实施例之间相同、相似的部分互相参见即可。在此不再详细阐述。

以上的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。