一種四自由度混聯(lián)式微創(chuàng)手術(shù)機械手的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種四自由度混聯(lián)式微創(chuàng)手術(shù)機械手。目的是提供的機械手應(yīng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積較小、工作可靠的特點。技術(shù)方案是：一種四自由度混聯(lián)式微創(chuàng)手術(shù)機械手，其特征在于：該機械手包括可轉(zhuǎn)動地定位動平臺上的手術(shù)模塊、位于動平臺下方的底座以及并聯(lián)連接在動平臺與底座之間以驅(qū)動手術(shù)模塊運動的兩個分支機構(gòu)。
【專利說明】
一種四自由度混聯(lián)式微創(chuàng)手術(shù)機械手
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種機器人，具體是一種四自由度混聯(lián)式微創(chuàng)手術(shù)機械手。
【背景技術(shù)】
[0002]微創(chuàng)手術(shù)與傳統(tǒng)的開膛手術(shù)相比具有如下優(yōu)點:切口小，損傷輕，安全有效，可以避免臟器暴露在空氣中以減少感染;可以減少病人手術(shù)后的痛苦，病人康復(fù)較快并且可在術(shù)后短期內(nèi)恢復(fù)正常活動，治療效果等于或高于傳統(tǒng)外科手術(shù)方法;術(shù)后傷口比傳統(tǒng)外科手術(shù)美觀，愈合后疤痕小。而隨著微創(chuàng)手術(shù)在臨床手術(shù)中的不斷應(yīng)用和發(fā)展，具有更高手術(shù)精度和操作便捷性的微創(chuàng)手術(shù)機器人也應(yīng)運而生了。1994年美國Computer Mot1n公司研制了第一臺協(xié)助微創(chuàng)手術(shù)的內(nèi)窺鏡自動定位系統(tǒng)即AESOP機器人，它采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)；1998年推出ZEUS微創(chuàng)手術(shù)操作機器人，該系統(tǒng)采用主從操作技術(shù);2000年da Vinci系統(tǒng)研制成功并于當(dāng)年7月經(jīng)美國FDA批準成為允許在臨床使用的第一個合法的商品化手術(shù)機器人，它已經(jīng)用于臨床并取得很好的效果。
[0003]現(xiàn)已有類似構(gòu)型的微創(chuàng)手術(shù)機器人發(fā)明公布專利(如CN104644267A、CN104323861A、CN203619682U)，存在手術(shù)機器人體積較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制繁瑣、費用較高，在推廣應(yīng)用時還受到較多局限等問題，所以提出一種結(jié)構(gòu)緊湊、操作簡便、價格便宜的新型混聯(lián)式機構(gòu)很有必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服上述【背景技術(shù)】中的不足，提供一種用于微創(chuàng)手術(shù)的混聯(lián)機械手，該機械手應(yīng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積較小、工作可靠的特點。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種四自由度混聯(lián)式微創(chuàng)手術(shù)機械手，其特征在于:該機械手包括可轉(zhuǎn)動地定位動平臺上的手術(shù)模塊、位于動平臺下方的底座以及并聯(lián)連接在動平臺與底座之間以驅(qū)動手術(shù)模塊運動的兩個分支機構(gòu)；
[0006]所述每個分支機構(gòu)包括依次連接在動平臺與底座之間的第一轉(zhuǎn)動副、第一連桿、第二轉(zhuǎn)動副、第二連桿、圓柱副的鉸接套以及作為圓柱副滑桿的第三連桿;每個分支機構(gòu)中，第一轉(zhuǎn)動副軸線與第二轉(zhuǎn)動副軸線互相平行并且垂直于手術(shù)模塊轉(zhuǎn)動軸線與圓柱副旋轉(zhuǎn)軸線;兩個分支機構(gòu)中的兩個圓柱副旋轉(zhuǎn)軸線與手術(shù)模塊轉(zhuǎn)動軸線均相交于一點；
[0007]或者，所述每個分支機構(gòu)包括依次連接在動平臺與底座之間的第一轉(zhuǎn)動副、第一連桿、第二轉(zhuǎn)動副、作為移動副滑桿的第四連桿、作為移動副滑套的第五連桿以及第三轉(zhuǎn)動副；每個分支機構(gòu)中，第一轉(zhuǎn)動副軸線與第二轉(zhuǎn)動副軸線互相平行并且垂直于手術(shù)模塊轉(zhuǎn)動軸線、移動副軸線與第三轉(zhuǎn)動副軸線，移動副軸線也垂直于第三轉(zhuǎn)動副軸線;兩個分支機構(gòu)中的兩個第三轉(zhuǎn)動副軸線、手術(shù)模塊轉(zhuǎn)動軸線相交于一點。
[0008]所述手術(shù)模塊包括可轉(zhuǎn)動地定位在動平臺上且伸入底座下方的手術(shù)工具以及用于驅(qū)動手術(shù)工具旋轉(zhuǎn)的電機;所述電機的轉(zhuǎn)動軸線為手術(shù)模塊轉(zhuǎn)動軸線。
[0009]所述電機通過支架固定在動平臺上方。
[0010]本發(fā)明的有益效果是:
[0011]本發(fā)明采用結(jié)構(gòu)緊湊的混聯(lián)機構(gòu)，不僅可以保證較高的剛度，而且運動累計誤差小于串聯(lián)機構(gòu)，可以提高手術(shù)精度;本發(fā)明可以驅(qū)動手術(shù)模塊繞切口靈活地運動，不僅可以滿足微創(chuàng)手術(shù)的要求，而且可以減小對切口的傷害，安全性較高;本發(fā)明還可用作教學(xué)培訓(xùn)的模擬手術(shù)器具;因此，本發(fā)明對于提高微創(chuàng)手術(shù)的進一步推廣具有重要意義。
【附圖說明】
[0012]圖1是本發(fā)明實施例一的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明實施例一中一個分支機構(gòu)的不意圖。
[0014]圖3是本發(fā)明實施例二的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖4是本發(fā)明實施例二中一個分支機構(gòu)的示意圖。
[0016]圖5是本發(fā)明工作方式的示意圖。
【具體實施方式】
[0017]以下結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不局限于以下實施例。
[0018]實施例一
[0019]如圖1所示，一種用于微創(chuàng)手術(shù)的混聯(lián)機械手，包括動平臺3、底座5、手術(shù)模塊以及驅(qū)動手術(shù)模塊兩個分支機構(gòu)。
[0020]所述手術(shù)模塊可轉(zhuǎn)動地定位在動平臺上，包括手術(shù)工具4以及用于驅(qū)動手術(shù)工具旋轉(zhuǎn)的電機41，手術(shù)工具通過套筒40可轉(zhuǎn)動定位在動平臺上;所述手術(shù)工具一般為腹腔鏡器械(具體指切開刀、分離鉗、沖洗器、內(nèi)窺鏡)；所述電機通過支架42固定在動平臺上，并且電機的轉(zhuǎn)動軸線為手術(shù)模塊轉(zhuǎn)動軸線，同時，電機的轉(zhuǎn)動軸線與手術(shù)工具的長度方向軸線共軸;所述底座為位于動平臺下方的弧形底座，手術(shù)工具的下端向下穿越底座中部的半圍合區(qū)域51后伸入底座下方。
[0021 ]所述兩個分支機構(gòu)并聯(lián)連接在動平臺與底座之間，用于驅(qū)動手術(shù)模塊運動;每個分支機構(gòu)均為四自由度機械臂，包括由上往下依次連接在動平臺與底座之間的第一轉(zhuǎn)動副21、第一連桿11、第二轉(zhuǎn)動副22、第二連桿12、圓柱副28 (圓柱副中的鉸接套與滑桿同時保持鉸接和滑動配合，鉸接軸線與滑動方向一致)以及作為圓柱副滑桿的第三連桿14。
[0022]每個分支機構(gòu)中，第一轉(zhuǎn)動副軸線與第二轉(zhuǎn)動副軸線互相平行并且垂直于手術(shù)模塊轉(zhuǎn)動軸線與圓柱副旋轉(zhuǎn)軸線(圓柱副旋轉(zhuǎn)軸線與圓柱副滑動軸線共軸)；所述第三連桿固定在底座上。
[0023]所述圓柱副中，固定在第二連桿下端的鉸接套筒既可轉(zhuǎn)動又可滑動地定位在第三連桿上(第三連桿作為該鉸接套筒的滑桿)；兩個分支機構(gòu)的所有圓柱副軸線相交于O點(O點表示手術(shù)時人體上的切口位置，即固定點)，手術(shù)模塊轉(zhuǎn)動軸線通過O點，手術(shù)工具也通過O點。
[0024]實施例二
[0025]如圖1所示，一種用于微創(chuàng)手術(shù)的混聯(lián)機械手，包括動平臺3、底座5、手術(shù)模塊以及驅(qū)動手術(shù)模塊兩個分支機構(gòu)。
[0026]所述手術(shù)模塊可轉(zhuǎn)動地定位在動平臺上，包括手術(shù)工具4以及用于驅(qū)動手術(shù)工具旋轉(zhuǎn)的電機41，手術(shù)工具通過套筒(圖中省略)可轉(zhuǎn)動定位在動平臺上;所述手術(shù)工具一般為腹腔鏡器械(具體指切開刀、分離鉗、沖洗器、內(nèi)窺鏡)；所述電機通過支架42固定在動平臺上，并且電機的轉(zhuǎn)動軸線為手術(shù)模塊轉(zhuǎn)動軸線，同時，電機的轉(zhuǎn)動軸線與手術(shù)工具的長度方向軸線共軸;所述底座為位于動平臺下方的弧形底座，手術(shù)工具的下端向下穿越底座中部的半圍合區(qū)域51后伸入底座下方。
[0027]所述兩個分支機構(gòu)并聯(lián)連接在底座與手術(shù)模塊之間，用于驅(qū)動手術(shù)模塊運動;每個分支機構(gòu)均為四自由度機械臂，包括由上往下依次連接在動平臺與底座之間的第一轉(zhuǎn)動副21、第一連桿11、第二轉(zhuǎn)動副22、移動副29以及第三轉(zhuǎn)動副23。
[0028]每個分支機構(gòu)中，第一轉(zhuǎn)動副軸線與第二轉(zhuǎn)動副軸線互相平行并且垂直于手術(shù)模塊轉(zhuǎn)動軸線、移動副軸線與第三轉(zhuǎn)動副軸線，移動副軸線也垂直于第三轉(zhuǎn)動副軸線。
[0029]所述移動副中，第四連桿15可滑動地定位在第五連桿13中(第四連桿作為移動副的滑桿并且第五連桿作為移動副的滑套;或者，第四連桿作為移動副的滑套并且第五連桿作為移動副的滑桿)；兩個分支機構(gòu)的所有第三轉(zhuǎn)動副軸線相交于O點(O點表示手術(shù)時人體上的切口位置，即前述固定點)，手術(shù)模塊轉(zhuǎn)動軸線通過O點，手術(shù)工具也通過O點。
[0030]上述實施例中，圓柱副或滑動副、以及所有轉(zhuǎn)動副均由伺服電機(圖中省略)驅(qū)動。[0031 ]如圖5所示，人體的切口位置7放有穿刺套管6(英文Trocar)，手術(shù)工具穿過穿刺套管后伸入人體內(nèi)；該手術(shù)工具在兩個分支機構(gòu)驅(qū)動下進行運動，包括以切口位置作為原點(即前述的固定點)的擺動以及沿著手術(shù)工具軸線方向的伸縮運動，同時手術(shù)工具還可在電機驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)。
【主權(quán)項】
1.一種四自由度混聯(lián)式微創(chuàng)手術(shù)機械手，其特征在于:該機械手包括可轉(zhuǎn)動地定位動平臺(3)上的手術(shù)模塊、位于動平臺下方的底座(5)以及并聯(lián)連接在動平臺與底座之間以驅(qū)動手術(shù)模塊運動的兩個分支機構(gòu)； 所述每個分支機構(gòu)包括依次連接在動平臺與底座之間的第一轉(zhuǎn)動副(21)、第一連桿(11)、第二轉(zhuǎn)動副(22)、第二連桿(12)、圓柱副(28)的鉸接套以及作為圓柱副滑桿的第三連桿(13);每個分支機構(gòu)中，第一轉(zhuǎn)動副軸線與第二轉(zhuǎn)動副軸線互相平行并且垂直于手術(shù)模塊轉(zhuǎn)動軸線與圓柱副旋轉(zhuǎn)軸線;兩個分支機構(gòu)中的兩個圓柱副旋轉(zhuǎn)軸線與手術(shù)模塊轉(zhuǎn)動軸線均相交于一點； 或者，所述每個分支機構(gòu)包括依次連接在動平臺與底座之間的第一轉(zhuǎn)動副(21)、第一連桿(11)、第二轉(zhuǎn)動副(22)、作為移動副(29)滑桿的第四連桿(15)、作為移動副滑套的第五連桿(13)以及第三轉(zhuǎn)動副(23);每個分支機構(gòu)中，第一轉(zhuǎn)動副軸線與第二轉(zhuǎn)動副軸線互相平行并且垂直于手術(shù)模塊轉(zhuǎn)動軸線、移動副軸線與第三轉(zhuǎn)動副軸線，移動副軸線也垂直于第三轉(zhuǎn)動副軸線;兩個分支機構(gòu)中的兩個第三轉(zhuǎn)動副軸線與手術(shù)模塊轉(zhuǎn)動軸線均相交于一點。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于微創(chuàng)手術(shù)的混聯(lián)機械手，其特征在于:所述手術(shù)模塊包括可轉(zhuǎn)動地定位在動平臺上且伸入底座下方的手術(shù)工具(4)以及用于驅(qū)動手術(shù)工具旋轉(zhuǎn)的電機(41);所述電機的轉(zhuǎn)動軸線為手術(shù)模塊轉(zhuǎn)動軸線。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于微創(chuàng)手術(shù)的混聯(lián)機械手，其特征在于:所述電機通過支架(42)固定在動平臺上方。
【文檔編號】B25J9/08GK105997251SQ201610403712
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月12日
【發(fā)明人】李秦川, 戴波, 柴馨雪, 黃鵬成
【申請人】浙江理工大學(xué)