一種四自由度混聯(lián)式微創(chuàng)手術機械手的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種四自由度混聯(lián)式微創(chuàng)手術機械手。目的是提供的機械手應具有結構緊湊、體積較小、工作可靠的特點。技術方案是：一種四自由度混聯(lián)式微創(chuàng)手術機械手，其特征在于：該機械手包括可轉動地定位動平臺上的手術模塊、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動手術模塊運動的兩個分支機構。
【專利說明】
一種四自由度混聯(lián)式微創(chuàng)手術機械手
技術領域
[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)手術機械手。
【背景技術】
[0002]微創(chuàng)手術與傳統(tǒng)的開膛手術相比具有如下優(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;可以減少病人手術后的痛苦，病人康復較快并且可在術后短期內恢復正?；顒樱委熜Ч扔诨蚋哂趥鹘y(tǒng)外科手術方法;術后傷口比傳統(tǒng)外科手術美觀，愈合后疤痕小。而隨著微創(chuàng)手術在臨床手術中的不斷應用和發(fā)展，具有更高手術精度和操作便捷性的微創(chuàng)手術機器人也應運而生了。1994年美國Computer Mot1n公司研制了第一臺協(xié)助微創(chuàng)手術的內窺鏡自動定位系統(tǒng)即AESOP機器人，它采用串聯(lián)結構；1998年推出ZEUS微創(chuàng)手術操作機器人，該系統(tǒng)采用主從操作技術;2000年da Vinci系統(tǒng)研制成功并于當年7月經美國FDA批準成為允許在臨床使用的第一個合法的商品化手術機器人，它已經用于臨床并取得很好的效果。
[0003]現(xiàn)已有類似構型的微創(chuàng)手術機器人發(fā)明公布專利(如CN104644267A、CN104323861A、CN203619682U)，存在手術機器人體積較大、結構復雜、控制繁瑣、費用較高，在推廣應用時還受到較多局限等問題，所以提出一種結構緊湊、操作簡便、價格便宜的新型混聯(lián)式機構很有必要。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服上述【背景技術】中的不足，提供一種用于微創(chuàng)手術的混聯(lián)機械手，該機械手應具有結構緊湊、體積較小、工作可靠的特點。
[0005]本發(fā)明的技術方案是:一種四自由度混聯(lián)式微創(chuàng)手術機械手，其特征在于:該機械手包括可轉動地定位動平臺上的手術模塊、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動手術模塊運動的兩個分支機構；
[0006]所述每個分支機構包括依次連接在動平臺與底座之間的第一轉動副、第一連桿、第二轉動副、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;每個分支機構中，第一轉動副軸線與第二轉動副軸線互相平行并且垂直于手術模塊轉動軸線與圓柱副旋轉軸線;兩個分支機構中的兩個圓柱副旋轉軸線與手術模塊轉動軸線均相交于一點；
[0007]或者，所述每個分支機構包括依次連接在動平臺與底座之間的第一轉動副、第一連桿、第二轉動副、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動副；每個分支機構中，第一轉動副軸線與第二轉動副軸線互相平行并且垂直于手術模塊轉動軸線、移動副軸線與第三轉動副軸線，移動副軸線也垂直于第三轉動副軸線;兩個分支機構中的兩個第三轉動副軸線、手術模塊轉動軸線相交于一點。
[0008]所述手術模塊包括可轉動地定位在動平臺上且伸入底座下方的手術工具以及用于驅動手術工具旋轉的電機;所述電機的轉動軸線為手術模塊轉動軸線。
[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)明采用結構緊湊的混聯(lián)機構，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，可以提高手術精度;本發(fā)明可以驅動手術模塊繞切口靈活地運動，不僅可以滿足微創(chuàng)手術的要求，而且可以減小對切口的傷害，安全性較高;本發(fā)明還可用作教學培訓的模擬手術器具;因此，本發(fā)明對于提高微創(chuàng)手術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構示意圖。
[0013]圖2是本發(fā)明實施例一中一個分支機構的不意圖。
[0014]圖3是本發(fā)明實施例二的立體結構示意圖。
[0015]圖4是本發(fā)明實施例二中一個分支機構的示意圖。
[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)手術的混聯(lián)機械手，包括動平臺3、底座5、手術模塊以及驅動手術模塊兩個分支機構。
[0020]所述手術模塊可轉動地定位在動平臺上，包括手術工具4以及用于驅動手術工具旋轉的電機41，手術工具通過套筒40可轉動定位在動平臺上;所述手術工具一般為腹腔鏡器械(具體指切開刀、分離鉗、沖洗器、內窺鏡)；所述電機通過支架42固定在動平臺上，并且電機的轉動軸線為手術模塊轉動軸線，同時，電機的轉動軸線與手術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 ]所述兩個分支機構并聯(lián)連接在動平臺與底座之間，用于驅動手術模塊運動;每個分支機構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動副21、第一連桿11、第二轉動副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]每個分支機構中，第一轉動副軸線與第二轉動副軸線互相平行并且垂直于手術模塊轉動軸線與圓柱副旋轉軸線(圓柱副旋轉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)；兩個分支機構的所有圓柱副軸線相交于O點(O點表示手術時人體上的切口位置，即固定點)，手術模塊轉動軸線通過O點，手術工具也通過O點。
[0024]實施例二
[0025]如圖1所示，一種用于微創(chuàng)手術的混聯(lián)機械手，包括動平臺3、底座5、手術模塊以及驅動手術模塊兩個分支機構。
[0026]所述手術模塊可轉動地定位在動平臺上，包括手術工具4以及用于驅動手術工具旋轉的電機41，手術工具通過套筒(圖中省略)可轉動定位在動平臺上;所述手術工具一般為腹腔鏡器械(具體指切開刀、分離鉗、沖洗器、內窺鏡)；所述電機通過支架42固定在動平臺上，并且電機的轉動軸線為手術模塊轉動軸線，同時，電機的轉動軸線與手術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]所述兩個分支機構并聯(lián)連接在底座與手術模塊之間，用于驅動手術模塊運動;每個分支機構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動副21、第一連桿11、第二轉動副22、移動副29以及第三轉動副23。
[0028]每個分支機構中，第一轉動副軸線與第二轉動副軸線互相平行并且垂直于手術模塊轉動軸線、移動副軸線與第三轉動副軸線，移動副軸線也垂直于第三轉動副軸線。
[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)；兩個分支機構的所有第三轉動副軸線相交于O點(O點表示手術時人體上的切口位置，即前述固定點)，手術模塊轉動軸線通過O點，手術工具也通過O點。
[0030]上述實施例中，圓柱副或滑動副、以及所有轉動副均由伺服電機(圖中省略)驅動。[0031 ]如圖5所示，人體的切口位置7放有穿刺套管6(英文Trocar)，手術工具穿過穿刺套管后伸入人體內；該手術工具在兩個分支機構驅動下進行運動，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工具軸線方向的伸縮運動，同時手術工具還可在電機驅動下旋轉。
【主權項】
1.一種四自由度混聯(lián)式微創(chuàng)手術機械手，其特征在于:該機械手包括可轉動地定位動平臺(3)上的手術模塊、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動手術模塊運動的兩個分支機構； 所述每個分支機構包括依次連接在動平臺與底座之間的第一轉動副(21)、第一連桿(11)、第二轉動副(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);每個分支機構中，第一轉動副軸線與第二轉動副軸線互相平行并且垂直于手術模塊轉動軸線與圓柱副旋轉軸線;兩個分支機構中的兩個圓柱副旋轉軸線與手術模塊轉動軸線均相交于一點； 或者，所述每個分支機構包括依次連接在動平臺與底座之間的第一轉動副(21)、第一連桿(11)、第二轉動副(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)以及第三轉動副(23);每個分支機構中，第一轉動副軸線與第二轉動副軸線互相平行并且垂直于手術模塊轉動軸線、移動副軸線與第三轉動副軸線，移動副軸線也垂直于第三轉動副軸線;兩個分支機構中的兩個第三轉動副軸線與手術模塊轉動軸線均相交于一點。2.根據權利要求1所述的一種用于微創(chuàng)手術的混聯(lián)機械手，其特征在于:所述手術模塊包括可轉動地定位在動平臺上且伸入底座下方的手術工具(4)以及用于驅動手術工具旋轉的電機(41);所述電機的轉動軸線為手術模塊轉動軸線。3.根據權利要求2所述的一種用于微創(chuàng)手術的混聯(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