具有自適應能力的手術機器人操作臂的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了具有自適應能力的機器人操作臂，它包括被動調整結構和主動結構，主動結構包括多條主動臂，每條主動臂包括主動支架，主動支架通過均布在弧形偏轉架上的主被動連接軸固定在弧形偏轉架下方，每條主動臂均包括主動關節(jié)I，主動關節(jié)I由主動支架與關節(jié)連接座旋轉相連組成；關節(jié)連接座與連桿I旋轉的相連并組成主動關節(jié)II，連桿I與連桿回轉座旋轉的相連并組成主動關節(jié)III。本操作臂可有效實現(xiàn)對機器人主動結構初始位姿的快速靈活調整，減少主動臂的結構尺寸，降低運動慣量。
【專利說明】
具有自適應能力的手術機器人操作臂
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種輔助微創(chuàng)外科手術機器人操作臂，特別涉及一種可實現(xiàn)大范圍運動、多位姿調整功能的胸腹腔微創(chuàng)手術機器人操作臂。
【背景技術】
[0002]微創(chuàng)外科被譽為21世紀醫(yī)學領域對人類文明的重要貢獻之一，微創(chuàng)手術是指利用胸腔鏡、腹腔鏡等現(xiàn)代化的醫(yī)療設備及配套器械開展的一類手術操作。與傳統(tǒng)開口手術相比，微創(chuàng)手術具有手術切口小、出血量少、術后疤痕小、恢復時間快等優(yōu)點，這使得病人遭受的痛楚大為減少，也有助于降低病人的整體手術花費，因此，近些年微創(chuàng)外科被越來越廣泛的應用于臨床手術中。然而，微創(chuàng)手術為病人帶來諸多利益的同時，卻對醫(yī)生的操作帶來一系列的困難，如:I)體表切口約束了工具的自由度，降低了其靈活性。2)醫(yī)生操作方向與所期望的方向相反，協(xié)調性差。醫(yī)生必須經過長期訓練才能開展微創(chuàng)手術操作，且長時間手術過程中的疲勞、顫抖等干擾動作會被放大，這成為制約微創(chuàng)手術技術發(fā)展的關鍵因素。隨著機器人技術的發(fā)展，能夠有效克服上述缺點的微創(chuàng)手術機器人應運而生。
[0003]在機器人輔助微創(chuàng)外科手術過程中，復雜的手術環(huán)境和操作任務要求機器人具有靈活的位姿調整能力和大范圍的運動特性，而機器人的靈活性一方面依賴于手術工具的靈活性，另一方面則依賴于用以支撐手術工具的操作臂的運動性能。目前，能夠在臨床上使用的微創(chuàng)外科手術機器人系統(tǒng)只有美國da Vinci系統(tǒng)和Zeus系統(tǒng)，但它們都存在結構復雜、體積龐大、價格昂貴等方面的缺點。國內在微創(chuàng)手術機器人研究方面尚處于起步階段，所研發(fā)出的機器人系統(tǒng)多因靈活性、穩(wěn)定性等問題而不能用于臨床手術。因此，開發(fā)一套具有自主知識產權的新型微創(chuàng)手術機器人系統(tǒng)，特別是研發(fā)出高效可靠的機器人操作臂裝置對填補我國在該領域的空白有著非常重要的意義。
【發(fā)明內容】
[0004]本發(fā)明的目的在于克服已有技術的不足，提供一種具有多位姿調整功能、大范圍運動特性，進而可以簡化被動調整機構，提高結構剛性的具有自適應能力的手術機器人操作臂。
[0005]為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是:
[0006]具有自適應能力的機器人操作臂，它包括被動調整結構和主動結構，所述的被動調整結構包括本體基座，沿水平方向設置的支撐橫梁的后端通過升降機構與本體基座相連并且在升降機構的驅動下能夠沿豎直方向在本體基座上上下滑移實現(xiàn)所述的被動調整結構的升降自由度，在所述的支撐橫梁的前端旋轉的連接有弧形偏轉架以使兩者組成旋轉關節(jié)，一個抱閘固定安裝在支撐橫梁上，所述的抱閘的轉軸與弧形偏轉架固定相連，所述的抱閘通過控制線與電源按鈕相連，弧形偏轉架相對于支撐橫梁能夠在正、負90度范圍內進行任意角度偏轉并且固定在調整后的位置以實現(xiàn)被動調整結構的偏轉自由度;所述的主動結構包括多條主動臂，每條所述的主動臂包括沿水平方向設置的主動支架，所述的主動支架通過均布在弧形偏轉架上的主被動連接軸固定在弧形偏轉架下方，所述的主被動連接軸與主動支架固定相連，每條主動臂均包括主動關節(jié)I，所述的主動關節(jié)I由主動支架與關節(jié)連接座旋轉相連組成，所述的關節(jié)連接座與驅動系統(tǒng)I的旋轉輸出端相連并且能夠在驅動系統(tǒng)I的驅動下做回轉轉動以實現(xiàn)主動關節(jié)I的轉動自由度，所述的關節(jié)連接座的回轉轉動的轉動軸線平行于本體基座上下滑移方向；驅動系統(tǒng)II和驅動系統(tǒng)III固定安裝在關節(jié)連接座上，所述的驅動系統(tǒng)II和驅動系統(tǒng)III的旋轉輸出端的軸線平行設置，在所述的驅動系統(tǒng)
II的旋轉輸出端上固定有關節(jié)II轉接軸，在所述的關節(jié)II轉接軸上旋轉的套裝有導向輪，所述的驅動系統(tǒng)III的旋轉輸出端與驅動輸出軸固定相連，連桿I的一端與關節(jié)II轉接軸的法蘭盤固定相連，所述的連桿I的另一端與關節(jié)III傳動軸旋轉相連，連桿回轉座與所述的關節(jié)III傳動軸固定相連，所述的關節(jié)連接座與連桿I旋轉的相連并組成主動關節(jié)II，所述的驅動系統(tǒng)II能夠驅動關節(jié)II轉接軸帶動連桿I相對主動支架轉動，所述的連桿I與連桿回轉座旋轉的相連并組成主動關節(jié)III，鋼絲1、鋼絲II的一端分別纏繞并固定在所述的驅動輸出軸上，另一端經導向輪導向后纏繞并固定在所述的關節(jié)III傳動軸上，所述的驅動系統(tǒng)III能夠通過驅動輸出軸帶動鋼絲1、鋼絲II轉動以使關節(jié)III傳動軸和連桿回轉座繞連桿回轉座的軸線轉動，所述的關節(jié)III傳動軸的旋轉軸線與關節(jié)II的旋轉軸線平行設置;連桿II的首端通過被動旋轉軸與連桿回轉座旋轉相連組成自適應回轉關節(jié)，所述的被動旋轉軸的軸線與關節(jié)III傳動軸的軸線垂直，所述的連桿II末端與快換連接軸旋轉的相連組成自適應擺動關節(jié)，快換裝置與所述的快換連接軸固定相連，所述的被動旋轉軸的旋轉軸線與快換連接軸的旋轉軸線垂直并相交在一點。
[0007]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的具有自適應能力的手術機器人操作臂有以下有益效果:
[0008]1.本發(fā)明的具有自適應能力的手術機器人操作臂包含兩自由度的被動調整結構，可有效實現(xiàn)對機器人主動結構初始位姿的快速靈活調整。
[0009]2.本發(fā)明的具有自適應能力的手術機器人操作臂的多條主動臂安裝在被動調整機構的同一支撐平臺上，有利于降低機器人的結構復雜性。
[0010]3.本發(fā)明的具有自適應能力的手術機器人操作臂的主動臂末端采用雙被動自適應關節(jié)，可提尚手術工具對切口約束的自適應能力，提尚機器人安全性。
[0011]4.本發(fā)明的具有自適應能力的手術機器人操作臂的主動臂引入絲傳動形式，實現(xiàn)驅動系統(tǒng)的后置布局，減少主動臂的結構尺寸，降低運動慣量。
[0012]5.本發(fā)明的具有自適應能力的手術機器人操作臂面向胸腹腔鏡領域的微創(chuàng)手術，可滿足不同醫(yī)院醫(yī)療條件的需求，具有向其它醫(yī)療領域擴展的潛力。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明具有自適應能力的手術機器人操作臂的整體結構示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明具有自適應能力的手術機器人操作臂的被動調整結構示意圖；
[0015]圖3為本發(fā)明具有自適應能力的手術機器人操作臂的主動臂整體結構示意圖；
[0016]圖4為本發(fā)明具有自適應能力的手術機器人操作臂的主動臂關節(jié)I示意圖；
[0017]圖5為本發(fā)明具有自適應能力的手術機器人操作臂的主動臂關節(jié)I1、III示意圖；
[0018]圖6為本發(fā)明具有自適應能力的手術機器人操作臂的主動臂自適應關節(jié)示意圖；
[0019]圖7-1、7-2、7-3分別為本發(fā)明具有自適應能力的手術機器人操作臂的臨床應用示意圖；
[0020]其中:
[0021]1-被動調整結構2-主動臂3-快換裝置4-手術工具5-內窺鏡
[0022]6-主動結構
[0023]1-1-本體基座卜2-升降底座支撐橫梁卜4_弧形偏轉架
[0024]1-5-主被動連接軸
[0025]2-1-主動支架2-2-關節(jié)連接座2-3-連桿I 2_4_連桿回轉座
[0026]2-5-連桿II 2-6-快換連接軸
[0027]101-驅動系統(tǒng)I 102-關節(jié)I定位軸
[0028]201-驅動系統(tǒng)II 202-驅動系統(tǒng)III 203-關節(jié)II轉接軸204-導向輪
[0029]205-驅動輸出軸206-關節(jié)III傳動軸207-鋼絲I 208-鋼絲II
[0030]209-被動旋轉軸
[0031]301-病患302-手術床
[0032]rl-關節(jié)I轉動自由度r2-關節(jié)II轉動自由度r3_關節(jié)III轉動自由度
[0033]s4_自適應回轉自由度s5_自適應擺動自由度
[0034]Rl-升降自由度R2-偏轉自由度
[0035]P-微創(chuàng)切口點T-自適應旋轉軸線交叉點
【具體實施方式】
[0036]下面結合具體實施例對本發(fā)明進行詳細描述。
[0037]如附圖所示的具有自適應能力的機器人操作臂，它包括被動調整結構I和主動結構6，所述的被動調整結構I包括本體基座1-1，沿水平方向設置的支撐橫梁1-3的后端通過升降機構與本體基座1-1相連并且在升降機構的驅動下能夠沿豎直方向在本體基座1-1上上下滑移實現(xiàn)所述的被動調整結構I的升降自由度Rl，在所述的支撐橫梁1-3的前端旋轉的連接有弧形偏轉架1-4以使兩者組成旋轉關節(jié)，一個抱閘固定安裝在支撐橫梁1-3上，所述的抱閘的轉軸與弧形偏轉架固定相連。所述的抱閘通過控制線與電源按鈕相連，弧形偏轉架相對于支撐橫梁能夠在正、負90度范圍內進行任意角度偏轉并且固定在調整后的位置以實現(xiàn)被動調整結構I的偏轉自由度R2，具體調整過程為:當按下按鈕時，抱閘轉軸通電松開，可手動調整弧形偏轉架相對于支撐橫梁完成正、負90度范圍內的任意角度偏轉，隨后松開按鈕，抱閘轉軸斷電鎖死，弧形偏轉架固定在調整后的位置。從而實現(xiàn)所述的被動調整結構I的偏轉自由度R2。
[0038]為便于實現(xiàn)所述的支撐橫梁1-3相對于本體基座的拆卸與組裝，所述的支撐橫梁1-3的后端固定有升降底座1-2，所述的升降底座1-2與升降機構相連。
[0039]所述的升降機構包括豎直安裝在本體基座1-1內部的滾珠絲杠副，所述的滾珠絲杠副的絲杠底端與驅動電機的轉軸相連，所述的升降底座1-2與所述的滾珠絲杠副中的螺母固定相連。導向用的沿豎直方向設置的導桿穿過所述的螺母并且兩者間隙配合，通過控制電機正、反轉，可實現(xiàn)螺母沿絲杠的上下運動，進而實現(xiàn)所述的升降底座1-2的升降運動。
[0040]所述的主動結構6可以包括多條主動臂2，每條所述的主動臂2包括沿水平方向設置的主動支架2-1，所述的主動支架2-1通過均布在弧形偏轉架1-4上的主被動連接軸1-5固定在弧形偏轉架1-4下方，從而使所述的被動調整結構I通過弧形偏轉架1-4可同時對多條主動臂2起到支撐與調整作用。所述的主被動連接軸1-5與主動支架2-1固定相連，在所述的機器人主動結構6的常規(guī)布局中，位于兩側的主動臂2可以用以安裝手術工具4，中間的主動臂2可以用以夾持內窺鏡裝置5，但所述的主動結構6并不局限于常規(guī)布局。
[0041]每條主動臂2均包括主動關節(jié)I，所述的主動關節(jié)I由主動支架2-1與關節(jié)連接座2-2旋轉相連組成，所述的關節(jié)連接座2-2與驅動系統(tǒng)IlOl的旋轉輸出端相連并且能夠在驅動系統(tǒng)1101的驅動下做回轉轉動以實現(xiàn)關節(jié)I的轉動自由度r I，所述的關節(jié)連接座2-2的回轉轉動的轉動軸線平行于本體基座1-1上下滑移方向。
[0042]作為本發(fā)明的一種實施方式，所述的驅動系統(tǒng)IlOl為電機，所述的關節(jié)連接座2-2的上側通過關節(jié)I定位軸102與驅動系統(tǒng)IlOl的輸出軸固定相連，所述的關節(jié)連接座2-2下側通過軸承與所述的主動支架2-1旋轉的相連，所述的電機直接帶動關節(jié)連接座2-2相對主動支架2-1轉動，從而實現(xiàn)所述的主動臂2的關節(jié)I的轉動自由度rl。
[0043]驅動系統(tǒng)II201和驅動系統(tǒng)III202固定安裝在關節(jié)連接座2-2上，所述的驅動系統(tǒng)II201和驅動系統(tǒng)III202的旋轉輸出端的軸線平行設置，在所述的驅動系統(tǒng)II201的旋轉輸出端上固定有關節(jié)II轉接軸203，在所述的關節(jié)II轉接軸203上旋轉的套裝有導向輪204，所述的驅動系統(tǒng)III202的旋轉輸出端與驅動輸出軸205固定相連，連桿12-3的一端與關節(jié)II轉接軸203的法蘭盤固定相連，所述的連桿12-3的另一端與關節(jié)III傳動軸206旋轉相連，連桿回轉座2-4與所述的關節(jié)III傳動軸206固定相連。所述的關節(jié)連接座2-2與連桿12-3旋轉的相連并組成主動關節(jié)II，當驅動系統(tǒng)II201輸出端轉動時，所述的驅動系統(tǒng)II201驅動關節(jié)II轉接軸203帶動連桿12-3相對主動支架2-1轉動，從而實現(xiàn)主動臂2的關節(jié)II的轉動自由度r2。所述的連桿12-3與連桿回轉座2-4旋轉的相連并組成主動關節(jié)II I，鋼絲1207、II208的一端分別纏繞并固定在所述的驅動輸出軸205上，另一端經導向輪204導向后纏繞并固定在所述的關節(jié)III傳動軸206上。所述的鋼絲1207、11208實現(xiàn)關節(jié)III的閉環(huán)鋼絲傳動結構。當驅動系統(tǒng)II120 2輸出軸轉動時，所述的驅動系統(tǒng)II120 2通過驅動輸出軸205帶動閉環(huán)鋼絲1207、II208轉動以使關節(jié)III傳動軸206和連桿回轉座2-4繞連桿回轉座2-4的軸線轉動，從而實現(xiàn)主動臂2的關節(jié)III的旋轉自由度r3。所述的關節(jié)III傳動軸206的旋轉軸線與關節(jié)II的旋轉軸線平行設置。
[0044]連桿II2-5的首端通過被動旋轉軸209與連桿回轉座2-4旋轉相連組成自適應回轉關節(jié)，從而實現(xiàn)主動臂2的自適應回轉自由度s4，所述的被動旋轉軸209的軸線與關節(jié)III傳動軸206的軸線垂直。所述的連桿II2-5末端與快換連接軸2-6旋轉的相連組成自適應擺動關節(jié)。從而實現(xiàn)主動臂2的自適應擺動自由度s5。如圖1和圖6所示，快換裝置3與所述的快換連接軸2-6通過螺釘固定相連，所述的快換裝置3用于與手術工具4和內窺鏡5相連，所述的快換裝置3可以采用CN200910305201.1公開的已有結構，被動旋轉軸209的旋轉軸線與快換連接軸2-6的旋轉軸線垂直并相交在一點T(自適應旋轉軸線交叉點)即末端兩被動自適應關節(jié)的旋轉軸線垂直并相交在點Τ，該點即為手術工具4的工具桿和內窺鏡5的內窺鏡桿的經過點，即當手術工具4和內窺鏡5裝入所述的快換裝置3后，工具桿和內窺鏡桿均正好穿過點Τ。
[0045]作為本發(fā)明的一種實施方式，所述的主動臂為3條，其中位于兩側的主動臂的快換裝置用以安裝手術工具，中間的主動臂的快換裝置用以夾持內窺鏡裝置，手術工具的工具桿和內窺鏡的內窺鏡桿經過被動旋轉軸的旋轉軸線與快換連接軸的旋轉軸線的相交點。
[0046]下面再結合每一附圖對本發(fā)明加以詳細說明:
[0047]圖1為本發(fā)明具有自適應能力的手術機器人操作臂的整體結構示意圖。機器人操作臂可以包括被動調整結構I和主動結構6。在術前，為快速靈活的調整機器人主動臂2的初始位姿，所述的被動調整結構I具有升降自由度Rl和偏轉自由度R2。主動結構6包括主動臂
2、快換裝置3、手術工具4、內窺鏡裝置5。在所述的機器人主動結構6的常規(guī)布局中，位于兩側的主動臂2可以用以安裝手術工具4，中間的主動臂2可以用以夾持圖像系統(tǒng)5，但所述的主動結構6的主動臂2數(shù)量與布置順序均不局限于常規(guī)布局。
[0048]圖2為本發(fā)明具有自適應能力的手術機器人操作臂的被動調整結構示意圖。操作臂的被動調整結構I可以包括本體基座1-1、升降機構、支撐橫梁1-3、弧形偏轉架1-4、主被動連接軸1-5。為便于實現(xiàn)所述的支撐橫梁1-3相對于本體基座1-1的拆卸與組裝，所述的支撐橫梁1-3的后端固定有升降底座1-2所述的升降機構包括安裝在本體基座1-1內部的滾珠絲杠，所述的絲杠副的絲杠底端與驅動電機的轉軸相連，所述的升降底座1-2與所述的滾珠絲杠副中的螺母固定相連，導向用的沿豎直方向設置的導桿穿過所述的螺母并且兩者間隙配合，通過控制電機正、反轉，可實現(xiàn)螺母沿絲杠的上下運動，進而實現(xiàn)所述的升降底座1-2的升降自由度R1。所述的支撐橫梁1-3的前端與弧形偏轉架1-4旋轉的相連，在所述的支撐橫梁1-3與所述的弧形偏轉架1-4之間加裝有抱閘，所述的抱閘通過控制線與電源按鈕連通，當按下按鈕時，抱閘轉軸通電松開，可手動調整弧形偏轉架1-4相對于支撐橫梁1-3完成正、負90度范圍內的任意角度偏轉，隨后松開按鈕，抱閘轉軸斷電鎖死，弧形偏轉架固定在調整后的位置。從而實現(xiàn)所述的被動調整結構I的偏轉自由度R2。所述的主被動連接軸1-5分別固定安裝在弧形偏轉架1-4上均布的三個軸孔中，主被動連接軸1-5的底端與主動臂2固定相連，從而使所述的被動調整結構I通過弧形偏轉架1-4可同時對多條所述的主動臂2起到支撐與調整作用。
[0049]圖3為本發(fā)明具有自適應能力的手術機器人操作臂的主動臂整體結構示意圖。操作臂的主動臂2可以包括主動支架2-1、關節(jié)連接座2-2、連桿12-3、連桿回轉座2-4、連桿112-5、快換連接軸2-6。所述的主動臂2包含3個主動關節(jié)的轉動自由度rl、r2、r3和兩個自適應被動關節(jié)的回轉自由度s4、擺動自由度s5。主動支架2-1與關節(jié)連接座2-2旋轉相連并組成主動關節(jié)I，關節(jié)連接座2-2與連桿12-3旋轉的相連并組成主動關節(jié)II，連桿12-3與連桿回轉座2-4旋轉的相連并組成主動關節(jié)III，連桿回轉座2-4與連桿II2-5旋轉的相連并組成自適應回轉關節(jié)，連桿II2-5末端與快換連接軸2-6旋轉的相連并組成自適應擺動關節(jié)。當三個主動關節(jié)運動時，兩被動自適應關節(jié)受到手術工具桿的作用而產生隨動，從而使機器人手術工具對微創(chuàng)切口 P具有自適應能力。
[0050]圖4、5為本發(fā)明具有自適應能力的手術機器人操作臂的主動臂三個主動關節(jié)的結構示意圖。其中，圖4為主動關節(jié)I示意圖，圖5為主動關節(jié)I1、III示意圖。關節(jié)連接座2-2的上側通過關節(jié)I定位軸102與驅動系統(tǒng)IlOl的輸出軸固定相連，其下側與所述的主動支架2-1旋轉的相連，驅動系統(tǒng)1101直接帶動關節(jié)連接座2-2沿垂直軸線相對主動支架2-1轉動，從而實現(xiàn)所述的主動臂2的關節(jié)I轉動自由度rl。驅動系統(tǒng)II201通過關節(jié)II轉接軸203帶動連桿12-3相對主動支架2-1轉動，從而實現(xiàn)所述的主動臂2的關機II轉動自由度r2，所述的鋼絲I207、II208實現(xiàn)關節(jié)III的閉環(huán)絲傳動結構，連桿回轉座2-4與所述的關節(jié)III傳動軸206固定相連，當驅動系統(tǒng)III202輸出軸轉動時，驅動輸出軸205通過閉環(huán)鋼絲1207、11208帶動關節(jié)III傳動軸206和連桿回轉座2-4轉動，從而實現(xiàn)主動臂2的關節(jié)III轉動自由度r3。
[0051]圖6為本發(fā)明具有自適應能力的手術機器人操作臂的主動臂自適應關節(jié)示意圖。被動旋轉軸209與連桿回轉座2-4旋轉的相連，連桿II2-5與所述的被動旋轉軸209固定相連，從而實現(xiàn)主動臂2的自適應回轉自由度s4;快換連接軸2-6旋轉的安裝在連桿II2-5末端的軸孔內，從而實現(xiàn)主動臂2的自適應擺動自由度s5。末端兩被動自適應關節(jié)的旋轉軸線相互垂直并交于T點，該點即為手術工具桿的經過點。
[0052]圖7-1、7-2、7_3為本發(fā)明具有自適應能力的手術機器人操作臂的臨床應用示意圖。圖中三個場景所示意的為機器人操作臂在臨床應用中的三種常規(guī)的位置布局形式，其中，圖7-1為開展上腹部手術時的機器人操作臂位形示意，圖7-2為開展下腹部手術時的機器人操作臂位形示意，圖7-3為機器人沿腹腔側向實施手術時的位形示意。在實施手術前，將手術床推到所述的操作臂主動結構6的下方附近，按照手術類型和實用需求，運動所述的操作臂被動調整結構I的升降自由度Rl和偏轉自由度R2，使所述的主動結構6調整至合適的初始位形，鎖住被動調整機構I，裝入手術工具和圖像系統(tǒng)，隨后啟動主動結構6即可執(zhí)行手術操作。
[0053]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，附圖中所示的只是本發(fā)明的實施方式之一，實際的結構也并不局限于此。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。
【主權項】
1.具有自適應能力的手術機器人操作臂，其特征在于:它包括被動調整結構和主動結構，所述的被動調整結構包括本體基座，沿水平方向設置的支撐橫梁的后端通過升降機構與本體基座相連并且在升降機構的驅動下能夠沿豎直方向在本體基座上上下滑移實現(xiàn)所述的被動調整結構的升降自由度，在所述的支撐橫梁的前端旋轉的連接有弧形偏轉架以使兩者組成旋轉關節(jié)，一個抱閘固定安裝在支撐橫梁上，所述的抱閘的轉軸與弧形偏轉架固定相連，所述的抱閘通過控制線與電源按鈕相連，弧形偏轉架相對于支撐橫梁能夠在正、負90度范圍內進行任意角度偏轉并且固定在調整后的位置以實現(xiàn)被動調整結構的偏轉自由度;所述的主動結構包括多條主動臂，每條所述的主動臂包括沿水平方向設置的主動支架，所述的主動支架通過均布在弧形偏轉架上的主被動連接軸固定在弧形偏轉架下方，所述的主被動連接軸與主動支架固定相連，每條主動臂均包括主動關節(jié)I，所述的主動關節(jié)I由主動支架與關節(jié)連接座旋轉相連組成，所述的關節(jié)連接座與驅動系統(tǒng)I的旋轉輸出端相連并且能夠在驅動系統(tǒng)I的驅動下做回轉轉動以實現(xiàn)主動關節(jié)I的轉動自由度，所述的關節(jié)連接座的回轉轉動的轉動軸線平行于本體基座上下滑移方向；驅動系統(tǒng)II和驅動系統(tǒng)III固定安裝在關節(jié)連接座上，所述的驅動系統(tǒng)II和驅動系統(tǒng)III的旋轉輸出端的軸線平行設置，在所述的驅動系統(tǒng)II的旋轉輸出端上固定有關節(jié)II轉接軸，在所述的關節(jié)II轉接軸上旋轉的套裝有導向輪，所述的驅動系統(tǒng)III的旋轉輸出端與驅動輸出軸固定相連，連桿I的一端與關節(jié)II轉接軸的法蘭盤固定相連，所述的連桿I的另一端與關節(jié)III傳動軸旋轉相連，連桿回轉座與所述的關節(jié)III傳動軸固定相連，所述的關節(jié)連接座與連桿I旋轉的相連并組成主動關節(jié)II，所述的驅動系統(tǒng)II能夠驅動關節(jié)II轉接軸帶動連桿I相對主動支架轉動，所述的連桿I與連桿回轉座旋轉的相連并組成主動關節(jié)III，鋼絲1、鋼絲II的一端分別纏繞并固定在所述的驅動輸出軸上，另一端經導向輪導向后纏繞并固定在所述的關節(jié)III傳動軸上，所述的驅動系統(tǒng)111能夠通過驅動輸出軸帶動鋼絲1、鋼絲II轉動以使關節(jié)III傳動軸和連桿回轉座繞連桿回轉座的軸線轉動，所述的關節(jié)III傳動軸的旋轉軸線與關節(jié)II的旋轉軸線平行設置;連桿II的首端通過被動旋轉軸與連桿回轉座旋轉相連組成自適應回轉關節(jié)，所述的被動旋轉軸的軸線與關節(jié)III傳動軸的軸線垂直，所述的連桿II末端與快換連接軸旋轉的相連組成自適應擺動關節(jié)，快換裝置與所述的快換連接軸固定相連，所述的被動旋轉軸的旋轉軸線與快換連接軸的旋轉軸線垂直并相交在一點。2.根據(jù)權利要求1所述的具有自適應能力的手術機器人操作臂，其特征在于:所述的支撐橫梁的后端固定有升降底座，所述的升降底座與升降機構相連。3.根據(jù)權利要求2所述的具有自適應能力的手術機器人操作臂，其特征在于:所述的升降機構包括豎直安裝在本體基座內部的滾珠絲杠副，所述的滾珠絲杠副的絲杠底端與驅動電機的轉軸相連，所述的升降底座與所述的滾珠絲杠副中的螺母固定相連，導向用的沿豎直方向設置的導桿穿過所述的螺母并且兩者間隙配合。4.根據(jù)權利要求1-3之一所述的具有自適應能力的手術機器人操作臂，其特征在于:所述的驅動系統(tǒng)I為電機，所述的關節(jié)連接座的上側通過關節(jié)I定位軸與驅動系統(tǒng)I的輸出軸固定相連，所述的關節(jié)連接座下側通過軸承與所述的主動支架旋轉的相連，所述的電機直接帶動關節(jié)連接座相對主動支架轉動。5.根據(jù)權利要求1-3之一所述的具有自適應能力的手術機器人操作臂，其特征在于:所述的主動臂為3條，其中位于兩側的主動臂的快換裝置用以安裝手術工具，中間的主動臂的快換裝置用以夾持內窺鏡裝置，手術工具的工具桿和內窺鏡的內窺鏡桿經過被動旋轉軸的旋轉軸線與快換連接軸的旋轉軸線的相交點。
【文檔編號】A61B34/37GK106037937SQ201610536548
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月8日
【發(fā)明人】王樹新, 孔康, 楊英侃, 李建民, 喻宏波, 李進華
【申請人】天津大學