CN104337579B - 一种用于微创手术的混联机械手 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于微创手术的混联机械手。目的是提供的机械手应具有结构紧凑、较为灵活、安全性高的特点。技术方案是：一种用于微创手术的混联机械手，其特征在于：包括环形底座、定位在底座上方并向下穿越底座的手术模块以及并联连接在底座与手术模块之间以驱动手术模块运动的三个分支机构，所述每个分支机构包括依次连接在手术模块与底座之间的第一转动副、第一连杆、第二转动副、第二连杆、第三转动副、第三连杆、第四转动副、第四连杆以及第五转动副；每个分支机构的第二转动副轴线与第三转动副轴线互相平行并且垂直于第一转动副轴线与第五转动副轴线。

Description

一种用于微创手术的混联机械手
技术领域
本发明涉及一种用于微创手术的机器人，具体是一种混联机械手。
背景技术
微创手术与传统的开膛手术相比具有如下优点：切口小，损伤轻，安全有效，可以避免脏器暴露在空气中以减少感染；可以减少病人手术后的痛苦，病人康复较快并且可在术后短期内恢复正常活动，治疗效果等于或高于传统外科手术方法；术后伤口比传统外科手术美观，愈合后疤痕小。而随着微创手术在临床手术中的不断应用和发展，具有更高手术精度和操作便捷性的微创手术机器人也应运而生了。1994年美国Computer Motion公司研制了第一台协助微创手术的内窥镜自动定位系统即AESOP机器人，它采用串联结构；1998年推出ZEUS微创手术操作机器人，该系统采用主从操作技术；2000年da Vinci系统研制成功并于当年7月经美国FDA批准成为允许在临床使用的第一个合法的商品化手术机器人，它已经用于临床并取得很好的效果。
但由于现有的微创手术机器人体积较大、结构复杂、控制繁琐、费用较高，在推广应用时还受到较多局限，需要进一步改进。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种用于微创手术的混联机械手，该机械手应具有结构紧凑、较为灵活、安全性高的特点。
本发明的技术方案是：一种用于微创手术的混联机械手，其特征在于：包括环形底座、定位在底座上方并向下穿越底座的手术模块以及并联连接在底座与手术模块之间以驱动手术模块运动的三个分支机构；
所述每个分支机构包括依次连接在手术模块与底座之间的第一转动副、第一连杆、第二转动副、第二连杆、第三转动副、第三连杆、第四转动副、第四连杆以及第五转动副；每个分支机构的第二转动副轴线与第三转动副轴线互相平行并且垂直于第一转动副轴线与第五转动副轴线；
所述第四转动副轴线平行于第二转动副轴线；三个分支机构中所有第一转动副轴线共轴并且所有第五转动副轴线均同时相交于第一转动副轴线上的一固定点；或者，所述第四转动副轴线垂直于第二转动副轴线；三个分支机构中所有第一转动副轴线共轴并且所有第四转动副轴线与第五转动副轴线均同时相交于第一转动副轴线上的一固定点。
所述手术模块包括可转动地定位在所有第一连杆上的手术工具以及用于驱动手术工具旋转的电机；所述手术工具的转动轴线与第一转动副轴线共轴。
所述手术工具外可转动地穿套一套筒，三个分支机构的第一连杆均与该套筒形成第一转动副。
所述电机通过支架固定在其中一个分支机构的第一连杆上，支架又与所述套筒固定。
本发明的有益效果是：
本发明采用结构紧凑的混联机构，不仅可以保证较高的刚度，而且运动累计误差小于串联机构，可以提高手术精度；本发明可以驱动手术模块绕切口灵活地运动，不仅可以满足微创手术的要求，而且可以减小对切口的伤害，安全性较高；本发明还可用作教学培训的模拟手术器具；因此，本发明对于提高微创手术的进一步推广具有重要意义。
附图说明
图1是本发明实施例一的立体结构示意图。
图2是本发明实施例一中一个分支机构的示意图。
图3是本发明实施例二的立体结构示意图。
图4是本发明实施例二中一个分支机构的示意图。
图5是本发明工作方式的示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
实施例一
如图1所示，一种用于微创手术的混联机械手，包括环形底座3、手术模块以及三个分支机构。
所述手术模块定位在底座上方，包括手术工具4以及用于驱动手术工具旋转的电机6；所述手术工具一般为腹腔镜器械(具体指切开刀、分离钳、冲洗器、内窥镜)，并且手术工具的下端向下穿越底座的中部空腔31后伸入底座下方。
所述三个分支机构并联连接在底座与手术模块之间，可用于驱动手术模块运动；每个分支机构均为五自由度机械臂，包括由上往下依次连接在手术模块与底座之间的第一转动副21、第一连杆11、第二转动副22、第二连杆12、第三转动副23、第三连杆13、第四转动副24、第四连杆14以及第五转动副25。
每个分支机构中，第二转动副轴线、第三转动副轴线与第四转动副轴线互相平行并且垂直于第一转动副轴线与第五转动副轴线；第一连杆的前端通过套筒5可转动地定位在一起(图中显示三条第一连杆的前端由上往下可转动地叠合在一起)，而手术工具则可转动地插装在套筒中；电机通过支架61固定在其中一个分支机构的第一连杆上(图中显示支架固定在最上方的第一连杆上并且套筒与支架固定)。
三个分支机构的所有第五转动副轴线相交于O点(O点表示手术时人体上的切口位置，即前述的固定点)，同时所有第一转动副轴线共轴且穿越O点；所述手术工具的转动轴线与第一转动副轴线共轴，因此手术工具的转动轴线也通过O点。
如图5所示，人体的切口位置9放有穿刺套管7(英文Trocar)，手术工具穿过穿刺套管后伸入人体内；该手术工具在三个分支机构驱动下进行运动，包括以切口位置作为原点的摆动以及沿着手术工具轴线方向的伸缩，同时手术工具还可在电机驱动下旋转。
上述所有转动副均由伺服电机(图中省略)驱动。
实施例二
如图3所示，一种用于微创手术的混联机械手，包括环形底座3、手术模块以及三个分支机构。
所述手术模块定位在底座上方，包括手术工具4以及用于驱动手术工具旋转的电机6；所述手术工具一般为腹腔镜器械，并且手术工具的下端向下穿越底座的中部空腔31后伸入底座下方。
所述三个分支机构并联连接在底座与手术模块之间，可用于驱动手术模块运动；每个分支机构均为五自由度机械臂，包括由上往下依次连接在手术模块与底座之间的第一转动副21、第一连杆11、第二转动副22、第二连杆12、第三转动副23、第三连杆13、第四转动副24、第四连杆14以及第五转动副25。
每个分支机构中，第二转动副轴线与第三转动副轴线互相平行并且垂直于第一转动副轴线、第四转动副轴线与第五转动副轴线；第一连杆的前端通过套筒5可转动地定位在一起(图中显示三条第一连杆的前端由上往下可转动地叠合在一起)，而手术工具则可转动地插装在套筒中；电机通过支架61固定在其中一个分支机构的第一连杆上(图中显示支架固定在最上方的第一连杆上并且套筒与支架固定)。
三个分支机构的所有第四转动副轴线与第五转动副轴线相交于O点(O点表示手术时人体上的切口位置，即前述的固定点)，同时所有第一转动副轴线共轴且穿越O点；所述手术工具的转动轴线与第一转动副轴线共轴，因此手术工具的转动轴线也通过O点。
如图5所示，人体的切口位置9放有穿刺套管7(英文Trocar)，手术工具穿过穿刺套管后伸入人体内；该手术工具在三个分支机构驱动下进行运动，包括以切口位置作为原点的摆动以及沿着手术工具轴线方向的伸缩，同时手术工具还可在电机驱动下旋转。
上述所有转动副均由伺服电机(图中省略)驱动。

Claims (4)

1.一种用于微创手术的混联机械手，其特征在于：包括环形底座(3)、定位在底座上方并向下穿越底座的手术模块以及并联连接在底座与手术模块之间以驱动手术模块运动的三个分支机构；
所述每个分支机构包括依次连接在手术模块与底座之间的第一转动副(21)、第一连杆(11)、第二转动副(22)、第二连杆(12)、第三转动副(23)、第三连杆(13)、第四转动副(24)、第四连杆(14)以及第五转动副(25)；每个分支机构的第二转动副轴线与第三转动副轴线互相平行并且垂直于第一转动副轴线与第五转动副轴线；
所述第四转动副轴线平行于第二转动副轴线，三个分支机构中所有第一转动副轴线共轴并且所有第五转动副轴线均同时相交于第一转动副轴线上的一固定点；或者，所述第四转动副轴线垂直于第二转动副轴线，三个分支机构中所有第一转动副轴线共轴并且所有第四转动副轴线与第五转动副轴线均同时相交于第一转动副轴线上的一固定点。
2.根据权利要求1所述的一种用于微创手术的混联机械手，其特征在于：所述手术模块包括可转动地定位在所有第一连杆上的手术工具(4)以及用于驱动手术工具旋转的电机(6)；所述手术工具的转动轴线与第一转动副轴线共轴。
3.根据权利要求2所述的一种用于微创手术的混联机械手，其特征在于：所述手术工具外可转动地穿套一套筒(5)，三个分支机构的第一连杆均与该套筒形成第一转动副。
4.根据权利要求3所述的一种用于微创手术的混联机械手，其特征在于：所述电机通过支架(61)固定在其中一个分支机构的第一连杆上，支架又与所述套筒固定。
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