CN105193502A

CN105193502A - 外科手术机器人

Info

Publication number: CN105193502A
Application number: CN201410282070.0A
Authority: CN
Inventors: 王朝斌
Original assignee: SHANGHAI AIXUN MEDICAL EQUIPMENT CO Ltd
Current assignee: SHANGHAI AIXUN MEDICAL EQUIPMENT CO Ltd
Priority date: 2014-06-23
Filing date: 2014-06-23
Publication date: 2015-12-30

Abstract

本发明公开了一种外科手术机器人，包括平台、升降组件、肩关节机构、肘关节机构、腕关节机构，大臂、小臂和手术器械，所述升降组件安装在平台一侧，所述肩关节机构与升降组件连接，所述大臂一端与肩关节机构连接，另一端与肘关节机构连接，所述小臂一端与肘关节机构连接，另一端与腕关节机构连接，所述手术器械设置在腕关节机构的末端。本发明所述的外科手术机器人具有七个自由度，可在实际手术操作中更进一步的达到准确定位和精确操作；特别的在肩关节机构处通过一个谐波减速器使得整体运动更加平稳，负载能力更大；大臂和小臂采用碳纤维材质减少了由于臂长给电机增加的负载，使得整个结构更加安全可靠。

Description

外科手术机器人

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及到一种外科手术机器人。

背景技术

手术机器人是通过微小切口进行的手术，与普通的开放式手术相比，具有创伤小、失血少、痛楚轻、感染风险低、术后恢复快等优点，因而得以在外科手术的诸多领域快速发展。在外科手术机器人方面，目前的外科手术机器人都是以机械臂的形式来工作，包括AESOP、ZEUS、DaVinci手术机器人系统。机器人的结构及运动精度直接决定了末端执行器的工作范围和手术的成功率，是外科手术机器人最重要的组成部分。

但是非定型化的工作对象和操作对象的安全性对机械臂的形状和结构则提出了更高、更精确的要求，同时，机械臂的工作空间范围和其操作的灵巧性对手术的有效性有很大的影响，如何使病人的感染风险降到最低，都是目前急需解决的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种操作灵活，工作空间范围大，能够准确定位和精确操作的外科手术机器人。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种外科手术机器人，包括平台、升降组件、肩关节机构、肘关节机构、腕关节机构，大臂、小臂和手术器械，所述升降组件安装在平台一侧，所述肩关节机构与升降组件连接，所述大臂一端与肩关节机构连接，另一端与肘关节机构连接，所述小臂一端与肘关节机构连接，另一端与腕关节机构连接，所述手术器械设置在腕关节机构的末端。

上述外科手术机器人，其中，所述升降组件包括丝杆和固定丝杆的丝杠。

上述外科手术机器人，其中，所述肩关节机构包括肩关节转动组件和肩关节摆动组件，所述肩关节转动组件包括第一电机、谐波减速器和连接第一电机与谐波减速器的连接套；所述肩关节摆动组件包括肩关节连接盘、与肩关节连接盘连接的第二电机、其中第二电机驱动轴端部设有第一圆柱齿轮，与第一圆柱齿轮外啮合的第二圆柱齿轮，所述肩关节连接盘与谐波减速器连接。

上述外科手术机器人，其中，所述肘关节机构包括肘关节转动组件和肘关节摆动组件，所述肘关节转动组件包括第三电机，其中第三电机驱动轴端部设有第三圆柱齿轮，与第三圆柱齿轮内啮合的第四圆柱齿轮；所述肘关节摆动组件包括肘关节连接盘、与肘关节连接盘连接的第四电机，其中第四电机驱动轴端部设置有第五圆柱齿轮，与第五圆柱齿轮外啮合的第六圆柱齿轮，所述肘关节连接盘与第四圆柱齿轮连接。

上述外科手术机器人，其中，所述腕关节机构包括腕关节转动组件和腕关节摆动组件，所述腕关节转动组件包括第五电机，其中第五电机驱动轴端部设有第七圆柱齿轮，与第七圆柱齿轮内啮合的第八圆柱齿轮；所述腕关节摆动组件包括腕关节连接盘，与腕关节连接盘连接的第六电机，其中第六电机驱动轴端部设置有第九圆柱齿轮，与第九圆柱齿轮外啮合的第十圆柱齿轮，所述腕关节连接盘与第八圆柱齿轮连接。

上述外科手术机器人，其中，所述丝杆与所述第一电机连接；所述大臂一端与肩关节连接盘连接，另一端与肘关节转动组件的第三电机连接；所述小臂一端与肘关节连接盘连接，另一端与腕关节转动组件的第五电机连接。

上述外科手术机器人，其中，所述手术器械包括镊子、手术刀、激光刀，所述手术器械设置在腕关节连接盘的末端。

上述外科手术机器人，其中，所述大臂和小臂采用碳纤维材质所制。

本发明的有益效果：相较于现有技术，本发明所述的外科手术机器人，其丝杆可以沿着丝杠上下运动即产生了一个垂直方向的滑动自由度即冗余自由度，利于末端手术器械达到更大的工作空间，肩关节结构、肘关节机构和腕关节机构各具有一个转动组件和摆动组件构成的两个旋转自由度，使得整个外科手术机器人具有七个自由度，因此可以在实际手术操作中更进一步的达到准确定位和精确操作，方便更加合理的设计结构紧凑的外科手术机器人；在肩关节机构处通过一个谐波减速器使得整体运动更加平稳，负载能力更大；将大臂和小臂采用高强度低重量的碳纤维材质制造可以减少由于臂长给电机增加的负载，使得整个结构运作起来更加安全可靠。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。

图1是本发明外科手术机器人立体结构示意图；

图2是本发明外科手术机器人主视图；

图3是本发明外科手术机器人仰视图；

图4是本发明外科手术机器人肘关节处A-A剖视图；

图5是本发明外科手术机器人腕关节处B-B剖视图；

图6是本发明外科手术机器人肩关节结构放大图；

图7是本发明外科手术机器人肘关节结构放大图；

图8是本发明外科手术机器人腕关节结构放大图；

图9是本发明外科手术机器人腕关节末端手术器械为镊子的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，提供一种外科手术机器人，包括平台1、升降组件2、肩关节机构3、肘关节机构5、腕关节机构7，大臂4、小臂6和手术器械8，

如图2和图3所示，其中，所述升降组件2包括丝杆22和固定丝杆22的丝杠21。

如图2、图3和图6所示，其中，所述肩关节机构3包括肩关节转动组件和肩关节摆动组件，其中肩关节转动组件包括第一电机31、谐波减速器33、连接第一电机31和谐波减速器33的连接套32；肩关节摆动组件包括肩关节连接盘37、与肩关节连接盘37连接的第二电机34、其中第二电机34驱动轴端部设有第一圆柱齿轮35，与第一圆柱齿轮35外啮合的第二圆柱齿轮36，所述肩关节连接盘37与谐波减速器33连接。

第一电机31输出转速和力矩，通过谐波减速器33的减速，将运动传递给肩关节连接盘37，控制其圆周方向的运动；第二电机34输出转速和力矩，带动第一圆柱齿轮35的圆周运动，第二圆柱齿轮36外啮合第一圆柱齿轮35带动了肩关节连接盘37随着齿轮啮合位置而进行摆动。

如图2、图3、图4和图7所示，其中，所述肘关节机构5包括肘关节转动组件和肘关节摆动组件，所述肘关节转动组件包括第三电机51，其中第三电机51驱动轴端部设有第三圆柱齿轮52，与第三圆柱齿轮52内啮合的第四圆柱齿轮53；所述肘关节摆动组件包括肘关节连接盘57、与肘关节连接盘57连接的第四电机54，其中第四电机54驱动轴端部设置有第五圆柱齿轮55，与第五圆柱齿轮55外啮合的第六圆柱齿轮56，所述肘关节连接盘57与第四圆柱齿轮53连接。

第三电机51输出转速和力矩，驱动了内啮合的第三圆柱齿轮52和第四圆柱齿轮53的旋转运动，将运动传递给肘关节连接盘57，控制其圆周方向的运动；第四电机54输出转速和力矩，带动了第五圆柱齿轮55的圆周运动，第六圆柱齿轮56外啮合第五圆柱齿轮55带动了肘关节连接盘57随着齿轮啮合位置而进行摆动。

如图2、图3、图5和图8所示，其中，所述腕关节机构7包括腕关节转动组件和腕关节摆动组件，所述腕关节转动组件包括第五电机71，其中第五电机71驱动轴端部设有第七圆柱齿轮72，与第七圆柱齿轮72内啮合的第八圆柱齿轮73；所述腕关节摆动组件包括腕关节连接盘77，与腕关节连接盘77连接的第六电机74，其中第六电机74驱动轴端部设置有第九圆柱齿轮75，与第九圆柱齿轮75外啮合的第十圆柱齿轮76，所述腕关节连接盘77与第八圆柱齿轮73连接。

第五电机71输出转速和力矩，驱动了内啮合的第七圆柱齿轮72和第八圆柱齿轮73的旋转运动，将运动传递给腕关节连接盘77，控制其圆周方向的运动；第六电机74输出转速和力矩，带动了第九圆柱齿轮75的圆周运动，第十圆周齿轮76外啮合第九圆柱齿轮75带动了腕关节连接盘77随着齿轮啮合位置而进行摆动。

如图1-8所示，其中，所述手术器械8采用手术刀。

如图9所示，其中，所述手术器械8采用镊子。

如图1-9所示，其中，大臂4和小臂6采用碳纤维材质所制。

本发明所述的外科手术机器人，丝杠21设置在平台1的一侧，丝杆22可以在丝杠21上下滑动，肩关节机构3的第一电机31与丝杆22连接，大臂4的一端与肩关节连接盘37连接，另一端与肘关节机构5的第三电机51连接，小臂6的一端与肘关节连接盘57连接，另一端与腕关节机构7的第五电机71连接，手术刀8位于腕关节机构7的末端，与腕关节连接盘77连接。

通过在肩关节机构3、肘关节机构5、腕关节机构7每个机构分别设置两个电机，驱动了肩关节机构3的旋转和摆动运动、肘关节机构5的旋转和摆动运动、腕关节机构7的旋转和摆动运动，与丝杆22沿着丝杆21上下滑动，共实现了七个自由度，可以保证外科手术机器人调整至工作范围内的任何位置，满足工作时候的任意姿态，实现了手术的准确定位和精确操作需求。在肩关节机构3处通过一个谐波减速器33使得整体运动更加平稳，负载能力更大；将大臂4和小臂6采用高强度低重量的碳纤维材质制造可以减少由于臂长给电机增加的负载，使得整个结构运作起来更加安全可靠。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种外科手术机器人，其特征在于：包括平台、升降组件、肩关节机构、肘关节机构、腕关节机构，大臂、小臂和手术器械，所述升降组件安装在平台一侧，所述肩关节机构与升降组件连接，所述大臂一端与肩关节机构连接，另一端与肘关节机构连接，所述小臂一端与肘关节机构连接，另一端与腕关节机构连接，所述手术器械设置在腕关节机构的末端。

2.根据权利要求1所述的外科手术机器人，其特征在于：所述升降组件包括丝杆和固定丝杆的丝杠。

3.根据权利要求2所述的外科手术机器人，其特征在于：所述肩关节机构包括肩关节转动组件和肩关节摆动组件，所述肩关节转动组件包括第一电机、谐波减速器和连接第一电机与谐波减速器的连接套；所述肩关节摆动组件包括肩关节连接盘、与肩关节连接盘连接的第二电机、其中第二电机驱动轴端部设有第一圆柱齿轮，与第一圆柱齿轮外啮合的第二圆柱齿轮，所述肩关节连接盘与谐波减速器连接。

4.根据权利要求3所述的外科手术机器人，其特征在于：所述肘关节机构包括肘关节转动组件和肘关节摆动组件，所述肘关节转动组件包括第三电机，其中第三电机驱动轴端部设有第三圆柱齿轮，与第三圆柱齿轮内啮合的第四圆柱齿轮；所述肘关节摆动组件包括肘关节连接盘、与肘关节连接盘连接的第四电机，其中第四电机驱动轴端部设置有第五圆柱齿轮，与第五圆柱齿轮外啮合的第六圆柱齿轮，所述肘关节连接盘与第四圆柱齿轮连接。

5.根据权利要求4所述的外科手术机器人，其特征在于：所述腕关节机构包括腕关节转动组件和腕关节摆动组件，所述腕关节转动组件包括第五电机，其中第五电机驱动轴端部设有第七圆柱齿轮，与第七圆柱齿轮内啮合的第八圆柱齿轮；所述腕关节摆动组件包括腕关节连接盘，与腕关节连接盘连接的第六电机，其中第六电机驱动轴端部设置有第九圆柱齿轮，与第九圆柱齿轮外啮合的第十圆柱齿轮，所述腕关节连接盘与第八圆柱齿轮连接。

6.根据权利要求5所述的外科手术机器人，其特征在于：所述丝杆与所述第一电机连接；所述大臂一端与肩关节连接盘连接，另一端与肘关节转动组件的第三电机连接；所述小臂一端与肘关节连接盘连接，另一端与腕关节转动组件的第五电机连接。

7.根据权利要求6所述的外科手术机器人，其特征在于：所述手术器械包括镊子、手术刀、激光刀，所述手术器械设置在腕关节连接盘的末端。

8.根据权利要求7所述的外科手术机器人，其特征在于：所述大臂和小臂采用碳纤维材质所制。