CN106037936B - 一种线性驱动的并联手术机器人 - Google Patents

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    • A61B17/00234—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets for minimally invasive surgery
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    • B25J9/12—Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements electric
    • B25J9/123—Linear actuators

Abstract

本发明涉及一种线性驱动的并联手术机器人。目的是提供的机器人应具有精度高的特点。技术方案是：一种线性驱动的并联手术机器人，该机器人包括圆环形底座、动平台、手术工具以及三个分支；三个分支中的第一分支和第二分支结构相同，均包括移动副、第一转动副、第二转动副、第一连杆、第三转动副、第二连杆及第四转动副；第三分支包括移动副、第一转动副、第二转动副、第一连杆、第三转动副及第二连杆；每个分支中，第一转动副轴线与第三转动副轴线互相平行并且垂直于第二转动副轴线；第一分支中的第四转动副轴线与第二分支中的第四转动副轴线共轴且垂直于第一转动副轴线与第三转动副轴线，还与所有三条分支中的第二转动副轴线相交于一固定点。

Description

一种线性驱动的并联手术机器人
技术领域
本发明涉及一种用于微创手术的机器人，具体是一种线性驱动的并联机器人。
背景技术
在长久以来的开放手术中，外科医生利用手术刀不断的为患者“制造创伤”，然后再采取手段尽可能地愈合该创伤，这往往使患者面对手术时胆战心惊、忐忑不安。如何减少手术创伤及出血量、降低手术风险及并发症、缩短恢复时间成为外科发展的方向。在这种背景下，以腹腔镜为代表的微创外科诞生，并在近30年内得到迅猛发展。微创手术是利用细长的杆状手术工具通过人体表面的微小切口探入体内进行手术操作的。与传统的开口手术相比，它可以减少手术切口及手术疤痕、缩短恢复时间、减少出血量及并发症等。
中国专利文献公开的“一种用于微创手术的混联机械手”、“一种用于微创手术的新型混联机械手”机器人，虽能有效应用于微创外科，但结构尚待进一步简化，精度有待进一步提高，成本也尚待下降；因而需要进一步改进。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种线性驱动的并联手术机器人，该机器人应具有结构紧凑、控制难度低、精度高、安全性好的特点。
本发明提供的技术方案是：一种线性驱动的并联手术机器人，其特征在于：该机器人包括圆环形底座、动平台、定位在动平台上的手术工具以及并联连接在底座与动平台之间的三个分支；
所述三个分支中的第一分支和第二分支结构相同，均包括依次连接在动平台和底座之间的移动副、第一转动副、第二转动副、第一连杆、第三转动副、第二连杆以及第四转动副；第三分支包括依次连接在动平台和底座之间的移动副、第一转动副、第二转动副、第一连杆、第三转动副以及第二连杆；每个分支中，第一转动副轴线与第三转动副轴线互相平行并且垂直于第二转动副轴线；第一分支中的第四转动副轴线与第二分支中的第四转动副轴线共轴且垂直于第一转动副轴线与第三转动副轴线，还与所有三条分支中的第二转动副轴线相交于一固定点。
所述第一转动副轴线与第二转动副轴线相交。
所述手术工具可转动地定位在动平台上，转动轴线与第四转动副重合，通过固定在动平台上的伺服电机驱动。
本发明的有益效果是：所提供的机器人与已有的并联手术机器人相比，第一转动副和第二转动副之间采用无连杆化设计，使机器人结构更简单更紧凑；由于增加了手术工具的自由度，进而增加了操作的灵活性，使复杂的手术操作变得简单安全，手术精度更高，成本大幅降低，而且控制简单。因此，本发明对于微创手术的普及应用具有重要的意义。
附图说明
图1是本发明实施例的立体结构示意图。
图2是本发明实施例中第一分支和第二分支结构示意图。
图3是本发明实施例中第三分支机构的示意图。
图4是本发明实施例中手术工具切入点处的放大图。
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。
如图1所示，一种线性驱动的并联手术机器人，包括圆环形底座1、动平台13、手术工具2以及三个分支机构。
所述三个分支机构采用并联连接的方式连接在底座与动平台之间；其中第一分支和第二分支的结构相同，依次包括连接在动平台和底座之间的移动副3、第一转动副4、第二转动副5、第一连杆6、第三转动副7、第二连杆8以及第四转动副9；第三分支与其他分支的区别在于分支中不存在第四转动副。
所述第一分支和第二分支中，第一转动副4轴线与第三转动副7轴线互相平行并且垂直于第二转动副5轴线以及第四转动副9轴线；第三分支中，第一转动副4轴线与第三转动副7轴线互相平行并且垂直于第二转动副5轴线。
所述第一分支和第二分支中的第四转动副9轴线共轴并且与三个分支中的所有第二转动副5轴线同时相交于一固定点O。
显然，每个分支中的移动副轴线与第一转动副4轴线相互平行；第一转动副轴线与第二转动副轴线相交且相互垂直，作用相当于一个万向铰。
所述手术工具定位在动平台上，可相对于动平台做旋转运动，转动轴线与第四转动副轴线重合，通过固定在动平台上的伺服电机驱动。
所述移动副3由伺服电机带动滚珠丝杠(图中省略)驱动。
所述伺服电机10通过电机架11固定在动平台13上。
如图4所示，人体的切口位置放有戳卡14，手术工具穿过戳卡后伸入体内。该手术工具在四个电机驱动下共有4个自由度，包括绕切口位置O的两个摆转、沿着手术工具轴线方向的移动以及手术工具的自转。
最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对其限制；对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行同等替换，而不脱离本发明技术方案精神的任何方案，其均应涵盖在本发明请求保护的范围当中。

Claims (4)

1.一种线性驱动的并联手术机器人，其特征在于：该机器人包括圆环形底座(1)、动平台(13)、定位在动平台上的手术工具(2)以及并联连接在底座与动平台之间的三个分支；
所述三个分支中的第一分支和第二分支结构相同，均包括依次连接在动平台和底座之间的移动副(3)、第一转动副(4)、第二转动副(5)、第一连杆(6)、第三转动副(7)、第二连杆(8)以及第四转动副(9)；第三分支包括依次连接在动平台和底座之间的移动副、第一转动副、第二转动副、第一连杆、第三转动副以及第二连杆；每个分支中，第一转动副轴线与第三转动副轴线互相平行并且垂直于第二转动副轴线；第一分支中的第四转动副轴线与第二分支中的第四转动副轴线共轴且垂直于三个分支中的第一转动副轴线与第三转动副轴线，还与所有三条分支中的第二转动副轴线相交于一固定点(O)。
2.根据权利要求1所述的线性驱动的并联手术机器人，其特征在于：所述第一转动副轴线与第二转动副轴线相交。
3.根据权利要求2所述的线性驱动的并联手术机器人，其特征在于：所述手术工具可转动地定位在动平台上，转动轴线与第一分支及第二分支中的第四转动副重合。
4.根据权利要求3所述的线性驱动的并联手术机器人，其特征在于：所述手术工具通过固定在动平台上的伺服电机(10)驱动。
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