CN106691591B - 一种单孔微创手术用机器臂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗器械领域，公开了一种单孔微创手术用机器臂，包括第一驱动组件、第二驱动组件、第三驱动组件、第一执行臂、第二执行臂、输出机构与控制系统，其中第一、第二执行臂分别与输出机构连接，第一、第二、第三驱动组件在控制系统的控制下驱动第一、第二执行臂同步运动，进而驱动输出机构绕一公共点运动，该公共点为经过第一执行臂轴心的第一轴心与经过输出机构轴心的第二轴心的交点。本发明单孔腹腔微创手术机器人只需要在腹腔造成一个创口，与传统的多孔微创外科手术机器人相比，具有创伤小、疼痛轻、术后恢复快等优点；本发明的应用范围不受限于人体自然腔道的位置，比通过人体自然腔道的微创手术具有更广泛的应用范围。

Description

一种单孔微创手术用机器臂

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，尤其是涉及一种用于在微创手术中进行单孔手术的机械臂。

背景技术

近年来“微创”这一概念已深入到外科手术的各种领域，所谓微创手术，顾名思义就是只需在人体上造成微小创伤的手术，其具有创伤小、疼痛轻、术后恢复快和创口美观性好等优点，因此受到人们的广泛欢迎。

随着技术的发展，医护人员通常借助医疗机器人完成微创手术，目前市面上广泛应用的手术机器人为达芬奇外科手术机器人，达芬奇手术机器人具有若干缺点，如操作复杂、成本高、机器庞大等，最关键的是达芬奇手术机器人需要在身体上造成多个创口，而每多一个创口都会给患者带来额外的风险与痛苦，机器人技术与临床微创需求相结合，单孔手术机器人为此提供了一个很好的解决方式。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种单孔微创手术用机器臂。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种单孔微创手术用机器臂，包括第一驱动组件、第二驱动组件、第三驱动组件、第一执行臂、第二执行臂、输出机构与控制系统，其中第一、第二执行臂分别与输出机构连接，第一、第二、第三驱动组件在控制系统的控制下驱动第一、第二执行臂同步运动，进而驱动输出机构绕一公共点运动，该公共点为经过第一执行臂轴心的第一轴心与经过输出机构轴心的第二轴心的交点。

作为上述方案的进一步改进方式，第一、第二执行臂上下层叠设置且相互平行，输出机构连接在第一、第二执行臂的首端，第一驱动组件连接在第一、第二执行臂的尾端，以驱动第一、第二执行臂同步发生沿前后方向的移动与摆动；第二、第三驱动组件分别连接在第一、第二执行臂的左右两侧，以驱动第一、第二执行臂同步发生沿左右方向的移动与摆动。

作为上述方案的进一步改进方式，第一驱动组件包括电机、第一连接臂、第二连接臂、第三连接臂、第一转轴、第二转轴、第三转轴与第四转轴，其中，第一连接臂的底端与电机的驱动轴连接并可通过该驱动轴转动，第一、第二转轴分别连接在第一连接臂的中部与顶端，第三转轴连接在第一执行臂的尾端，第四转轴连接在第二执行臂的尾端，第二连接臂的两端分别与第一、第三转轴铰接，第三连接臂的两端分别与第二、第四转轴铰接，且第二、第三连接臂在运动过程中保持平行。

作为上述方案的进一步改进方式，第一驱动组件包括两个第二连接臂与两个第三连接臂，其中，两个第二连接臂与第一、第三转轴形成一平行四边形连杆机构，两个第三连接臂与第二、第四转轴形成一平行四边形连杆机构。

作为上述方案的进一步改进方式，第二、第三驱动组件具有与第一驱动组件相同的组成部件与连接关系。

作为上述方案的进一步改进方式，输出机构可相对第一执行臂沿第二轴心方向移动，以及相对第一执行臂绕第一轴心、第三轴心转动，第三轴心与第一轴心垂直；

输出机构可相对第二执行臂沿第二轴心方向移动，以及相对第二执行臂绕第四轴心、第五轴心转动，第四轴心经过第二执行臂的轴心，第五轴心与第四轴心垂直。

作为上述方案的进一步改进方式，包括第一驱动环、第一驱动板、第五转轴与第六转轴，第一执行臂的首端设有通孔，第一驱动环位于通孔之内，通过设于第一驱动环以及通孔的孔壁之间的第五转轴与第一执行臂转动连接，第一驱动板设于第一驱动环的环孔内，通过第六转轴与第一驱动环的内壁转动连接，第一驱动板的中心设有导向孔，输出机构插接在导向孔内并可相对其移动，其中，第五转轴的轴心为第三轴心，第六转轴的轴心为第一轴心。

作为上述方案的进一步改进方式，包括第二驱动环、第二驱动板、第七转轴与第八转轴，第二执行臂的首端设有通孔，第二驱动环位于通孔之内，通过设于第二驱动环以及通孔的孔壁之间的第七转轴与第二执行臂转动连接，第二驱动板设于第二驱动环的环孔内，通过第八转轴与第二驱动环的内壁转动连接，第二驱动板的中心设有导向孔，输出机构插接在导向孔内并可相对其移动，其中，第七转轴的轴心为第五轴心，第八转轴的轴心为第四轴心。

本发明的有益效果是：

单孔腹腔微创手术机器人只需要在腹腔造成一个创口，与传统的多孔微创外科手术机器人相比，其具有创伤小、疼痛轻、术后恢复快和创口美观性好等优点；同时本发明的应用范围不受限于人体自然腔道的位置，相比于通过人体自然腔道的微创手术机器人具有更广泛的应用范围；稳定性好、易于控制、成本更为低廉。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明一个实施例的正视图；

图2是本发明一个实施例的侧视图；

图3是本发明一个实施例的立体示意图；

图4是本发明第一驱动组件一个实施例的立体示意图；

图5是本发明第一、第二执行臂与输出机构连接的示意图；

图6是本发明第二执行臂与输出机构连接的剖面示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。

此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

参照图1至图3，分别示出了本发明一个实施例的正视图、侧视图与立体示意图，如图所示，本发明包括第一驱动组件100、第二驱动组件200、第三驱动组件300、输出机构400、第一执行臂500、第二执行臂600与控制系统，其中第一、第二执行臂分别与输出机构400连接，第一、第二、第三驱动组件在控制系统的控制下驱动第一、第二执行臂同步运动，进而驱动输出机构400绕一公共点a运动，该公共点为水平交叉的且经过第一执行臂500轴心的第一轴心x1与经过输出机构400轴心的第二轴心x2的交点。

具体的，第一、第二执行臂上下层叠设置，二者的间距随着运动可发生改变，但二者始终相互平行。输出机构400连接在第一、第二执行臂的首端，第一驱动组件100连接在第一、第二执行臂的尾端，以驱动第一、第二执行臂同步发生沿前后方向(即图3中的X轴方向)的移动与摆动，移动具体是指沿直线或者曲线的平移，移动方向沿X轴方向，摆动具体是指绕一轴心的往复转动，该轴心与X轴垂直；第二驱动组件200连接在第一、第二执行臂的左侧，第三驱动组件300连接在第一、第二执行臂的右侧，以驱动第一、第二执行臂同步发生沿左右方向(即图3中的Y轴方向)的移动与摆动，类似的，此处的移动是指沿Y轴的平移，转动是指绕与Y轴垂直的轴心往复转动。

以下对各组件进行详细描述，参照图4，示出了本发明第一驱动组件一个实施例的立体示意图，如图所示，第一驱动组件100包括电机110、第一连接臂120、第二连接臂130、第三连接臂140、第一转轴150、第二转轴160、第三转轴170与第四转轴180。其中，第一连接臂120的底端与电机110的驱动轴连接，当电机110启动时，第一连接臂120可由该驱动轴驱动而转动，第一、第二转轴分别连接在第一连接臂120的中部与顶端，且与第一连接臂120垂直。

第一转轴150上铰接有第二连接臂130，第二连接臂130的另一端与第三转轴170铰接；类似的，第二转轴160上铰接有第三连接臂140，第三连接臂140的另一端与第四转轴180铰接，第三、第四转轴则分别连接在未示出的第一、第二执行臂上，且第一至第四转轴相互平行，基于上述结构，首先第一连接臂120可绕电机驱动轴的轴心摆动，第二连接臂130可相对第一连接臂120以及第一、第三转轴摆动，第三连接臂140可相对第一连接臂120以及第二、第四转轴摆动(如图中箭头方向所示)。

第二连接臂130与第三连接臂140的长度应该满足一定的比例，如图中所示，第二连接臂130的臂长与第三连接臂140的臂长的比值应等于第一连接臂110的底端至第二连接臂120的距离与第一连接臂110的臂长的比值。

优选的，第一驱动组件100包括两个第二连接臂130与两个第三连接臂140，其中，两个第二连接臂130分别与第一、第三转轴的两端铰接以形成一平行四边形连杆机构，两个第三连接臂140分别与第二、第四转轴的两端铰接以形成一平行四边形连杆机构，如此可以增加驱动组件的稳定性。

本实施例中第二、第三驱动组件具有与第一驱动组件100相同的组成部件与连接关系，在此就不一一赘述。第一、第二、第三驱动组件分别位于第一、第二执行臂的三个方向，如此即可以实现第一、第二执行臂在多个方向上的移动与摆动，同时也可以保证第一、第二执行臂在运动过程中始终处于平行状态。

参照图5，示出了本发明第一、第二执行臂与输出机构连接的示意图，输出机构400可自由的相对第一、第二执行臂运动，对于第一执行臂500，其运动包括相对第一执行臂500沿第二轴心x2方向移动，以及相对第一执行臂500绕第一轴心x1、第三轴心x3的转动，其中第三轴心x3与第一轴心x1垂直；对于第二执行臂，其运动包括相对第二执行臂600沿第二轴心x2方向移动，以及相对第二执行臂600绕第四轴心x4、第五轴心x5的转动，其中第四轴心x4经过第二执行臂600的轴心，第五轴心x5与第四轴心x4垂直。

为实现上述运动，如图所示，用于第一执行臂500与输出机构400连接的结构包括第一驱动环710、第一驱动板720、第五转轴730与第六转轴740。第一执行臂500的首端设有通孔，第一驱动环710位于通孔之内，通过设于第一驱动环710以及通孔的孔壁之间的第五转轴730与第一执行臂500转动连接。第一驱动板720设于第一驱动环710的环孔内，通过第六转轴740与第一驱动环710的内壁转动连接。第一驱动板720的中心设有导向孔，输出机构400插接在导向孔内并可相对其移动，其中，第五转轴730的轴心为第三轴心x3，第六转轴740的轴心为第一轴心x1。

类似的，用于第二执行臂600与输出机构400连接的结构包括第二驱动环810、第二驱动板820、第七转轴830与第八转轴840，第二执行臂600的首端设有通孔，第二驱动环810位于通孔之内，通过设于第二驱动环810以及通孔的孔壁之间的第七转轴830与第二执行臂600转动连接，第二驱动板820设于第二驱动环810的环孔内，通过第八转轴840与第二驱动环810的内壁转动连接，第二驱动板820的中心设有导向孔，输出机构400插接在导向孔内并可相对其移动，其中，第七转轴830的轴心为第五轴心x5，第八转轴840的轴心为第四轴心x4。

参照图6，示出了本发明第二执行臂与输出机构连接的剖面示意图，剖面经过第七转轴与第八转轴的轴心，并与第二驱动环的端面平行。如图所示，第七转轴830未穿透第二驱动环810，两个第七转轴830对称设于第二驱动环810与通孔孔壁之间，第八转轴840与之类似，两端与第二驱动环810的内壁连接，如此可以实现输出机构400相对第二执行臂600绕两根相互垂直的转轴的自由转动，同时具有更小的体积以及更简化的结构。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种单孔微创手术用机器臂，其特征在于，包括第一驱动组件、第二驱动组件、第三驱动组件、第一执行臂、第二执行臂、输出机构与控制系统，其中所述第一、第二执行臂分别与所述输出机构连接，所述第一、第二、第三驱动组件在所述控制系统的控制下驱动所述第一、第二执行臂同步运动，进而驱动所述输出机构绕一公共点运动，该公共点为经过所述第一执行臂轴心的第一轴心与经过所述输出机构轴心的第二轴心的交点；

所述第一、第二执行臂上下层叠设置且相互平行，所述输出机构连接在所述第一、第二执行臂的首端，所述第一驱动组件连接在所述第一、第二执行臂的尾端，以驱动所述第一、第二执行臂同步发生沿前后方向的移动与摆动；所述第二、第三驱动组件分别连接在所述第一、第二执行臂的左右两侧，以驱动所述第一、第二执行臂同步发生沿左右方向的移动与摆动。

2.根据权利要求1所述的单孔微创手术用机器臂，其特征在于，所述第一驱动组件包括电机、第一连接臂、第二连接臂、第三连接臂、第一转轴、第二转轴、第三转轴与第四转轴，其中，所述第一连接臂的底端与所述电机的驱动轴连接并可通过该驱动轴转动，所述第一、第二转轴分别连接在所述第一连接臂的中部与顶端，所述第三转轴连接在所述第一执行臂的尾端，所述第四转轴连接在所述第二执行臂的尾端，所述第二连接臂的两端分别与所述第一、第三转轴铰接，所述第三连接臂的两端分别与所述第二、第四转轴铰接，且所述第二、第三连接臂在运动过程中保持平行。

3.根据权利要求2所述的单孔微创手术用机器臂，其特征在于，所述第一驱动组件包括两个第二连接臂与两个第三连接臂，其中，所述两个第二连接臂与所述第一、第三转轴形成一平行四边形连杆机构，所述两个第三连接臂与所述第二、第四转轴形成一平行四边形连杆机构。

4.根据权利要求3所述的单孔微创手术用机器臂，其特征在于，所述第二、第三驱动组件具有与所述第一驱动组件相同的组成部件与连接关系。

5.根据权利要求1所述的单孔微创手术用机器臂，其特征在于，所述输出机构可相对所述第一执行臂沿所述第二轴心方向移动，以及相对所述第一执行臂绕所述第一轴心、第三轴心转动，所述第三轴心与所述第一轴心垂直；

所述输出机构可相对所述第二执行臂沿所述第二轴心方向移动，以及相对所述第二执行臂绕第四轴心、第五轴心转动，所述第四轴心经过所述第二执行臂的轴心，所述第五轴心与所述第四轴心垂直。

6.根据权利要求5所述的单孔微创手术用机器臂，其特征在于，包括第一驱动环、第一驱动板、第五转轴与第六转轴，所述第一执行臂的首端设有通孔，所述第一驱动环位于所述通孔之内，通过设于所述第一驱动环以及所述通孔的孔壁之间的第五转轴与所述第一执行臂转动连接，所述第一驱动板设于所述第一驱动环的环孔内，通过所述第六转轴与所述第一驱动环的内壁转动连接，所述第一驱动板的中心设有导向孔，所述输出机构插接在所述导向孔内并可相对其移动，其中，所述第五转轴的轴心为所述第三轴心，所述第六转轴的轴心为所述第一轴心。

7.根据权利要求5所述的单孔微创手术用机器臂，其特征在于，包括第二驱动环、第二驱动板、第七转轴与第八转轴，所述第二执行臂的首端设有通孔，所述第二驱动环位于所述通孔之内，通过设于所述第二驱动环以及所述通孔的孔壁之间的第七转轴与所述第二执行臂转动连接，所述第二驱动板设于所述第二驱动环的环孔内，通过所述第八转轴与所述第二驱动环的内壁转动连接，所述第二驱动板的中心设有导向孔，所述输出机构插接在所述导向孔内并可相对其移动，其中，所述第七转轴的轴心为所述第五轴心，所述第八转轴的轴心为所述第四轴心。