CN106821501A - 一种并联式腹腔微创手术机械手 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种手术机器人，目的是提供机械手应具有结构紧凑、体积较小、工作可靠的特点。技术方案是：一种并联式腹腔微创手术机械手，该机械手包括可转动地定位在动平台上的手术模块、位于动平台下方的底座以及并联连接在动平台与底座之间的两个分支机构；每个分支机构包括依次连接在动平台与底座之间的第一转动副、第一连杆、第二U副、移动副的铰接套以及作为移动副滑杆的第二连杆；每个分支机构中，第一转动副轴线与第二U副中的第一转动轴线互相平行并且垂直于手术模块转动轴线与移动副移动轴线；第二U副中的第二转动轴线平行于移动副移动轴线并且垂直于手术模块转动轴线；两个分支机构中的移动副移动轴线与手术模块转动轴线相交于一点。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人，具体是一种并联式腹腔微创手术机械手。
背景技术
微创外科是通过微小创伤或自然通道将特殊器械、物理能量或化学药剂送入人体内部，完成对人体内病变、畸形、创伤的灭活、切除、修复或重建等外科手术操作而达到治疗目的的医学科学分支，其突出特点是对病人的创伤明显少于传统外科手术。1987年第一例腹腔镜胆囊切除术标志着新的微创外科医学里程碑的诞生。与传统手术相比，它无须开刀，只需在病人身上开几个0.5-1mm的小孔，愈后不留疤痕、病人无疼痛感、只需3-5天便可完成检查、治疗、康复全过程，降低了传统手术对人体的伤害，极大地减少了疾病给患者给来的不便和痛苦。在国内，北京航空航天大学机器人研究所于1997年开始开展了机器人辅助神经外科手术的研究。2001年，北京航空航天大学、海军总医院等单位共同研制了广泛应用于临床的第二代无框架立体定向手术机器人。2005年北京海军总医院神经外科医生借助第五代神经外科手术机器人，通过互联网，成功地为远在延安的脑出血病人进行了手术，整个手术仅用40分钟。该成果主要用于脑外科手术中的手术规划、导航和立体定向穿刺，并取得了医疗器械注册证。在腹腔镜微创手术机器人方面，天津大学开展了相关研究工作。天津大学与法国巴黎第六大学合作研制出微创手术机器人(MC2E系统)。而现有的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等问题，所以提出一种结构紧凑、操作简便、价格便宜的新型混联式机构很有必要。
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并联机械手，该机械手应具有结构紧凑、体积较小、工作可靠的特点。
本发明的技术方案是：一种并联式腹腔微创手术机械手，其特征在于：该机械手包括可转动地定位在动平台上的手术模块、位于动平台下方的底座以及并联连接在动平台与底座之间以驱动手术模块运动的两个分支机构；
每个分支机构包括依次连接在动平台与底座之间的第一转动副、第一连杆、第二U副(万向铰)、移动副的铰接套以及作为移动副滑杆的第二连杆；每个分支机构中，第一转动副轴线与第二U副中的第一转动轴线互相平行并且垂直于手术模块转动轴线与移动副移动轴线；第二U副中的第二转动轴线平行于移动副移动轴线并且垂直于手术模块转动轴线；两个分支机构中的移动副移动轴线与手术模块转动轴线相交于一点。
所述手术模块包括可转动地定位在动平台上且伸入底座下方的手术工具以及用于驱动手术工具旋转的电机；所述电机的转动轴线与手术模块转动轴线共轴。
所述电机通过支架固定在动平台上方。
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是本发明实施例的立体结构示意图。
图2是本发明实施例中的一个分支机构的示意图。
图3是本发明的工作原理示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图所示的实施例，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所示的并联式腹腔微创手术机械手，包括动平台3、底座5、手术模块以及驱动手术模块两个分支机构。
所述手术模块包括手术工具4以及用于驱动手术工具旋转的电机41，该手术工具通过套筒40可转动定位在动平台上；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、内窥镜等)；所述电机通过支架42固定在动平台上，并且电机的转动轴线与手术模块转动轴线共轴，同时，电机的转动轴线平行于手术工具的长度方向；所述底座为位于动平台下方的弧形底座，手术工具的下端向下穿越底座中部的半围合区域51后伸入底座下方。
所述两个分支机构并联连接在动平台与底座之间，用于驱动手术模块运动；每个分支机构均为四自由度机械臂，包括由上往下依次连接在动平台与底座之间的第一转动副21、第一连杆11、第二U副22、移动副28(移动副中的铰接套与滑杆保持滑动配合)以及作为移动副滑杆的第二连杆12。
每个分支机构中，第一转动副轴线与第二U副中的第一转动轴线互相平行并且垂直于手术模块转动轴线4-1与移动副移动轴线；第二U副中的第二转动轴线平行于移动副移动轴线；所述第二连杆固定在底座上。
所述移动副中，固定在第一连杆下端的U副铰接套筒可滑动地定位在第二连杆上(第二连杆作为该铰接套筒的滑杆)；两个分支机构的所有移动副的第二连杆轴线28-1相交于O点(O点表示手术时人体上的切口位置，即固定点)，手术模块转动轴线通过O点。
上述实施例中，移动副以及所有转动副均由伺服电机(图中省略)驱动。
如图3所示，人体的切口位置7放有穿刺套管6(英文Trocar)，手术工具穿过穿刺套管后伸入人体内；该手术工具在两个分支机构驱动下进行运动(运动方向如图3中箭头所示)，包括以切口位置作为原点(即前述的固定点)的摆动以及沿着手术工具轴线方向的伸缩运动，同时手术工具还可在电机驱动下旋转。
Claims (3)
1.一种并联式腹腔微创手术机械手，其特征在于：该机械手包括可转动地定位在动平台(3)上的手术模块、位于动平台下方的底座(5)以及并联连接在动平台与底座之间以驱动手术模块运动的两个分支机构；
每个分支机构包括依次连接在动平台与底座之间的第一转动副(21)、第一连杆(11)、第二U副(22)、移动副(28)的铰接套以及作为移动副滑杆的第二连杆(12)；每个分支机构中，第一转动副轴线与第二U副中的第一转动轴线互相平行并且垂直于手术模块转动轴线与移动副移动轴线；两个分支机构中的移动副移动轴线与手术模块转动轴线相交于一点。
2.根据权利要求1所述的并联式腹腔微创手术机械手，其特征在于：所述手术模块包括可转动地定位在动平台上且伸入底座下方的手术工具(4)以及用于驱动手术工具旋转的电机(41)；所述电机的转动轴线与手术模块转动轴线共轴。
3.根据权利要求2所述的并联式腹腔微创手术机械手，其特征在于：所述电机通过支架(42)固定在动平台上方。
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