CN106890027A - 一种2‑prrr构型的并联式微创手术机械手 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种手术机器人，目的是提供的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2‑PRRR构型的并联式微创手术机械手，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的两个分支机构；所述每个分支机构依次包括第一转动副、第一连杆、第二转动副、第二连杆、第三转动副、移动副的铰接套以及第三连杆；每个分支机构中，第一转动副轴线与第二转动副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；第三转动副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2-PRRR构型的并联式微创手术机械手。
背景技术
与传统手术相比，微创手术具有创伤小、伤口愈合时间短、术后恢复快、病人住院时间短等优点。而将机器人技术应用到微创手术当中，可以提高微创手术质量，降低医生劳动强度，被广大医师所日渐接受。手术器械是微创手术机器人的执行机构，它直接作用于患者组织或器官，手术器械性能好坏直接影响手术质量。20世纪90年代，德国研发了Tiskaendoarm手术机器人系统，可代替手术中夹持内窥镜的助手，医生通过机器人夹持内窥镜运动，从而方便得到手术视野。西班牙研究人员开发了WLR系统，医生可以通过语音指令操控机器人夹持内窥镜在病人体内运动。Computer Motion公司在90年代末开发了ZEUS机器人系统，并推向了市场。
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2-PRRR构型的并联式微创手术机械手，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；
所述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、第二转动副、第二连杆、第三转动副、移动副的铰接套以及作为移动副滑杆的第三连杆；每个分支机构中，第一转动副轴线与第二转动副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；第三转动副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2-PRRR构型的并联式微创手术机械手，包括动平台3、底座5、手术模块以及驱动手术模块的两个分支机构。
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可转动地定位在动平台上；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)；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、第二转动副22、第二连杆12、第三转动副23、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三连杆13。
每个分支机构中，第一转动副轴线与第二转动副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；第三转动副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；所述第三连杆固定在底座上。
所述移动副中，固定在第三转动副下端的铰接套可移动地定位在第三连杆上(第三连杆作为该铰接套的滑杆)；两个分支机构的所有移动副的第三连杆轴线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。
本发明的工作原理如图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2-PRRR构型的并联式微创手术机械手，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)、第二转动副(22)、第二连杆(12)、第三转动副(23)、移动副(28)的铰接套以及作为移动副滑杆的第三连杆(13)；每个分支机构中，第一转动副轴线与第二转动副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；第三转动副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。
2.根据权利要求1所述的2-PRRR构型的并联式微创手术机械手，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2-PRRR构型的并联式微创手术机械手，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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