CN107049495A - 一种用于微创手术的三自由度机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机器人技术领域。目的是提供一种用于微创手术的三自由度机器人，该手术机器人应具有结构紧凑、精度高等优点。技术方案是：一种用于微创手术的三自由度机器人，包括机架、手术操作模块以及连接在机架和手术操作模块之间的一个分支；所述分支由平行四边形模块与直线模块通过转动副连接而成；平行四边形模块包括相互平行布置的第一连杆、第四连杆和第五连杆，以及相互平行布置且分别通过转动副同时与第一连杆、第四连杆和第五连杆连接的第二连杆及第三连杆。
Description
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，具体是一种用于微创手术的三自由度机器人。
背景技术
随着科技的进步，“微创手术”这一概念已深入到各类外科领域。微创手术指的是利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械及相关设备在人体内施行手术的一种新技术。由于只需在患者体表切开一个微小的创口，具有疼痛轻，恢复快、出血少、术后疤痕小等优点，微创手术被广泛应用于临床领域。但是，由于创口的限制，微创手术的实施难度大，对医生的经验以及技巧要求高。此外，医生的操作方向与目标位置相反，不便协调，容易产生误操作。为克服这些问题，在微创手术中引入机器人是一个很好的选择。
在微创手术中，手术器械不能扩大患者体表的创口，手术机器人应执行绕创口点的两自由度转动运动和通过创口点的一自由度移动运动，共三个自由度。目前在临床上使用的微创手术机器人主要有国外研发的Da Vinci机器人以及Zeus机器人，其体积大、价格昂贵。我国微创手术机器人的研发尚处于起步阶段，现存的机器人只能用于辅助定位，无法独立的在临床应用。为提升我国的手术机器人技术和微创手术水平，开发一种具有自主知识产权的微创手术机器人很有必要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种用于微创手术的三自由度机器人，该手术机器人应具有结构紧凑、精度高等优点。
本发明提供的技术方案是：
一种用于微创手术的三自由度机器人，包括机架、手术操作模块以及连接在机架和手术操作模块之间的一个分支；其特征在于：
所述分支由平行四边形模块与直线模块通过转动副连接而成；平行四边形模块包括相互平行布置的第一连杆、第四连杆和第五连杆，以及相互平行布置且分别通过转动副同时与第一连杆、第四连杆和第五连杆连接的第二连杆及第三连杆；其中的第一连杆通过第一转动副与机架连接，第四连杆通过其右端的第八转动副、第五连杆通过其右端的第九转动副分别与直线模块连接；第八转动副和第九转动副中心的连线平行于第二连杆和第三连杆，且与第一转动副轴线交于固定点A；
直线模块包括相互平行布置且左端分别连接第八转动副及第九转动副的第六连杆与第七连杆，以及两端分别通过第十转动副及第十一转动副与第六连杆及第七连杆连接的第八连杆；第六连杆的右端与第七连杆的右端分别通过第十转动副及第十二转动副与第二固定块及第一固定块连接；
手术操作模块包括第一固定块、第二固定块以及固定于第一固定块且通过圆柱副同时与第二固定块连接的手术器械。
手术操作模块中的第二固定块通过第十转动副同时与第六连杆和第八连杆相连，第一固定块通过第十二转动副与第七连杆相连；第十转动副和第十二转动副中心的连线过固定点A。
一种用于微创手术的三自由度机器人，包括机架、手术操作模块以及对称布置在机架和手术操作模块之间的两个分支；其特征在于：
每个分支由平行四边形模块与直线模块通过转动副连接而成；平行四边形模块包括相互平行布置的第一连杆、第四连杆及第五连杆，以及相互平行布置且分别通过转动副同时与第一连杆、第四连杆及第五连杆连接的第二连杆以及第三连杆；其中的第一连杆通过第一转动副与机架连接，第四连杆通过其右端的第八转动副、第五连杆通过其右端的第九转动副分别与直线模块连接；第八转动副和第九转动副中心的连线平行于第二连杆和第三连杆，且与第一转动副轴线交于固定点A；
直线模块包括相互平行布置且左端分别连接第八转动副及第九转动副的第六连杆与第七连杆，以及两端分别通过第十转动副及第十一转动副与第六连杆及第七连杆连接的第八连杆；第六连杆的右端与第七连杆的右端分别通过第十转动副及第十二转动副与第二固定块及第一固定块连接；
手术操作模块包括第一固定块、第二固定块以及固定于第一固定块且通过圆柱副同时与第二固定块连接的手术器械；
一个分支中的第六连杆与另一分支中的第八连杆连接、合并为一整体杆；每个分支中的第十转动副和第十二转动副中心的连线过固定点A。
手术操作模块中的第二固定块通过第十转动副同时与每个分支中的第六连杆和第八连杆相连，第一固定块通过第十二转动副与每个分支中的第七连杆相连。
第一连杆的轴线与第一转动副的轴线重合，且与其它所有转动副的轴线垂直。
每个分支中，第二连杆通过第二转动副与第一连杆相连，且通过第四转动副与第四连杆相连，还通过第六转动副与第五连杆相连；第三连杆通过第三转动副与第一连杆相连，且通过第五转动副与第四连杆相连，还通过第七转动副与第五连杆相连。
每个分支中，第六连杆通过平行四边形模块中的第八转动副与第四连杆相连，又通过第十转动副与第八连杆相连；第七连杆通过平行四边形模块中的第九转动副与第五连杆相连，又通过第十一转动副与第八连杆相连；所述第六连杆平行于第七连杆，第八连杆平行于第二连杆和第三连杆。
本发明的有益效果是：
本发明提出的机器人可以实现绕固定点的两自由度转动运动以及通过固定点的一自由度移动运动，具有结构紧凑、精度高等优点，适用于微创手术领域。
附图说明
图1为本发明实施例一的立体结构示意图。
图2为本发明实施例二的立体结构示意图。
图3为分支的结构示意图。
图4为手术操作模块的结构示意图。
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。
实施例一
如图1，3，4所示，一种用于微创手术的三自由度机器人，包括机架1、手术操作模块以及连接在机架和手术操作模块之间的一个分支。
分支由平行四边形模块和直线模块通过转动副连接而成；平行四边形模块包括第一转动副2、第一连杆3、第二转动副4、第三转动副5、第二连杆6、第三连杆7、第四转动副8、第五转动副9、第六转动副10、第七转动副11、第四连杆12、第五连杆13、第八转动副14和第九转动副15；第一连杆通过第一转动副与机架相连；第二连杆通过第二转动副与第一连杆相连，且通过第四转动副与第四连杆相连，又通过第六转动副与第五连杆相连；第三连杆通过第三转动副与第一连杆相连，且通过第五转动副与第四连杆相连，又通过第七转动副与第五连杆相连。第一连杆平行于第四连杆和第五连杆；第八转动副和第九转动副中心的连线平行于第二连杆和第三连杆，且与第一转动副轴线交于固定点A。
直线模块包括第六连杆16、第七连杆17、第八连杆18、第十转动副19、第十一转动副20和第十二转动副21；第六连杆通过平行四边形模块中的第八转动副与第四连杆相连，又通过第十转动副与第八连杆相连；第七连杆通过平行四边形模块中的第九转动副与第五连杆相连，又通过第十一转动副与第八连杆相连；所述第六连杆平行于第七连杆，第八连杆平行于第二连杆和第三连杆。
手术操作模块包括第一固定块22、第二固定块23、圆柱副24和手术器械25；手术器械固定在第一固定块上，与第二固定块通过圆柱副连接。手术操作模块中的第二固定块通过第十转动副同时与分支中的第六连杆和第八连杆相连，第一固定块通过第十二转动副与分支中的第七连杆相连；第十转动副为复合铰链；第十转动副和第十二转动副中心的连线过固定点A。
本实施例中，驱动副可选取第一转动副、第二转动副和第八转动副，驱动方式可选用伺服减速机(图中省略)。通过减速机驱动，手术器械可以实现绕固定点A的两自由度转动运动以及通过固定点A的一自由度移动运动。
实施例二
如图2，3，4所示，一种用于微创手术的三自由度机器人，包括机架1、手术操作模块以及连接在机架和手术操作模块之间的两个分支。
每个分支由平行四边形模块和直线模块通过转动副连接而成；平行四边形模块包括第一转动副2、第一连杆3、第二转动副4、第三转动副5、第二连杆6、第三连杆7、第四转动副8、第五转动副9、第六转动副10、第七转动副11、第四连杆12、第五连杆13、第八转动副14和第九转动副15；第一连杆通过第一转动副与机架相连；第二连杆通过第二转动副与第一连杆相连，且通过第四转动副与第四连杆相连，又通过第六转动副与第五连杆相连；第三连杆通过第三转动副与第一连杆相连，且通过第五转动副与第四连杆相连，又通过第七转动副与第五连杆相连。第一连杆平行于第四连杆和第五连杆；第八转动副和第九转动副中心的连线平行于第二连杆和第三连杆，且与第一转动副轴线交于固定点A。
直线模块包括第六连杆16、第七连杆17、第八连杆18、第十转动副19、第十一转动副20和第十二转动副21；第六连杆通过平行四边形模块中的第八转动副与第四连杆相连，又通过第十转动副与第八连杆相连；第七连杆通过平行四边形模块中的第九转动副与第五连杆相连，又通过第十一转动副与第八连杆相连；所述第六连杆平行于第七连杆，第八连杆平行于第二连杆和第三连杆。
手术操作模块包括第一固定块22、第二固定块23、圆柱副24和手术器械25；手术器械固定在第一固定块上，与第二固定块通过圆柱副连接。手术操作模块中的第二固定块通过第十转动副同时与分支中的第六连杆和第八连杆相连，第一固定块通过第十二转动副与分支中的第七连杆相连。一个分支中的第六连杆与另一分支中的第八连杆重合，合并为一整体杆。第十转动副和第十二转动副均为复合铰链，其中心的连线过固定点A。
本实施例中，驱动副可选取两个分支中的第二转动副以及一个分支中的第一转动副，驱动方式可选用伺服减速机(图中省略)。通过减速机驱动，手术器械可以实现绕固定点A的两自由度转动运动以及通过固定点A的一自由度移动运动。
Claims (7)
1.一种用于微创手术的三自由度机器人，包括机架(1)、手术操作模块以及连接在机架和手术操作模块之间的一个分支；其特征在于：
所述分支由平行四边形模块与直线模块通过转动副连接而成；平行四边形模块包括相互平行布置的第一连杆(3)、第四连杆(12)和第五连杆(13)，以及相互平行布置且分别通过转动副同时与第一连杆(3)、第四连杆(12)和第五连杆(13)连接的第二连杆(6)及第三连杆(7)；其中的第一连杆通过第一转动副(2)与机架连接，第四连杆通过其右端的第八转动副(14)、第五连杆通过其右端的第九转动副(15)分别与直线模块连接；第八转动副和第九转动副中心的连线平行于第二连杆和第三连杆，且与第一转动副轴线交于固定点A；
直线模块包括相互平行布置且左端分别连接第八转动副及第九转动副的第六连杆(16)与第七连杆(17)，以及两端分别通过第十转动副(19)及第十一转动副(20)与第六连杆(16)及第七连杆(17)连接的第八连杆(18)；第六连杆的右端与第七连杆的右端分别通过第十转动副及第十二转动副(21)与第二固定块(23)及第一固定块(22)连接；
手术操作模块包括第一固定块、第二固定块以及固定于第一固定块且通过圆柱副(24)同时与第二固定块连接的手术器械(25)。
2.根据权利要求1所述的用于微创手术的三自由度机器人，其特征在于：手术操作模块中的第二固定块通过第十转动副同时与第六连杆和第八连杆相连，第一固定块通过第十二转动副与第七连杆相连；第十转动副和第十二转动副中心的连线过固定点A。
3.一种用于微创手术的三自由度机器人，包括机架(1)、手术操作模块以及对称布置在机架和手术操作模块之间的两个分支；其特征在于：
每个分支由平行四边形模块与直线模块通过转动副连接而成；平行四边形模块包括相互平行布置的第一连杆(3)、第四连杆(12)及第五连杆(13)，以及相互平行布置且分别通过转动副同时与第一连杆(3)、第四连杆(12)及第五连杆(13)连接的第二连杆(6)以及第三连杆(7)；其中的第一连杆通过第一转动副(2)与机架连接，第四连杆通过其右端的第八转动副(14)、第五连杆通过其右端的第九转动副(15)分别与直线模块连接；第八转动副和第九转动副中心的连线平行于第二连杆和第三连杆，且与第一转动副轴线交于固定点A；
直线模块包括相互平行布置且左端分别连接第八转动副及第九转动副的第六连杆(16)与第七连杆(17)，以及两端分别通过第十转动副(19)及第十一转动副(20)与第六连杆(16)及第七连杆(17)连接的第八连杆(18)；第六连杆的右端与第七连杆的右端分别通过第十转动副及第十二转动副(21)与第二固定块(23)及第一固定块(22)连接；
手术操作模块包括第一固定块、第二固定块以及固定于第一固定块且通过圆柱副(24)同时与第二固定块连接的手术器械(25)；
一个分支中的第六连杆与另一分支中的第八连杆连接、合并为一整体杆；每个分支中的第十转动副和第十二转动副中心的连线过固定点A。
4.根据权利要求3所述的用于微创手术的三自由度机器人，其特征在于：手术操作模块中的第二固定块通过第十转动副同时与每个分支中的第六连杆和第八连杆相连，第一固定块通过第十二转动副与每个分支中的第七连杆相连。
5.根据权利要求2或4所述的用于微创手术的三自由度机器人，其特征在于：
第一连杆的轴线与第一转动副的轴线重合，且与其它所有转动副的轴线垂直。
6.根据权利要求5所述的用于微创手术的三自由度机器人，其特征在于：每个分支中，第二连杆通过第二转动副(4)与第一连杆相连，且通过第四转动副(8)与第四连杆相连，还通过第六转动副(10)与第五连杆相连；第三连杆通过第三转动副(5)与第一连杆相连，且通过第五转动副(9)与第四连杆相连，还通过第七转动副(11)与第五连杆相连。
7.根据权利要求6所述的用于微创手术的三自由度机器人，其特征在于：每个分支中，第六连杆通过平行四边形模块中的第八转动副与第四连杆相连，又通过第十转动副与第八连杆相连；第七连杆通过平行四边形模块中的第九转动副与第五连杆相连，又通过第十一转动副与第八连杆相连；所述第六连杆平行于第七连杆，第八连杆平行于第二连杆和第三连杆。
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| CN (1) | CN107049495B (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107684458A (zh) * | 2017-10-24 | 2018-02-13 | 广西南宁栩兮科技有限公司 | 一种具有高负载能力的医疗机器人手臂机构 |
| CN113749773A (zh) * | 2021-08-17 | 2021-12-07 | 浙江理工大学 | 一种两转一移远程运动中心机构 |
Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013018985A1 (ko) * | 2011-08-03 | 2013-02-07 | (주)미래컴퍼니 | 수술용 로봇 시스템 |
| CN103358303A (zh) * | 2013-06-25 | 2013-10-23 | 燕山大学 | 一种两转动一移动完全解耦并联机构 |
| CN104224328A (zh) * | 2014-10-11 | 2014-12-24 | 天津工业大学 | 一种用于支撑微创外科手术器械的机器人本体结构 |
| CN104622573A (zh) * | 2014-12-12 | 2015-05-20 | 北京航空航天大学 | 一种具有高刚性的四自由度远程运动中心机构 |
| CN104708616A (zh) * | 2015-02-28 | 2015-06-17 | 天津大学 | 三自由度定位机构及其伸缩驱动式多自由度混联机器人 |
| US20150351857A1 (en) * | 2013-01-11 | 2015-12-10 | Katholieke Universiteit Leuven | An apparatus for generating motion around a remote centre of motion |
| CN105522561A (zh) * | 2016-01-11 | 2016-04-27 | 河南科技大学 | 有两转一移完全各向同性非对称并联机构 |
| CN105710864A (zh) * | 2016-04-12 | 2016-06-29 | 上海工程技术大学 | 用于体外微创手术的解耦四自由度远心机构 |
| CN205734898U (zh) * | 2016-06-07 | 2016-11-30 | 浙江理工大学 | 一种两移动两转动四自由度全对称并联机构 |
| CN207708010U (zh) * | 2017-05-15 | 2018-08-10 | 浙江理工大学 | 一种用于微创手术的三自由度机器人 |
-
2017
- 2017-05-15 CN CN201710339185.2A patent/CN107049495B/zh active Active
Patent Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013018985A1 (ko) * | 2011-08-03 | 2013-02-07 | (주)미래컴퍼니 | 수술용 로봇 시스템 |
| US20150351857A1 (en) * | 2013-01-11 | 2015-12-10 | Katholieke Universiteit Leuven | An apparatus for generating motion around a remote centre of motion |
| CN103358303A (zh) * | 2013-06-25 | 2013-10-23 | 燕山大学 | 一种两转动一移动完全解耦并联机构 |
| CN104224328A (zh) * | 2014-10-11 | 2014-12-24 | 天津工业大学 | 一种用于支撑微创外科手术器械的机器人本体结构 |
| CN104622573A (zh) * | 2014-12-12 | 2015-05-20 | 北京航空航天大学 | 一种具有高刚性的四自由度远程运动中心机构 |
| CN104708616A (zh) * | 2015-02-28 | 2015-06-17 | 天津大学 | 三自由度定位机构及其伸缩驱动式多自由度混联机器人 |
| CN105522561A (zh) * | 2016-01-11 | 2016-04-27 | 河南科技大学 | 有两转一移完全各向同性非对称并联机构 |
| CN105710864A (zh) * | 2016-04-12 | 2016-06-29 | 上海工程技术大学 | 用于体外微创手术的解耦四自由度远心机构 |
| CN205734898U (zh) * | 2016-06-07 | 2016-11-30 | 浙江理工大学 | 一种两移动两转动四自由度全对称并联机构 |
| CN207708010U (zh) * | 2017-05-15 | 2018-08-10 | 浙江理工大学 | 一种用于微创手术的三自由度机器人 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 冯美;付宜利;潘博;朴明波;: "腹腔微创手术机器人末端执行机构的设计和实现", 机器人, no. 01, pages 47 - 52 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107684458A (zh) * | 2017-10-24 | 2018-02-13 | 广西南宁栩兮科技有限公司 | 一种具有高负载能力的医疗机器人手臂机构 |
| CN113749773A (zh) * | 2021-08-17 | 2021-12-07 | 浙江理工大学 | 一种两转一移远程运动中心机构 |
| CN113749773B (zh) * | 2021-08-17 | 2023-03-10 | 浙江理工大学 | 一种两转一移远程运动中心机构 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107049495B (zh) | 2023-07-25 |
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