CN109770970A - 一种腹腔微创手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种医疗器械技术领域，尤其涉及一种腹腔微创手术机器人。一种腹腔微创手术机器人，该机器人包括机架、第一支撑架、第二支撑架、转动轴、转动电机、转动底板、传动机构和刀具，第一支撑架设在机架的左部，第二支撑架设在机架的右部；第一支撑架和第二支撑架上分别设置有多个轴承座，转动轴左部设在第一支撑架的每个轴承座上，转动轴右部设在第二支撑架的每个轴承座上；转动轴的一端连接有转动电机；转动底板的左部前侧通过第一转动套与转动轴的左部转动连接；转动底板的右部前侧通过第二转动套与转动轴的右部转动连接；传动机构设在转动底板的后侧。本发明的有益效果是：转动惯量小、控制精度高、实现远心机构增加手术的可靠性和安全性。

Description

一种腹腔微创手术机器人

技术领域

本发明涉及一种医疗器械技术领域，尤其涉及一种腹腔微创手术机器人。

背景技术

目前，微创外科手术机器人已经成为医疗机器人领域的研究热点，它把传统医疗器械与信息技术、机器人技术结合在一起，使外科诊断与治疗达到了微创化、微型化、智能化和数字化。与传统手术相比，微创手术机器人具有显著的优势：微创机器人手术能够改善医生的工作模式，让医生在进行手术时更灵巧、更方便、更精准，甚至能让两个不同领域的外科医生同时进行两个相关的手术；另外，即使长时间的手术操作，微创手术机器人也不会像人手那样因为疲惫而颤抖，大大提高了手术质量，延长了外科医生的职业寿命；微创外科机器人手术创口仅在1厘米左右，大大减少了患者的失血量及术后疼痛，且病人复原快，大肠和胃脏的伤口愈合只需五至七天，皮肤的伤口则一两天就好，胆囊在手术后的愈合速度更快。以上优点使得机器人成为医生最好的助手。在进行腹腔微创手术时，先在患者肚皮出开出小孔，然后微创手术机器人利用一个特定的机械结构将手术器械(例如剪刀，镊子)通过这个小孔送入体内，并且为了保证手术安全性，要求手术器械只在肚皮切口处实现四个自由度运动。这个手术器械与肚皮交点可称为远心点，而此特定的机械结构则可称为远心机构。微创外科手术结构约束主要由以下实现方式：被动关节、弧形机构和球形机构。被动关节容易受到体表作用力的影响，降低机器人运动精度。弧形机构的远心点即为圆弧轨道的圆心，但是这种机构的体积较大，驱动设计比较复杂。球形机构远心点位于球形机构的球心，这种结构比较简单，只有两个关节，其结构形式有两种，一是串联形式，另一种是并联形式，由于并联机构发生碰撞的几率较高，所以一般采用串联形式，虽然这种形式能够使机构体积较小，但是可靠性和稳定性较差。

发明内容

本发明的目的是：针对现有技术存在的不足，提供结构巧妙、转动惯量小、控制精度高、实现远心机构增加手术的可靠性和安全性的一种腹腔微创手术机器人。

为本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种腹腔微创手术机器人，该机器人包括机架、第一支撑架、第二支撑架、转动轴、转动电机、转动底板、传动机构和刀具，所述的第一支撑架设置在机架的左部，第二支撑架设置在机架的右部；第一支撑架和第二支撑架上分别设置有多个轴承座，所述的转动轴左部设置在第一支撑架的每个轴承座上，转动轴右部设置在第二支撑架的每个轴承座上；转动轴的一端连接有转动电机；所述的转动底板的左部前侧通过第一转动套与转动轴的左部转动连接；转动底板的右部前侧通过第二转动套与转动轴的右部转动连接；所述的传动机构设置在转动底板的后侧；传动机构包括第一铰接杆、第二铰接杆、第三铰接杆、第四铰接杆、第五铰接杆、第六铰接杆、第七铰接杆、第八铰接杆、第九铰接杆、第十铰接杆；所述的第一铰接杆的下端铰接在转动底板的左端部上；第一铰接杆的上端与第二铰接杆的左端铰接；第二铰接杆的右端与第三铰接杆的下端铰接；第二铰接杆的中部与第四铰接杆的上端铰接；第四铰接杆的下端铰接在转动底板上位于第一铰接杆的右侧，且第四铰接杆的下端通过第一联轴器连接有第一传动电机；第五铰接杆的下端与第三铰接杆的上端铰接；第五铰接杆的上端与第六铰接杆的上端铰接；第六铰接杆的下端与第七交接杆的上端铰接，第七交接杆与第三铰接杆交叉设置且位于交点处铰接；所述的第三铰接杆、第五铰接杆、第六铰接杆和第七铰接杆形成菱形；第七铰接杆的下端与第八铰接杆的左端铰接；第八铰接杆的右端与第九铰接杆的上端铰接，第九铰接杆的下端铰接在转动底板的右端部上；所述的第十铰接杆的上端与第八铰接杆的中部铰接；第十铰接杆的下端铰接在转动底板上位于第九铰接杆的左侧；且第十铰接杆的下端通过第二联轴器连接有第二传动电机；所述的刀具顶部通过刀具固定块设置在第五铰接杆和第六铰接杆的铰接处。结构巧妙、转动惯量小、控制精度高、实现远心机构增加手术的可靠性和安全性。

作为优选，所述的第七交接杆与第三铰接杆的铰接处设置有刀具连接块；所述的刀具穿过刀具连接块。起到更好的固定以及转动作用。

作为优选，所述转动轴的中部弯折形成凹口；所述的刀具的下部设置在凹口内，且刀具位于凹口的中部。减少占用空间，能够给医护人员提高更大的手术空间。

作为优选，所述的第一支撑架和第二支撑架上的轴承座均为两个，所述的第一转动套设置在第一支撑架上的两个轴承座之间；所述的第二转动套设置在第二支撑架上的两个轴承座之间。使刀具能够完成多方向的转动。

作为优选，所述的构成的菱形位于第二铰接杆和第八铰接杆的上方。基于菱形和同步带运动结构，实现多关节的解耦驱动。

作为优选，所述的转动电机通过转动电机连接板设置在第一支撑架的左部。是整个结构更加牢固，控制更加可靠。

作为优选，该机器人上的铰接处和转动处上均设置有减少摩擦的轴承。提升整个装置的灵活性。

与现有技术相比较，本发明的有益效果是：

（1）基于菱形和同步带运动结构，实现多关节的解耦驱动；

（2）将控制移动自由度的电机置于机架上，使用同步带传动，显著降低了机器人末端的运动惯量，有效提高机器人运动灵活性；

（3）结构设计巧妙简单、安装方便；

（4）能够控制的更可靠，增强了手术的可靠性和安全性，同时也降低了成本。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的爆炸图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，配合附图作详细说明如下。

如图1和图2所示，一种腹腔微创远心手术设备，该设备包括机架1、第一支撑架2、第二支撑架3、转动轴4、转动电机5、转动底板6、传动机构和刀具8，第一支撑架2设置在机架1的左部，第二支撑架2设置在机架1的右部。第一支撑架2和第二支撑架3上分别设置有多个轴承座21，转动轴4左部设置在第一支撑架2的每个轴承座21上，转动轴4右部设置在第二支撑架2的每个轴承座21上。第一支撑架2和第二支撑架3上的轴承座21均为两个，第一转动套43设置在第一支撑架2上的两个轴承座21之间。第二转动套44设置在第二支撑架3上的两个轴承座21之间。使刀具能够完成多方向的转动。转动轴4的一端连接有转动电机42。转动电机42通过转动电机连接板421设置在第一支撑架2的左部。是整个结构更加牢固，控制更加可靠。能够显著降低了机器人末端的运动惯量，有效提高机器人运动灵活性。转动底板5的左部前侧通过第一转动套43与转动轴4的左部转动连接。转动底板5的右部前侧通过第二转动套44与转动轴4的右部转动连接。能够控制的更可靠，增强了手术的可靠性和安全性，同时也降低了成本。传动机构设置在转动底板5的后侧。传动机构包括第一铰接杆71、第二铰接杆72、第三铰接杆73、第四铰接杆74、第五铰接杆75、第六铰接杆76、第七铰接杆77、第八铰接杆78、第九铰接杆79、第十铰接杆70。第一铰接杆71的下端铰接在转动底板5的左端部上。第一铰接杆71的上端与第二铰接杆72的左端铰接。第二铰接杆72的右端与第三铰接杆73的下端铰接。第二铰接杆72的中部与第四铰接杆74的上端铰接。第四铰接杆74的下端铰接在转动底板5上位于第一铰接杆71的右侧，且第四铰接杆74的下端通过第一联轴器连接有第一传动电机741。第五铰接杆75的下端与第三铰接杆73的上端铰接。第五铰接杆75的上端与第六铰接杆76的上端铰接。第六铰接杆76的下端与第七交接杆77的上端铰接，第七交接杆77与第三铰接杆73交叉设置且位于交点处铰接。第三铰接杆73、第五铰接杆75、第六铰接杆76和第七铰接杆77形成菱形。构成的菱形位于第二铰接杆72和第八铰接杆78的上方。基于菱形和同步带运动结构，实现多关节的解耦驱动。第七铰接杆77的下端与第八铰接杆78的左端铰接。第八铰接杆78的右端与第九铰接杆79的上端铰接，第九铰接杆79的下端铰接在转动底板5的右端部上。第十铰接杆70的上端与第八铰接杆78的中部铰接。第十铰接杆70的下端铰接在转动底板5上位于第九铰接杆79的左侧。且第十铰接杆70的下端通过第二联轴器连接有第二传动电机701。刀具8顶部通过刀具固定块81设置在第五铰接杆75和第六铰接杆76的铰接处。第七交接杆77与第三铰接杆73的铰接处设置有刀具连接块82。刀具8穿过刀具连接块82。起到更好的固定以及转动作用。所述转动轴4的中部弯折形成凹口41。刀具8的下部设置在凹口41内，且刀具8位于凹口41的中部。该设备上的铰接处和转动处上均设置有减少摩擦的轴承。提升整个装置的灵活性。

工作时，通过转动电机42能够带动转动底板5绕着转动轴4旋转，从而能够使传动机构上的刀具8完成旋转，通过第一传动电机741和第二传动电机701分别带动第四铰接杆74和第十铰接杆70，第二传动电机701带动第八铰接杆78移动，第八铰接杆78移动带动第九铰接杆79转动。第八铰接杆78也使得第七铰接杆77转动，第七铰接杆77转动从而带动第六铰接杆76转动，使得第六铰接杆76上端铰接处的刀具8旋转，刀具8以刀具连接块82处为圆心左右转动。传动模块为左右对称设置，刀具8位于传动机构的中部。第一传动电机701通过相同的原理能够控制刀具8以刀具连接块82处为圆心左右转动。通过转动电机42、第一传动电机741和第二传动电机701能够使得刀具完成旋转和移动，显著降低了机器人末端的运动惯量，有效提高机器人运动灵活性。通过菱形和同步带运动结构，实现多关节的解耦驱动。

综上所述，该机器人基于菱形和同步带运动结构，实现多关节的解耦驱动。将控制移动自由度的电机置于机架上，使用同步带传动，显著降低了机器人末端的运动惯量，有效提高机器人运动灵活性。结构设计巧妙简单、安装方便。能够控制的更可靠，增强了手术的可靠性和安全性，同时也降低了成本。

Claims (7)

1.一种腹腔微创手术机器人，其特征在于，该机器人包括机架（1）、第一支撑架（2）、第二支撑架（3）、转动轴（4）、转动底板（5）、传动机构和刀具（8），所述的第一支撑架（2）设置在机架（1）的左部，第二支撑架（2）设置在机架（1）的右部；第一支撑架（2）和第二支撑架（3）上分别设置有多个轴承座（21），所述的转动轴（4）左部设置在第一支撑架（2）的每个轴承座（21）上，转动轴（4）右部设置在第二支撑架（2）的每个轴承座（21）上；转动轴（4）的一端连接有转动电机（42）；所述的转动底板（5）的左部前侧通过第一转动套（43）与转动轴（4）的左部转动连接；转动底板（5）的右部前侧通过第二转动套（44）与转动轴（4）的右部转动连接；所述的传动机构设置在转动底板（5）的后侧；传动机构包括第一铰接杆（71）、第二铰接杆（72）、第三铰接杆（73）、第四铰接杆（74）、第五铰接杆（75）、第六铰接杆（76）、第七铰接杆（77）、第八铰接杆（78）、第九铰接杆（79）、第十铰接杆（70）；所述的第一铰接杆（71）的下端铰接在转动底板（5）的左端部上；第一铰接杆（71）的上端与第二铰接杆（72）的左端铰接；第二铰接杆（72）的右端与第三铰接杆（73）的下端铰接；第二铰接杆（72）的中部与第四铰接杆（74）的上端铰接；第四铰接杆（74）的下端铰接在转动底板（5）上位于第一铰接杆（71）的右侧，且第四铰接杆（74）的下端通过第一联轴器连接有第一传动电机（741）；第五铰接杆（75）的下端与第三铰接杆（73）的上端铰接；第五铰接杆（75）的上端与第六铰接杆（76）的上端铰接；第六铰接杆（76）的下端与第七交接杆（77）的上端铰接，第七交接杆（77）与第三铰接杆（73）交叉设置且位于交点处铰接；所述的第三铰接杆（73）、第五铰接杆（75）、第六铰接杆（76）和第七铰接杆（77）形成菱形；第七铰接杆（77）的下端与第八铰接杆（78）的左端铰接；第八铰接杆（78）的右端与第九铰接杆（79）的上端铰接，第九铰接杆（79）的下端铰接在转动底板（5）的右端部上；所述的第十铰接杆（70）的上端与第八铰接杆（78）的中部铰接；第十铰接杆（70）的下端铰接在转动底板（5）上位于第九铰接杆（79）的左侧；且第十铰接杆（70）的下端通过第二联轴器连接有第二传动电机（701）；所述的刀具（8）顶部通过刀具固定块（81）设置在第五铰接杆（75）和第六铰接杆（76）的铰接处。

2.根据权利要求1所述的一种腹腔微创手术机器人，其特征在于，所述的第七交接杆（77）与第三铰接杆（73）的铰接处设置有刀具连接块（82）；所述的刀具（8）穿过刀具连接块（82）。

3.根据权利要求1所述的一种腹腔微创手术机器人，其特征在于，所述转动轴（4）的中部弯折形成凹口（41）；所述的刀具（8）的下部设置在凹口（41）内，且刀具（8）位于凹口（41）的中部。

4.根据权利要求1所述的一种腹腔微创手术机器人，其特征在于，所述的第一支撑架（2）和第二支撑架（3）上的轴承座（21）均为两个，所述的第一转动套（43）设置在第一支撑架（2）上的两个轴承座（21）之间；所述的第二转动套（44）设置在第二支撑架（3）上的两个轴承座（21）之间。

5.根据权利要求1所述的一种腹腔微创手术机器人，其特征在于，所述的构成的菱形位于第二铰接杆（72）和第八铰接杆（78）的上方。

6.根据权利要求1所述的一种腹腔微创手术机器人，其特征在于，所述的转动电机（42）通过转动电机连接板（421）设置在第一支撑架（2）的左部。

7.根据权利要求1所述的一种腹腔微创手术机器人，其特征在于，该机器人上的铰接处和转动处上均设置有减少摩擦的轴承。