CN110236677A - 一种平行四边形结构微创手术机械臂 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种平行四边形结构微创手术机械臂，包括前后摆动机构、左右摆动机构、上下运动机构、复合平行四边形结构、手术器械，所述前后摆动机构包括第一电机、转轴、轴承座、安装座；所述左右摆动机构包括垂直于所述转轴轴线方向设置于所述安装座上的第二电机，所述复合平行四边形结构包括第一、第二纵杆、第一、第二横杆，所述上下运动机构包括固定架、第三电机、丝杆副；所述手术器械升降设置于所述丝杆副的升降块上。采用本发明的微创手术机械臂具有五个自由度，可使整个微创手术机械臂的动作都围绕“远心点”来进行，而且为了可以在手术过程中使用不同的手术器械，设计了更换结构，可以方便地更换手术器械。
Description
技术领域
本发明涉及微创手术机械臂结构领域，尤其涉及一种平行四边形结构微创手术机械臂。
背景技术
微创手术是近年来兴起的一种新型手术方式，微创手术与传统手术不同，在病患的腹腔处开出一个微小的创口，利用腹腔镜、内窥镜、手术钳子、手术电刀等现代医疗器械及相关设备进行的手术，微创手术具有创伤小、疼痛轻、恢复快等特点，但因为手术器械在微小的创口上工作，工作空间很小，因此，若是由外科医生用手来操作手术器械的话，由于震动以及疲劳等因素的影响，操作手术器械在很小的空间内容易产生动作过大等问题，严重时甚至会导致手术失败。
伴随着医疗水平的快速提高和社会的不断进步，人们对自身疾病的预防、卫生健康、诊断、治疗等方面给予更多的关注。人们通过将传统医疗器械与微电子、信息、新材料、精密制造、自动化、机器人等技术有机结合，以提高医疗诊断的准确性和治疗的质量。在这种情况下，医疗所使用的机器人和数字化、自动化的医疗设备得到了迅速的发展，在今后的医疗研究和实践中，具备四、五个自由度的微创手术机器人及其相关医疗设备将会有广阔的市场前景。
发明内容
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种平行四边形结构微创手术机械臂。可以操作手术器械完成多个自由度运动的微创手术机器人来配合医生使用来完成手术过程。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种平行四边形结构微创手术机械臂，包括前后摆动机构、左右摆动机构、上下运动机构、复合平行四边形结构、手术器械；
所述前后摆动机构包括第一电机、转轴、轴承座、安装座，所述安装座通过所述转轴转动安装于所述轴承座上，所述第一电机的输出端与所述转轴联动连接；
所述左右摆动机构包括垂直于所述转轴轴线方向设置于所述安装座上的第二电机，
所述复合平行四边形结构包括第一、第二纵杆、第一、第二横杆，所述第一纵杆的底端与所述第二电机输出端固定连接，所述第一横杆一端与所述安装座固定连接，另一端与所述第二纵杆下端铰接，所述第二横杆一端与所述第一纵杆顶端铰接，所述第二纵杆顶端与所述第二横杆中部铰接，
所述上下运动机构包括固定架、第三电机、丝杆副，所述固定架上端与所述第二横杆的另一端铰接，下端通过第三横杆与所述第二纵杆下部铰接；
所述第三电机设置于所述固定架上部，所述丝杆副上端与所述第三电机的输出端连接，下端与所述固定架转动连接，
所述手术器械升降设置于所述丝杆副的升降块上。
进一步地，还包括自转机构，所述自转机构包括固定设置于所述升降块上的安装平台、固定设置于所述安装平台上的第四电机以及相啮合的第一齿轮、第二齿轮，所述第一齿轮与第四电机的输出端连接，所述第二齿轮下端通过轴承与所述安装平台转动连接，且下端伸出所述安装平台，所述手术器械的外管与所述第二齿轮下端可拆卸连接。
更进一步地，所述自转机构还包括钻接头与钻夹头，所述第二齿轮下端具有内螺纹，所述钻接头通过外螺纹固定设置于所述第二齿轮下端，所述钻夹头用于将所述外管夹紧设置于所述钻夹头内。
更进一步地，所述手术器械包括内拉杆、前端接头、钳头、连接件，所述内拉杆套设于所述外管中，所述前端接头固定设置于所述外管末端，所述钳头铰接于所述前端接头上，所述内拉杆末端通过一对所述连接件与所述钳头铰接形成转动副。
更进一步地，所述安装平台上设置有气缸，所述第二齿轮具有中心通孔，所述内拉杆穿过所述第二齿轮的中心通孔与所述气缸的活塞杆固定连接。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明的微创手术机械臂具有五个自由度，分别是手术器械的左右摆动、前后摆动、直线运动、绕手术器械轴线的自转、以及手术器械的开合运动，可使整个微创手术机械臂的动作都围绕“远心点”来进行，而且为了可以在手术过程中使用不同的手术器械，设计了更换结构，可以方便地更换手术器械。
附图说明
图1是本发明的剖视结构示意；
图2是本发明的立体角度的结构示意图；
图3是左右摆动机构部分的剖视结构示意图；
图4是示出图2中A部的局部放大结构示意图；
图5是示出图1中B部的局部放大结构示意图；
图6是手术器械下部的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
参照图1、图2所示的结构示意图。
本发明实施例的一种平行四边形结构微创手术机械臂，包括前后摆动机构1、左右摆动机构2、上下运动机构3、复合平行四边形结构4、手术器械5、自转机构6。
前后摆动机构1包括第一电机11、转轴12、轴承座13、安装座14，安装座14通过平键设置于转轴12上，转轴12转动安装于轴承座13，第一电机11的输出端通过联轴器15与转轴联动连接。
结合图3所示，左右摆动机构2包括垂直于转轴12轴线方向设置于安装座13上的第二电机21。
复合平行四边形结构4包括第一纵杆41、第二纵杆42、第一横杆43、第二横杆44，第一纵杆41的底端与第二电机21输出端固定连接，第一横杆43一端与安装座13固定连接，另一端与第二纵杆42下端铰接，第二横杆44一端与第一纵杆41顶端铰接，第二纵杆42顶端与第二横杆44中部铰接。
更具体的是，第一纵杆41的底端通过平键固定设置于转轴22上，转轴22转动设置于安装座13之间，第二电机21通过联轴器23与转轴22连接。
上下运动机构3包括固定架31、第三电机32、丝杆副33，固定架31上端与第二横杆44的末端铰接，下端通过第三横杆45与第二纵杆42下部铰接。
第三电机32设置于固定架31上部，丝杆副33上端与第三电机32的输出端连接，下端与固定架31转动连接，手术器械5整体升降设置于丝杆副33的升降块34上。
如图4所示，自转机构6包括固定设置于升降块34上的安装平台61、固定设置于安装平台61上的第四电机62以及相啮合的第一齿轮63、第二齿轮64，第一齿轮63与第四电机62的输出端连接，第二齿轮64下端通过轴承65与安装平台61转动连接，且下端伸出所述安装平台61，手术器械5的外管51与第二齿轮64下端可拆卸连接。
第四电机62具有自锁结构。
结合图5所示，自转机构6还包括钻接头66与钻夹头67，第二齿轮64下端具有内螺纹，钻接头66通过外螺纹固定设置于第二齿轮64下端，钻夹头67用于将外管51夹紧设置于钻夹头67内。
当需要固定手术器械时，夹头前端的锥面使用弹性较小的材料，接头前端的锥面开有槽口并且使用的具有一定弹性的材料，将夹头往接头方向旋入时，内外螺纹啮合，由于接头锥面具有弹性，因此在受到夹头前端锥面挤压的情况下可以产生形变从而夹紧其中的物体，由于夹紧产生的摩擦力，被夹紧的物体不会转动和滑动，将夹头旋出时，则可以将夹紧的物体取出，因此若要安装固定手术器械，只需要将夹头旋入即可夹紧手术器械的外管
如图6所示，手术器械5还包括内拉杆52、前端接头53、钳头54、连接件55，内拉杆52套设于外管51中，前端接头53固定设置于外管51末端，钳头54铰接于前端接头53上，内拉杆52末端通过一对连接件55与钳头54铰接形成转动副。内拉杆可以沿其轴线做直线运动，两个钳头会绕前端接头通孔铰接转动，实现夹持和开合功能。
如图4、5，安装平台61上设置有气缸56，第二齿轮64具有中心通孔，内拉杆52穿过第二齿轮64的中心通孔与所述气缸的活塞杆连接，该连接与外管51与第二齿轮64的连接结构一致。
本发明的手术器械的开合机构分为两个运动：先要夹紧手术器械内拉杆，然后实现手术器械的直线运动。(1)内拉杆夹紧内拉杆的夹紧所选用的是一种铜钻夹头，铜钻夹头结构和钻夹头结构类似，不同之处在于铜钻夹头尾部加工的是内螺纹，铜钻夹头由铜钻接头和铜夹头两部分组成，都是用黄铜制成的，铜钻接头和铜夹头配合时可以夹紧通过其中心的圆柱体，即可以夹紧内拉杆。铜夹头具有多种尺寸，考虑到设计的手术钳的内拉杆直径为2mm，选用最大直径为2.5mm的铜夹头。(2)内拉杆直线运动开合结构要求内拉杆可以实现直线运动，该直线运动是为了实现手术钳的开合和夹紧，因此直线运动行程较小。而且对精度有一定的要求，因此本结构通过使用气缸来实现直线运动。气缸活塞杆可以通过两个顶丝和铜钻夹头固定住，铜钻夹头旋紧时夹紧内拉杆，气缸动作时，内拉杆做直线运动，手术钳实现开合和夹紧，铜钻夹头旋松时，可以将手术钳取出。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (5)
1.一种平行四边形结构微创手术机械臂，其特征在于，包括前后摆动机构、左右摆动机构、上下运动机构、复合平行四边形结构、手术器械；
所述前后摆动机构包括第一电机、转轴、轴承座、安装座，所述安装座通过所述转轴转动安装于所述轴承座上，所述第一电机的输出端与所述转轴联动连接；
所述左右摆动机构包括垂直于所述转轴轴线方向设置于所述安装座上的第二电机，
所述复合平行四边形结构包括第一、第二纵杆、第一、第二横杆，所述第一纵杆的底端与所述第二电机输出端固定连接，所述第一横杆一端与所述安装座固定连接，另一端与所述第二纵杆下端铰接，所述第二横杆一端与所述第一纵杆顶端铰接，所述第二纵杆顶端与所述第二横杆中部铰接；
所述上下运动机构包括固定架、第三电机、丝杆副，所述固定架上端与所述第二横杆的另一端铰接，下端通过第三横杆与所述第二纵杆下部铰接；
所述第三电机设置于所述固定架上部，所述丝杆副上端与所述第三电机的输出端连接，下端与所述固定架转动连接，
所述手术器械升降设置于所述丝杆副的升降块上。
2.根据权利要求1所述的平行四边形结构微创手术机械臂，其特征在于，还包括自转机构，所述自转机构包括固定设置于所述升降块上的安装平台、固定设置于所述安装平台上的第四电机以及相啮合的第一齿轮、第二齿轮，所述第一齿轮与第四电机的输出端连接，所述第二齿轮下端通过轴承与所述安装平台转动连接，且下端伸出所述安装平台，所述手术器械的外管与所述第二齿轮下端可拆卸连接。
3.根据权利要求2所述的平行四边形结构微创手术机械臂，其特征在于，所述自转机构还包括钻接头与钻夹头，所述第二齿轮下端具有内螺纹，所述钻接头通过外螺纹固定设置于所述第二齿轮下端，所述钻夹头用于将所述外管夹紧设置于所述钻夹头内。
4.根据权利要求3所述的平行四边形结构微创手术机械臂，其特征在于，所述手术器械包括内拉杆、前端接头、钳头、连接件，所述内拉杆套设于所述外管中，所述前端接头固定设置于所述外管末端，所述钳头铰接于所述前端接头上，所述内拉杆末端通过一对所述连接件与所述钳头铰接形成转动副。
5.根据权利要求4所述的平行四边形结构微创手术机械臂，其特征在于，所述安装平台上设置有气缸，所述第二齿轮具有中心通孔，所述内拉杆穿过所述第二齿轮的中心通孔与所述气缸的活塞杆固定连接。
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