CN110478044A - 基于高刚度平行四边形远心机构的多自由度手术机器人 - Google Patents

Abstract

本申请提供的一种基于高刚度平行四边形远心机构的多自由度手术机器人。底座、三维移动平台、水平转动机构、直线模组机构、平行四边形机构、及手术工具活动机构，所述三维移动平台用于调整手术工具的空间位置，所述高刚度的平行四边形机构用于调整手术工具的姿态，所述手术工具活动机构用于手术工具的进给及角度调整，并包含手术工具快拆机构。本申请能够对手术工具进行位姿调整，能保证手术工具沿空间任意轨迹移动、角度实现任意调节，保证操作的准确性和稳定性。本申请结构稳定，运动模式简单，操作方便，有良好的应用前景。

Description

基于高刚度平行四边形远心机构的多自由度手术机器人

技术领域

本申请涉及一种手术机器人技术领域，特别是涉及一种基于高刚度平行四边形远心机构的多自由度手术机器人。

背景技术

人的眼眶是一个锥形的骨性空间，容积仅有约30ml，一旦发生炎症，将导致眼眶组织的容量增大，引起眼球外凸，造成甲亢突眼。当患者对放疗和激素治疗等不敏感或不耐受时，眼眶减压手术就成为缓解压迫性视神经病变和暴露性角膜炎的唯一有效手段。眼眶减压手术可通过凿出眼眶骨壁来扩大眼眶容积，进而达到眼眶减压的治疗效果。

但是眼眶减压手术存在一系列问题，难度大、解剖复杂、空间狭小、视野局限、定位不准确、减压范围全凭经验等，而且经验丰富的医师有限，限制了该手术的推广。随着医疗机器人的兴起，将机器人技术与传统的手术技术结合起来，在机器人辅助下进行手术能够有效改善上述问题。机器人的位置调整机构可以将手术工具快速移至病灶点附近，并模拟手术路径进行移动；远心机构凭借其特殊的设计，使得机器人可以绕目标点进行姿态调节，保障了手术的安全性。但眼眶减压手术需要对骨头进行磨削，会产生较大的作用力，现有的远心机构多为空载运行，刚度不足，无法满足此类手术的需求。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请要解决的技术问题在于提供一种基于高刚度平行四边形远心机构的多自由度手术机器人，用于解决在进行眼眶减压手术时，存在的定位不准确、操作时间长、减压范围全凭经验等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种基于高刚度平行四边形远心机构的多自由度手术机器人，所述多自由度手术机器人包括：底座、三维移动平台、水平转动机构、直线模组机构、平行四边形机构、及手术工具活动机构；所述三维移动平台设于所述底座的支撑架上；所述三维移动平台中的Z轴滑台固定连接所述水平转动机构；所述直线模组机构固定于所述水平转动机构的法兰轴上；所述高刚度平行四边形机构固定于所述直线模组机构的第一底板上，所述平行四边形机构的驱动板件与所述直线模组机构的第一轴承座相连接；所述手术工具活动机构固定于所述平行四边形机构的末端底板上。

于本申请的一实施例中，所述三维移动平台包括：分别连接有移动伺服电机的X轴滑台、Y轴滑台、及所述Z轴滑台；所述Y轴滑台水平垂直固定于所述X轴滑台对应的X轴滑座上；所述Z轴滑台纵向垂直固定于所述Y轴滑台对应的Y轴滑座上；所述Z轴滑台对应的Z轴滑座上固定所述水平转动机构。

于本申请的一实施例中，所述X轴滑台、Y轴滑台、及所述Z轴滑台的侧面分别设有光电开关，所述X轴滑座、Y轴滑座、及所述Z轴滑座分别设有感应片，所述光电开关与所述感应片用于记录移动次数。

于本申请的一实施例中，所述水平转动机构包括：箱体、侧盖、转动伺服电机、减速器、第一同步带轮、第二同步带轮、第一同步带、第一轴承、第二轴承、及法兰轴；所述箱体固定于所述Z轴滑台上；所述转动伺服电机连接所述减速器；所述减速器固定于所述侧盖的外侧，所述减速器的输出轴穿过所述侧盖上设置的第一孔洞并插入所述第一同步带轮；所述法兰轴内嵌固定于所述侧盖上设置的第二孔洞；所述法兰轴的长输出轴插入所述第二同步带轮；所述第一同步带套于所述第一同步带轮与所述第二同步带轮上；所述箱体上对应所述侧盖的所述第二孔洞的侧板上设有第三孔洞，以嵌装所述第一轴承，且所述法兰轴的长输出轴插入所述第一轴承；所述第二轴承套设于所述法兰轴的短输出轴；所述第一轴承与所述第二轴承分别过盈配合于所述法兰轴。

于本申请的一实施例中，所述直线模组机构包括：连接板、第一底板、支撑梁、第一电机支架、模组伺服电机、第三轴承、传动轴、第一联轴器、第三同步带轮、第四同步带轮、第二同步带、直线模组、模组滑块、滑块连接板、及所述第一轴承座；所述连接板与所述水平转动机构的所述法兰轴连接；所述第一底板与所述连接板固定连接；所述支撑梁分别与所述第一底板与所述连接板固定连接以进行加固；所述第一电机支架设于所述第一底板的底部，并装载所述模组伺服电机；所述第三轴承嵌装于所述连接板的孔洞中；所述传动轴的一端与所述第三轴承相连，所述传动轴的另一端与所述第一联轴器的一端相连；所述第三同步带轮与所述模组伺服电机连接；所述第四同步带轮套设于所述传动轴上；所述第二同步带套于所述第三同步带轮与所述第四同步带轮；所述第一联轴器的另一端与所述直线模组上的丝杠的输入端相连；所述模组滑块用于在所述直线模组的丝杠上滑动，所述滑动连接板设于所述模组滑块上，所述第一轴承座设于所述滑块连接板上，其用于固定连接所述平行四边形机构。

于本申请的一实施例中，所述平行四边形机构包括：所述驱动板件、第一短轴、第二短轴、第三短轴、第一长轴、第二长轴、第三长轴、第二轴承座、第一板件、第二板件、第三板件、第四板件、第五板件、止推滚针轴承、第五轴承、垫片、螺栓、端盖、梁、球轴柱塞、及所述末端底板；所述第一短轴穿过所述第一轴承座与所述驱动板件的一端相连；所述驱动板件的另一端设置于所述第一长轴上；所述第一长轴设置于所述第二板件之间；所述第二轴承座设置于所述直线模组机构的第一底板上；所述第二短轴穿过所述第二轴承座与所述第一板件相连；所述第二长轴穿过所述第二轴承座与所述第二板件相连；所述第三长轴设置于所述第一板件与所述第二板件之间；所述第三短轴设置于所述第五板件上；所述第三长轴的两端与所述第三短轴上套装所述止推滚针轴承；所述第五轴承分别嵌装于所述第二板件、所述第三板件、及所述第四板件的轴承孔中；所述第三板件和所述第四板件通过所述第五轴承分别设置于所述第三长轴的两端和所述第三短轴上；所述垫片和所述螺栓分别设置于所述第一长轴的两端、所述第三长轴的两端、及所述第三短轴上；所述端盖盖在所述第二板件、所述第三板件、及所述第四板件的轴承孔上；所述梁固定设置于所述第三板件和所述第四板件之间；所述球轴柱塞设置于所述第三板件上；所述末端底板设置于所述第五板件之间。

于本申请的一实施例中，所述手术工具活动机构包括：第二底板、第二电机支架、第一电机、第二联轴器、丝杠、直线导轨、滑块、丝杆螺母、滑块连接块、第三轴承座、第四轴承座、接近开关、移动底板、第三电机支架、第二电机、小齿轮、大齿轮、薄壁轴承座、转动轴筒、及导航支架；所述第二底板固定于所述平行四边形机构的末端底板上；所述第二底板上依次分别设有所述第二电机支架、第三轴承座、直线导轨、及第四轴承座；所述第一电机设置于所述第二电机支架上，所述第二联轴器连接所述第一电机的输出轴和所述丝杠的输入端；所述直线导轨对应设置有可在其上滑动的所述滑块；所述移动底板通过所述滑块连接块与所述滑块固定连接；所述丝杆螺母与所述滑块连接块相连接；所述第三轴承座上设置所述接近开关；所述第三电机支架固定于所述移动底板上，并装载所述第二电机；所述薄壁轴承座设置于所述移动底板上；所述小齿轮设置于所述第二电机的输出轴上；所述小齿轮与所述大齿轮啮合；所述大齿轮与所述转动轴筒固定连接；所述转动轴筒与所述薄壁轴承座的轴承配合安装；所述导航支架设置于所述转动轴筒上。

于本申请的一实施例中，还包括：手术工具快拆机构；所述手术工具快拆机构与所述手术工具活动机构的所述旋转轴筒固定连接。

于本申请的一实施例中，所述手术工具快拆机构包括：快拆基体、手术工具夹具、手拧螺栓、限位键、及弹性钢珠组件；所述快拆基体套设于所述手术工具活动机构的所述旋转轴筒上，所述快拆基体上设置有手拧螺栓、限位键、及弹性钢珠组件；所述手术工具夹具上有滑槽，沿着所述限位键卡合于所述快拆基体。

于本申请的一实施例中，通过旋转所述手术工夹具顶起所述弹性钢珠组件；通过旋转所述手拧螺栓调节所述手术工具夹具与所述快拆基体之间的松紧。

如上所述，本申请提供的一种基于高刚度平行四边形远心机构的多自由度手术机器人，与现有技术相比，本申请达到了以下有益效果：

在现有平行四边形远心机构的基础上，通过采用止推滚针轴承、球头柱塞、支撑梁等部件，同时优化连接方式，设计了一种新型的高刚度平行四边形远心机构。高刚度平行四边形机构末端加装手术工具活动机构，可以借由机器人完成钻骨磨骨等进给和旋转操作，并且设计了手术工具的快拆机构，可以快速便捷地更换手术工具，以适应不同的手术需求。本申请结构稳定，运动模式简单，操作方便，在医疗领域有良好的应用前景。

附图说明

图1展示为本申请于一实施例中的基于高刚度平行四边形远心机构的多自由度手术机器人的结构示意图。

图2展示为本申请于一实施例中的三维移动平台的结构示意图。

图3展示为本申请于一实施例中的水平转动机构的分解示意图。

图4展示为本申请于一实施例中的直线模组机构的分解示意图。

图5展示为本申请于一实施例中的平行四边形机构的分解示意图。

图6展示为本申请于一实施例中的手术工具活动机构的分解示意图。

图7展示为本申请于一实施例中的手术工具快拆机构的分解示意图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面以附图为参考，针对本申请的实施例进行详细说明，以便本申请所属技术领域的技术人员能够容易地实施。本申请可以以多种不同形态体现，并不限定于此处说明的实施例。

为了明确说明本申请，省略与说明无关的部件，对于通篇说明书中相同或类似的构成要素，赋予了相同的参照符号。

在通篇说明书中，当说某部件与另一部件“连接”时，这不仅包括“直接连接”的情形，也包括在其中间把其它元件置于其间而“间接连接”的情形。另外，当说某种部件“包括”某种构成要素时，只要没有特别相反的记载，则并非将其它构成要素排除在外，而是意味着可以还包括其它构成要素。

当说某部件在另一部件“之上”时，这可以是直接在另一部件之上，但也可以在其之间伴随着其它部件。当对照地说某部件“直接”在另一部件“之上”时，其之间不伴随其它部件。

虽然在一些实例中术语第一、第二等在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件进行区分。例如，第一接口及第二接口等描述。再者，如同在本文中所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式，除非上下文中有相反的指示。应当进一步理解，术语“包含”、“包括”表明存在所述的特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组，但不排除一个或多个其他特征、步骤、操作、元件、组件、项目、种类、和/或组的存在、出现或添加。此处使用的术语“或”和“和/或”被解释为包括性的，或意味着任一个或任何组合。因此，“A、B或C”或者“A、B和/或C”意味着“以下任一个：A；B；C；A和B；A和C；B和C；A、B和C”。仅当元件、功能、步骤或操作的组合在某些方式下内在地互相排斥时，才会出现该定义的例外。

此处使用的专业术语只用于言及特定实施例，并非意在限定本申请。此处使用的单数形态，只要语句未明确表示出与之相反的意义，那么还包括复数形态。在说明书中使用的“包括”的意义是把特定特性、区域、整数、步骤、作业、要素及/或成份具体化，并非排除其它特性、区域、整数、步骤、作业、要素及/或成份的存在或附加。

表示“下”、“上”等相对空间的术语可以为了更容易地说明在附图中图示的一部件相对于另一部件的关系而使用。这种术语是指，不仅是在附图中所指的意义，还包括使用中的装置的其它意义或作业。例如，如果翻转附图中的装置，曾说明为在其它部件“下”的某部件则说明为在其它部件“上”。因此，所谓“下”的示例性术语，全部包括上与下方。装置可以旋转90°或其它角度，代表相对空间的术语也据此来解释。

如图1所示，展示为本申请于一实施例中的基于高刚度平行四边形远心机构的多自由度手术机器人的结构示意图。如图所示，所述多自由度手术机器人包括：底座1、三维移动平台2、水平转动机构3、直线模组机构4、平行四边形机构5、及手术工具活动机构6。

需说明的是，本申请所述的多自由度手术机器人还可包括手术工具快拆机构。如图1中显示的手术工具快拆机构7。可以理解的是，在其他实施例中，所述本申请所述的多自由度手术机器人还可不包括所述手术工具快拆机构。

于本实施例中，所述三维移动平台2用于调整手术工具的空间位置，所述平行四边形机构5用于调整手术工具的姿态，所述手术工具活动机构6用于手术工具的进给及角度调整。

于本实施例中，所述三维移动平台2设于所述底座1的支撑架11上；所述三维移动平台2中的Z轴滑台23固定连接所述水平转动机构3；所述直线模组机构4固定于所述水平转动机构3的法兰轴310上；所述高刚度平行四边形机构5固定于所述直线模组机构4的第一底板上，所述平行四边形机构5的驱动板件51与所述直线模组机构4的第一轴承座493相连接；所述手术工具活动机构6固定于所述平行四边形机构5的末端底板59上。

另外，如图1所示，所述手术工具快拆机构7与所述手术工具活动机构6的所述旋转轴筒固定619连接。其中，所述手术工具快拆机构7用于夹持手术工具8。

如图2所示，展示为本申请于一实施例中的三维移动平台的结构示意图。如图所示，所述三维移动平台2包括：分别连接有移动伺服电机24的X轴滑台21、Y轴滑台22、及所述Z轴滑台23。

于本实施例中，所述三维移动平台2主要用于调整手术工具的空间位置。

进一步来说，所述Y轴滑台水22平垂直固定于所述X轴滑台21对应的X轴滑座211上；所述Z轴滑台23纵向垂直固定于所述Y轴滑台22对应的Y轴滑座上221；所述Z轴滑台23对应的Z轴滑座231上固定如图1中所述的水平转动机构3。

于本实施例中，所述三维移动平台2是本申请所述的多自由度手术机器人实现多自由度的主要移动机构，是本申请所述的多自由度手术机器人中移动距离最大的单元。其中，由X轴滑台21、Y轴滑台22、及所述Z轴滑台23组成，能够实现在三维度上的大范围移动。各滑台对应有滑座，由相应连接有移动伺服电机24带动实现滑座在对应轴向方向上的移动。例如，移动伺服电机24带动X轴滑座211的移动，能够实现X轴方向上的移动。

于一些实施例中，X轴滑台21、Y轴滑台22、及所述Z轴滑台23可在移动伺服电机24的带动下，同时进行移动，或单独进行移动，或者，按XYZ顺序依次移动。

于本申请一实施例中，所述X轴滑台21、Y轴滑台22、及所述Z轴滑台23的侧面分别设有光电开关25，所述X轴滑座211、Y轴滑座221、及所述Z轴滑座231分别设有感应片26，所述光电开关25与所述感应片26用于记录移动次数。

需注意的是，设置于所述X轴滑台21上的所述光电开关25、以及设置于所述X轴滑座211上的所述感应片26在图2中因角度问题并未示出，但可以理解的是，所述X轴滑台21上同样设置有所述光电开关25、以及所述X轴滑座211上同样设置有所述感应片26。

于本实施例中，光电开关25是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路接通电路，从而检测物体的有无。

本申请各所述光电开关25相对于各轴向滑台是相对固定的，而各所述感应片26相对于各所述轴向滑座是相对固定，各轴向滑座相对于各所述轴向滑台是相对移动的，因此，各所述感应片26相对于对应的所述光电开关25也是相对移动的，通过所述感应片26与所述光电开关25的相对移动，即可对所述光电开关25形成光束的遮挡或反射，使所述光电开关25电路的产生通断，从而实现对各轴向移动次数的记录。

需说明的是，所述X轴滑台21、Y轴滑台22、及所述Z轴滑台23均采用高强度材料，如合金、金属，以解决在眼眶减压手术对骨头进行磨削时，所产生较大的作用力对现有多为空载运行的远心机构造成刚度不足的问题。

如图3所示，展示为本申请于一实施例中的水平转动机构的分解示意图。如图所示，所述水平转动机构3包括：箱体31、侧盖32、转动伺服电机33、减速器34、第一同步带轮35、第二同步带轮36、第一同步带37、第一轴承38、第二轴承39、及法兰轴310。

具体来说，所述箱体31固定于如图1或图2中所述Z轴滑台23上，更具体的所述箱体31固定于如图2中所述的Z轴滑座231上；所述转动伺服电机33连接所述减速器34，以带动所述减速器34的旋转；所述减速器34固定于所述侧盖32的外侧，所述减速器34的输出轴341穿过所述侧盖32上设置的第一孔洞321并插入所述第一同步带轮35；所述法兰轴310内嵌固定于所述侧盖32上设置的第二孔洞322；所述法兰轴310的长输出轴3101插入所述第二同步带轮36；所述第一同步带37套于所述第一同步带轮35与所述第二同步带轮36上，以实现所述第一同步带轮35与所述第二同步带轮36同步转动；所述箱体31上对应所述侧盖32的所述第二孔洞322的侧板上设有第三孔洞311，以嵌装所述第一轴承38，且所述法兰轴310的长输出轴3101插入所述第一轴承38；所述第二轴承39套设于所述法兰轴310的短输出轴3102；所述第一轴承38与所述第二轴承39分别过盈配合于所述法兰轴310的两端。

于本实施例中，所述水平转动机构3通过其内设置的各零部件，能缓冲所述转动伺服电机33带来的直接冲力，可以使与所述水平转动机构3相应连接的如图1所述的直线模组机构4平缓的从动旋转。

如图4所示，展示为本申请于一实施例中的直线模组机构的分解示意图。如图所示，所述直线模组机构4包括：连接板41、第一底板42、支撑梁43、第一电机支架44、模组伺服电机45、第三轴承46、传动轴47、第一联轴器48、第三同步带轮471、第四同步带轮472、第二同步带473、直线模组49、模组滑块491、滑块连接板492、及所述第一轴承座493。

具体来说，所述连接板41与如图1或图3中所述水平转动机构3的所述法兰轴310连接；所述第一底板42与所述连接板41固定连接；所述支撑梁43分别与所述第一底板42与所述连接板41固定连接以进行加固，其中，所述支撑梁43可以包括两个，由上支撑梁与下支撑梁构成；所述第一电机支架44设于所述第一底板42的底部，并装载所述模组伺服电机45。

所述第三轴承46嵌装于所述连接板41的孔洞411中；所述传动轴47的一端与所述第三轴承46相连，所述传动轴47的另一端与所述第一联轴器48的一端相连；所述第三同步带轮471与所述模组伺服电机45连接，其中，所述模组伺服电机45的输出轴451穿过所述第一电机支架44上设置的轴孔441并插入所述第三同步带轮471；所述第四同步带轮472套设于所述传动轴上；所述第二同步带473套于所述第三同步带轮471与所述第四同步带轮472；所述第一联轴器48的另一端与所述直线模组49上的丝杠494的输入端相连。

所述模组滑块491用于在所述直线模组49的丝杠494上滑动，所述滑动连接板492设于所述模组滑块491上，所述第一轴承座493设于所述滑块连接板492上，其用于固定连接所述平行四边形机构5。

于本实施例中，所述直线模组机构4能够进行一轴向方向的移动以及一定角度的旋转，与所述三维移动平台2相比其移动距离变小，与所述水平转动机构3相比其旋转幅度变小，相对而言，在本申请中所述直线模组机构4在所述三维移动平台2与所述水平转动机构3的基础上进一步微调，以使本申请所述多自由度手术机器人的移动与旋转更加平缓适中。

如图5所示，展示为本申请于一实施例中的平行四边形机构的分解示意图。如图所示，所述平行四边形机构5包括：所述驱动板件51、第一短轴521、第二短轴522、第三短轴523、第一长轴531、第二长轴532、第三长轴533、第二轴承座54、第一板件551、第二板件552、第三板件553、第四板件554、第五板件555、止推滚针轴承56、第五轴承57、垫片581、螺栓582、端盖583、梁584、球轴柱塞585、及所述末端底板59。

于本实施例中，所述平行四边形机构5用于调整手术工具的姿态。

具体来说，所述第一短轴521穿过如图1或图4所述第一轴承座493与所述驱动板件51的一端相连；所述驱动板件51的另一端设置于所述第一长轴531上；所述第一长轴531设置于两个所述第二板件552之间；所述第二轴承座54设置于如图4中所述直线模组机构4的第一底板42上；所述第二短轴522穿过所述第二轴承座54与所述第一板件551相连；所述第二长轴532穿过所述第二轴承座54与所述第二板件552相连；所述第三长轴533设置于所述第一板件551与所述第二板件552之间；所述第三短轴523设置于所述第五板件555上；所述第三长轴533的两端与所述第三短轴523上套装所述止推滚针轴承56；所述第五轴承57分别嵌装于所述第二板件552、所述第三板件553、及第四板件554的轴承孔中；所述第三板件553和所述第四板件554通过所述第五轴承57分别设置于所述第三长轴533的两端和所述第三短轴523上。

所述垫片581和所述螺栓582分别设置于所述第一长轴531的两端、所述第三长轴533的两端、及所述第三短轴523上；所述端盖583盖在所述第二板件552、所述第三板件553、及所述第四板件554的轴承孔上；所述梁584固定设置于所述第三板件553和所述第四板件554之间；所述球轴柱塞585设置于所述第三板件553上；所述末端底板59设置于所述第五板件555之间。

于本实施例中，所述驱动板件51、第一板件551、第二板件552、第三板件553、第四板件554为一对。

需说明的是，所述平行四边形机构的各结构多为多个或多对，而图5中为简洁清晰展示平行四边形机构的结构，而对各结构仅示出一个标线。

于本实施例中，所述平行四边形机构5的各零部件采用高强度材料，如合金、金属材料，以形成平高强度的行四边形远心机构。

如图6所示，展示为本申请于一实施例中的手术工具活动机构的分解示意图。如图所示，所述手术工具活动机构6包括：第二底板61、第二电机支架62、第一电机63、第二联轴器64、丝杠65、直线导轨66、滑块67、丝杆螺母68、滑块连接块69、第三轴承座610、第四轴承座611、接近开关612、移动底板613、第三电机支架614、第二电机615、小齿轮616、大齿轮617、薄壁轴承座618、转动轴筒619、及导航支架620；

于本实施例中，所述手术工具活动机构6用于手术工具的进给及角度调整。

进一步来说，所述第二底板61固定于如图1或图5所述平行四边形机构5的末端底板59上；所述第二底板61上依次分别设有所述第二电机支架62、第三轴承座610、直线导轨66、及第四轴承座611；所述第一电机63设置于所述第二电机支架62上，所述第二联轴器64连接所述第一电机63的输出轴和所述丝杠65的输入端；所述直线导轨66对应设置有可在其上滑动的所述滑块67；所述移动底板613通过所述滑块连接块69与所述滑块67固定连接；所述丝杆螺母68与所述滑块连接块69相连接；所述第三轴承座610上设置所述接近开关612；所述第三电机支架614固定于所述移动底板613上，并装载所述第二电机615；所述薄壁轴承座618设置于所述移动底板613上；所述小齿轮616设置于所述第二电机615的输出轴上；所述小齿轮616与所述大齿轮617啮合；所述大齿轮617与所述转动轴筒619固定连接；所述转动轴筒619与所述薄壁轴承座618的轴承配合安装；所述导航支架620设置于所述转动轴筒619上。

其中，所述第一电机63与所述第二电机615优选为MAXON电机。

如图7所示，展示为本申请于一实施例中的手术工具快拆机构的分解示意图。如图所示，所述手术工具快拆机构7包括：快拆基体71、手术工具夹具72、手拧螺栓73、限位键74、及弹性钢珠组件75。

于本实施中，所述弹性钢珠组件75优选为至少一个。

所述快拆基体71套设于如图1或图6中所述手术工具活动机构6的所述旋转轴筒619上，所述快拆基体71上设置有手拧螺栓73、限位键74、及弹性钢珠组件75；所述手术工具夹具72上有滑槽721，沿着所述限位键74卡合于所述快拆基体71。

于本申请一实施例中，通过旋转所述手术工夹具72顶起所述弹性钢珠组件75；通过旋转所述手拧螺栓73调节所述手术工具夹具72与所述快拆基体71之间的松紧。

于本实施中，所述手术工具夹具72用于夹持手术工具，如手术刀、手术针等。

综上所述，本申请提供的一种基于高刚度平行四边形远心机构的多自由度手术机器人，通过所述三维移动平台和高刚度平行四边形远心机构对手术工具进行位姿调整，能保证手术工具沿空间任意轨迹移动、角度实现任意调节，保证操作的准确性和稳定性。本申请结构稳定，运动模式简单，操作方便，有良好的应用前景。

综上所述，本申请有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本申请的原理及其功效，而非用于限制本申请。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本申请的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本申请所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本申请的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于高刚度平行四边形远心机构的多自由度手术机器人，其特征在于，所述多自由度手术机器人包括：底座、三维移动平台、水平转动机构、直线模组机构、平行四边形机构、及手术工具活动机构；

所述三维移动平台设于所述底座的支撑架上；所述三维移动平台中的Z轴滑台固定连接所述水平转动机构；所述直线模组机构固定于所述水平转动机构的法兰轴上；所述高刚度平行四边形机构固定于所述直线模组机构的第一底板上，所述平行四边形机构的驱动板件与所述直线模组机构的第一轴承座相连接；所述手术工具活动机构固定于所述平行四边形机构的末端底板上。

2.根据权利要求1所述的多自由度手术机器人，其特征在于，所述三维移动平台包括：分别连接有移动伺服电机的X轴滑台、Y轴滑台、及所述Z轴滑台；

所述Y轴滑台水平垂直固定于所述X轴滑台对应的X轴滑座上；所述Z轴滑台纵向垂直固定于所述Y轴滑台对应的Y轴滑座上；所述Z轴滑台对应的Z轴滑座上固定所述水平转动机构。

3.根据权利要求2所述的多自由度手术机器人，其特征在于，所述X轴滑台、Y轴滑台、及所述Z轴滑台的侧面分别设有光电开关，所述X轴滑座、Y轴滑座、及所述Z轴滑座分别设有感应片，所述光电开关与所述感应片用于记录移动次数。

4.根据权利要求1所述的多自由度手术机器人，其特征在于，所述水平转动机构包括：箱体、侧盖、转动伺服电机、减速器、第一同步带轮、第二同步带轮、第一同步带、第一轴承、第二轴承、及法兰轴；

所述箱体固定于所述Z轴滑台上；所述转动伺服电机连接所述减速器；所述减速器固定于所述侧盖的外侧，所述减速器的输出轴穿过所述侧盖上设置的第一孔洞并插入所述第一同步带轮；所述法兰轴内嵌固定于所述侧盖上设置的第二孔洞；所述法兰轴的长输出轴插入所述第二同步带轮；所述第一同步带套于所述第一同步带轮与所述第二同步带轮上；所述箱体上对应所述侧盖的所述第二孔洞的侧板上设有第三孔洞，以嵌装所述第一轴承，且所述法兰轴的长输出轴插入所述第一轴承；所述第二轴承套设于所述法兰轴的短输出轴；所述第一轴承与所述第二轴承分别过盈配合于所述法兰轴。

5.根据权利要求1所述的多自由度手术机器人，其特征在于，所述直线模组机构包括：连接板、第一底板、支撑梁、第一电机支架、模组伺服电机、第三轴承、传动轴、第一联轴器、第三同步带轮、第四同步带轮、第二同步带、直线模组、模组滑块、滑块连接板、及所述第一轴承座；

所述连接板与所述水平转动机构的所述法兰轴连接；所述第一底板与所述连接板固定连接；所述支撑梁分别与所述第一底板与所述连接板固定连接以进行加固；所述第一电机支架设于所述第一底板的底部，并装载所述模组伺服电机；

所述第三轴承嵌装于所述连接板的孔洞中；所述传动轴的一端与所述第三轴承相连，所述传动轴的另一端与所述第一联轴器的一端相连；所述第三同步带轮与所述模组伺服电机连接；所述第四同步带轮套设于所述传动轴上；所述第二同步带套于所述第三同步带轮与所述第四同步带轮；所述第一联轴器的另一端与所述直线模组上的丝杠的输入端相连；

所述模组滑块用于在所述直线模组的丝杠上滑动，所述滑动连接板设于所述模组滑块上，所述第一轴承座设于所述滑块连接板上，其用于固定连接所述平行四边形机构。

6.根据权利要求1所述的多自由度手术机器人，其特征在于，所述平行四边形机构包括：所述驱动板件、第一短轴、第二短轴、第三短轴、第一长轴、第二长轴、第三长轴、第二轴承座、第一板件、第二板件、第三板件、第四板件、第五板件、止推滚针轴承、第五轴承、垫片、螺栓、端盖、梁、球轴柱塞、及所述末端底板；

所述第一短轴穿过所述第一轴承座与所述驱动板件的一端相连；所述驱动板件的另一端设置于所述第一长轴上；所述第一长轴设置于所述第二板件之间；所述第二轴承座设置于所述直线模组机构的第一底板上；所述第二短轴穿过所述第二轴承座与所述第一板件相连；所述第二长轴穿过所述第二轴承座与所述第二板件相连；所述第三长轴设置于所述第一板件与所述第二板件之间；所述第三短轴设置于所述第五板件上；所述第三长轴的两端与所述第三短轴上套装所述止推滚针轴承；所述第五轴承分别嵌装于所述第二板件、所述第三板件、及所述第四板件的轴承孔中；所述第三板件和所述第四板件通过所述第五轴承分别设置于所述第三长轴的两端和所述第三短轴上；

所述垫片和所述螺栓分别设置于所述第一长轴的两端、所述第三长轴的两端、及所述第三短轴上；所述端盖盖在所述第二板件、所述第三板件、及所述第四板件的轴承孔上；所述梁固定设置于所述第三板件和所述第四板件之间；所述球轴柱塞设置于所述第三板件上；所述末端底板设置于所述第五板件之间。

7.根据权利要求1所述的多自由度手术机器人，其特征在于，所述手术工具活动机构包括：第二底板、第二电机支架、第一电机、第二联轴器、丝杠、直线导轨、滑块、丝杆螺母、滑块连接块、第三轴承座、第四轴承座、接近开关、移动底板、第三电机支架、第二电机、小齿轮、大齿轮、薄壁轴承座、转动轴筒、及导航支架；

所述第二底板固定于所述平行四边形机构的末端底板上；所述第二底板上依次分别设有所述第二电机支架、第三轴承座、直线导轨、及第四轴承座；所述第一电机设置于所述第二电机支架上，所述第二联轴器连接所述第一电机的输出轴和所述丝杠的输入端；所述直线导轨对应设置有可在其上滑动的所述滑块；所述移动底板通过所述滑块连接块与所述滑块固定连接；所述丝杆螺母与所述滑块连接块相连接；所述第三轴承座上设置所述接近开关；所述第三电机支架固定于所述移动底板上，并装载所述第二电机；所述薄壁轴承座设置于所述移动底板上；所述小齿轮设置于所述第二电机的输出轴上；所述小齿轮与所述大齿轮啮合；所述大齿轮与所述转动轴筒固定连接；所述转动轴筒与所述薄壁轴承座的轴承配合安装；所述导航支架设置于所述转动轴筒上。

8.根据权利要求7所述的多自由度手术机器人，其特征在于，还包括：手术工具快拆机构；所述手术工具快拆机构与所述手术工具活动机构的所述旋转轴筒固定连接。

9.根据权利要求8所述的多自由度手术机器人，其特征在于，所述手术工具快拆机构包括：快拆基体、手术工具夹具、手拧螺栓、限位键、及弹性钢珠组件；

所述快拆基体套设于所述手术工具活动机构的所述旋转轴筒上，所述快拆基体上设置有手拧螺栓、限位键、及弹性钢珠组件；所述手术工具夹具上有滑槽，沿着所述限位键卡合于所述快拆基体。

10.根据权利要求9所述的多自由度手术机器人，其特征在于，通过旋转所述手术工夹具顶起所述弹性钢珠组件；通过旋转所述手拧螺栓调节所述手术工具夹具与所述快拆基体之间的松紧。