CN112971990A - 一种用于微创外科手术机器人的机械臂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于微创外科手术机器人的机械臂，其包括依次串联的多个操作臂段和一个连接座，相邻的臂段之间、臂段与连接座之间通过旋转关节或者移动关节相连，所述连接座用于安装内窥镜、手术钳等手术器具。调节所述机械臂的操作臂I、操作臂II和操作臂III可以实现手术器具到达伸入创口位置的快速定位，在所述操作臂III的直线段结构的末端安装有光束发射装置，且光束与直线段的轴心线重合，用于指引术前机械臂的布置定位；在此基础上调节操作臂IV、操作臂V、操作臂VI即可实现手术器具臂杆绕着创口位置转动，最终以合适的角度伸入创口。

Description

一种用于微创外科手术机器人的机械臂

技术领域

本发明涉及微创外科手术机器人技术领域，具体涉及一种用于微创外科手术机器人的机械臂。

背景技术

微创手术操作是指医生利用细长的手术工具通过人体表面的微小切口探入到体内进行手术操作；相比传统的开口手术，它具有手术切口小、出血量少、术后疤痕小、恢复时间快等优点，这使得病人遭受的痛苦大大减少。

微创手术能够为病人带来诸多利益，但对医生的操作增加了一系列难度，医生必须经过长期训练才能够进行微创手术操作，手术机器人系统能够辅助医生和扩展医生的能力，使手术操作更具灵活性、安全性和可靠性，有助于降低手术风险。

微创外科手术机器人属于高新技术密集的高端精密医疗设备，我国市场上尚没有自主生产的可临床应用的微创外科手术机器人系统，现有国外的微创外科手术机器人在整体结构的布局灵活性，以及术前规划布置的高效性方面仍存在一些缺陷。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种用于微创外科手术机器人的机械臂，扩大了病人身上手术开孔位置的分布范围，实现了手术器具以最佳的位置和角度快速到达病人手术创口的目标位置，具有较高的灵活性和易操作性。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明公开了一种用于微创外科手术机器人的机械臂，包括操作臂I、操作臂II、操作臂III、操作臂IV、操作臂V、操作臂VI、操作臂VII和连接座；

所述的操作臂I、操作臂II通过第一旋转关节相连，所述的第一旋转关节可在水平方向内做360°旋转运动；所述的操作臂II、操作臂III通过第一移动关节相连，所述的操作臂III包括弧形段和直线段，且直线段的轴心线经过弧形段的圆心，第一移动关节的运动为沿着直线段的轴心线竖直方向的升降运动。所述的操作臂III、操作臂IV通过第二旋转关节相连，所述的操作臂IV为弧形结构，且弧形结构的圆心与操作臂III的弧形段的圆心重合，第二旋转关节的轴线经过弧形结构的圆心。

所述的操作臂V包括弧形段和沿着弧形段径向的直线段，且弧形结构的圆心与操作臂III、操作臂IV的弧形段圆心重合于一点，即为“同心结构”；

进一步的，所述的操作臂IV通过第三旋转关节与操作臂V的弧形段端部相连，所述的操作臂VI通过第四旋转关节与操作臂V的直线段端部相连，所述的操作臂VI通过第五旋转关节与操作臂VII相连，所述的操作臂VII通过第六旋转关节与连接座相连。

进一步的，所述的第四旋转关节的轴线与操作臂V的弧形段所在的平面垂直；所述的第五旋转关节的轴线与第四旋转关节的轴线平行；第六旋转关节的轴线与第五旋转关节的轴线平行。

进一步的，所述的第四旋转关节轴线与所述的第五旋转关节轴线的公垂线段一、第五旋转关节轴线与第六旋转关节轴线的公垂线段二、操作臂V的弧形段圆心(即“同心结构”的圆心重合点)到第六旋转关节轴线垂线段三、操作臂V的弧形段圆心(即“同心结构”的圆心重合点)到第四旋转关节轴线垂线段四，此四条线段构成一个“平行四边形”。

进一步的，操作臂III的直线段与弧形段过渡交接处，在直线段的末端安装有光束发射装置，光束发射装置的光束与直线段的轴心线重合，即光束经过“同心结构”的圆心重合点，用于引导术前机械臂的布置定位。

进一步的，所述的连接座连接一个快接接头，在所述的快接接头上安装内窥镜、手术钳等手术器具，安装完毕后的手术器具的臂杆轴线经过“同心结构”的圆心重合点。

本发明的有益效果：

本发明提出的一种用于微创外科手术机器人的机械臂布局结构，调节操作臂I、操作臂II和操作臂III可以实现手术器具到达伸入创口位置的快速定位，在此基础上调整操作臂IV、操作臂V、操作臂VI即可实现手术器具臂杆绕着创口位置转动，最终以合适的角度伸入创口；本发明提供了一种高适用性、高灵活性的微创外科手术机器人的机械臂布局结构，利用该布局结构有助于实现手术器具以最佳的位置和角度伸入手术创口直达病灶。

附图说明

以下附图说明为了更清楚地介绍本发明实施例或现有技术中的技术方案，增强对本申请的进一步理解，本申请的示意性实例及其说明，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明实施例1在非工作状态下的各组成部分安装布局示意图；

图2为本发明实施例2在工作状态下的各组成部分安装布局示意图；

其中，1.操作臂I，2.操作臂II，3.操作臂III，4.操作臂IV，5.操作臂V，6.操作臂VI，7.操作臂VII，8.连接座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，需要指出，所做附图及描述说明均是例示性的，所使用的术语也仅是为了描述具体的实施方式，而非意图限制依据本申请的示例性实施方式。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顺时针”、“逆时针”等字样，仅表示与附图本身的方向或角度一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，在实际使用时，与操作臂I1连接的支撑装置，根据不同工作场景可以是落地式、吊挂式等，操作臂I1与支撑装置的连接关节可以是移动式、旋转式或固定式，这里仅对操作臂I1及其后续的结构进行详细说明。

实施例1：

本申请的一种典型实施例1如图1所示，其公开的是微创外科手术机器人的机械臂布局结构在非工作状态下的安装布局示意图，其包括操作臂I1、操作臂II2、操作臂III3、操作臂IV4、操作臂V5、操作臂VI6、操作臂VII7和连接座8；下面对上述的每个结构进行详细说明：

所述操作臂I安装在整个机械臂结构的支撑装置上，根据不同工作场景，支撑装置可以是落地式、吊挂式等，操作臂I与支撑装置的连接关节可以是移动式、旋转式或固定式。

在本实施例中所述的操作臂I1通过第一旋转关节与竖直设置的操作臂II2相连；所述的操作臂II 2为带有拐角的臂，其绕着操作臂I1上的第一旋转关节转动到最小关节角度时，可以锁定相应的第一旋转关节；第一旋转关节可以在水平方向内做360°旋转运动。

所述的操作臂III3其通过第二移动关节与操作臂II2的末端相连，该第二移动关节的移动方向为竖直方向；操作臂III3沿着操作臂II2上的第一移动关节缩回到最小伸长距离，并锁定相应的第一移动关节；操作臂III3包括弧形段和直线段，直线段的轴心线经过弧形段的圆心，直线段通过第一移动关节与操作臂II2连接，并可沿着直线臂段的轴心线做竖直方向升降运动。进一步的，操作臂III3的直线段与弧形段过渡交接处，在直线段的末端安装有光束发射装置，光束与直线段的轴心线重合，用于引导术前机械臂的布置定位。

所述的操作臂IV4也为一个弧形结构，操作臂IV4与操作臂III3之间通过第二旋转关节相连，操作臂IV4绕着第二旋转关节的关节轴做360°旋转运动，且旋转运动关节轴线经过所对应连接的操作臂III3的圆心。操作臂IV4绕第二旋转关节转动到最小关节角度，并锁定相应的第二旋转关节；操作臂IV4为弧形结构，其圆心与操作臂III3弧形段的圆心重合。

所述的操作臂V5为一个类似于“7”字形状的操作臂；其包括弧形段和沿着弧形段径向的直线段，且弧形结构的圆心与操作臂III3、操作臂IV4的弧形段圆心重合，即为“同心结构”，且该重合点位于第一移动关节的轴线上。

所述的操作臂V5与操作臂IV4之间通过第三旋转关节相连，绕第三旋转关节的关节轴做360°旋转运动；旋转运动关节轴线经过操作臂IV4的圆心。操作臂V5绕着操作臂IV4的第三旋转关节转动到最小关节角度，并锁定相应的第三旋转关节；

所述的操作臂VI6为一个直线臂，所述的操作臂VI6通过第四旋转关节与操作臂V5相连，并可绕第四旋转关节的关节轴做旋转运动，且旋转运动关节轴线与所对应连接的操作臂V5的弧形段所在的平面垂直。操作臂VI6绕着第四旋转关节转动到最小关节角度，并锁定相应的第四旋转关节；

所述的操作臂VII7为一个直线臂，所述的操作臂VI7通过第五旋转关节与操作臂V7相连，并可绕第五旋转关节的关节轴做旋转运动，且旋转运动关节轴线与所对应连接的第四旋转关节的轴线平行。操作臂VI7绕第五旋转关节转动到最小关节角度，并锁定相应的第五旋转关节；

所述的操作臂VII7通过第六旋转关节与所述的连接座8相连，连接座8可绕沿着第六旋转关节的关节轴做旋转运动，且旋转运动关节轴线与所对应连接的第五旋转关节的关节轴线平行。

所述的第四旋转关节轴线与所述的第五旋转关节轴线的公垂线段一、第五旋转关节轴线与第六旋转关节轴线的公垂线段二、操作臂V的弧形段圆心到第六旋转关节轴线垂线段三、操作臂V的弧形段圆心到第四旋转关节轴线垂线段四，此四条线段构成一个“平行四边形”。

因此，操作臂VII7、连接座8关节角度随操作臂VI6绕操作臂V5上的关节角度而确定。

进一步的，所述的连接座连接一个快接接头，在所述的快接接头上安装内窥镜、手术钳等手术器具，安装完毕后的手术器具的臂杆轴线经过“同心结构”的圆心重合点。

进一步的，调节所述操作臂I、操作臂II、操作臂III的位置和角度，决定了操作臂III、操作臂IV、操作臂V的弧形段“同心结构”圆心重合点的位置，即手术器具伸入创口的位置。调节所述操作臂IV、操作臂V、操作臂VI的位置和角度，决定了手术器具伸入创口的角度。

如图2所示，其公开的是微创外科手术机器人的机械臂在某一种工作状态下的布局结构，根据手术需要，打开所述操作臂III3上的光束发射装置，调整所述操作臂I与支撑装置的连接关节运动，以及所述操作臂II2绕着第一旋转关节的转动，使由所述操作臂III3上发出的直线光束对准创口位置，并锁定各自对应的移动关节或旋转关节的运动；

进一步的，在所述连接座8上安装好对应的手术器具，并调节所述操作臂III3的第一移动关节升降高度，使手术器具末端接近手术创口的位置，并锁定该移动关节的运动；

进一步的，调节所述操作臂IV4、操作臂V5、操作臂VI6绕其各自旋转关节的旋转角度，使安装于所述连接座8上的手术器具臂杆以合适的角度指向所匹配的创口位置，并锁定操作臂IV 4对应的第二旋转关节，操作臂V5、操作臂VI6可绕各自对应的第三、第四旋转关节在手术过程中跟随操作者的控制转动，为后续手术器具伸入创口并执行手术动作做好准备。

上述两个实例仅为本发明的较典型实施例而已，用于帮助解释说明本发明的技术特征及有益效果等，并不用以限制本发明。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种用于微创外科手术机器人的机械臂，其特征在于，包括操作臂I、操作臂II、操作臂III、操作臂IV、操作臂V、操作臂VI、操作臂VII和连接座；

所述的操作臂I、操作臂I I通过第一旋转关节相连；所述的操作臂I I通过第一移动关节与操作臂III相连，所述的操作臂III通过第二旋转关节与操作臂IV相连；所述的操作臂V包括弧形段和沿着弧形段径向的直线段，且弧形结构的圆心与操作臂III、操作臂IV的圆心重合于一点；所述的操作臂IV通过第三旋转关节与操作臂V的弧形段端部相连，所述的操作臂VI通过第四旋转关节与操作臂V的直线段端部相连，所述的操作臂VI通过第五旋转关节与操作臂VII相连，所述的操作臂VII通过第六旋转关节与连接座相连；所述的第四旋转关节轴线与所述的第五旋转关节轴线的公垂线段一、第五旋转关节轴线与第六旋转关节轴线的公垂线段二、操作臂V的弧形段圆心到第六旋转关节轴线垂线段三、操作臂V的弧形段圆心到第四旋转关节轴线垂线段四，此四条线段构成一个“平行四边形”。

2.如权利要求1所述的一种用于微创外科手术机器人的机械臂，其特征在于，所述的操作臂III包括弧形段和直线段，所述的直线段的轴心线经过弧形段的圆心，直线段通过第一移动关节与操作臂II连接，并可沿着直线段的轴心线做竖直方向升降运动。

3.如权利要求2所述的一种用于微创外科手术机器人的机械臂，其特征在于，所述的第二旋转关节的轴线经过操作臂III的弧形段的圆心。

4.如权利要求2所述的一种用于微创外科手术机器人的机械臂，其特征在于，所述的操作臂IV为弧形结构，且所述操作臂III、操作臂IV、操作臂V的弧形段圆心重合于一点，并位于操作臂III与操作臂II连接的第一移动关节的轴线上。

5.如权利要求4所述的一种用于微创外科手术机器人的机械臂，其特征在于，所述的第三旋转关节的轴线经过操作臂IV的圆心。

6.如权利要求1所述的一种用于微创外科手术机器人的机械臂，其特征在于，所述操作臂III的直线段与弧形段过渡交接处，在直线段的末端安装有光束发射装置，光束与直线段的轴心线重合。

7.如权利要求1所述的一种用于微创外科手术机器人的机械臂，其特征在于，所述的第四旋转关节的轴线与所述的操作臂V的弧形段所在的平面垂直。

8.如权利要求1所述的一种用于微创外科手术机器人的机械臂，其特征在于，所述的第五旋转关节的轴线与第四旋转关节的轴线平行；第六旋转关节的轴线与第五旋转关节的轴线平行。

9.如权利要求1所述的一种用于微创外科手术机器人的机械臂，其特征在于，所述的连接座用于安装手术器具；所述手术器具安装后的轴线经过操作臂III、操作臂IV、操作臂V的弧形段圆心。

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