一種用于微創(chuàng)手術的混聯(lián)機械手的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于微創(chuàng)手術的混聯(lián)機械手。目的是提供的機械手應具有結(jié)構緊湊、較為靈活、安全性高的特點。技術方案是：一種用于微創(chuàng)手術的混聯(lián)機械手，其特征在于：該機械手包括圓環(huán)形底座、定位在底座上的手術模塊以及并聯(lián)連接在底座與手術模塊之間以驅(qū)動手術模塊運動的三個分支機構。
【專利說明】—種用于微創(chuàng)手術的混聯(lián)機械手

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于微創(chuàng)手術的機器人，具體是一種混聯(lián)機械手。

【背景技術】
[0002]微創(chuàng)手術與傳統(tǒng)的開膛手術相比具有如下優(yōu)點:切口小，損傷輕，安全有效，可以避免臟器暴露在空氣中以減少感染；可以減少病人手術后的痛苦，病人康復較快并且可在術后短期內(nèi)恢復正?；顒?，治療效果等于或高于傳統(tǒng)外科手術方法；術后傷口比傳統(tǒng)外科手術美觀，愈合后疤痕小。而隨著微創(chuàng)手術在臨床手術中的不斷應用和發(fā)展，具有更高手術精度和操作便捷性的微創(chuàng)手術機器人也應運而生了。1994年美國Computer Mot1n公司研制了第一臺協(xié)助微創(chuàng)手術的內(nèi)窺鏡自動定位系統(tǒng)即AESOP機器人，它采用串聯(lián)結(jié)構；1998年推出ZEUS微創(chuàng)手術操作機器人，該系統(tǒng)采用主從操作技術；2000年da Vinci系統(tǒng)研制成功并于當年7月經(jīng)美國FDA批準成為允許在臨床使用的第一個合法的商品化手術機器人，它已經(jīng)用于臨床并取得很好的效果。
[0003]但由于現(xiàn)有的微創(chuàng)手術機器人體積較大、結(jié)構復雜、控制繁瑣、費用較高，在推廣應用時還受到較多局限，需要進一步改進。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服上述【背景技術】中的不足，提供一種用于微創(chuàng)手術的混聯(lián)機械手，該機械手應具有結(jié)構緊湊、較為靈活、安全性高的特點。
[0005]本發(fā)明的技術方案是:一種用于微創(chuàng)手術的混聯(lián)機械手，其特征在于:該機械手包括圓環(huán)形底座、定位在底座上的手術模塊以及并聯(lián)連接在底座與手術模塊之間以驅(qū)動手術模塊運動的三個分支機構；
[0006]所述每個分支機構包括依次連接在手術模塊與底座之間的第一轉(zhuǎn)動副、第一連桿、第二轉(zhuǎn)動副、第二連桿、第三轉(zhuǎn)動副、第三連桿、圓柱副的鉸接套以及作為圓柱副滑桿的第四連桿；每個分支機構中，第二轉(zhuǎn)動副軸線與第三轉(zhuǎn)動副軸線互相平行并且垂直于第一轉(zhuǎn)動副軸線以及圓柱副旋轉(zhuǎn)軸線；三個分支機構中所有第一轉(zhuǎn)動副軸線共軸并且所有圓柱副旋轉(zhuǎn)軸線均同時相交于第一轉(zhuǎn)動副軸線上的一固定點；
[0007]或者，所述每個分支機構包括依次連接在手術模塊與底座之間的第一轉(zhuǎn)動副、第一連桿、第二轉(zhuǎn)動副、第二連桿、第三轉(zhuǎn)動副、作為移動副滑桿的第三連桿、作為移動副滑套的第四連桿以及第四轉(zhuǎn)動副；每個分支機構中，第二轉(zhuǎn)動副軸線與第三轉(zhuǎn)動副軸線互相平行并且垂直于第一轉(zhuǎn)動副軸線、移動副軸線與第四轉(zhuǎn)動副軸線，移動副軸線也垂直于第四轉(zhuǎn)動副軸線；三個分支機構中所有第一轉(zhuǎn)動副軸線共軸并且所有第四轉(zhuǎn)動副軸線均同時相交于第一轉(zhuǎn)動副軸線上的一固定點。
[0008]所述手術模塊包括可轉(zhuǎn)動地定位在所有第一連桿上的手術工具以及用于驅(qū)動手術工具旋轉(zhuǎn)的電機；所述手術工具的轉(zhuǎn)動軸線與第一轉(zhuǎn)動副軸線共軸。
[0009]所述手術工具外可轉(zhuǎn)動地穿套一套筒，三個分支機構的第一連桿均與該套筒形成第一轉(zhuǎn)動副。
[0010]所述電機通過支架固定在其中一個分支機構的第一連桿上，支架又與所述套筒固定。
[0011]本發(fā)明的有益效果是:
[0012]本發(fā)明采用結(jié)構緊湊的混聯(lián)機構，不僅可以保證較高的剛度，而且運動累計誤差小于串聯(lián)機構，可以提高手術精度；本發(fā)明可以驅(qū)動手術模塊繞切口靈活地運動，不僅可以滿足微創(chuàng)手術的要求，而且可以減小對切口的傷害，安全性較高；本發(fā)明還可用作教學培訓的模擬手術器具；因此，本發(fā)明對于提高微創(chuàng)手術的進一步推廣具有重要意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本發(fā)明實施例一的立體結(jié)構示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明實施例一中一個分支機構的示意圖。
[0015]圖3是本發(fā)明實施例二的立體結(jié)構示意圖。
[0016]圖4是本發(fā)明實施例二中一個分支機構的示意圖。
[0017]圖5是本發(fā)明工作方式的示意圖。

【具體實施方式】
[0018]以下結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不局限于以下實施例。
[0019]實施例一
[0020]如圖1所示，一種用于微創(chuàng)手術的混聯(lián)機械手，包括圓環(huán)形底座3、手術模塊以及三個分支機構。
[0021]所述手術模塊定位在底座上方，包括手術工具4以及用于驅(qū)動手術工具旋轉(zhuǎn)的電機6 ;所述手術工具一般為腹腔鏡器械(具體指切開刀、分離鉗、沖洗器、內(nèi)窺鏡)，并且手術工具的下端通過底座的中部空腔31后伸入底座下方。
[0022]所述三個分支機構并聯(lián)連接在底座與手術模塊之間，可用于驅(qū)動手術模塊運動；每個分支機構均為五自由度機械臂，包括由上往下依次連接在手術模塊與底座之間的第一轉(zhuǎn)動副21、第一連桿11、第二轉(zhuǎn)動副22、第二連桿12、第三轉(zhuǎn)動副23、第三連桿13、圓柱副29(圓柱副中的鉸接套與滑桿同時保持鉸接和滑動配合，鉸接軸線與滑動方向一致)以及作為圓柱副滑桿的第四連桿14。
[0023]每個分支機構中，第二轉(zhuǎn)動副軸線與第三轉(zhuǎn)動副軸線互相平行并且垂直于第一轉(zhuǎn)動副軸線與圓柱副旋轉(zhuǎn)軸線(圓柱副旋轉(zhuǎn)軸線與圓柱副滑動軸線共軸)；所述第四連桿固定在底座上；第一連桿的前端通過套筒5可轉(zhuǎn)動地定位在一起(圖中顯示三條第一連桿的前端由上往下可轉(zhuǎn)動地疊合在一起)，而手術工具則可轉(zhuǎn)動地插裝在套筒中；電機通過支架61固定在其中一個分支機構的第一連桿上(圖中顯示支架固定在最上方的第一連桿上并且套筒與支架固定)。
[0024]所述圓柱副中，固定在第三連桿下端的鉸接套筒即可轉(zhuǎn)動又可滑動地定位在第四連桿上(第四連桿作為該鉸接套筒的滑桿)；三個分支機構的所有圓柱副軸線相交于O點(O點表示手術時人體上的切口位置，即前述固定點)，同時所有第一轉(zhuǎn)動副軸線共軸且穿越O點；所述手術工具的轉(zhuǎn)動軸線與第一轉(zhuǎn)動副軸線共軸，因此手術工具的轉(zhuǎn)動軸線也通過O點。
[0025]如圖5所示，人體的切口位置9放有穿刺套管7 (英文Trocar)，手術工具穿過穿刺套管后伸入人體內(nèi)；該手術工具在三個分支機構驅(qū)動下進行運動，包括以切口位置作為原點(即前述的固定點)的擺動以及沿著手術工具軸線方向的伸縮，同時手術工具還可在電機驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)。
[0026]上述所有轉(zhuǎn)動副、圓柱副均由伺服電機(圖中省略)驅(qū)動。
[0027]實施例二
[0028]如圖3所示，一種用于微創(chuàng)手術的混聯(lián)機械手，包括圓環(huán)形底座3、手術模塊以及三個分支機構。
[0029]所述手術模塊定位在底座上方，包括手術工具4以及用于驅(qū)動手術工具旋轉(zhuǎn)的電機6 ;所述手術工具一般為腹腔鏡器械，并且手術工具的下端向下穿越底座的中部空腔31后伸入底座下方。
[0030]所述三個分支機構并聯(lián)連接在底座與手術模塊之間，可用于驅(qū)動手術模塊運動；每個分支機構均為五自由度機械臂，包括由上往下依次連接在手術模塊與底座之間的第一轉(zhuǎn)動副21、第一連桿11、第二轉(zhuǎn)動副22、第二連桿12、第三轉(zhuǎn)動副23、第三連桿13、移動副29、第四連桿14以及第四轉(zhuǎn)動副24。
[0031]每個分支機構中，第二轉(zhuǎn)動副軸線與第三轉(zhuǎn)動副軸線互相平行并且垂直于第一轉(zhuǎn)動副軸線、移動副軸線與第四轉(zhuǎn)動副軸線，移動副軸線也垂直于第四轉(zhuǎn)動副軸線；第一連桿的前端通過套筒5可轉(zhuǎn)動地定位在一起(圖中顯示三條第一連桿的前端由上往下可轉(zhuǎn)動地疊合在一起)，而手術工具則可轉(zhuǎn)動地插裝在套筒中；電機通過支架61固定在其中一個分支機構的第一連桿上(圖中顯示支架固定在最上方的第一連桿上并且套筒與支架固定)。
[0032]所述移動副中，第三連桿可滑動地定位在第四連桿中(第三連桿作為移動副的滑桿并且第四連桿作為移動副的滑套)；三個分支機構的所有第四轉(zhuǎn)動副軸線相交于O點(O點表示手術時人體上的切口位置，即前述固定點)，同時所有第一轉(zhuǎn)動副軸線共軸且穿越O點；所述手術工具的轉(zhuǎn)動軸線與第一轉(zhuǎn)動副軸線共軸，因此手術工具的轉(zhuǎn)動軸線也通過O點。
[0033]如圖5所示,人體的切口位置9放有穿刺套管7,手術工具穿過穿刺套管后伸入人體內(nèi)；該手術工具在三個分支機構驅(qū)動下進行運動，包括以切口位置作為原點的擺動以及沿著手術工具軸線方向的伸縮，同時手術工具還可在電機驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)。
[0034]上述所有轉(zhuǎn)動副、移動副均由伺服電機(圖中省略)驅(qū)動。
【權利要求】
1.一種用于微創(chuàng)手術的混聯(lián)機械手，其特征在于:該機械手包括圓環(huán)形底座(3)、定位在底座上的手術模塊(4)以及并聯(lián)連接在底座與手術模塊之間以驅(qū)動手術模塊運動的三個分支機構； 所述每個分支機構包括依次連接在手術模塊與底座之間的第一轉(zhuǎn)動副(21)、第一連桿(11)、第二轉(zhuǎn)動副(22)、第二連桿(12)、第三轉(zhuǎn)動副(23)、第三連桿(13)、圓柱副(29)的鉸接套以及作為圓柱副滑桿的第四連桿(14);每個分支機構中，第二轉(zhuǎn)動副軸線與第三轉(zhuǎn)動副軸線互相平行并且垂直于第一轉(zhuǎn)動副軸線以及圓柱副旋轉(zhuǎn)軸線；三個分支機構中所有第一轉(zhuǎn)動副軸線共軸并且所有圓柱副旋轉(zhuǎn)軸線均同時相交于第一轉(zhuǎn)動副軸線上的一固定占.或者，所述每個分支機構包括依次連接在手術模塊與底座之間的第一轉(zhuǎn)動副(21)、第一連桿(11)、第二轉(zhuǎn)動副(22)、第二連桿(12)、第三轉(zhuǎn)動副(23)、作為移動副(29)滑桿的第三連桿(13)、作為移動副滑套的第四連桿(14)以及第四轉(zhuǎn)動副(24);每個分支機構中，第二轉(zhuǎn)動副軸線與第三轉(zhuǎn)動副軸線互相平行并且垂直于第一轉(zhuǎn)動副軸線、移動副軸線與第四轉(zhuǎn)動副軸線，移動副軸線也垂直于第四轉(zhuǎn)動副軸線；三個分支機構中所有第一轉(zhuǎn)動副軸線共軸并且所有第四轉(zhuǎn)動副軸線均同時相交于第一轉(zhuǎn)動副軸線上的一固定點。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種用于微創(chuàng)手術的混聯(lián)機械手，其特征在于:所述手術模塊包括可轉(zhuǎn)動地定位在所有第一連桿上的手術工具(4)以及用于驅(qū)動手術工具旋轉(zhuǎn)的電機(6);所述手術工具的轉(zhuǎn)動軸線與第一轉(zhuǎn)動副軸線共軸。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種用于微創(chuàng)手術的混聯(lián)機械手，其特征在于:所述手術工具外可轉(zhuǎn)動地穿套一套筒(5)，三個分支機構的第一連桿均與該套筒形成第一轉(zhuǎn)動副。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種用于微創(chuàng)手術的混聯(lián)機械手，其特征在于:所述電機通過支架￠1)固定在其中一個分支機構的第一連桿上，支架又與所述套筒固定。
【文檔編號】A61B19/00GK104398303SQ201410586568
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權日:2014年10月28日
【發(fā)明者】李秦川, 黃鵬成, 柴馨雪, 陳巧紅 申請人:浙江理工大學