本發(fā)明涉及醫(yī)療外科器械技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種含有弧形移動(dòng)副的外科手術(shù)機(jī)器人。

背景技術(shù)：

隨著計(jì)算機(jī)和微電子技術(shù)以及醫(yī)學(xué)科學(xué)的迅猛發(fā)展，各種用途的醫(yī)用機(jī)器人正在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用。目前，醫(yī)療機(jī)器人的研究主要集中在外科手術(shù)機(jī)器人、康復(fù)機(jī)器人，護(hù)理機(jī)器人和微型機(jī)器人等幾個(gè)方面。外科手術(shù)中，微創(chuàng)手術(shù)工作空間小，但要求機(jī)器人更靈巧、定位精度更高，常用的外科手術(shù)機(jī)器人很難勝任。常見的外科手術(shù)機(jī)器人是多為關(guān)節(jié)型串聯(lián)結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)使得各個(gè)臂受到重力影響嚴(yán)重，從而導(dǎo)致機(jī)器人的可靠性、穩(wěn)定性偏低。

如中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院的張穎等人提出的一種外科機(jī)器人(CN201110401551.5)，為典型具有6自由度的PRRR型串聯(lián)機(jī)器人，包括一個(gè)移動(dòng)自由度以及五個(gè)旋轉(zhuǎn)自由度來實(shí)現(xiàn)3維空間的運(yùn)動(dòng)，從而滿足實(shí)際狀態(tài)的手術(shù)操作要求。

天津大學(xué)王樹新提出一種外科手術(shù)機(jī)器人從操作手(CN200510013171.9)。其采用平面-關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)，具有8+1個(gè)自由度，其中粗調(diào)機(jī)構(gòu)2個(gè)自由度，精調(diào)機(jī)構(gòu)7個(gè)自由度，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人末端操作手快速，精準(zhǔn)定位，以滿足實(shí)際手術(shù)要求。

申請(qǐng)?zhí)枮?01410282070.0的中國專利公開一種外科手術(shù)機(jī)器人，該機(jī)器人具有7個(gè)自由度，且全部采用圓柱副實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)的兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，來滿足實(shí)際手術(shù)操作需求。

專利號(hào)為ZL201210307007.9的發(fā)明專利公開一種具有混合式被動(dòng)/主動(dòng)控制的外科機(jī)器人，該機(jī)器人具有弧形移動(dòng)副，該弧形移動(dòng)副由一個(gè)弧形連桿沿著豎直導(dǎo)軌上的滑塊滑動(dòng)，具有七個(gè)自由度，提供用于手動(dòng)操作和通過編程導(dǎo)航操作的混合式主動(dòng)-被動(dòng)控制。這些自由度之一允許機(jī)器人能被有效地圍繞病人身體的軸線移動(dòng)，從而為手術(shù)室中的外科手術(shù)操作提供足夠的工作空間。

這些手術(shù)機(jī)器人的關(guān)節(jié)大多通過R副和P副的組合，來實(shí)現(xiàn)其在三維空間具有多個(gè)自由度，由于R副和P副的組合，導(dǎo)致機(jī)器人在運(yùn)動(dòng)過程中，末端連桿自身的重力將疊加到與定平臺(tái)的連接的連桿上，產(chǎn)生很大的運(yùn)動(dòng)慣性，降低了其運(yùn)動(dòng)精度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明擬解決的技術(shù)問題是：提出一種含有弧形移動(dòng)副的外科手術(shù)機(jī)器人，該機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)靈活，能夠應(yīng)用于醫(yī)用外科設(shè)備、工業(yè)機(jī)器人等領(lǐng)域。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：提出一種含有弧形移動(dòng)副的外科手術(shù)機(jī)器人，其特征在于該機(jī)器人包括固定平臺(tái)、直線導(dǎo)軌、底部驅(qū)動(dòng)電機(jī)、運(yùn)動(dòng)滑塊、下弧形連桿、上弧形連桿和末端執(zhí)行裝置，所述直線導(dǎo)軌固定安放于固定平臺(tái)上；所述運(yùn)動(dòng)滑塊能沿著直線導(dǎo)軌的軸向方向移動(dòng)，底部驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定裝配在運(yùn)動(dòng)滑塊上，底部驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸與下弧形連桿下端配合，驅(qū)動(dòng)下弧形連桿繞著底部驅(qū)動(dòng)電機(jī)輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)；上弧形連桿下端與下弧形連桿連接，上端連接末端執(zhí)行裝置；

所述下弧形連桿的上表面上設(shè)有長槽，下弧形連桿的上端安裝有中段驅(qū)動(dòng)電機(jī)，中段驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸連接有齒輪；

所述上弧形連桿的下端設(shè)有突起，突起與上弧形連桿的長槽相配合，上弧形連桿與下弧形連桿同圓心，上弧形連桿的側(cè)面上設(shè)有齒，該齒與下弧形連桿的齒輪相配合；上弧形連桿的上端設(shè)有支撐桿安裝孔和絲杠安裝孔，支撐桿安裝孔位于設(shè)有齒的一側(cè)，絲杠安裝孔位于沒有齒的一側(cè)；

所述末端執(zhí)行裝置包括末端執(zhí)行電機(jī)、絲杠固定板、絲杠、驅(qū)動(dòng)滑塊和支撐桿，所述絲杠固定板下端與上弧形連桿的上端固定連接，末端執(zhí)行電機(jī)固定安裝在絲杠固定板的上，末端執(zhí)行電機(jī)的輸出軸與絲杠的一端連接，絲杠的另一端與上弧形連桿上的絲杠安裝孔相配合，通過絲杠安裝孔將絲杠與上弧形連桿連接起來；所述驅(qū)動(dòng)滑塊與絲杠配合，支撐桿一端安裝在驅(qū)動(dòng)滑塊上，支撐桿另一端穿過上弧形連桿上的支撐桿安裝孔，支撐桿用于安裝動(dòng)平臺(tái)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明采用兩個(gè)弧形連桿，構(gòu)成一個(gè)弧形移動(dòng)副其實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于上弧形連桿繞著下弧形連桿的圓弧中心轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠?qū)⒛┒藞?zhí)行裝置的重力進(jìn)行合理的分配，并且采用較少的連桿即可以實(shí)現(xiàn)空間4個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)，其中2個(gè)移動(dòng)自由度，2個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。該機(jī)器人能夠克服重力對(duì)關(guān)節(jié)的影響，且具有較高的靈活性,運(yùn)動(dòng)形式相對(duì)簡(jiǎn)單，同時(shí)能夠保證在操作過程中的精度和質(zhì)量，滿足不同狀況的手術(shù)要求，能更好地協(xié)助醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)。

本發(fā)明含有弧形移動(dòng)副的外科手術(shù)機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，裝配容易，動(dòng)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，能有效避免運(yùn)動(dòng)伴隨運(yùn)動(dòng)發(fā)生(所述的伴隨運(yùn)動(dòng)是指并聯(lián)機(jī)器人除具有名義自由度方向的運(yùn)動(dòng)外，在其他方向還存在被約束的運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)被稱為伴隨運(yùn)動(dòng))，靈活度高，機(jī)器人末端執(zhí)行裝置在工作空間中任一點(diǎn)均具有所有可能的姿態(tài)的集合，且驅(qū)動(dòng)性、魯棒性、承載能力較好，能夠滿足外科手術(shù)的需求。

附圖說明

圖1是本發(fā)明含有弧形移動(dòng)副的外科手術(shù)機(jī)器人一種實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明含有弧形移動(dòng)副的外科手術(shù)機(jī)器人一種實(shí)施例的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明含有弧形移動(dòng)副的外科手術(shù)機(jī)器人一種實(shí)施例的末端執(zhí)行裝置的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明含有弧形移動(dòng)副的外科手術(shù)機(jī)器人一種實(shí)施例下弧形連桿6的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明含有弧形移動(dòng)副的外科手術(shù)機(jī)器人一種實(shí)施例上弧形連桿5的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中，1固定平臺(tái)，2直線導(dǎo)軌，3.底部驅(qū)動(dòng)電機(jī)，4.運(yùn)動(dòng)滑塊，5.上弧形連桿，6.下弧形連桿，7.末端執(zhí)行電機(jī)，8.絲杠固定板，9.絲杠，10.驅(qū)動(dòng)滑塊，11.支撐桿，12.電刀，13.中段驅(qū)動(dòng)電機(jī)，14.齒輪，15.長槽，16.齒，17支撐桿安裝孔，18突起，19絲杠安裝孔。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，但并不以此作為對(duì)本申請(qǐng)權(quán)利要求保護(hù)范圍的限定。

本發(fā)明含有弧形移動(dòng)副的外科手術(shù)機(jī)器人(簡(jiǎn)稱機(jī)器人，參見圖1-5)包括固定平臺(tái)1、直線導(dǎo)軌2、底部驅(qū)動(dòng)電機(jī)3、運(yùn)動(dòng)滑塊4、下弧形連桿6、上弧形連桿5和末端執(zhí)行裝置(圖中未標(biāo)出)，所述直線導(dǎo)軌2固定安放于固定平臺(tái)1上；所述運(yùn)動(dòng)滑塊4與直線導(dǎo)軌2采用圓柱副的形式配合，運(yùn)動(dòng)滑塊4能沿著直線導(dǎo)軌2的軸向方向移動(dòng)，底部驅(qū)動(dòng)電機(jī)3固定裝配在運(yùn)動(dòng)滑塊4上，底部驅(qū)動(dòng)電機(jī)3的輸出軸與下弧形連桿6下端配合，驅(qū)動(dòng)下弧形連桿6繞著底部驅(qū)動(dòng)電機(jī)3輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)；上弧形連桿5下端與下弧形連桿6連接，上端連接末端執(zhí)行裝置；

所述下弧形連桿6(參見圖4)的上表面上設(shè)有長槽15，下弧形連桿6的上端安裝有中段驅(qū)動(dòng)電機(jī)13，中段驅(qū)動(dòng)電機(jī)13的輸出軸連接有齒輪14；

所述上弧形連桿5(參見圖5)的下端設(shè)有突起18，突起18與上弧形連桿的長槽15相配合，上弧形連桿5與下弧形連桿6同圓心，上弧形連桿5的側(cè)面上設(shè)有齒16，該齒16與下弧形連桿的齒輪14相配合；上弧形連桿5的上端設(shè)有支撐桿安裝孔17和絲杠安裝孔19，支撐桿安裝孔17位于設(shè)有齒16的一側(cè)，絲杠安裝孔19位于沒有齒的一側(cè)；

所述末端執(zhí)行裝置(參見圖3)包括末端執(zhí)行電機(jī)7、絲杠固定板8、絲杠9、驅(qū)動(dòng)滑塊10和支撐桿11，所述絲杠固定板8下端與上弧形連桿5的上端固定連接，末端執(zhí)行電機(jī)7固定安裝在絲杠固定板8的上，末端執(zhí)行電機(jī)7的輸出軸與絲杠9的一端連接，絲杠9的另一端與上弧形連桿上的絲杠安裝孔19相配合，通過絲杠安裝孔19將絲杠9與上弧形連桿5連接起來；所述驅(qū)動(dòng)滑塊10與絲杠9配合，支撐桿11一端安裝在驅(qū)動(dòng)滑塊10上，支撐桿11另一端穿過上弧形連桿上的支撐桿安裝孔17，支撐桿11用于安裝動(dòng)平臺(tái)。

本發(fā)明機(jī)器人主要用于外科手術(shù)中，使用時(shí)，可以將固定平臺(tái)固定在床或者類似的醫(yī)護(hù)平臺(tái)上，支撐桿11上安裝動(dòng)平臺(tái)，如電刀12、手術(shù)針、超聲刀等。

本發(fā)明的工作原理及使用方法是：使用時(shí)，運(yùn)動(dòng)滑塊4可以沿著直線導(dǎo)軌2的軸向滑動(dòng)，從而帶動(dòng)底部驅(qū)動(dòng)電機(jī)3移動(dòng)，底部驅(qū)動(dòng)電機(jī)3驅(qū)動(dòng)下弧形連桿6繞其輸出軸的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，中段驅(qū)動(dòng)電機(jī)13驅(qū)動(dòng)齒輪14繞其輸出軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，齒輪14與上弧形連桿的齒16相嚙合，引起上弧形連桿5沿著下弧形連桿6的弧面移動(dòng)；末端執(zhí)行電機(jī)7驅(qū)動(dòng)絲杠9轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)滑塊10沿著絲杠9的軸線移動(dòng)，支撐桿11和電刀12(動(dòng)平臺(tái))一起隨著驅(qū)動(dòng)滑塊10沿著絲杠9的軸線移動(dòng)，從而完成相應(yīng)的手術(shù)動(dòng)作。

本發(fā)明含有弧形移動(dòng)副的外科手術(shù)機(jī)器人，具有4個(gè)自由度，其中兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，兩個(gè)移動(dòng)自由度，具體是，運(yùn)動(dòng)滑塊4沿著直線導(dǎo)軌2做一個(gè)自由度的平動(dòng)，下弧形連桿6繞著底部驅(qū)動(dòng)電機(jī)3做一個(gè)自由度轉(zhuǎn)動(dòng)，上弧形連桿5沿著下弧形連桿6做一個(gè)自由度沿著弧形方向的移動(dòng)，其實(shí)質(zhì)上相當(dāng)于上弧形連桿5繞著下弧形連桿6的圓弧中心轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)滑塊10沿著絲杠9做一個(gè)自由度沿著絲杠軸線方向的移動(dòng)。以滿足各種不同狀況的手術(shù)要求。

本發(fā)明未述及之處適用于現(xiàn)有技術(shù)。