一種基于鋼絲繩傳動的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人用主操作手的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及手術(shù)機(jī)器人領(lǐng)域，特別是一種由鋼絲繩傳動的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人用主操作手。
【背景技術(shù)】
[0002]微創(chuàng)手術(shù)是指通過小切口將細(xì)長腹腔鏡和手術(shù)器械插入患者體內(nèi)，醫(yī)生借助圖像監(jiān)視系統(tǒng)進(jìn)行操作的手術(shù)。微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人主操作手是微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人的重要組成部分，在手術(shù)進(jìn)行中由醫(yī)生進(jìn)行操作，代替人手完成切割、縫合、打結(jié)等一系列手術(shù)動作。
[0003]目前已有產(chǎn)品有瑞士 Force dimens1n公司生產(chǎn)的sigma、omega和delta系列主操作手，該產(chǎn)品主體結(jié)構(gòu)為并聯(lián)機(jī)構(gòu)，其剛度和精度較高，但并聯(lián)機(jī)構(gòu)工作空間有限，且加工裝配精度要求高，價格昂貴。美國Sensable Technologies公司生產(chǎn)的PHANTOM系列主操作手，能為操作者提供力反饋，但其結(jié)構(gòu)剛性較差，反饋力有限。國內(nèi)手術(shù)機(jī)器人起步較晚，目前市場上還沒有較成熟國產(chǎn)產(chǎn)品。
[0004]申請?zhí)枮镃N201410284253的中國專利公開了一種“全被動型六自由度主操作手”，該主操作手為全被動結(jié)構(gòu)，不依靠驅(qū)動電機(jī)實現(xiàn)桿件的重力平衡，通過配重塊實現(xiàn)全部姿態(tài)的重力平衡，但由于沒有設(shè)置驅(qū)動電機(jī)，該主操作手無法提供反饋力，操作人員不能感知手術(shù)工具末端與病灶的接觸，有較大局限性。
[0005]申請?zhí)枮镃N201110313771的中國專利公開了一種“具有力反饋的九自由度微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人主操作手”，該主操作手具有九個自由度并可以通過九組驅(qū)動線在九個自由度上分別施加反饋力，該主操作手九個自由度的驅(qū)動電機(jī)全部前置于底座，導(dǎo)致整個系統(tǒng)過于龐大復(fù)雜，可靠性差，不能體現(xiàn)出驅(qū)動電機(jī)前置的優(yōu)點，即不能減小桿件慣量、提高靈活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)的缺點，提供一種驅(qū)動電機(jī)前置、慣量小、結(jié)構(gòu)緊湊、回差小、靈活度高并且工作空間大的基于鋼絲繩傳動的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人用主操作手。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種基于鋼絲繩傳動的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人用主操作手，它包括基座、第一關(guān)節(jié)傳動機(jī)構(gòu)、第二關(guān)節(jié)傳動機(jī)構(gòu)、第三關(guān)節(jié)傳動機(jī)構(gòu)、腕部傳動機(jī)構(gòu)以及開合機(jī)構(gòu)，
[0009]所述的第一關(guān)節(jié)傳動機(jī)構(gòu)包括自轉(zhuǎn)體絲輪、安裝在所述的基座上的第一關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)和第一轉(zhuǎn)軸，所述的第一關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)的電機(jī)軸上固定有第一固絲輪，所述的第一轉(zhuǎn)軸一端固定連接有第一絲輪并且另一端連接有第一電位器，在所述的自轉(zhuǎn)體絲輪底部固定有自轉(zhuǎn)體，所述的自轉(zhuǎn)體中心軸線與自轉(zhuǎn)體絲輪軸線彼此垂直設(shè)置，自傳體絲輪通過第一轉(zhuǎn)動副旋轉(zhuǎn)的安裝在基座上，第一轉(zhuǎn)動副軸線與自傳體絲輪軸線重合設(shè)置，所述的第一關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)的電機(jī)軸、第一轉(zhuǎn)軸以及自轉(zhuǎn)體絲輪的中心軸線彼此平行，第一傳動鋼絲繩一端與第一固絲輪固定并且另一端繞過第一絲輪、自傳體絲輪后繞回第一固絲輪與第一固絲輪固定相連；
[0010]所述的第二關(guān)節(jié)傳動機(jī)構(gòu)包括第二關(guān)節(jié)軸、安裝在所述的基座上的第二關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)和第二轉(zhuǎn)軸，在所述的第二關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)的電機(jī)軸上固定有第二絲輪，在所述的第二轉(zhuǎn)軸的一端固定連接有第二固絲輪并且另一端固定連接有第三固絲輪，第二電位器與第三固絲輪固連，第二關(guān)節(jié)軸與大臂主動桿一端垂直固連，第二傳動鋼絲繩一端與第二固絲輪固定相連并且另一端繞過第二絲輪，繞回第二固絲輪并與第二固絲輪固定，第三傳動鋼絲繩一端與第三固絲輪固定并且另一端繞過第一導(dǎo)向輪組、第二關(guān)節(jié)軸，繞回第三固絲輪并與第三固絲輪固定相連，所述的第二關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)的電機(jī)軸和第二轉(zhuǎn)軸的中心軸線彼此平行，所述的第二轉(zhuǎn)軸的中心軸線與第二關(guān)節(jié)軸中心軸線彼此垂直設(shè)置，所述的第二關(guān)節(jié)軸旋轉(zhuǎn)的安裝在自轉(zhuǎn)體內(nèi)一端，第二關(guān)節(jié)軸軸線與自傳體回轉(zhuǎn)軸線重合設(shè)置；
[0011]所述第三關(guān)節(jié)傳動機(jī)構(gòu)包括第三關(guān)節(jié)軸、安裝在所述的基座上的第三關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)和第三轉(zhuǎn)軸，在所述的第三關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)的電機(jī)軸上固定有第三絲輪，第三轉(zhuǎn)軸一端固定連接第四固絲輪并且另一端連固定連接第五固絲輪，第三電位器與第五固絲輪固連，大臂輔助桿一端旋轉(zhuǎn)的安裝在自轉(zhuǎn)體另一端，大臂主動桿、大臂輔助桿、第二關(guān)節(jié)軸、自轉(zhuǎn)體共同組成第二轉(zhuǎn)動副，第二轉(zhuǎn)動副軸線與自傳體回轉(zhuǎn)軸線重合設(shè)置，所述第三關(guān)節(jié)軸通過軸承旋轉(zhuǎn)的安裝在大臂輔助桿上，第四傳動鋼絲繩一端與第四固絲輪固定并且另一端繞過第三絲輪，繞回第四固絲輪與第四固絲輪固定，第五傳動鋼絲繩一端與第五固絲輪固定并且另一端順次繞過第二導(dǎo)向輪組、第三關(guān)節(jié)軸，繞回第五固絲輪與第五固絲輪固定，第六傳動鋼絲繩一端與緊絲裝置固定并且另一端順次繞過第三關(guān)節(jié)軸、第四絲輪與緊絲裝置固定；所述的第三關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)和第三轉(zhuǎn)軸的中心軸線彼此平行，所述的第三轉(zhuǎn)軸的中心軸線與第三關(guān)節(jié)軸中心軸線彼此垂直設(shè)置，所述的第三關(guān)節(jié)軸中心軸線與第四絲輪軸線彼此平行；
[0012]所述腕部傳動機(jī)構(gòu)包括小臂桿，小臂桿的兩端分別與大臂主動桿的另一端以及大臂輔助桿的另一端通過第三轉(zhuǎn)動副轉(zhuǎn)動連接，所述的第四絲輪與小臂桿一端固連，第一腕部驅(qū)動電機(jī)固定在小臂桿另一端，第一腕部驅(qū)動電機(jī)的電機(jī)軸與轉(zhuǎn)動安裝在小臂桿另一端的第四轉(zhuǎn)軸固定相連，所述的第四轉(zhuǎn)軸與第一腕部連桿的一端固定相連使兩者組成第四轉(zhuǎn)動副，所述的第一腕部連桿的另一端固定連接有第二腕部驅(qū)動電機(jī)，第二腕部驅(qū)動電機(jī)的電機(jī)軸與第二腕部連桿一端固定相連使兩者組成第五轉(zhuǎn)動副，第四轉(zhuǎn)動副軸線與第五轉(zhuǎn)動副軸線匯交于一點；
[0013]所述的開合機(jī)構(gòu)包括通過第六轉(zhuǎn)動副與第二腕部連桿另一端轉(zhuǎn)動相連的開合驅(qū)動電機(jī)，所述開合驅(qū)動電機(jī)的電機(jī)軸上固定安裝有自轉(zhuǎn)座，所述自轉(zhuǎn)座回轉(zhuǎn)軸線與開合驅(qū)動電機(jī)的電機(jī)軸軸線重合設(shè)置，在自轉(zhuǎn)座上固定安裝有開合連接座，開合手柄分別旋轉(zhuǎn)的安裝在開合連接座上，開合手柄的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動軸線平行設(shè)置，兩開合手柄之間通過彈性元件連接并保持常開狀態(tài)，第四電位器與第一開合手柄固連，開合機(jī)構(gòu)通過第六轉(zhuǎn)動副旋轉(zhuǎn)的安裝在第二腕部連桿一端，第六轉(zhuǎn)動副軸線與第四轉(zhuǎn)動副軸線、第五轉(zhuǎn)動副軸線匯交于一點。
[0014]本發(fā)明一種基于鋼絲繩傳動的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人用主操作手與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:
[0015]1.本發(fā)明采用電機(jī)前置至基座的布局形式，電機(jī)安裝至基座可極大減小主操作手機(jī)構(gòu)各部件的質(zhì)量，進(jìn)而減小了主操作手的轉(zhuǎn)動慣量，有益于提高機(jī)構(gòu)剛性；
[0016]2.機(jī)構(gòu)前三關(guān)節(jié)采用鋼絲繩傳動，有效減小了機(jī)構(gòu)中各部件的體積，使其機(jī)構(gòu)更加緊湊；
[0017]3.采用鋼絲繩傳動，通過適當(dāng)?shù)膹埦o，可有效避免回差問題；
[0018]4.串聯(lián)機(jī)構(gòu)以及合理的關(guān)節(jié)布局，既增大了機(jī)構(gòu)的工作空間又更加符合醫(yī)生的操作習(xí)慣。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明一種基于鋼絲繩傳動的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人用主操作手整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是本發(fā)明一種基于鋼絲繩傳動的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人用主操作手第一關(guān)節(jié)驅(qū)動鋼絲繩導(dǎo)向圖；
[0021]圖3是本發(fā)明一種基于鋼絲繩傳動的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人用主操作手第二關(guān)節(jié)驅(qū)動鋼絲繩導(dǎo)向圖；
[0022]圖4是本發(fā)明一種基于鋼絲繩傳動的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人用主操作手第三關(guān)節(jié)驅(qū)動鋼絲繩導(dǎo)向圖；
[0023]圖5是本發(fā)明一種基于鋼絲繩傳動的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人用主操作手腕部傳動機(jī)構(gòu)和開合機(jī)構(gòu)示意圖；
[0024]圖6-1是本發(fā)明一種基于鋼絲繩傳動的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人用主操作手第一、二、三關(guān)節(jié)裝配示意圖；
[0025]圖6-2是圖6-1所示的結(jié)構(gòu)的A-A剖視圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0027]本發(fā)明的一種基于鋼絲繩傳動的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人用主操作手，它包括基座A、第一關(guān)節(jié)傳動機(jī)構(gòu)、第二關(guān)節(jié)傳動機(jī)構(gòu)、第三關(guān)節(jié)傳動機(jī)構(gòu)、腕部傳動機(jī)構(gòu)以及開合機(jī)構(gòu)，
[0028]所述的第一關(guān)節(jié)傳動機(jī)構(gòu)包括自轉(zhuǎn)體絲輪1-6、安裝在所述的基座上的第一關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)1-1和第一轉(zhuǎn)軸1-4，所述的第一關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)1-1的電機(jī)軸上固定有第一固絲輪1-2，所述的第一轉(zhuǎn)軸一端固定連接有第一絲輪1-3并且另一端連接有第一電位器1-5，在所述的自轉(zhuǎn)體絲輪1-6底部固定有自轉(zhuǎn)體B，所述的自轉(zhuǎn)體B中心軸線與自轉(zhuǎn)體絲輪1-6軸線彼此垂直設(shè)置，自傳體絲輪1-6通過第一轉(zhuǎn)動副Rl旋轉(zhuǎn)的安裝在基座A上，第一轉(zhuǎn)動副Rl軸線與自傳體絲輪1-6軸線重合設(shè)置，所述的第一關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)1-1的電機(jī)軸、第一轉(zhuǎn)軸1-4以及自轉(zhuǎn)體絲輪1-6的中心軸線彼此平行，第一傳動鋼絲繩1-37 —端與第一固絲輪固定并且另一端繞過第一絲輪、自傳體絲輪后繞回第一固絲輪與第一固絲輪固定相連；
[0029]所述的第二關(guān)節(jié)傳動機(jī)構(gòu)包括第二關(guān)節(jié)軸1-14、安裝在所述的基座A上的第二關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)1-7和第二轉(zhuǎn)軸1-10，在所述的第二關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)1-7的電機(jī)軸上固定有第二絲輪1-8，在所述的第二轉(zhuǎn)軸1-10的一端固定連接有第二固絲輪1-9并且另一端固定連接有第三固絲輪1-11，第二電位器1-12與第三固絲輪固連，第二關(guān)節(jié)軸1-14與大臂主動桿1-15—端垂直固連，第二傳動鋼絲繩1-38—端與第二固絲輪1-9固定相連并且另一端繞過第二絲輪1-8，繞回第二固絲輪并與第二固絲輪固定，第三傳動鋼絲繩1-39