一種用于微創(chuàng)手術(shù)的混聯(lián)機(jī)械手的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種用于微創(chuàng)手術(shù)的混聯(lián)機(jī)械手。目的是提供的機(jī)械手應(yīng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、較為靈活、安全性高的特點(diǎn)。技術(shù)方案是：一種用于微創(chuàng)手術(shù)的混聯(lián)機(jī)械手，其特征在于：該機(jī)械手包括圓環(huán)形底座、定位在底座上的手術(shù)模塊以及并聯(lián)連接在底座與手術(shù)模塊之間以驅(qū)動手術(shù)模塊運(yùn)動的三個分支機(jī)構(gòu)。
【專利說明】一種用于微創(chuàng)手術(shù)的混聯(lián)機(jī)械手

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種用于微創(chuàng)手術(shù)的機(jī)器人，具體是一種混聯(lián)機(jī)械手。

【背景技術(shù)】
[0002]微創(chuàng)手術(shù)與傳統(tǒng)的開膛手術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn):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(shù)后的痛苦，病人康復(fù)較快并且可在術(shù)后短期內(nèi)恢復(fù)正?；顒樱委熜Ч扔诨蚋哂趥鹘y(tǒng)外科手術(shù)方法；術(shù)后傷口比傳統(tǒng)外科手術(shù)美觀，愈合后疤痕小。而隨著微創(chuàng)手術(shù)在臨床手術(shù)中的不斷應(yīng)用和發(fā)展，具有更高手術(shù)精度和操作便捷性的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人也應(yīng)運(yùn)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(shù)的內(nèi)窺鏡自動定位系統(tǒng)即AESOP機(jī)器人，它采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)；1998年推出ZEUS微創(chuàng)手術(shù)操作機(jī)器人，該系統(tǒng)采用主從操作技術(shù)；2000年da Vinci系統(tǒng)研制成功并于當(dāng)年7月經(jīng)美國FDA批準(zhǔn)成為允許在臨床使用的第一個合法的商品化手術(shù)機(jī)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(shù)機(jī)器人體積較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制繁瑣、費(fèi)用較高，在推廣應(yīng)用時還受到較多局限，需要進(jìn)一步改進(jìn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是克服上述【背景技術(shù)】中的不足，提供一種用于微創(chuàng)手術(shù)的混聯(lián)機(jī)械手，該機(jī)械手應(yīng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、較為靈活、安全性高的特點(diǎn)。
[0005]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種用于微創(chuàng)手術(shù)的混聯(lián)機(jī)械手，其特征在于:該機(jī)械手包括圓環(huán)形底座、定位在底座上的手術(shù)模塊以及并聯(lián)連接在底座與手術(shù)模塊之間以驅(qū)動手術(shù)模塊運(yùn)動的三個分支機(jī)構(gòu)；
[0006]所述每個分支機(jī)構(gòu)包括依次連接在手術(shù)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(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)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(diǎn)；
[0007]或者，所述每個分支機(jī)構(gòu)包括依次連接在手術(shù)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(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)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(diǎn)。
[0008]所述手術(shù)模塊包括可轉(zhuǎn)動地定位在所有第一連桿上的手術(shù)工具以及用于驅(qū)動手術(shù)工具旋轉(zhuǎn)的電機(jī)；所述手術(shù)工具的轉(zhuǎn)動軸線與第一轉(zhuǎn)動副軸線共軸。
[0009]所述手術(shù)工具外可轉(zhuǎn)動地穿套一套筒，三個分支機(jī)構(gòu)的第一連桿均與該套筒形成第一轉(zhuǎn)動副。
[0010]所述電機(jī)通過支架固定在其中一個分支機(jī)構(gòu)的第一連桿上，支架又與所述套筒固定。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果是:
[0012]本實(shí)用新型采用結(jié)構(gòu)緊湊的混聯(lián)機(jī)構(gòu)，不僅可以保證較高的剛度，而且運(yùn)動累計(jì)誤差小于串聯(lián)機(jī)構(gòu)，可以提高手術(shù)精度；本實(shí)用新型可以驅(qū)動手術(shù)模塊繞切口靈活地運(yùn)動，不僅可以滿足微創(chuàng)手術(shù)的要求，而且可以減小對切口的傷害，安全性較高；本實(shí)用新型還可用作教學(xué)培訓(xùn)的模擬手術(shù)器具；因此，本實(shí)用新型對于提高微創(chuàng)手術(shù)的進(jìn)一步推廣具有重要意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例一的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例一中一個分支機(jī)構(gòu)的示意圖。
[0015]圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例二的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例二中一個分支機(jī)構(gòu)的示意圖。
[0017]圖5是本實(shí)用新型工作方式的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合說明書附圖，對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明，但本實(shí)用新型并不局限于以下實(shí)施例。
[0019]實(shí)施例一
[0020]如圖1所示，一種用于微創(chuàng)手術(shù)的混聯(lián)機(jī)械手，包括圓環(huán)形底座3、手術(shù)模塊以及三個分支機(jī)構(gòu)。
[0021]所述手術(shù)模塊定位在底座上方，包括手術(shù)工具4以及用于驅(qū)動手術(shù)工具旋轉(zhuǎn)的電機(jī)6 ;所述手術(shù)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(shù)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(jī)構(gòu)并聯(lián)連接在底座與手術(shù)模塊之間，可用于驅(qū)動手術(shù)模塊運(yùn)動；每個分支機(jī)構(gòu)均為五自由度機(jī)械臂，包括由上往下依次連接在手術(shù)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(jī)構(gòu)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(shù)工具則可轉(zhuǎn)動地插裝在套筒中；電機(jī)通過支架61固定在其中一個分支機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)的所有圓柱副軸線相交于O點(diǎn)(O點(diǎn)表示手術(shù)時人體上的切口位置，即前述固定點(diǎn))，同時所有第一轉(zhuǎn)動副軸線共軸且穿越O點(diǎn)；所述手術(shù)工具的轉(zhuǎn)動軸線與第一轉(zhuǎn)動副軸線共軸，因此手術(shù)工具的轉(zhuǎn)動軸線也通過O點(diǎn)。
[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(shù)工具穿過穿刺套管后伸入人體內(nèi)；該手術(shù)工具在三個分支機(jī)構(gòu)驅(qū)動下進(jìn)行運(yùn)動，包括以切口位置作為原點(diǎn)(即前述的固定點(diǎn))的擺動以及沿著手術(shù)工具軸線方向的伸縮，同時手術(shù)工具還可在電機(jī)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(jī)(圖中省略)驅(qū)動。
[0027]實(shí)施例二
[0028]如圖3所示，一種用于微創(chuàng)手術(shù)的混聯(lián)機(jī)械手，包括圓環(huán)形底座3、手術(shù)模塊以及三個分支機(jī)構(gòu)。
[0029]所述手術(shù)模塊定位在底座上方，包括手術(shù)工具4以及用于驅(qū)動手術(shù)工具旋轉(zhuǎn)的電機(jī)6 ;所述手術(shù)工具一般為腹腔鏡器械，并且手術(shù)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(jī)構(gòu)并聯(lián)連接在底座與手術(shù)模塊之間，可用于驅(qū)動手術(shù)模塊運(yùn)動；每個分支機(jī)構(gòu)均為五自由度機(jī)械臂，包括由上往下依次連接在手術(shù)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(jī)構(gòu)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(shù)工具則可轉(zhuǎn)動地插裝在套筒中；電機(jī)通過支架61固定在其中一個分支機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)的所有第四轉(zhuǎn)動副軸線相交于O點(diǎn)(O點(diǎn)表示手術(shù)時人體上的切口位置，即前述固定點(diǎn))，同時所有第一轉(zhuǎn)動副軸線共軸且穿越O點(diǎn)；所述手術(shù)工具的轉(zhuǎn)動軸線與第一轉(zhuǎn)動副軸線共軸，因此手術(shù)工具的轉(zhuǎn)動軸線也通過O點(diǎn)。
[0033]如圖5所示，人體的切口位置9放有穿刺套管7，手術(shù)工具穿過穿刺套管后伸入人體內(nèi)；該手術(shù)工具在三個分支機(jī)構(gòu)驅(qū)動下進(jìn)行運(yùn)動，包括以切口位置作為原點(diǎn)的擺動以及沿著手術(shù)工具軸線方向的伸縮，同時手術(shù)工具還可在電機(jī)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(jī)(圖中省略)驅(qū)動。
【權(quán)利要求】
1.一種用于微創(chuàng)手術(shù)的混聯(lián)機(jī)械手，其特征在于:該機(jī)械手包括圓環(huán)形底座(3^定位在底座上的手術(shù)模塊(4)以及并聯(lián)連接在底座與手術(shù)模塊之間以驅(qū)動手術(shù)模塊運(yùn)動的三個分支機(jī)構(gòu)； 所述每個分支機(jī)構(gòu)包括依次連接在手術(shù)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(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)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.V， 或者，所述每個分支機(jī)構(gòu)包括依次連接在手術(shù)模塊與底座之間的第一轉(zhuǎn)動副(21)、第一連桿第二轉(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(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)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(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于微創(chuàng)手術(shù)的混聯(lián)機(jī)械手，其特征在于:所述手術(shù)模塊包括可轉(zhuǎn)動地定位在所有第一連桿上的手術(shù)工具(4)以及用于驅(qū)動手術(shù)工具旋轉(zhuǎn)的電機(jī)(6)；所述手術(shù)工具的轉(zhuǎn)動軸線與第一轉(zhuǎn)動副軸線共軸。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用于微創(chuàng)手術(shù)的混聯(lián)機(jī)械手，其特征在于:所述手術(shù)工具外可轉(zhuǎn)動地穿套一套筒(5)，三個分支機(jī)構(gòu)的第一連桿均與該套筒形成第一轉(zhuǎn)動副。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種用于微創(chuàng)手術(shù)的混聯(lián)機(jī)械手，其特征在于:所述電機(jī)通過支架(61)固定在其中一個分支機(jī)構(gòu)的第一連桿上，支架又與所述套筒固定。
【文檔編號】A61B19/00GK204207850SQ201420630999
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)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(xué)