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

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種用于微創手術的機器人，具體是一種混聯機械手。

【背景技術】
[0002]微創手術與傳統的開膛手術相比具有如下優點: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恢復正常活動，治療效果等于或高于傳統外科手術方法；術后傷口比傳統外科手術美觀，愈合后疤痕小。而隨著微創手術在臨床手術中的不斷應用和發展，具有更高手術精度和操作便捷性的微創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助微創手術的內窺鏡自動定位系統即AESOP機器人，它采用串聯結構；1998年推出ZEUS微創手術操作機器人，該系統采用主從操作技術；2000年da Vinci系統研制成功并于當年7月經美國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，它已經用于臨床并取得很好的效果。
[0003]但由于現有的微創手術機器人體積較大、結構復雜、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。
實用新型內容
[0004]本實用新型的目的是克服上述【背景技術】中的不足，提供一種用于微創手術的混聯機械手，該機械手應具有結構緊湊、較為靈活、安全性高的特點。
[0005]本實用新型的技術方案是:一種用于微創手術的混聯機械手，其特征在于:該機械手包括圓環形底座、定位在底座上的手術模塊以及并聯連接在底座與手術模塊之間以驅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動副、第一連桿、第二轉動副、第二連桿、第三轉動副、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，第二轉動副軸線與第三轉動副軸線互相平行并且垂直于第一轉動副軸線以及圓柱副旋轉軸線；三個分支機構中所有第一轉動副軸線共軸并且所有圓柱副旋轉軸線均同時相交于第一轉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動副、第一連桿、第二轉動副、第二連桿、第三轉動副、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動副；每個分支機構中，第二轉動副軸線與第三轉動副軸線互相平行并且垂直于第一轉動副軸線、移動副軸線與第四轉動副軸線，移動副軸線也垂直于第四轉動副軸線；三個分支機構中所有第一轉動副軸線共軸并且所有第四轉動副軸線均同時相交于第一轉動副軸線上的一固定點。
[0008]所述手術模塊包括可轉動地定位在所有第一連桿上的手術工具以及用于驅動手術工具旋轉的電機；所述手術工具的轉動軸線與第一轉動副軸線共軸。
[0009]所述手術工具外可轉動地穿套一套筒，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]本實用新型的有益效果是:
[0012]本實用新型采用結構緊湊的混聯機構，不僅可以保證較高的剛度，而且運動累計誤差小于串聯機構，可以提高手術精度；本實用新型可以驅動手術模塊繞切口靈活地運動，不僅可以滿足微創手術的要求，而且可以減小對切口的傷害，安全性較高；本實用新型還可用作教學培訓的模擬手術器具；因此，本實用新型對于提高微創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是本實用新型實施例一的立體結構示意圖。
[0014]圖2是本實用新型實施例一中一個分支機構的示意圖。
[0015]圖3是本實用新型實施例二的立體結構示意圖。
[0016]圖4是本實用新型實施例二中一個分支機構的示意圖。
[0017]圖5是本實用新型工作方式的示意圖。

【具體實施方式】
[0018]以下結合說明書附圖，對本實用新型作進一步說明，但本實用新型并不局限于以下實施例。
[0019]實施例一
[0020]如圖1所示，一種用于微創手術的混聯機械手，包括圓環形底座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以及用于驅動手術工具旋轉的電機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連接在底座與手術模塊之間，可用于驅動手術模塊運動；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動副21、第一連桿11、第二轉動副22、第二連桿12、第三轉動副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，第二轉動副軸線與第三轉動副軸線互相平行并且垂直于第一轉動副軸線與圓柱副旋轉軸線(圓柱副旋轉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動地疊合在一起)，而手術工具則可轉動地插裝在套筒中；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)，同時所有第一轉動副軸線共軸且穿越O點；所述手術工具的轉動軸線與第一轉動副軸線共軸，因此手術工具的轉動軸線也通過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；該手術工具在三個分支機構驅動下進行運動，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動下旋轉。
[0026]上述所有轉動副、圓柱副均由伺服電機(圖中省略)驅動。
[0027]實施例二
[0028]如圖3所示，一種用于微創手術的混聯機械手，包括圓環形底座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以及用于驅動手術工具旋轉的電機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連接在底座與手術模塊之間，可用于驅動手術模塊運動；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動副21、第一連桿11、第二轉動副22、第二連桿12、第三轉動副23、第三連桿13、移動副29、第四連桿14以及第四轉動副24。
[0031]每個分支機構中，第二轉動副軸線與第三轉動副軸線互相平行并且垂直于第一轉動副軸線、移動副軸線與第四轉動副軸線，移動副軸線也垂直于第四轉動副軸線；第一連桿的前端通過套筒5可轉動地定位在一起(圖中顯示三條第一連桿的前端由上往下可轉動地疊合在一起)，而手術工具則可轉動地插裝在套筒中；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)，同時所有第一轉動副軸線共軸且穿越O點；所述手術工具的轉動軸線與第一轉動副軸線共軸，因此手術工具的轉動軸線也通過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；該手術工具在三個分支機構驅動下進行運動，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動下旋轉。
[0034]上述所有轉動副、移動副均由伺服電機(圖中省略)驅動。
【權利要求】
1.一種用于微創手術的混聯機械手，其特征在于:該機械手包括圓環形底座(3^定位在底座上的手術模塊(4)以及并聯連接在底座與手術模塊之間以驅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動副(21)、第一連桿(11^第二轉動副(22^第二連桿(12^第三轉動副(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，第二轉動副軸線與第三轉動副軸線互相平行并且垂直于第一轉動副軸線以及圓柱副旋轉軸線；三個分支機構中所有第一轉動副軸線共軸并且所有圓柱副旋轉軸線均同時相交于第一轉動副軸線上的一固定占.V， 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動副(21)、第一連桿第二轉動副(22^第二連桿(12^第三轉動副(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)以及第四轉動副(24)；每個分支機構中，第二轉動副軸線與第三轉動副軸線互相平行并且垂直于第一轉動副軸線、移動副軸線與第四轉動副軸線，移動副軸線也垂直于第四轉動副軸線；三個分支機構中所有第一轉動副軸線共軸并且所有第四轉動副軸線均同時相交于第一轉動副軸線上的一固定點。
2.根據權利要求1所述的一種用于微創手術的混聯機械手，其特征在于:所述手術模塊包括可轉動地定位在所有第一連桿上的手術工具(4)以及用于驅動手術工具旋轉的電機(6)；所述手術工具的轉動軸線與第一轉動副軸線共軸。
3.根據權利要求2所述的一種用于微創手術的混聯機械手，其特征在于:所述手術工具外可轉動地穿套一套筒(5)，三個分支機構的第一連桿均與該套筒形成第一轉動副。
4.根據權利要求3所述的一種用于微創手術的混聯機械手，其特征在于:所述電機通過支架(61)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】A61B19/00GK204207850SQ201420630999
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2014年10月28日 優先權日:2014年10月28日
【發明者】李秦川, 黃鵬成, 柴馨雪, 陳巧紅 申請人:浙江理工大學