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】本發(fā)明涉及一種用于微創(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(dòng)手術(shù)模塊運(yùn)動(dòng)的三個(gè)分支機(jī)構(gòu)。
【專利說(shuō)明】—種用于微創(chuàng)手術(shù)的混聯(lián)機(jī)械手

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于微創(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(kāi)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?dòng)，治療效果等于或高于傳統(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(guó)Computer Mot1n公司研制了第一臺(tái)協(xié)助微創(chuàng)手術(shù)的內(nèi)窺鏡自動(dòng)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(guó)FDA批準(zhǔn)成為允許在臨床使用的第一個(gè)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(shí)還受到較多局限，需要進(jìn)一步改進(jìn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服上述【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]本發(fā)明的技術(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(dòng)手術(shù)模塊運(yùn)動(dòng)的三個(gè)分支機(jī)構(gòu)；
[0006]所述每個(gè)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(dòng)副、第一連桿、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副、第二連桿、第三轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)分支機(jī)構(gòu)中，第二轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與第三轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線互相平行并且垂直于第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線以及圓柱副旋轉(zhuǎn)軸線；三個(gè)分支機(jī)構(gòu)中所有第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線共軸并且所有圓柱副旋轉(zhuǎn)軸線均同時(shí)相交于第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線上的一固定點(diǎn)；
[0007]或者，所述每個(gè)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(dòng)副、第一連桿、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副、第二連桿、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副、作為移動(dòng)副滑桿的第三連桿、作為移動(dòng)副滑套的第四連桿以及第四轉(zhuǎn)動(dòng)副；每個(gè)分支機(jī)構(gòu)中，第二轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與第三轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線互相平行并且垂直于第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線、移動(dòng)副軸線與第四轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線，移動(dòng)副軸線也垂直于第四轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線；三個(gè)分支機(jī)構(gòu)中所有第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線共軸并且所有第四轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均同時(shí)相交于第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線上的一固定點(diǎn)。
[0008]所述手術(shù)模塊包括可轉(zhuǎn)動(dòng)地定位在所有第一連桿上的手術(shù)工具以及用于驅(qū)動(dòng)手術(shù)工具旋轉(zhuǎn)的電機(jī)；所述手術(shù)工具的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線共軸。
[0009]所述手術(shù)工具外可轉(zhuǎn)動(dòng)地穿套一套筒，三個(gè)分支機(jī)構(gòu)的第一連桿均與該套筒形成第一轉(zhuǎn)動(dòng)副。
[0010]所述電機(jī)通過(guò)支架固定在其中一個(gè)分支機(jī)構(gòu)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(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(dòng)累計(jì)誤差小于串聯(lián)機(jī)構(gòu)，可以提高手術(shù)精度；本發(fā)明可以驅(qū)動(dòng)手術(shù)模塊繞切口靈活地運(yùn)動(dòng)，不僅可以滿足微創(chuàng)手術(shù)的要求，而且可以減小對(duì)切口的傷害，安全性較高；本發(fā)明還可用作教學(xué)培訓(xùn)的模擬手術(shù)器具；因此，本發(fā)明對(duì)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(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2是本發(fā)明實(shí)施例一中一個(gè)分支機(jī)構(gòu)的示意圖。
[0015]圖3是本發(fā)明實(shí)施例二的立體結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖4是本發(fā)明實(shí)施例二中一個(gè)分支機(jī)構(gòu)的示意圖。
[0017]圖5是本發(fā)明工作方式的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但本發(fā)明并不局限于以下實(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(gè)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(dòng)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(kāi)刀、分離鉗、沖洗器、內(nèi)窺鏡)，并且手術(shù)工具的下端通過(guò)底座的中部空腔31后伸入底座下方。
[0022]所述三個(gè)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(dòng)手術(shù)模塊運(yùn)動(dòng)；每個(gè)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(dòng)副21、第一連桿11、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副22、第二連桿12、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副23、第三連桿13、圓柱副29(圓柱副中的鉸接套與滑桿同時(shí)保持鉸接和滑動(dòng)配合，鉸接軸線與滑動(dòng)方向一致)以及作為圓柱副滑桿的第四連桿14。
[0023]每個(gè)分支機(jī)構(gòu)中，第二轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與第三轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線互相平行并且垂直于第一轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)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(guò)套筒5可轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)地疊合在一起)，而手術(shù)工具則可轉(zhuǎn)動(dòng)地插裝在套筒中；電機(jī)通過(guò)支架61固定在其中一個(gè)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(dòng)又可滑動(dòng)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(gè)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(shí)人體上的切口位置，即前述固定點(diǎn))，同時(shí)所有第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線共軸且穿越O點(diǎn)；所述手術(shù)工具的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線共軸，因此手術(shù)工具的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線也通過(guò)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(guò)穿刺套管后伸入人體內(nèi)；該手術(shù)工具在三個(gè)分支機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，包括以切口位置作為原點(diǎn)(即前述的固定點(diǎn))的擺動(dòng)以及沿著手術(shù)工具軸線方向的伸縮，同時(shí)手術(shù)工具還可在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)。
[0026]上述所有轉(zhuǎn)動(dòng)副、圓柱副均由伺服電機(jī)(圖中省略)驅(qū)動(dòng)。
[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(gè)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(dòng)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(gè)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(dòng)手術(shù)模塊運(yùn)動(dòng)；每個(gè)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(dòng)副21、第一連桿11、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副22、第二連桿12、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副23、第三連桿13、移動(dòng)副29、第四連桿14以及第四轉(zhuǎn)動(dòng)副24。
[0031]每個(gè)分支機(jī)構(gòu)中，第二轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與第三轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線互相平行并且垂直于第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線、移動(dòng)副軸線與第四轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線，移動(dòng)副軸線也垂直于第四轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線；第一連桿的前端通過(guò)套筒5可轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)地疊合在一起)，而手術(shù)工具則可轉(zhuǎn)動(dòng)地插裝在套筒中；電機(jī)通過(guò)支架61固定在其中一個(gè)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(dòng)副中，第三連桿可滑動(dòng)地定位在第四連桿中(第三連桿作為移動(dòng)副的滑桿并且第四連桿作為移動(dòng)副的滑套)；三個(gè)分支機(jī)構(gòu)的所有第四轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線相交于O點(diǎn)(O點(diǎn)表示手術(shù)時(shí)人體上的切口位置，即前述固定點(diǎn))，同時(shí)所有第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線共軸且穿越O點(diǎn)；所述手術(shù)工具的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線共軸，因此手術(shù)工具的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線也通過(guò)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(guò)穿刺套管后伸入人體內(nèi)；該手術(shù)工具在三個(gè)分支機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)下進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，包括以切口位置作為原點(diǎn)的擺動(dòng)以及沿著手術(shù)工具軸線方向的伸縮，同時(shí)手術(shù)工具還可在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下旋轉(zhuǎn)。
[0034]上述所有轉(zhuǎn)動(dòng)副、移動(dòng)副均由伺服電機(jī)(圖中省略)驅(qū)動(dòng)。
【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(dòng)手術(shù)模塊運(yùn)動(dòng)的三個(gè)分支機(jī)構(gòu)； 所述每個(gè)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(dòng)副(21)、第一連桿(11)、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副(22)、第二連桿(12)、第三轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)分支機(jī)構(gòu)中，第二轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與第三轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線互相平行并且垂直于第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線以及圓柱副旋轉(zhuǎn)軸線；三個(gè)分支機(jī)構(gòu)中所有第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線共軸并且所有圓柱副旋轉(zhuǎn)軸線均同時(shí)相交于第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線上的一固定占.或者，所述每個(gè)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(dòng)副(21)、第一連桿(11)、第二轉(zhuǎn)動(dòng)副(22)、第二連桿(12)、第三轉(zhuǎn)動(dòng)副(23)、作為移動(dòng)副(29)滑桿的第三連桿(13)、作為移動(dòng)副滑套的第四連桿(14)以及第四轉(zhuǎn)動(dòng)副(24);每個(gè)分支機(jī)構(gòu)中，第二轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線與第三轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線互相平行并且垂直于第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線、移動(dòng)副軸線與第四轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線，移動(dòng)副軸線也垂直于第四轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線；三個(gè)分支機(jī)構(gòu)中所有第一轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線共軸并且所有第四轉(zhuǎn)動(dòng)副軸線均同時(shí)相交于第一轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)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(dòng)手術(shù)工具旋轉(zhuǎn)的電機(jī)(6);所述手術(shù)工具的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與第一轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)地穿套一套筒(5)，三個(gè)分支機(jī)構(gòu)的第一連桿均與該套筒形成第一轉(zhuǎn)動(dòng)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(guò)支架￠1)固定在其中一個(gè)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(hào)】A61B19/00GK104398303SQ201410586568
【公開(kāi)日】2015年3月11日 申請(qǐng)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(qǐng)人:浙江理工大學(xué)