本發(fā)明涉及機器人技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種用于微創(chuàng)手術(shù)的三自由度機器人。

背景技術(shù)：

隨著科技的進步，“微創(chuàng)手術(shù)”這一概念已深入到各類外科領(lǐng)域。微創(chuàng)手術(shù)指的是利用腹腔鏡、胸腔鏡等現(xiàn)代醫(yī)療器械及相關(guān)設(shè)備在人體內(nèi)施行手術(shù)的一種新技術(shù)。由于只需在患者體表切開一個微小的創(chuàng)口，具有疼痛輕，恢復(fù)快、出血少、術(shù)后疤痕小等優(yōu)點，微創(chuàng)手術(shù)被廣泛應(yīng)用于臨床領(lǐng)域。但是，由于創(chuàng)口的限制，微創(chuàng)手術(shù)的實施難度大，對醫(yī)生的經(jīng)驗以及技巧要求高。此外，醫(yī)生的操作方向與目標位置相反，不便協(xié)調(diào)，容易產(chǎn)生誤操作。為克服這些問題，在微創(chuàng)手術(shù)中引入機器人是一個很好的選擇。

在微創(chuàng)手術(shù)中，手術(shù)器械不能擴大患者體表的創(chuàng)口，手術(shù)機器人應(yīng)執(zhí)行繞創(chuàng)口點的兩自由度轉(zhuǎn)動運動和通過創(chuàng)口點的一自由度移動運動，共三個自由度。目前在臨床上使用的微創(chuàng)手術(shù)機器人主要有國外研發(fā)的davinci機器人以及zeus機器人，其體積大、價格昂貴。我國微創(chuàng)手術(shù)機器人的研發(fā)尚處于起步階段，現(xiàn)存的機器人只能用于輔助定位，無法獨立的在臨床應(yīng)用。為提升我國的手術(shù)機器人技術(shù)和微創(chuàng)手術(shù)水平，開發(fā)一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的微創(chuàng)手術(shù)機器人很有必要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種用于微創(chuàng)手術(shù)的三自由度機器人，該手術(shù)機器人應(yīng)具有結(jié)構(gòu)緊湊、精度高等優(yōu)點。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種用于微創(chuàng)手術(shù)的三自由度機器人，包括機架、手術(shù)操作模塊以及連接在機架和手術(shù)操作模塊之間的一個分支；其特征在于：

所述分支由平行四邊形模塊與直線模塊通過轉(zhuǎn)動副連接而成；平行四邊形模塊包括相互平行布置的第一連桿、第四連桿和第五連桿，以及相互平行布置且分別通過轉(zhuǎn)動副同時與第一連桿、第四連桿和第五連桿連接的第二連桿及第三連桿；其中的第一連桿通過第一轉(zhuǎn)動副與機架連接，第四連桿通過其右端的第八轉(zhuǎn)動副、第五連桿通過其右端的第九轉(zhuǎn)動副分別與直線模塊連接；第八轉(zhuǎn)動副和第九轉(zhuǎn)動副中心的連線平行于第二連桿和第三連桿，且與第一轉(zhuǎn)動副軸線交于固定點a；

直線模塊包括相互平行布置且左端分別連接第八轉(zhuǎn)動副及第九轉(zhuǎn)動副的第六連桿與第七連桿，以及兩端分別通過第十轉(zhuǎn)動副及第十一轉(zhuǎn)動副與第六連桿及第七連桿連接的第八連桿；第六連桿的右端與第七連桿的右端分別通過第十轉(zhuǎn)動副及第十二轉(zhuǎn)動副與第二固定塊及第一固定塊連接；

手術(shù)操作模塊包括第一固定塊、第二固定塊以及固定于第一固定塊且通過圓柱副同時與第二固定塊連接的手術(shù)器械。

手術(shù)操作模塊中的第二固定塊通過第十轉(zhuǎn)動副同時與第六連桿和第八連桿相連，第一固定塊通過第十二轉(zhuǎn)動副與第七連桿相連；第十轉(zhuǎn)動副和第十二轉(zhuǎn)動副中心的連線過固定點a。

一種用于微創(chuàng)手術(shù)的三自由度機器人，包括機架、手術(shù)操作模塊以及對稱布置在機架和手術(shù)操作模塊之間的兩個分支；其特征在于：

每個分支由平行四邊形模塊與直線模塊通過轉(zhuǎn)動副連接而成；平行四邊形模塊包括相互平行布置的第一連桿、第四連桿及第五連桿，以及相互平行布置且分別通過轉(zhuǎn)動副同時與第一連桿、第四連桿及第五連桿連接的第二連桿以及第三連桿；其中的第一連桿通過第一轉(zhuǎn)動副與機架連接，第四連桿通過其右端的第八轉(zhuǎn)動副、第五連桿通過其右端的第九轉(zhuǎn)動副分別與直線模塊連接；第八轉(zhuǎn)動副和第九轉(zhuǎn)動副中心的連線平行于第二連桿和第三連桿，且與第一轉(zhuǎn)動副軸線交于固定點a；

直線模塊包括相互平行布置且左端分別連接第八轉(zhuǎn)動副及第九轉(zhuǎn)動副的第六連桿與第七連桿，以及兩端分別通過第十轉(zhuǎn)動副及第十一轉(zhuǎn)動副與第六連桿及第七連桿連接的第八連桿；第六連桿的右端與第七連桿的右端分別通過第十轉(zhuǎn)動副及第十二轉(zhuǎn)動副與第二固定塊及第一固定塊連接；

手術(shù)操作模塊包括第一固定塊、第二固定塊以及固定于第一固定塊且通過圓柱副同時與第二固定塊連接的手術(shù)器械；

一個分支中的第六連桿與另一分支中的第八連桿連接、合并為一整體桿；每個分支中的第十轉(zhuǎn)動副和第十二轉(zhuǎn)動副中心的連線過固定點a。

手術(shù)操作模塊中的第二固定塊通過第十轉(zhuǎn)動副同時與每個分支中的第六連桿和第八連桿相連，第一固定塊通過第十二轉(zhuǎn)動副與每個分支中的第七連桿相連。

第一連桿的軸線與第一轉(zhuǎn)動副的軸線重合，且與其它所有轉(zhuǎn)動副的軸線垂直。

每個分支中，第二連桿通過第二轉(zhuǎn)動副與第一連桿相連，且通過第四轉(zhuǎn)動副與第四連桿相連，還通過第六轉(zhuǎn)動副與第五連桿相連；第三連桿通過第三轉(zhuǎn)動副與第一連桿相連，且通過第五轉(zhuǎn)動副與第四連桿相連，還通過第七轉(zhuǎn)動副與第五連桿相連。

每個分支中，第六連桿通過平行四邊形模塊中的第八轉(zhuǎn)動副與第四連桿相連，又通過第十轉(zhuǎn)動副與第八連桿相連；第七連桿通過平行四邊形模塊中的第九轉(zhuǎn)動副與第五連桿相連，又通過第十一轉(zhuǎn)動副與第八連桿相連；所述第六連桿平行于第七連桿，第八連桿平行于第二連桿和第三連桿。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明提出的機器人可以實現(xiàn)繞固定點的兩自由度轉(zhuǎn)動運動以及通過固定點的一自由度移動運動，具有結(jié)構(gòu)緊湊、精度高等優(yōu)點，適用于微創(chuàng)手術(shù)領(lǐng)域。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例一的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明實施例二的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為分支的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為手術(shù)操作模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明作進一步說明，但本發(fā)明并不局限于以下實施例。

實施例一

如圖1，3，4所示，一種用于微創(chuàng)手術(shù)的三自由度機器人，包括機架1、手術(shù)操作模塊以及連接在機架和手術(shù)操作模塊之間的一個分支。

分支由平行四邊形模塊和直線模塊通過轉(zhuǎn)動副連接而成；平行四邊形模塊包括第一轉(zhuǎn)動副2、第一連桿3、第二轉(zhuǎn)動副4、第三轉(zhuǎn)動副5、第二連桿6、第三連桿7、第四轉(zhuǎn)動副8、第五轉(zhuǎn)動副9、第六轉(zhuǎn)動副10、第七轉(zhuǎn)動副11、第四連桿12、第五連桿13、第八轉(zhuǎn)動副14和第九轉(zhuǎn)動副15；第一連桿通過第一轉(zhuǎn)動副與機架相連；第二連桿通過第二轉(zhuǎn)動副與第一連桿相連，且通過第四轉(zhuǎn)動副與第四連桿相連，又通過第六轉(zhuǎn)動副與第五連桿相連；第三連桿通過第三轉(zhuǎn)動副與第一連桿相連，且通過第五轉(zhuǎn)動副與第四連桿相連，又通過第七轉(zhuǎn)動副與第五連桿相連。第一連桿平行于第四連桿和第五連桿；第八轉(zhuǎn)動副和第九轉(zhuǎn)動副中心的連線平行于第二連桿和第三連桿，且與第一轉(zhuǎn)動副軸線交于固定點a。

直線模塊包括第六連桿16、第七連桿17、第八連桿18、第十轉(zhuǎn)動副19、第十一轉(zhuǎn)動副20和第十二轉(zhuǎn)動副21；第六連桿通過平行四邊形模塊中的第八轉(zhuǎn)動副與第四連桿相連，又通過第十轉(zhuǎn)動副與第八連桿相連；第七連桿通過平行四邊形模塊中的第九轉(zhuǎn)動副與第五連桿相連，又通過第十一轉(zhuǎn)動副與第八連桿相連；所述第六連桿平行于第七連桿，第八連桿平行于第二連桿和第三連桿。

手術(shù)操作模塊包括第一固定塊22、第二固定塊23、圓柱副24和手術(shù)器械25；手術(shù)器械固定在第一固定塊上，與第二固定塊通過圓柱副連接。手術(shù)操作模塊中的第二固定塊通過第十轉(zhuǎn)動副同時與分支中的第六連桿和第八連桿相連，第一固定塊通過第十二轉(zhuǎn)動副與分支中的第七連桿相連；第十轉(zhuǎn)動副為復(fù)合鉸鏈；第十轉(zhuǎn)動副和第十二轉(zhuǎn)動副中心的連線過固定點a。

本實施例中，驅(qū)動副可選取第一轉(zhuǎn)動副、第二轉(zhuǎn)動副和第八轉(zhuǎn)動副，驅(qū)動方式可選用伺服減速機(圖中省略)。通過減速機驅(qū)動，手術(shù)器械可以實現(xiàn)繞固定點a的兩自由度轉(zhuǎn)動運動以及通過固定點a的一自由度移動運動。

實施例二

如圖2，3，4所示，一種用于微創(chuàng)手術(shù)的三自由度機器人，包括機架1、手術(shù)操作模塊以及連接在機架和手術(shù)操作模塊之間的兩個分支。

每個分支由平行四邊形模塊和直線模塊通過轉(zhuǎn)動副連接而成；平行四邊形模塊包括第一轉(zhuǎn)動副2、第一連桿3、第二轉(zhuǎn)動副4、第三轉(zhuǎn)動副5、第二連桿6、第三連桿7、第四轉(zhuǎn)動副8、第五轉(zhuǎn)動副9、第六轉(zhuǎn)動副10、第七轉(zhuǎn)動副11、第四連桿12、第五連桿13、第八轉(zhuǎn)動副14和第九轉(zhuǎn)動副15；第一連桿通過第一轉(zhuǎn)動副與機架相連；第二連桿通過第二轉(zhuǎn)動副與第一連桿相連，且通過第四轉(zhuǎn)動副與第四連桿相連，又通過第六轉(zhuǎn)動副與第五連桿相連；第三連桿通過第三轉(zhuǎn)動副與第一連桿相連，且通過第五轉(zhuǎn)動副與第四連桿相連，又通過第七轉(zhuǎn)動副與第五連桿相連。第一連桿平行于第四連桿和第五連桿；第八轉(zhuǎn)動副和第九轉(zhuǎn)動副中心的連線平行于第二連桿和第三連桿，且與第一轉(zhuǎn)動副軸線交于固定點a。

直線模塊包括第六連桿16、第七連桿17、第八連桿18、第十轉(zhuǎn)動副19、第十一轉(zhuǎn)動副20和第十二轉(zhuǎn)動副21；第六連桿通過平行四邊形模塊中的第八轉(zhuǎn)動副與第四連桿相連，又通過第十轉(zhuǎn)動副與第八連桿相連；第七連桿通過平行四邊形模塊中的第九轉(zhuǎn)動副與第五連桿相連，又通過第十一轉(zhuǎn)動副與第八連桿相連；所述第六連桿平行于第七連桿，第八連桿平行于第二連桿和第三連桿。

手術(shù)操作模塊包括第一固定塊22、第二固定塊23、圓柱副24和手術(shù)器械25；手術(shù)器械固定在第一固定塊上，與第二固定塊通過圓柱副連接。手術(shù)操作模塊中的第二固定塊通過第十轉(zhuǎn)動副同時與分支中的第六連桿和第八連桿相連，第一固定塊通過第十二轉(zhuǎn)動副與分支中的第七連桿相連。一個分支中的第六連桿與另一分支中的第八連桿重合，合并為一整體桿。第十轉(zhuǎn)動副和第十二轉(zhuǎn)動副均為復(fù)合鉸鏈，其中心的連線過固定點a。

本實施例中，驅(qū)動副可選取兩個分支中的第二轉(zhuǎn)動副以及一個分支中的第一轉(zhuǎn)動副，驅(qū)動方式可選用伺服減速機(圖中省略)。通過減速機驅(qū)動，手術(shù)器械可以實現(xiàn)繞固定點a的兩自由度轉(zhuǎn)動運動以及通過固定點a的一自由度移動運動。