專利名稱：一種手術機器人手臂的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種手術機器人手臂，屬于醫療設備領域。它適用于微創手術的醫療設備。
背景技術：
隨著機器人技術的應用和發展，特別是計算技術的發展，醫用手術機器人在臨床中的作用越來越受到人們的重視。微創手術技術的應用是二十世紀外科手術領域的一大革命，它的應用使得大部分的外科手術告別了開放式的手術模式。同傳統的開放式手術相比較，微創手術只是在病人的身體上開很小的切口來進行手術操作，具有手術創傷小，減輕病人痛苦，加快病人術后恢復，降低手術費用，減少術后并發癥等優點。因此，受到了醫生和患者的普遍歡迎，有著廣闊的應用前景。手術機器人機械手臂作為微創手術的輔助設備，在外科手術中發揮了越來越重要的作用。
外科手術機器人一般由主從操作手(包括左手和右手)。主手從手采用相同結構，也可以采用不相同結構，即主從手術手異構結構。主手從手采用相同結構的外科手術機器人系統比較簡單，但操作不方便，手術花費時間長。因此手術操作系統的從操作手應該根據微創手術的需求來設計的，而主操作手則應該根據方便操作的要求來設計。目前發展的方向是采用主從手術操作手異構結構，這樣就使外科手術機器人系統更為人性化，方便外科醫生操作，減少手術時間，降低手術失誤可能性，提高手術質量。
微創手術要求手術創口小，因此，從手的設計必須要求占用體積小，手術刀的直徑比較小。同時要求從手在占用體積小的情況下運動必須靈活，精確度高，路徑軌跡容易實現。美國Intuitive Surgical公司的Da Vinci系統和Co即uter Motion公司的ZEUS系統是目前國外已進入臨床使用階段的微創手術機器人。瑞士洛桑大學研制出一種腦外科手術機器人，可以完成病人頭部的皮膚切開、在頭蓋骨上鉆孔、刺穿腦膜、切除腦腫瘤等工作。在國內，北京航空航天大學機器人研究所與解放軍海軍總醫院研制的基于立體定向技術的腦外科手術機器人系統，利用互聯網和一個與洗衣機大小相仿的遠程腦外科手術機器人，成功地為延安一名腦出血患者進行了手術。該系統是國內首臺，也是唯一的一臺實際應用于臨床治療中的外科手術機器人系統；天津大學自主研制開發的主從遙操作顯微外科手術機器人"妙手"系統，可完成直徑為l毫米以下的微細血管的剝離、剪切、修整、縫合和打結等各種手術操作，代表了國內外顯微外科手術機器人的最高技術水平；哈爾濱工程大的主被動式內鏡操作手術機器人可實現內鏡在插入點皮膚的約束下運動，以便
獲得手術部位的最佳圖象。但這些系統存在結構較復雜，加工復雜等缺點。
發明內容
本發明的目的是針對現有技術的不足而提供一種手術機器人手臂，其特點是該手術機器人手臂具有體積較小、結構緊湊、操作靈活和結構易于實現。
本發明的目的由以下技術實現手術機器人手臂
該手術機器人手臂依次由手術刀進給機構、手腕關節、平行四邊形機構、平行四邊形轉動關節、小臂一、小臂一轉動關節、大臂、大臂轉動關節連接構成。手術刀進給機構包括絲杠、電動機減速器、電動機二、滑塊、兩根圓形導軌和連接支架；手腕關節包括球碗、三根驅動連桿和手腕關節驅動器；平行四邊形機構包括轉軸套、驅動臂、平行四邊行連桿一、平行四邊行連桿二、連桿支座和平行四邊形轉動關節；小臂一轉動機構包括小臂一和小臂一轉動關節，大臂轉動機構包括大臂和大臂轉動關節，小臂一、大臂為圓形空心管件平行四邊形轉動關節、小臂一轉動關節、大臂轉動關節結構相同。
手術刀進給機構的兩根圓形導軌的一端對稱固定在連接支架上，兩根圓形導軌的另一端固定在電動機減速器上；電動機減速器一側與電動機二連接，電動機減速器的輸出軸上安裝絲杠，絲杠另一端用連接支架支撐；滑塊安裝在兩根圓形導軌上，由絲杠驅動；滑塊上開有階梯槽用來固定安裝手術刀，手術刀的刀身穿過連接支架的導向孔。
手術刀進給機構的電動機減速器安裝在手腕關節的球碗上，球碗與手腕關節驅動器之間為球關節連接，手腕關節驅動器通過三根驅動連桿驅動球碗；手腕關節驅動器安裝在小臂二上。
平行四邊形機構的轉軸套內通過兩個深溝球軸承安裝在轉軸上；用螺母固定兩個深溝
球軸承；轉軸套端面安裝端蓋；小臂二和平行四邊形連桿一安裝在轉軸套上；平行四邊形連桿一與平行四邊形連桿二連接；平行四邊形連桿二通過芯軸和兩個深溝球軸承安裝在連
桿支座上；連桿支座一端安裝在平行四邊形轉動關節上，另一端在安裝小臂一上；轉軸大端用內六角螺釘固定安裝端頭連接座；端頭連接座與驅動臂連接，驅動臂通過端頭連接座與平行四邊形轉動關節連接。
小臂一通過端頭連接座安裝在小臂一轉動關節上；小臂一轉動關節另一側通過端頭連接座連接在大臂上；大臂通過端頭連接座連接在大臂轉動關節上；大臂轉動關節通過端頭
5連接座和支撐臂安裝在基座上。
平行四邊形轉動關節、小臂一轉動關節、大臂轉動關節的電動機和電動機減速器安裝在電機支架上，電機支架用內六角螺釘固定在軸承座上，軸承座通過兩個圓錐滾子軸承安裝到轉動軸上，轉動軸通過內六角螺釘安裝在支撐座上；電動機減速器的輸出軸安裝到轉動軸的內孔中，帶動轉動軸轉動；用螺母固定轉動軸上的兩個圓錐滾子軸承。
本發明具有如下的優點
1、 體積較小、結構緊湊；
2、 具有冗余的7+l自由度，操作靈活；
3、 平行四邊形機構可以在保證位置機構運動時，末端工具只發生位置的改變而姿態不發生變化；
4、 姿態機構，采用三軸交匯于一點RCM(Remote Center-of-motion)的結構，可以保證末端工具能以某個固定點為中心產生大范圍的角度調整。
圖1為手術機器人手臂結構示意圖。圖2為手術刀進給機構示意圖。圖3為平行四邊行機構B-B剖面圖。圖4為平行四邊行機構C-C剖面圖。圖5為轉動關節A-A剖面圖。
1.基座、2.支撐臂、3.5.7.9.13.23.端頭連接座、4.大臂轉動關節、6.大臂、8.小臂一轉動關節、IO.小臂一、11.連桿支座、12.平行四邊形轉動關節、14.驅動臂、15.手術刀進給機構、16.手術刀、17.球碗、18.驅動連桿、19.手腕關節驅動器、20.小臂二、2L轉動關節、22.平行四邊行連桿一、24.平行四邊行連桿二、 25.電動機、26.44.電動機減速器、27.電機支架、28. 36.42.內六角螺釘、29.支撐座、30.轉動軸、31.圓錐滾子軸承、32.軸承座、33.40.螺母、34.芯軸、35.39.深溝球軸承、37.轉軸、38.轉軸套、41.端蓋、43.絲杠、45.電動機二、 46.滑塊、47.圓形導軌、48.連接支架。
具體實施例方式
下面通過實施例對本發明進行具體的描述，有必要在此指出的是本實施例只用于對發明進行進一步說明，但不能理解為對本發明保護范圍的限制，該領域的技術熟練人員可以根據上述發明的內容作出一些非本質的改進和調整。
實施例本發明的結構如圖1所示該手術機器人手臂該手術機器人手臂依次由手術刀進給機構、手腕關節、平行四邊形機構、平行四邊形轉動關節、小臂一、小臂一轉動關節、大臂、大臂轉動關節連接構成。手術刀進給機構15包括絲杠43、電動機減速器44、電動機二45、滑塊46、兩根圓形導軌47和連接支架48;手腕關節包括球碗17、三根驅動連桿18和手腕關節驅動器19;平行四邊形機構包括轉軸套38、驅動臂14、平行四邊行連桿一22、平行四邊行連桿二24、連桿支座11和平行四邊形轉動關節12;小臂一轉動機構包括小臂一10和小臂一轉動關節8，大臂轉動機構包括大臂9和大臂轉動關節4，小臂一IO、大臂9為圓形空心管件；平行四邊形轉動關節12、小臂一轉動關節8、大臂轉動關節4結構相同。手術刀進給機構的電動機減速器44安裝在手腕關節的球碗17上，球碗與手腕關節驅動器19之間為球關節連接，手腕關節驅動器通過三根驅動連桿18驅動球碗；手腕關節驅動器安裝在小臂二 20上。小臂一 10通過端頭連接座9安裝在小臂一轉動關節8上；小臂一轉動關節8另一側通過端頭連接座7連接在大臂6上；大臂6通過端頭連接座5連接在大臂轉動關節4上；大臂轉動關節4通過端頭連接座3和支撐臂2安裝在基座1上。
手術刀進給機構如圖2所示，手術刀進給機構15的兩根圓形導軌47的一端對稱固定在連接支架48上，兩根圓形導軌47的另一端固定在電動機減速器44上；電動機減速器一側與電動機二45連接，電動機減速器44的輸出軸上安裝絲杠43，絲杠另一端用連接支架48支撐；滑塊46安裝在兩根圓形導軌上，由絲杠43驅動；滑塊上開有階梯槽用來固定安裝手術刀16，手術刀的刀身穿過連接支架48的導向孔。
如圖3、 4所示，平行四邊形機構的轉軸套38內通過兩個深溝球軸承39安裝在轉軸37上；用螺母40固定兩個深溝球軸承；轉軸套、端面安裝端蓋41;小臂二20和平行四邊形連桿一 22安裝在轉軸套38上；平行四邊形連桿一 22與平行四邊形連桿二 24連接；平行四邊形連桿二 24通過芯軸34和兩個深溝球軸承35安裝在連桿支座11上；連桿支座一端安裝在平行四邊形轉動關節12上，另一端安裝在小臂一 10上；轉軸37大端用內六角螺釘36固定安裝端頭連接座23;端頭連接座與驅動臂14連接，驅動臂14通過端頭連接座13與平行四邊形轉動關節12連接。
如圖5所示，平行四邊形轉動關節12、小臂一轉動關節8、大臂轉動關節4的電動機25和電動機減速器26安裝在電機支架27上，電機支架用內六角螺釘28固定在軸承座32上，軸承座通過兩個圓錐滾子軸承31安裝到轉動軸30上，轉動軸通過內六角螺釘28安裝在支撐座29上；電動機減速器26的輸出軸安裝到轉軸的內孔中，帶動轉動軸轉動；用螺母33固定轉動軸上的兩個圓錐滾子軸承。
權利要求
1、一種手術機器人手臂，其特征在于該手術機器人手臂依次由手術刀進給機構、手腕關節、平行四邊形機構、平行四邊形轉動關節、小臂一、小臂一轉動關節、大臂、大臂轉動關節連接構成，手術刀進給機構(15)包括絲杠(43)、電動機減速器(44)、電動機二(45)、滑塊(46)、兩根圓形導軌(47)和連接支架(48)；手腕關節包括球碗(17)、三根驅動連桿(18)和手腕關節驅動器(19)；平行四邊形機構包括轉軸套(38)、驅動臂(14)、平行四邊行連桿一(22)、平行四邊行連桿二(24)、連桿支座(11)和平行四邊形轉動關節(12)；小臂一轉動機構包括小臂一(10)和小臂一轉動關節(8)，大臂轉動機構包括大臂(9)和大臂轉動關節(4)，小臂一、大臂為圓形空心管件；平行四邊形轉動關節、小臂一轉動關節、大臂轉動關節結構相同。
2、 根據權利要求1所述手術機器人手臂，其特征在于手術刀進給機構(15)的兩 根圓形導軌(47)的一端對稱固定在連接支架(48)上，兩根圓形導軌的另一端固定在電 動機減速器(44)上；電動機減速器一側與電動機二 (45)連接，電動機減速器的輸出軸 上安裝絲杠(43)，絲杠另一端用連接支架(48)支撐；滑塊(46)安裝在兩根圓形導軌 上，由絲杠驅動；滑塊上開有階梯槽用來固定安裝手術刀(16)，手術刀的刀身穿過連接 支架(48)的導向孔。
3、 根據權利要求1所述手術機器人手臂，其特征在于手術刀進給機構(15)的電 動機減速器(44)安裝在手腕關節的球碗(17)上，球碗與手腕關節驅動器(19)之間為 球關節連接，手腕關節驅動器通過三根驅動連桿(18)驅動球碗；手腕關節驅動器安裝在 小臂二 (20)上。
4、 根據權利要求1所述手術機器人手臂，其特征在于平行四邊形機構的轉軸套(38) 內通過兩個深溝球軸承(39)安裝在轉軸(37)上；用螺母(40)固定兩個深溝球軸承； 轉軸套端面安裝端蓋(41);小臂二 (20)和平行四邊形連桿一 (22)安裝在轉軸套(38) 上；平行四邊形連桿一 (22)與平行四邊形連桿二 (24)連接；平行四邊形連桿二通過芯 軸(34)和兩個深溝球軸承(35)安裝在連桿支座(11)上；連桿支座一端安裝在平行四 邊形轉動關節(12)上，另一端安裝在小臂一 (10)上；轉軸(37)大端用內六角螺釘(36) 固定安裝端頭連接座(23);端頭連接座與驅動臂(14)連接，驅動臂通過端頭連接座(13) 與平行四邊形轉動關節連接。
5、 根據權利要求1所述手術機器人手臂，其特征在于小臂一 (10)通過端頭連接座(9)安裝在小臂一轉動關節(8)上；小臂一轉動關節另一側通過端頭連接座(7)連 接在大臂(6)上；大臂通過端頭連接座(5)連接在大臂轉動關節(4)上；大臂轉動關 節通過端頭連接座(3)和支撐臂(2)安裝在基座(1)上。
6、根據權利要求l所述手術機器人手臂，其特征在于平行四邊形轉動關節(12)、 小臂一轉動關節(8)、大臂轉動關節(4)的電動機(25)和電動機減速器(26)安裝在 電機支架(27)上，電機支架用內六角螺釘(28)固定在軸承座(32)上，軸承座通過兩 個圓錐滾子軸承(31)安裝到轉動軸(30)上，轉動軸通過內六角螺釘(28)安裝在支撐 座(29)上；電動機減速器(26)的輸出軸安裝到轉動軸的內孔中，帶動轉動軸轉動；用 螺母(33)固定轉動軸上的兩個圓錐滾子軸承。
全文摘要
本發明公開了一種手術機器人手臂，該手術機器人手臂依次由手術刀進給機構、手腕關節、平行四邊形機構、小臂一轉動機構和大臂轉動機構連接構成。手術刀進給機構(15)包括絲杠(43)、電動機減速器(44)、電動機二(45)、滑塊(46)、兩根圓形導軌(47)和連接支架(48)；手腕關節包括球碗(17)、三根驅動連桿(18)和手腕關節驅動器(19)；平行四邊形機構包括轉軸套(38)、驅動臂(14)、平行四邊行連桿一(22)、平行四邊行連桿二(24)、連桿支座(11)和平行四邊形轉動關節(12)；小臂一轉動機構包括小臂一(10)和小臂一轉動關節(8)；大臂轉動機構包括大臂(9)和大臂轉動關節(4)；小臂一、大臂為圓形空心管件；平行四邊形轉動關節、小臂一轉動關節、大臂轉動關節結構相同。
文檔編號A61B17/3211GK101548904SQ20091005938
公開日2009年10月7日 申請日期2009年5月22日 優先權日2009年5月22日
發明者東 何, 燕 刁, 華 羅 申請人:四川大學