輔助微創(chuàng)外科手術(shù)的主從一體式機械臂的制作方法

專利名稱：輔助微創(chuàng)外科手術(shù)的主從一體式機械臂的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微創(chuàng)外科手術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的醫(yī)療設(shè)備，它可以夾持手術(shù)工具輔助醫(yī)生 實施微創(chuàng)手術(shù)操作。
背景技術(shù)：
以腹腔鏡為代表的微創(chuàng)外科被譽為20世紀醫(yī)學科學對人類文明的重要貢獻之 一，微創(chuàng)手術(shù)操作是指醫(yī)生利用細長的手術(shù)工具通過人體表面的微小切口探入到體內(nèi)進行 手術(shù)操作的。它與傳統(tǒng)的開口手術(shù)相比具有手術(shù)切口小、出血量少、術(shù)后疤痕小、恢復時間 快等優(yōu)點，這使得病人遭受的痛苦大大減少；因此微創(chuàng)外科被廣泛的應用于臨床手術(shù)。然 而，微創(chuàng)手術(shù)為病人帶來了諸多利益的同時，卻對醫(yī)生的操作帶來了一系列困難，如1)由 于體表小孔的限制，工具的自由度減少至四個，靈活性大大降低；2)醫(yī)生操作方向與所期 望的方向相反，協(xié)調(diào)性差；3)醫(yī)生只能通過監(jiān)視器上的二維圖像獲得手術(shù)場景信息，缺乏 深度方向上的感覺；4)醫(yī)生手部的抖動可能會被細長的手術(shù)工具放大，對手術(shù)造成不良影 響；5)缺乏力感覺。因此，醫(yī)生必須經(jīng)過長期訓練才能夠進行微創(chuàng)手術(shù)操作，即使如此，目 前微創(chuàng)手術(shù)也僅僅應用在操作相對比較簡單的手術(shù)過程之中。因此，在微創(chuàng)手術(shù)領(lǐng)域中迫 切需要一種機器人系統(tǒng)來延伸醫(yī)生的能力，以便克服上述缺點，使醫(yī)生能夠更容易的完成 微創(chuàng)手術(shù)操作。目前，能夠在臨床上使用的微創(chuàng)外科手術(shù)機器人系統(tǒng)只有Da Vinci系統(tǒng)和 Zeus系統(tǒng)，但它們都有結(jié)構(gòu)復雜、體積龐大、價格昂貴等方面的缺點。國際上如美國、法國、 德國、英國、波蘭、日本、韓國等地都相繼開展了微創(chuàng)外科手術(shù)機器人的研究，并產(chǎn)生了一系 列樣機。我國在機器人輔助手術(shù)方面尚處于起步階段，已經(jīng)存在的機器人系統(tǒng)只能在手術(shù) 過程中起輔助定位的作用，并不能應用于臨床手術(shù)。因此開發(fā)一套具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新 型微創(chuàng)外科手術(shù)機器人系統(tǒng)對填補我國在該領(lǐng)域的空白有著非常重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供輔助微創(chuàng)外科手術(shù)的主從一體式機械臂，將機器人的醫(yī)生 操作端和機器人的操作機械臂進行集成，簡化了主從式微創(chuàng)手術(shù)機器人的結(jié)構(gòu)、體積及控 制系統(tǒng)的復雜程度，進而有利于保證手術(shù)的安全性。本發(fā)明的輔助微創(chuàng)外科手術(shù)的主從一體式機械臂它包括主操作端、從操作端、工 具夾持端，所述的主操作端包括其上設(shè)置有可旋轉(zhuǎn)的主手關(guān)節(jié)I軸的主手關(guān)節(jié)I座，主手關(guān) 節(jié)I軸的輸出端與其內(nèi)設(shè)置有可旋轉(zhuǎn)的主手關(guān)節(jié)II軸的主手關(guān)節(jié)II座相連，所述的主手 關(guān)節(jié)I軸和主手關(guān)節(jié)II軸的軸線彼此垂直設(shè)置，傳感器I、II的扭柄分別通過聯(lián)軸器連接 在主手關(guān)節(jié)I軸及主手關(guān)節(jié)II軸上，在所述的主手關(guān)節(jié)II軸上固定有伸縮架，所述的伸縮 架的底座與伸縮上座的頂部固定相連；所述的伸縮上座通過直線運動機構(gòu)與伸縮下座相連 以使所述的伸縮下座相對于伸縮上座能夠上下移動并通過傳感器V記錄所述的上下移動， 所述的伸縮下座通過軸線沿豎直方向設(shè)置的轉(zhuǎn)軸與一個自轉(zhuǎn)座轉(zhuǎn)動相連，一個其軸線與所 述的轉(zhuǎn)軸軸線垂直設(shè)置的偏轉(zhuǎn)軸安裝在所述的自轉(zhuǎn)座上，傳感器III和傳感器IV的扭柄分
4別通過聯(lián)軸器連接在轉(zhuǎn)軸、偏轉(zhuǎn)軸上，在所述的偏轉(zhuǎn)軸上連接有開合座，開合座上安裝有開 合瓣I和開合瓣II，開合瓣I、開合瓣II之間通過兩個連接桿相連，所述的兩個連接桿之間 通過連接軸相連并且所述的連接軸插在連接在開合座上的直線傳感器的開槽中；所述的從 操作端包括依次相連的基座部分、主動機械臂部分以及伸縮部分，所述的基座部分包含有 基座，所述的基座的一端與主手關(guān)節(jié)I座的一側(cè)端面相連并且其另一端固定連接有從手關(guān) 節(jié)I座，在所述的從手關(guān)節(jié)I座內(nèi)安裝有與電機I的輸出軸相連的從手關(guān)節(jié)I軸，在所述的 從手關(guān)節(jié)I座上設(shè)置有被動連接面，所述的主動機械臂部分包含與從手關(guān)節(jié)I軸的輸出端 固定相連的從手關(guān)節(jié)II座，絲輪I和絲輪II對稱的固定連接在從手關(guān)節(jié)II座的兩側(cè)并且 絲輪I和絲輪II的軸線沿與從手關(guān)節(jié)I軸的輸出軸軸線垂直的方向設(shè)置，其軸線沿與絲輪 I軸線相同方向設(shè)置的驅(qū)動軸II安裝于從手關(guān)節(jié)II座上，其軸線沿與絲輪I軸線垂直方向 設(shè)置的驅(qū)動軸I通過軸承安裝于從手關(guān)節(jié)II座上，所述的驅(qū)動軸I通過聯(lián)軸器與電機II 相連，傳感器IV的扭柄與驅(qū)動軸I相連；在所述的驅(qū)動軸I和驅(qū)動軸II之間連接有傳動絲 I ；所述的驅(qū)動軸II的兩個輸出端分別與設(shè)置在從手連桿I下端上的兩個法蘭面固定相連， 所述的從手連桿I的上端有三個分支，其中中心孔內(nèi)設(shè)置有軸承的絲輪III和絲輪IV固定 連接于從手連桿I的上端中間分支上，從手連桿I的兩側(cè)分支上設(shè)置有與安裝于絲輪III 和絲輪IV上的軸承同心的軸承，固定連接于從手連桿II 一端的絲輪V、絲輪VI分別通過 在其軸心設(shè)置的支撐軸與軸承相連，連桿II輸出軸通過軸承安裝于從手連桿II的另一端， 絲輪VII、絲輪VIII固定連接于連桿II輸出座上，連桿II輸出座與連桿II輸出軸固定相 連，傳動絲II和傳動絲III的一端分別固定于絲輪I、絲輪II的絲槽內(nèi)，經(jīng)系列導向輪和張 緊輪傳遞后，另一端分別固定于絲輪V和絲輪VI的絲槽內(nèi)，傳動絲IV和傳動絲V的一端分 別固定于絲輪III和絲輪IV的絲槽內(nèi)，經(jīng)導向輪和張緊輪傳遞后，另一端分別固定于絲輪 VII和絲輪VIII的絲槽內(nèi)，從手伸縮座與連桿II輸出座固定相連；在從手伸縮座上設(shè)置有 導軌，在所述的導軌上安裝有滑塊，工具夾持端與滑塊固定相連，所述的滑塊通過傳動機構(gòu) 在所述的導軌上滑動。本發(fā)明輔助微創(chuàng)外科手術(shù)的主從一體式機械臂與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效 果1.本發(fā)明機械臂將主從式機器人的主操作端和從操作端進行了集成，簡化了系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)，減小了系統(tǒng)體積，進而有利于節(jié)省成本，減少了故障率；2.本發(fā)明機械臂的主動機械臂部分的絲傳動部分為系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此設(shè)計上 每個傳動環(huán)節(jié)設(shè)置了兩組絲，保證了機械臂在使用上的安全性；3.本發(fā)明構(gòu)建的機器人系統(tǒng)，可與目前已廣泛應用的傳統(tǒng)腹腔鏡設(shè)備結(jié)合使用， 可充分利用現(xiàn)有資源，減少手術(shù)成本。


圖1是本發(fā)明輔助微創(chuàng)外科手術(shù)的主從一體式機械臂原理圖；圖2是本發(fā)明輔助微創(chuàng)外科手術(shù)的主從一體式機械臂整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3、圖4是本發(fā)明輔助微創(chuàng)外科手術(shù)的主從一體式機械臂的主操作端部分；圖5是本發(fā)明的輔助微創(chuàng)外科手術(shù)的主從一體式機械臂的從操作端部分；圖6是圖5所示的從操作端部分的基座結(jié)構(gòu)示意圖7、8、9、10和11是圖5所示的從操作端部分的主動機械臂部分的結(jié)構(gòu)示意圖；圖12是圖5所示的從操作端部分的伸縮部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖13是圖12所示的伸縮部分的傳動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖14描述了基于本發(fā)明的機械臂的微創(chuàng)手術(shù)機器人系統(tǒng)總體示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作以詳細描述。如圖1所示，為本發(fā)明的原理圖，由主操作端600和從操作端601兩大部分組成。 主操作端關(guān)節(jié)1500和從操作端關(guān)節(jié)1501共線，與主操作端關(guān)節(jié)1500和從操作端關(guān)節(jié)1501 垂直的主操作端關(guān)節(jié)II502和從操作端關(guān)節(jié)II503位于主操作端關(guān)節(jié)1500和從操作端關(guān) 節(jié)1501的軸線所在的直線上。從操作端關(guān)節(jié)II503與其他6個旋轉(zhuǎn)運動副構(gòu)成雙平行四邊 形機構(gòu)，該機構(gòu)使得手術(shù)工具軸線509在運動過程中始終通過一固定點510。這樣，將主操 作端600的關(guān)節(jié)運動信號直接傳遞至從操作端601控制其各關(guān)節(jié)運動，可使主操作端參考 點505的運動方向與從操作端參考點1507的運動方向完全一致，504為主操作端參考點運 動后的位置，506為從操作端參考點II運動后的位置?；诒驹淼臋C器人在控制上不需 要復雜的運動控制算法，有利于減少機器人的復雜程度，并降低系統(tǒng)的故障率。將從操作端 601的平行四邊形機構(gòu)用絲傳動方式實現(xiàn)，有利于減小系統(tǒng)的體積和重量，并可以降低系統(tǒng) 加工制造難度，具體實現(xiàn)方式見后續(xù)說明。圖2所示為本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖，由主操作端1、從操作端2及工具夾持端3 三部分組成。圖3、圖4為本發(fā)明的主操作端I的示意圖。所述的主操作端1包括其上設(shè)置有可 旋轉(zhuǎn)的主手關(guān)節(jié)I軸102的主手關(guān)節(jié)I座100，主手關(guān)節(jié)I軸102的輸出端與其內(nèi)設(shè)置有 可旋轉(zhuǎn)的主手關(guān)節(jié)II軸105的主手關(guān)節(jié)II座103相連，所述的主手關(guān)節(jié)I軸102和主手 關(guān)節(jié)II軸105的軸線彼此垂直設(shè)置，傳感器1101、II104的扭柄分別通過聯(lián)軸器連接在主 手關(guān)節(jié)I軸102及主手關(guān)節(jié)II軸105上。傳感器I101、II104分別記錄主手關(guān)節(jié)I軸102 在主手關(guān)節(jié)I座100內(nèi)及主手關(guān)節(jié)II軸105在主手關(guān)節(jié)II座103內(nèi)的運動信息。在所述 的主手關(guān)節(jié)II軸上固定有伸縮架106，所述的伸縮架106的底座與伸縮上座107的頂部固 定相連；所述的伸縮上座107通過直線運動機構(gòu)與伸縮下座108相連以使所述的伸縮下座 108相對于伸縮上座107能夠上下移動并通過傳感器V121記錄所述的上下移動，所述的伸 縮下座108通過軸線沿豎直方向設(shè)置的轉(zhuǎn)軸與一個自轉(zhuǎn)座114轉(zhuǎn)動相連，一個其軸線與所 述的轉(zhuǎn)軸軸線垂直設(shè)置的偏轉(zhuǎn)軸116安裝在所述的自轉(zhuǎn)座114上，傳感器III113和傳感器 IV115的扭柄分別通過聯(lián)軸器連接在轉(zhuǎn)軸、偏轉(zhuǎn)軸116上，在所述的偏轉(zhuǎn)軸116上連接有開 合座118，開合座118上安裝有開合瓣1124和開合瓣11125，開合瓣1124、開合瓣II125之 間通過兩個連接桿相連，所述的兩個連接桿之間通過連接軸相連并且所述的連接軸插在連 接在開合座上的直線傳感器117的開槽中。開合瓣1124、開合瓣II125可在開合座118上 實現(xiàn)開合運動，直線傳感器117可用來記錄該運動的信息。這樣當醫(yī)生對開合瓣1124、開合 瓣II124進行操作時，主操作端1便可以記錄醫(yī)生的運動信息，并將該信息通過控制系統(tǒng)處 理后傳遞至從操作端2和工具夾持端3，用以實現(xiàn)輔助手術(shù)操作。所述的直線運動機構(gòu)優(yōu)選的包括安裝在伸縮上座107上的共面且軸線彼此相交的上旋轉(zhuǎn)軸1119和上旋轉(zhuǎn)軸11120，上連桿1109的一端和上旋轉(zhuǎn)軸1119轉(zhuǎn)動相連，上連 桿IIllO的一端和上旋轉(zhuǎn)軸II120轉(zhuǎn)動相連，上連桿1109的另一端和中間旋轉(zhuǎn)軸1122轉(zhuǎn) 動相連，上連桿IIllO的另一端和中間旋轉(zhuǎn)軸II123轉(zhuǎn)動相連，下連桿Illl的一端與中間 旋轉(zhuǎn)軸1122相連，中間旋轉(zhuǎn)軸1122的軸線與上旋轉(zhuǎn)軸1119軸線相平行，下連桿II112的 一端與中間旋轉(zhuǎn)軸II123相連，所述的中間旋轉(zhuǎn)軸II123與上旋轉(zhuǎn)軸II120軸線相平行，下 連桿Illl和下連桿II112的另一端分別通過安裝在伸縮下座108上的下旋轉(zhuǎn)軸1126、下旋 轉(zhuǎn)軸II127與伸縮下座108相連；下旋轉(zhuǎn)軸1126的軸線和下旋轉(zhuǎn)軸II127的軸線分別與上 旋轉(zhuǎn)軸1119的軸線和上旋轉(zhuǎn)軸II120的軸線相平行設(shè)置，傳感器V121的扭柄與上旋轉(zhuǎn)軸 II120通過聯(lián)軸器相連。由伸縮上座107、上旋轉(zhuǎn)軸1119、上旋轉(zhuǎn)軸11120、上連桿1109、上 連桿II110、中間旋轉(zhuǎn)軸1122、中間旋轉(zhuǎn)軸II123、下連桿1111、下連桿11112、伸縮下座108 所構(gòu)成的機構(gòu)使得伸縮下座108相對于伸縮上座107僅存在一個靠近或遠離的直線運動自 由度；該運動方式也可由導軌_滑塊機構(gòu)或花鍵_外筒機構(gòu)實現(xiàn)。由傳感器V121的信息， 可計算出伸縮下座108相對于伸縮上座107的運動信息。通過軸承安裝于伸縮下座108上的自轉(zhuǎn)座114可在伸縮下座108上旋轉(zhuǎn)，傳感器 III113可用于記錄該運動的信息；通過軸承安裝與自轉(zhuǎn)座114上的偏轉(zhuǎn)軸116可在自轉(zhuǎn)座 114上運動，傳感器IV115可用于記錄該運動的信息。圖5所示為本發(fā)明的從操作端2的示意圖。從操作端2包括一端與主操作端1 相連的基座部分4，與基座部分4相連的主動機械臂部分5，以及安裝于主動機械臂部分5 上的伸縮部分6。圖6所示為本發(fā)明從操作端2的基座部分4的示意圖。基座部分4包含有基座 210，基座210的一端與主操作端1的主手關(guān)節(jié)I座100相連，另一端固定連接有從手關(guān)節(jié)I 座212，從手關(guān)節(jié)I座212上安裝有從手關(guān)節(jié)I軸213，從手關(guān)節(jié)I軸213可在置于基座部 分4內(nèi)部的電機1211的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)。從手關(guān)節(jié)I座212上設(shè)置有被動連接面214，通過被 動連接面214可將本發(fā)明固定于被動調(diào)整架上，所述的被動調(diào)整架可采用已公開專利(如 專利號200610129845. 6)的形式。圖7-圖13所示為本發(fā)明從操作端2的主動機械臂部分5的示意圖。所述的主動 機械臂部分5包含與從手關(guān)節(jié)I軸213的輸出端固定相連的從手關(guān)節(jié)II座221，絲輪1223 和絲輪II224對稱的固定連接在從手關(guān)節(jié)II座221的兩側(cè)并且絲輪1223和絲輪II224的 軸線沿與從手關(guān)節(jié)I軸213的輸出軸軸線垂直的方向設(shè)置，其軸線L2沿與絲輪1223軸線 相同方向設(shè)置的驅(qū)動軸II225安裝于從手關(guān)節(jié)II座221上，其軸線11沿與絲輪1223軸線 垂直方向設(shè)置的驅(qū)動軸1227通過軸承安裝于從手關(guān)節(jié)II座221上，所述的驅(qū)動軸1227通 過聯(lián)軸器與電機II226相連，傳感器IV228的扭柄與驅(qū)動軸I相連；在所述的驅(qū)動軸1227 和驅(qū)動軸II225之間連接有傳動絲1229。驅(qū)動軸1227可在電機II226的驅(qū)動下旋轉(zhuǎn)；連 接兩驅(qū)動軸的傳動絲1229將從手關(guān)節(jié)II驅(qū)動軸1227的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為從手關(guān)節(jié)II的 驅(qū)動軸II225的旋轉(zhuǎn)運動。所述的驅(qū)動軸II225的兩個輸出端222分別與設(shè)置在從手連桿 1230下端上的兩個法蘭面235固定相連，所述的從手連桿1230的上端有三個分支，其中中 心孔內(nèi)設(shè)置有軸承的絲輪III233和絲輪IV232固定連接于從手連桿1230的上端中間分支 上，從手連桿1230的兩側(cè)分支上設(shè)置有與安裝于絲輪III233和絲輪IV232上的軸承234 同心的軸承231，固定連接于從手連桿II236 —端的絲輪V237、絲輪VI238分別通過在其軸心設(shè)置的支撐軸239與軸承231、234相連，連桿II輸出軸240通過軸承安裝于從手連桿 II236的另一端，絲輪VII242、絲輪VIII243固定連接于連桿II輸出座241上，連桿II輸 出座241與連桿II輸出軸240固定相連，傳動絲II252和傳動絲III253的一端分別固定 于絲輪1223、絲輪II224的絲槽內(nèi)，經(jīng)系列導向輪254和張緊輪255傳遞后，另一端分別固 定于絲輪V237和絲輪VI238的絲槽內(nèi)，傳動絲IV251和傳動絲V250的一端分別固定于絲 輪III233和絲輪IV232的絲槽內(nèi)，經(jīng)導向輪254和張緊輪255傳遞后，另一端分別固定于 絲輪VII242和絲輪VIII243的絲槽內(nèi)，從手伸縮座244與連桿II輸出座241固定相連；在 從手伸縮座244上設(shè)置有導軌247，在所述的導軌的上安裝有滑塊248，工具夾持端3與滑 塊248固定相連，所述的滑塊248通過傳動機構(gòu)在所述的導軌247上滑動。優(yōu)選的所述的傳動機構(gòu)包括電機111245，所述的電機III的輸出軸與驅(qū)動絲輪 246相連，在所述的驅(qū)動絲輪246上纏繞的傳動絲的兩端258、259分別通過伸縮導向輪256 和伸縮支撐輪257與工具夾持端3的上下兩端相連。工具夾持端3與滑塊248固定相連， 工具夾持端3便可以在電機III245和傳動絲的牽引下沿導軌247運動。該部分運動如圖 13所示。電機III245牽引工具夾持端3的運動也可以由絲杠導軌機構(gòu)實現(xiàn)。工具夾持端3可采用專利(專利號200710056701. 7)的形式，其詳細結(jié)構(gòu)不屬于 本發(fā)明的范疇。圖14描述了基于本發(fā)明的微創(chuàng)手術(shù)機器人系統(tǒng)的示意圖。兩個本發(fā)明的機械臂 400安裝于被動調(diào)整臂401上，內(nèi)窺鏡則安裝在內(nèi)鏡臂405上，內(nèi)鏡臂可采用專利(專利號 200810152765. 1)的形式。這樣醫(yī)生402在助手404的配合下，通過觀察顯示器406傳來的 病人403體內(nèi)的手術(shù)場景信息，便可以利用本發(fā)明輔助對病人403進行微創(chuàng)手術(shù)操作。下面說明本發(fā)明的輔助微創(chuàng)外科手術(shù)的主從一體式機械臂的動作實施過程。當操作者對本發(fā)明輔助微創(chuàng)外科手術(shù)的主從一體式機械臂的主操作端進行操作 時，主操作端各關(guān)節(jié)的傳感器可記錄各關(guān)節(jié)的運動變化信息。由于本發(fā)明的特點，主操作端 參考點的運動與從操作端參考點的運動完全一致；因此，在控制器接收到主操作端的關(guān)節(jié) 運動信息后，可直接將其傳遞至從操作端，控制從操作端電機控制各運動關(guān)節(jié)實時跟蹤主 操作端的運動，復現(xiàn)主操作端操作者對系統(tǒng)的輸入動作。在本發(fā)明裝置中操作者對主操作 端進行操作時，若主操作端關(guān)節(jié)I的關(guān)節(jié)角度發(fā)生變化，則控制器所讀取的傳感器IlOl的 值也會發(fā)生變化，控制器進而實時地控制電機I轉(zhuǎn)動使從操作端關(guān)節(jié)I沿主操作端關(guān)節(jié)I 的變化方向運動相同的角度。與此類似，若控制器檢測到主操作端關(guān)節(jié)II的傳感器II104 的讀數(shù)發(fā)生變化，則控制器會實時控制電機II轉(zhuǎn)動使從操作端關(guān)節(jié)II沿與主操作端關(guān)節(jié) II的變化方向運動相同的角度。若控制器通過傳感器V121檢測到主操作端的直線運動機 構(gòu)發(fā)生運動，則控制器會控制從操作端電機III245牽引工具夾持端作出與主操作端的直 線運動機構(gòu)一致的運動，與主從操作端關(guān)節(jié)I、關(guān)節(jié)II的完全跟蹤運動不同，主操作端的 直線運動機構(gòu)的運動量是按照一定的比例映射到從操作端的工具夾持端，比例系數(shù)一股不 大于1。當然，本裝置在使用過程中在安裝手術(shù)工具末端的情況下還可以分別通過傳感器 111113、傳感器IV115、直線傳感器117檢測主操作端的自轉(zhuǎn)、偏轉(zhuǎn)和開合量，然后將自轉(zhuǎn)、 偏轉(zhuǎn)和開合量信號通過控制器傳遞給手術(shù)工具末端用以控制手術(shù)工具末端的自轉(zhuǎn)、偏轉(zhuǎn)和 開合運動。
權(quán)利要求
輔助微創(chuàng)外科手術(shù)的主從一體式機械臂，它包括主操作端、從操作端、工具夾持端，其特征在于所述的主操作端(1)包括其上設(shè)置有可旋轉(zhuǎn)的主手關(guān)節(jié)I軸(102)的主手關(guān)節(jié)I座(100)，主手關(guān)節(jié)I軸(102)的輸出端與其內(nèi)設(shè)置有可旋轉(zhuǎn)的主手關(guān)節(jié)II軸(105)的主手關(guān)節(jié)II座(103)相連，所述的主手關(guān)節(jié)I軸(102)和主手關(guān)節(jié)II軸(105)的軸線彼此垂直設(shè)置，傳感器I(101)、II(104)的扭柄分別通過聯(lián)軸器連接在主手關(guān)節(jié)I軸(102)及主手關(guān)節(jié)II軸(105)上，在所述的主手關(guān)節(jié)II軸上固定有伸縮架(106)，所述的伸縮架(106)的底座與伸縮上座(107)的頂部固定相連；所述的伸縮上座(107)通過直線運動機構(gòu)與伸縮下座(108)相連以使所述的伸縮下座(108)相對于伸縮上座(107)能夠上下移動并通過傳感器V(121)記錄所述的上下移動，所述的伸縮下座(108)通過軸線沿豎直方向設(shè)置的轉(zhuǎn)軸與一個自轉(zhuǎn)座(114)轉(zhuǎn)動相連，一個其軸線與所述的轉(zhuǎn)軸軸線垂直設(shè)置的偏轉(zhuǎn)軸(116)安裝在所述的自轉(zhuǎn)座(114)上，傳感器III(113)和傳感器IV(115)的扭柄分別通過聯(lián)軸器連接在轉(zhuǎn)軸、偏轉(zhuǎn)軸(116)上，在所述的偏轉(zhuǎn)軸(116)上連接有開合座(118)，開合座(118)上安裝有開合瓣I(124)和開合瓣II(125)，開合瓣I(124)、開合瓣II(125)之間通過兩個連接桿相連，所述的兩個連接桿之間通過連接軸相連并且所述的連接軸插在連接在開合座上的直線傳感器(117)的開槽中；所述的從操作端包括依次相連的基座部分(4)、主動機械臂部分(5)以及伸縮部分(6)，所述的基座部分(4)包含有基座(210)，所述的基座(210)的一端與主手關(guān)節(jié)I座的一側(cè)端面相連并且其另一端固定連接有從手關(guān)節(jié)I座(212)，在所述的從手關(guān)節(jié)I座(212)內(nèi)安裝有與電機I(211)的輸出軸相連的從手關(guān)節(jié)I軸(213)，在所述的從手關(guān)節(jié)I座(212)上設(shè)置有被動連接面(214)，所述的主動機械臂部分(5)包含與從手關(guān)節(jié)I軸(213)的輸出端固定相連的從手關(guān)節(jié)II座(221)，絲輪I(223)和絲輪II(224)對稱的固定連接在從手關(guān)節(jié)II座(221)的兩側(cè)并且絲輪I(223)和絲輪II(224)的軸線沿與從手關(guān)節(jié)I軸(213)的輸出軸軸線垂直的方向設(shè)置，其軸線沿與絲輪I(223)軸線相同方向設(shè)置的驅(qū)動軸II(225)安裝于從手關(guān)節(jié)II座(221)上，其軸線沿與絲輪I(223)軸線垂直方向設(shè)置的驅(qū)動軸I(227)通過軸承安裝于從手關(guān)節(jié)II座(221)上，所述的驅(qū)動軸I(227)通過聯(lián)軸器與電機II(226)相連，傳感器IV的扭柄與驅(qū)動軸I相連；在所述的驅(qū)動軸I(227)和驅(qū)動軸II(225)之間連接有傳動絲I(229)；所述的驅(qū)動軸II(225)的兩個輸出端(222)分別與設(shè)置在從手連桿I(230)下端上的兩個法蘭面(235)固定相連，所述的從手連桿I(230)的上端有三個分支，其中中心孔內(nèi)設(shè)置有軸承的絲輪III(233)和絲輪IV(232)固定連接于從手連桿I(230)的上端中間分支上，從手連桿I(230)的兩側(cè)分支上設(shè)置有與安裝于絲輪III(233)和絲輪IV(232)上的軸承同心的軸承(231)，固定連接于從手連桿II(236)一端的絲輪V(237)、絲輪VI(238)分別通過在其軸心設(shè)置的支撐軸(239)與軸承(231)、(234)相連，連桿II輸出軸(240)通過軸承安裝于從手連桿II(236)的另一端，絲輪VII(242)、絲輪VIII(243)固定連接于連桿II輸出座(241)上，連桿II輸出座(241)與連桿II輸出軸(240)固定相連，傳動絲II(252)和傳動絲III(253)的一端分別固定于絲輪I(223)、絲輪II(224)的絲槽內(nèi)，經(jīng)系列導向輪(254)和張緊輪(255)傳遞后，另一端分別固定于絲輪V(237)和絲輪VI(238)的絲槽內(nèi)，傳動絲IV(251)和傳動絲V(250)的一端分別固定于絲輪III(233)和絲輪IV(232)的絲槽內(nèi)，經(jīng)導向輪(254)和張緊輪(255)傳遞后，另一端分別固定于絲輪VII(242)和絲輪VIII(243)的絲槽內(nèi)，從手伸縮座(244)與連桿II輸出座(241)固定相連；在從手伸縮座(244)上設(shè)置有導軌(247)，在所述的導軌(247)上安裝有滑塊(248)，工具夾持端(3)與滑塊(248)固定相連，所述的滑塊(248)通過傳動機構(gòu)在所述的導軌(247)上滑動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輔助微創(chuàng)外科手術(shù)的主從一體式機械臂，其特征在于所述 的直線運動機構(gòu)包括安裝在伸縮上座(107)上的共面且軸線彼此相交的上旋轉(zhuǎn)軸1(119) 和上旋轉(zhuǎn)軸II (120)，上連桿1(109)的一端和上旋轉(zhuǎn)軸1(119)轉(zhuǎn)動相連，上連桿II(IlO) 的一端和上旋轉(zhuǎn)軸11(120)轉(zhuǎn)動相連，上連桿1(109)的另一端和中間旋轉(zhuǎn)軸1(122)轉(zhuǎn)動 相連，上連桿II(IlO)的另一端和中間旋轉(zhuǎn)軸11(123)轉(zhuǎn)動相連，中間旋轉(zhuǎn)軸1(122)的軸 線與上旋轉(zhuǎn)軸1(119)軸線相平行，所述的中間旋轉(zhuǎn)軸11(123)與上旋轉(zhuǎn)軸11(120)軸線 相平行，下連桿I(Ill)的一端與中間旋轉(zhuǎn)軸1(122)相連，下連桿11(112)的一端與中間旋 轉(zhuǎn)軸II (123)相連，下連桿I(Ill)和下連桿11(112)的另一端分別通過安裝在伸縮下座 (108)上的下旋轉(zhuǎn)軸I (126)、下旋轉(zhuǎn)軸11(127)與伸縮下座(108)相連；下旋轉(zhuǎn)軸1(126) 的軸線和下旋轉(zhuǎn)軸II (127)的軸線分別與上旋轉(zhuǎn)軸1(119)的軸線和上旋轉(zhuǎn)軸II (120)的 軸線相平行設(shè)置，傳感器V(121)的扭柄與上旋轉(zhuǎn)軸11(120)通過聯(lián)軸器相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輔助微創(chuàng)外科手術(shù)的主從一體式機械臂，其特征在于所述 的傳動機構(gòu)包括電機III，所述的電機III的輸出軸與驅(qū)動絲輪(246)相連，所述的驅(qū)動絲 輪(246)上纏繞的傳動絲的兩端分別通過伸縮導向輪(256)和伸縮支撐輪(257)與工具夾 持端的上下兩端相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了輔助微創(chuàng)外科手術(shù)的主從一體式機械臂，該機械臂的主操作端包括其上設(shè)置有可旋轉(zhuǎn)的主手關(guān)節(jié)I軸的主手關(guān)節(jié)I座，主手關(guān)節(jié)I軸輸出端與主手關(guān)節(jié)II座相連，主手關(guān)節(jié)II座內(nèi)設(shè)置有可旋轉(zhuǎn)的主手關(guān)節(jié)II軸，主手關(guān)節(jié)II軸上固定有伸縮架，伸縮上座與與伸縮下座之間通過直線機構(gòu)連接；從操作端包括一端與主操作端相連的基座部分，與基座部分相連的主動機械臂部分，以及安裝于主動機械臂上的伸縮部分。工具夾持端包括有固定安裝于從手伸縮座的滑塊之上的手術(shù)工具座，手術(shù)工具座的上下表面分別與傳動絲的兩端固定相連，并能夠在傳動絲的牽引下沿從手伸縮座的導軌作直線運動。采用本裝置簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減小了系統(tǒng)體積，減少了故障率。
文檔編號A61B19/00GK101889900SQ20101022325
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月12日
發(fā)明者劉全達, 周寧新, 張林安, 李建民, 王樹新 申請人:天津大學