[发明专利]一种具有大运动空间高结构刚性的微创机器人机械臂

说明书

技术领域

本发明涉及一种微创机器人机械臂，本发明尤其涉及一种具有大运动空间高结构刚性的微创机器人机械臂。

背景技术

以腹腔镜为代表的微创外科被誉为20世纪医学科学对人类文明的重要贡献之一，微创手术操作是指医生利用细长的手术工具通过人体表面的微小切口探入到体内进行手术操作的。它与传统的开口手术相比具有手术切口小、出血量少、术后疤痕小、恢复时间快等优点，这使得病人遭受的痛苦大大减少；因此微创外科被广泛的应用于临床手术。然而，微创手术为病人带来了诸多利益的同时，却对医生的操作带来了一系列困难，如：1)由于体表小孔的限制，工具的自由度减少至四个，灵活性大大降低；2)医生操作方向与所期望的方向相反，协调性差；3)医生只能通过监视器上的二维图像获得手术场景信息，缺乏深度方向上的感觉；4)医生手部的抖动可能会被细长的手术工具放大，对手术造成不良影响；5)缺乏力感觉。因此，医生必须经过长期训练才能够进行微创手术操作，即使如此，目前微创手术也仅仅应用在操作相对比较简单的手术过程之中。因此，在微创手术领域中迫切需要一种机器人系统来延伸医生的能力，以便克服上述缺点，使医生能够更容易的完成微创手术操作。目前，能够在临床上使用的微创外科手术机器人系统只有Da Vinci系统和Zeus系统，但它们都有结构复杂、体积庞大、价格昂贵等方面的缺点。国际上如美国、法国、德国、英国、波兰、日本、韩国等地都相继开展了微创外科手术机器人的研究，并产生了一系列样机。我国在机器人辅助手术方面尚处于起步阶段，已经存在的机器人系统只能在手术过程中起辅助定位的作用，并不能应用于临床手术。因此开发一套具有自主知识产权的新型微创外科手术机器人系统对填补我国在该领域的空白有着非常重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以降低术前对机器人摆放的要求，进而可以简化对被动调整臂的设计；其高结构刚性的特点则可以保证机器人的运动精度，增加系统的承载能力的一种具有大运动空间高结构刚性的微创机器人机械臂。

本发明的一种具有大运动空间高结构刚性的微创机器人机械臂，它包括其上设置有手术工具的伸缩座，连杆IV的一端与伸缩座转动相连，连杆V和连杆VI对称的设置在连杆IV下方的两侧并且连杆V和连杆VI的一端与伸缩座转动相连，所述的连杆IV的另一端转动的连接在连杆I的顶端中间，所述的连杆V和连杆VI的另一端对称的连接在连杆I上部两侧外壁上，所述的连杆I的底端转动的连接在关节II座前端中间，连杆II和连杆III的底端通过转轴转动地安装在关节II座后端的两侧外壁上并且其顶端分别转动的连接在连杆V和连杆VI上，所述的连杆II和连杆III相对于所述的连杆I对称设置，所述的关节II座、连杆I、连杆II、连杆III、连杆V以及连杆VI构成了第一组平行四边形结构，所述的连杆I、连杆IV、连杆V、连杆VI以及伸缩座11构成了第二组平行四边形结构；所述的转轴与第二旋转驱动装置相连，所述的关节II座安装在连接架上，所述的连接架与第一旋转驱动装置相连，所述的第一旋转驱动装置转动轴线的设置通过固定点，所述的固定点为连杆I与关节II座构成的旋转副的轴线和连杆II和连杆III与关节II座构成的旋转副的轴线形成的平面与手术工具轴线的交点。

本发明一种具有大运动空间高结构刚性的微创手术机器人机械臂与现有技术相比具有以下有益效果：

1.本发明对平行四边形机构的连杆进行特殊布置，并对连杆形状进行改进设计，使机构的运动空间大大增加；

2.本发明的两组连杆机构均呈三角形布置，增加了机构的刚性，有利于保证系统精度并能够增加系统的承载能力；

3.本发明结构简单，易于实现，连杆机构的运动空间的分配形式可调；

4、本发明用于微创手术机器人，可降低对机器人初始位姿摆放的要求，进而可简化被动调整臂部分的设计。现有微创机器人的两个旋转关节的运动空间一般非常有限，为了方便实施手术，需要六自由度的被动调整臂对机器人进行调整，而本发明的旋转关节运动空间非常大，可以应用于被动调整和主动控制两个方面，因此所需的被动调整臂仅需四个自由度即可。

附图说明

图1是本发明一种具有大运动空间高结构刚性的微创机器人机械臂总体示意图；

图2是本发明一种具有大运动空间高结构刚性的微创机器人机械臂侧视图；

图3是本发明连杆机构运动到一极限位置的示意图；

图4是本发明连杆机构运动到另一极限位置的示意图；

图5是本发明部分连杆可采用的形状；

图6(a)是本发明的一组连杆的布置形式；