[发明专利]具有力反馈的九自由度微创手术机器人主操作手

说明书

技术领域

本发明涉及一种微创手术机器人的主操作手，尤其涉及一种具有力反馈的九自由度微创手术机器人主操作手。

背景技术

微创手术是指外科医生经过病人身体上的小切口，把手术器械伸入到人体内部，借助于视觉监控设备和灵巧的手术器械，对病灶部位进行诊断或治疗。与传统手术相比，微创手术切口明显减小，因此减少了对病人体表和体内的损伤，降低各种并发症的发生几率，缩短了恢复周期，降低了术后住院费用，能够在较短的时间内恢复日常生活和工作。然而，微创手术由于操作对象较小，手的灵活性降低，所以手术时间较长，手术医生容易疲劳引起抖动，并由此导致操作不准确。

微创手术机器人是机器人技术在医疗外科方面的成功应用，使微创手术的技术水平产生了质的飞跃。与传统微创手术相比，微创手术机器人准确度高，可靠性高，精度高，具有良好的操控性。同时，控制系统还能滤除医生手部抖动的影响，提高手术操作的稳定性。

在传统手术中，医生手持手术器械对病患处进行操作时，手术器械与患处的接触力可以通过手术器械直接传达到医生处，这个接触力在手术过程中，很多时候有着相当重要的作用，部分手术中甚至是医生进行操作的重要判断依据。然而在现有的手术机器人系统里，主操作手缺少或只具有少量维数力反馈，即医生不能准确有效地感受到从操作手的手术工具末端与患处的接触力，无法准确有效地传到医生处，这严重制约了主从式手术机器人的发展和实用价值。研制具有力反馈的微创手术机器人主操作手已经成为主从式外科手术机器人的一个重点和难点，具有重要的研究价值和广阔的应用前景

经过对现有技术的检索发现，中国专利200510013004.4号，名称为：“具有夹持力感觉的主操作手”，其公开的主操作手包括：躯干机构、肩部关节机构、大臂机构、肘部关节机构、小臂机构、腕部关节机构、腕部旋转机构以及手指开合机构和平衡装置，采用关节式结构，具有7个自由度，可以到达操作空间中的任一点，完成多种动作，具有加持力感觉功能，但该主操作手只能提供一个夹持反馈力。

进一步检索发现，中国专利200810154364.X号，名称为：“辅助微创外科手术机器人的三维力反馈主操作手”，其公开的主操作手包括：底座机构、四连杆机构、手腕机构等，可以提供三维反馈力，消除了姿态调整时位姿的补偿量可以实现六轴联动，但该主操作手只能提供三个自由度上反馈力。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种自由度更多，并且每个自由度上均能获得反馈力的微创手术机器人的主操作手。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种具有力反馈的九自由度微创手术机器人主操作手，该主操作手具有九个自由度并可以在九个自由度上分别施加反馈力，操作灵活，可作为微创手术机器人的通用主操作手，实施各种复杂操作。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：底座、支柱、肩关节上臂、肘关节、前臂、腕关节、手柄和九组驱动线(未标出)，其中：支柱设置在底座上，支柱上部可以绕轴线R1转动，肩关节通过转动副设置在支柱上，可以绕轴线R2旋转，上臂通过转动关节设置在肩关节上，可以绕轴线R3旋转，轴线R1、R2、R3相交于一点，前臂和上臂通过肘关节相连接，前臂可以绕轴线R4旋转，腕关节设置在前臂的末端，手柄设置在腕关节上，手柄可以分别绕轴线R5、R6、R7旋转且轴线R5、R6、R7相交于一点，连同手柄上两个指柄可以分别绕轴线R8转动，该装置共有九个自由度。

所述的底座包括：保护壳、第一底座支架、支座、驱动电机(含编码器)、第二底座支架、预紧装置、驱动轮、第二底座组合导轮和第一底座组合导轮。其中：第一底座支架设置在支座上，第二底座组合导轮设置在第一底座支架上，保护壳设置在第一底座支架上，第二底座支架设置在支座上，驱动电机固定在第二底座支架上，驱动轮与驱动电机相连接，预紧装置设置在第二底座支架上，第一底座组合导轮设置在第二底座支架上。进一步地，驱动轮与驱动电机直接固定连接。

所述的驱动电机(含编码器)包括：第一驱动电机、第二驱动电机、第三驱动电机、第四驱动电机、第五驱动电机、第六驱动电机、第七驱动电机、第八驱动电机和第九驱动电机。

所述的预紧装置包括：第一预紧装置、第二预紧装置、第三预紧装置、第四预紧装置、第五预紧装置、第六预紧装置、第七预紧装置、第八预紧装置和第九预紧装置。

所述的驱动轮包括：第一驱动轮、第二驱动轮、第三驱动轮、第四驱动轮、第五驱动轮、第六驱动轮、第七驱动轮、第八驱动轮和第九驱动轮。