[发明专利]一种基于钢丝绳传动的微创手术机器人用主操作手

说明书

技术领域

本发明涉及手术机器人领域，特别是一种由钢丝绳传动的微创手术机器人用主操作手。

背景技术

微创手术是指通过小切口将细长腹腔镜和手术器械插入患者体内，医生借助图像监视系统进行操作的手术。微创手术机器人主操作手是微创手术机器人的重要组成部分，在手术进行中由医生进行操作，代替人手完成切割、缝合、打结等一系列手术动作。

目前已有产品有瑞士Force dimension公司生产的sigma、omega和delta系列主操作手，该产品主体结构为并联机构，其刚度和精度较高，但并联机构工作空间有限，且加工装配精度要求高，价格昂贵。美国Sensable Technologies公司生产的PHANTOM系列主操作手，能为操作者提供力反馈，但其结构刚性较差，反馈力有限。国内手术机器人起步较晚，目前市场上还没有较成熟国产产品。

申请号为CN201410284253的中国专利公开了一种“全被动型六自由度主操作手”，该主操作手为全被动结构，不依靠驱动电机实现杆件的重力平衡，通过配重块实现全部姿态的重力平衡，但由于没有设置驱动电机，该主操作手无法提供反馈力，操作人员不能感知手术工具末端与病灶的接触，有较大局限性。

申请号为CN201110313771的中国专利公开了一种“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通过九组驱动线在九个自由度上分别施加反馈力，该主操作手九个自由度的驱动电机全部前置于底座，导致整个系统过于庞大复杂，可靠性差，不能体现出驱动电机前置的优点，即不能减小杆件惯量、提高灵活性。

发明内容

本发明的目的在于克服已有技术的缺点，提供一种驱动电机前置、惯量小、结构紧凑、回差小、灵活度高并且工作空间大的基于钢丝绳传动的微创手术机器人用主操作手。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于钢丝绳传动的微创手术机器人用主操作手，它包括基座、第一关节传动机构、第二关节传动机构、第三关节传动机构、腕部传动机构以及开合机构，

所述的第一关节传动机构包括自转体丝轮、安装在所述的基座上的第一关节驱动电机和第一转轴，所述的第一关节驱动电机的电机轴上固定有第一固丝轮，所述的第一转轴一端固定连接有第一丝轮并且另一端连接有第一电位器，在所述的自转体丝轮底部固定有自转体，所述的自转体中心轴线与自转体丝轮轴线彼此垂直设置，自传体丝轮通过第一转动副旋转的安装在基座上，第一转动副轴线与自传体丝轮轴线重合设置，所述的第一关节驱动电机的电机轴、第一转轴以及自转体丝轮的中心轴线彼此平行，第一传动钢丝绳一端与第一固丝轮固定并且另一端绕过第一丝轮、自传体丝轮后绕回第一固丝轮与第一固丝轮固定相连；

所述的第二关节传动机构包括第二关节轴、安装在所述的基座上的第二关节驱动电机和第二转轴，在所述的第二关节驱动电机的电机轴上固定有第二丝轮，在所述的第二转轴的一端固定连接有第二固丝轮并且另一端固定连接有第三固丝轮，第二电位器与第三固丝轮固连，第二关节轴与大臂主动杆一端垂直固连，第二传动钢丝绳一端与第二固丝轮固定相连并且另一端绕过第二丝轮，绕回第二固丝轮并与第二固丝轮固定，第三传动钢丝绳一端与第三固丝轮固定并且另一端绕过第一导向轮组、第二关节轴，绕回第三固丝轮并与第三固丝轮固定相连，所述的第二关节驱动电机的电机轴和第二转轴的中心轴线彼此平行，所述的第二转轴的中心轴线与第二关节轴中心轴线彼此垂直设置，所述的第二关节轴旋转的安装在自转体内一端，第二关节轴轴线与自传体回转轴线重合设置；

所述第三关节传动机构包括第三关节轴、安装在所述的基座上的第三关节驱动电机和第三转轴，在所述的第三关节驱动电机的电机轴上固定有第三丝轮，第三转轴一端固定连接第四固丝轮并且另一端连固定连接第五固丝轮，第三电位器与第五固丝轮固连，大臂辅助杆一端旋转的安装在自转体另一端，大臂主动杆、大臂辅助杆、第二关节轴、自转体共同组成第二转动副，第二转动副轴线与自传体回转轴线重合设置，所述第三关节轴通过轴承旋转的安装在大臂辅助杆上，第四传动钢丝绳一端与第四固丝轮固定并且另一端绕过第三丝轮，绕回第四固丝轮与第四固丝轮固定，第五传动钢丝绳一端与第五固丝轮固定并且另一端顺次绕过第二导向轮组、第三关节轴，绕回第五固丝轮与第五固丝轮固定，第六传动钢丝绳一端与紧丝装置固定并且另一端顺次绕过第三关节轴、第四丝轮与紧丝装置固定；所述的第三关节驱动电机和第三转轴的中心轴线彼此平行，所述的第三转轴的中心轴线与第三关节轴中心轴线彼此垂直设置，所述的第三关节轴中心轴线与第四丝轮轴线彼此平行；