[发明专利]一种微创外科手术机器人远心定位执行机构及设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种远心定位执行机构及设计方法，具体涉及一种微创外科手术机器人远心定位执行机构及设计方法，属于医疗器械领域。

背景技术

目前微创手术是医疗技术研究热点，是未来手术发展的趋势，这主要是由于微创医疗有诸多优点：诸如创伤小、住院时间短、恢复快、术后并发症少等。但是传统内窥镜手术有诸多弊端，例如操作精度低，视野范围小，操作自由度小，医生容易疲劳和颤抖。随着科学技术的发展，机器人医疗辅助技术能够很好的解决这些问题。机器人辅助技术能够提供3D视野，便于医生操作，微型医疗器械大大增加了手术操作的灵活性，医生能够进行更精细的操作，同时加入人机工程学方面的设计，能够减少医生的疲劳。

现有微创外科手术机器人共有四种远心运动机构方式，分别是被动关节方式、多关节联动方式，平行四边形机构、球型机构。被动关节容易受到体表作用力的影响，降低机器人运动精度。多关节联动方式是通过控制方式来实现远心运动，安全性较低，平行四边形机构共有两种运动方式实现远心运动，一种是同步带约束形式，该方式的缺点是安装调试比较麻烦，需要借助其他装置对准寻找远心，且整体刚度较低；第二种方式是复合平行四边形机构，该机构的缺点是对零件加工精度要求比较高，当零件加工精度较低时会导致机构锁死不能正常工作，另外该机构整体尺寸较大；球型机构采用将驱动后置的方式，通过钢丝绳将运动传递给前端，这样会导致整体机构的刚度较低，且需要另外设计解耦机构或算法，增加设计难度。

发明内容

本发明为解决现有远心运动机构方式安全性和刚度较低，加工精度，整体尺寸大的问题，进而提出一种微创外科手术机器人远心定位执行机构及设计方法。

本发明为解决上述问题采取的技术方案是：本发明包括第一连杆、第二连杆和第三连杆，第一连杆的一端与基座连接，第一连杆的另一端与第二连杆的一端连接，第三连杆的一端与第二连杆2的另一端连接连接，第一连杆的横截面是由两个正方形组成的回字形，第一连杆的外径为81mm，第一连杆的内径为71mm，第三连杆的横截面是由两个正方形组成回字形，第三连杆的内径为73mm，第三连杆的外径为63mm，第二连杆的横截面为工字形，所述工字形的高度为81mm，所述工字形顶边的长度为70mm，所述工字形中间的宽度为6mm，所述工字形顶边的宽度为6mm。

本发明的有益效果是：本发明结构简单，刚度高，且不需要借助其他的辅助装置，易于装配，装配完成之后可确定远心点；本发明优化中将碰撞几率作为约束条件首次应用在机构优化中；本发明的优化方案能够得到多组数据，设计者可根据自己的侧重点进行选择。

附图说明

图1是远心定位机构原理图，图2是远心定位机构D-H坐标图，图3是成人人体尺寸图，图4是第一种工作模式图，(a)是俯视图，(b)是正视图，图5是第一种工作模式原理图，图6是第一种工作模式极限工作状态图，图7是第一种工作模式下的两种视图，(a)是侧视图，(b)是俯视图，图8是第一种工作模式下的两种视图，(a)是侧视图，(b)是俯视图，图9第一种工作模式下的特殊工作状态，(a)是θ₁∈(π-α₂π),θ₂＝0.5π，(b)是θ₁∈(π-α₂π),θ₂≠0.5π，(c)是(b)图中箭头所示的方向，图10是第二种工作模式图，(a)是俯视图，(b)是正视图，图11是第一种工作模式极限工作状态图，图12是远心定位机构工作空间示意图，(a)是α1+β0≤0.5π时的示意图，(b)是α1+β0≥0.5πandα2≥α1+β0-0.5π时的示意图，图13是远心定位机构简化原理图，图14(a)是连杆1截面图，(b)是连杆2截面图，(c)是连杆3截面图，图15是两个目标函数值图。

具体实施方式