[发明专利]一种便携式主动约束小关节手术机器人

摘要

一种便携式主动约束型的小关节手术机器人，包括精密直线进给单元、精密俯仰单元、精密偏航单元、工具夹持单元；由可编程机器人系统进行控制，本发明提供俯仰，偏航和直线进给的精确运动，其中运动的轴线在一个公共点处或附近相交以提供低且均匀的导纳。机器人提供主动的约束控制，通过编程指令限制手术区域，当操作工具末端超出术前规划区域时，本专利所提的手术机器人将产生外加主动约束，通过机器人上的驱动器产生一定的阻力，阻碍工具往规划外的区域运动并提醒医生其操作已超出规划空间，确保预期运动的准确性，同时限制了预期之外的失误运动，从而将手术限制到安全和期望的区域，使患者在手术中的损伤可以降低到最小。

主权项

1.一种便携式主动约束型的小关节手术机器人，其特征在于：包括精密直线进给单元、精密俯仰单元、精密偏航单元、工具夹持单元；精密直线进给单元通过导轨(5)及滚珠丝杠(12)将整机固定在医疗箱(1)上，并由微型直线电机(13)进行驱动；精密俯仰单元由直轴(21)将锥齿轮Ⅰ(22)、锥齿轮Ⅱ(26)固定，通过上下两侧齿轮轴Ⅰ(19)、齿轮轴Ⅱ(23)的反向运动带动包括直轴(21)在内的夹持装置进行俯仰运动，齿轮轴Ⅰ(19)由法兰轴承Ⅲ(18)、法兰轴承Ⅳ(20)固定，齿轮轴Ⅱ(23)由法兰轴承Ⅴ(24)、法兰轴承Ⅵ(25)固定；精密偏航单元通过上下两侧齿轮轴Ⅰ(19)和齿轮轴Ⅱ(23)的同向运动带动包括直轴(21)在内的夹持装置进行偏航运动，直轴(21)由法兰轴承Ⅰ(16)、法兰轴承Ⅱ(17)定位；所述的精密直线进给单元中，微型直线电机(13)与精密滚珠丝杠(12)相连接，通过精密滚珠丝杠(12)将微型直线电机(13)提供的旋转运动转换成精密直线进给运动，并由导轨(5)进行辅助运动和支撑，通过控制微型直线电机(13)的转速来控制直线进给运动的位移，微型直线电机(13)与精密滚珠丝杠(12)分别通过微型直线丝杠螺母(11)及平台基座(7)和医疗箱(1)进行螺栓固定连接；精密俯仰单元中，微型直流电机Ⅰ(27)固定在平台基座(7)上，通过齿轮Ⅰ(14)、齿轮Ⅱ(15)的传动方式带动齿轮轴Ⅰ(19)转动，齿轮Ⅰ(14)、齿轮Ⅱ(15)通过轴肩固定在平台基座(7)上，齿轮轴Ⅰ(19)两端由法兰轴承Ⅲ(18)、法兰轴承Ⅳ(20)进行支撑和导向，微型直流电机Ⅱ(10)固定在平台基座(7)上，通过齿轮Ⅲ(8)、齿轮Ⅳ(9)的传动方式带动齿轮轴Ⅱ(23)转动，齿轮Ⅲ(8)、齿轮Ⅳ(9)通过轴肩固定在平台基座(7)上，齿轮轴Ⅱ(23)两端由法兰轴承Ⅴ(24)、法兰轴承Ⅵ(25)进行支撑和导向，当微型直流电机Ⅰ(27)、微型直流电机Ⅱ(10)启动带动齿轮轴Ⅰ(19)、齿轮轴Ⅱ(23)做反向运动时,锥齿轮Ⅰ(22)、锥齿轮Ⅱ(26)开始做俯仰运动，锥齿轮Ⅰ(22)、锥齿轮Ⅱ(26)通过直轴(21)固定同轴连接，直轴(21)两端分别由法兰轴承Ⅰ(16)、法兰轴承Ⅱ(17)与支撑底座(4)配合连接，当锥齿轮Ⅰ(22)、锥齿轮Ⅱ(26)做俯仰运动时带动整个夹持装置及手术工具(2)做俯仰运动；精密偏航单元的锥齿轮Ⅰ(22)、锥齿轮Ⅱ(26)与直轴(21)固定同轴连接，使其可以达到同时转动，当微型直流电机Ⅰ(27)、微型直流电机Ⅱ(10)启动带动齿轮轴Ⅰ(19)、齿轮轴Ⅱ(23)做同向运动时，由于锥齿轮Ⅰ(22)、锥齿轮Ⅱ(26)与直轴(21)固定同轴连接，使其做偏航转动，同时带动夹持装置及手术工具(2)做偏航运动；工具夹持单元由手术工具(2)、夹持装置组成，夹持装置包括手术工具套轴(3)、支撑底座(4)和防尘罩(6)，手术工具(2)与手术工具套轴(3)套接，通过夹持装置的俯仰偏航运动来限制手术工具(2)在小关节手术中的范围，阻碍手术工具(2)向着规划外的区域运动。