一种用于微创手术的2‑HRRR并联式手术机器人的制作方法

本发明涉及一种手术机器人，具体是一种用于微创手术的2-hrrr并联式手术机器人。

背景技术：

微创手术因其创伤小，安全性高，病人痛苦轻，术后恢复快，并发症少等特点，成为医学界公认的腹腔手术的重要手段；微创手术机器人的使用可以代替医生一部分的劳动，降低医生劳动程度，还可以缓解腹腔手术对医生的需求，解决专业医生少的问题，手术精度和准确性的提高也将大大提高手术的效率和治愈率。1987年法国医生mouret完成的第一例腹腔镜胆囊切除术，标志着新的微创外科医学里程碑的诞生。但是目前该器械由美国ethicon公司垄断生产，价格昂贵，我国绝大部分病人难以承受，目前已成为制约我国微创外科发展的瓶颈问题之一。最具代表性的微创手术机器人系统是davinci(达芬奇)外科手术机器人系统。该系统1999年由美国intuitivesurgical公司研制成功，2001年通过了美国联邦食品及药物管理局(fda)认证。

现已有类似构型的微创手术机器人发明公布专利(如cn104644267a、cn104323861a、cn203619682u)中，存在的普遍的缺陷是手术机器人体积较大、结构复杂、控制繁琐、费用较高，在推广应用时还受到较多局限等问题，所以提出一种结构紧凑、操作简便、价格便宜的新型并联式机构很有必要。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种用于微创手术的并联机械手，该机械手应具有结构紧凑、体积较小、工作可靠的特点。

本发明的技术方案是：一种用于微创手术的2-hrrr并联式手术机器人，其特征在于：该机械手包括可转动地定位在动平台上的手术模块、位于动平台下方的底座以及并联连接在动平台与底座之间以驱动手术模块运动的两个分支机构；

所述每个分支机构包括依次连接在动平台与底座之间的第一转动副、第一连杆、第二转动副、第二连杆、第三转动副、第三连杆、螺旋副的铰接套以及作为螺旋副螺杆的第四连杆；每个分支机构中，第一转动副轴线与第二转动副轴线以及第三转动副轴线互相平行并且垂直于手术模块转动轴线与螺旋副旋转轴线；两个分支机构中的螺旋副旋转轴线与手术模块转动轴线相交于一点。

所述手术模块包括可转动地定位在动平台上且伸入底座下方的手术工具以及用于驱动手术工具旋转的电机。

所述电机通过支架固定在动平台上方。

所述铰接套既可转动又可移动地定位在第四连杆上。

所述电机的转动轴线与手术模块转动轴线共轴。

本发明的有益效果是：

本发明采用结构紧凑的并联机构，不仅可以保证较高的刚度，而且运动累计误差小于串联机构，可以提高手术精度；本发明可以驱动手术模块绕切口灵活地运动，不仅可以满足微创手术的要求，而且可以减小对切口的伤害，安全性较高；本发明还可用作教学培训的模拟手术器具；因此，本发明对于提高微创手术的进一步推广具有重要意义。

附图说明

图1是本发明实施例的立体结构示意图。

图2是本发明实施例中的一个分支机构的示意图。

图3是本发明工作方式的示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图所示的实施例，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

图1所示的用于微创手术的2-hrrr并联式手术机器人，包括动平台3、底座5、手术模块以及驱动手术模块两个分支机构。

所述手术模块包括手术工具4以及用于驱动手术工具旋转的电机41；图中可见，该手术工具通过套筒40可转动地定位在动平台上；所述手术工具一般为腹腔镜器械(具体指切开刀、分离钳、冲洗器、内窥镜等)；所述电机通过支架42固定在动平台上，并且电机的转动轴线与手术模块转动轴线4-1共轴，同时，电机的转动轴线平行于手术工具的长度方向；所述底座为位于动平台下方的弧形底座，手术工具的下端向下穿越底座中部的半围合区域51后伸入底座下方。

所述两个分支机构并联连接在动平台与底座之间，用于驱动手术模块运动；每个分支机构均为五自由度机械臂，包括由上往下依次连接在动平台与底座之间的第一转动副21、第一连杆11、第二转动副22、第二连杆12、第三转动副23、第三连杆13、螺旋副28(螺旋副中的铰接套与螺杆同时保持铰接和转动配合)以及作为螺旋副螺杆的第四连杆14。

每个分支机构中，第一转动副轴线与第二转动副轴线以及第三转动副轴线互相平行并且垂直于手术模块转动轴线与螺旋副旋转轴线28-1；所述第四连杆固定在底座上。

所述螺旋副中，固定在第三连杆下端的铰接套既可转动又可移动地定位在第四连杆上(铰接套既可绕第四连杆轴线转动，又可沿着第四连杆轴线方向滑动)，第四连杆作为该铰接套筒的滑杆；两个分支机构的所有螺旋副轴线相交于o点(o点表示手术时人体上的切口位置，即固定点)，手术模块转动轴线通过o点，手术工具也通过o点。

如图3所示，人体的切口位置7放有穿刺套管6(英文trocar)，手术工具穿过穿刺套管后伸入人体内；该手术工具在两个分支机构驱动下进行运动(运动方向如图3中箭头所示)，包括以切口位置作为原点(即前述的固定点)的摆动以及沿着手术工具轴线方向的伸缩运动，同时手术工具还可在电机驱动下旋转。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种手术机器人，目的是提供的机械手应具有结构紧凑、体积较小、工作可靠的特点。技术方案是：一种用于微创手术的2‑HRRR并联式手术机器人，该机械手包括可转动地定位在动平台上的手术模块、位于动平台下方的底座以及并联连接在动平台与底座之间的两个分支机构；所述每个分支机构包括依次连接在动平台与底座之间的第一转动副、第一连杆、第二转动副、第二连杆、第三转动副、第三连杆、螺旋副的铰接套以及作为螺旋副螺杆的第四连杆；每个分支机构中，第一转动副轴线与第二转动副轴线以及第三转动副轴线互相平行并且垂直于手术模块转动轴线与螺旋副旋转轴线；两个分支机构中的螺旋副旋转轴线与手术模块转动轴线相交于一点。

技术研发人员：陈巧红;戴波;黄鹏成;李秦川
受保护的技术使用者：浙江理工大学
技术研发日：2017.03.01
技术公布日：2017.07.21