CN106473809B - 一种三自由度并联式无铰链手术机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三自由度并联式无铰链手术机器人，包括刀头、用于刀头紧固的刀架、以及用于驱动所述刀架呈三自由度运动的若干组伸缩套管单元，每组所述伸缩套管单元均对应设置有驱动模块，且每组所述伸缩套管单元的管体扰度各不相同。以此机构设计，能够通过与伸缩套管单元对应的驱动模块，驱动具有一定扰度的伸缩套管单元运动，进而改变设置在伸缩套管单元端部的刀头在狭窄区域的空间内进行手术作业。
Description
技术领域
本发明涉及手术机械人技术领域，尤其涉及一种三自由度并联式无铰链手术机器人。
背景技术
手术机器人(surgical robot)是机器人产品目前全球应用最高端的领域，其控制精度远高于工业机器人，而且由于多数时候机器人本体需要***到病人身体内部，因此对机器人的结构、驱动方式、控制方式、使用材料都有很严格的要求，现有的手术机器人结构主要为刚性的机械臂带有刚性的手术刀具，通过微创的方式***到人体内部，再通过远程视觉把病人体内的情况实时反馈给医生进行手术操作，但该结构最大的问题就是刚性的机械臂只能在一些空间相对开阔的区域比如人体腹腔进行使用，对于空间位置很狭窄的区域比如心肺区域，常常需要深入到病人身体器官的背面进行手术，这种情况下现有的手术机器人无法达到要求实际手术需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适用于空间位置狭窄区域手术作业的三自由度并联式无铰链手术机器人。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种三自由度并联式无铰链手术机器人，包括刀头、用于刀头紧固的刀架、以及用于驱动所述刀架呈三自由度运动的若干组伸缩套管单元，每组所述伸缩套管单元均对应设置有驱动模块，且每组所述伸缩套管单元的管体扰度各不相同。
其中，所述伸缩套管单元包括设置于最外层的定位管、与所述定位管的内壁伸缩连接的第一伸缩管、以及与所述第一伸缩管的内壁伸缩连接的第二伸缩管，所述第一伸缩管和第二伸缩管的扰度各不相同。
其中，所述驱动模块包括用于驱动所述第一伸缩管沿所述定位管往返运动的第一驱动体，以及用于驱动所述第二伸缩管沿所述第一伸缩管往返运动的第二驱动体。
其中，所述第二伸缩管的尾端与所述刀架的一侧壁紧固。
其中，所述伸缩套管单元设置为三组，且三组所述伸缩套管单元的第二伸缩管的末端呈三角形间隔设置。
其中，所述驱动模块与外部控制装置相连接。
本发明的有益效果：本发明包括刀头、用于刀头紧固的刀架、以及用于驱动所述刀架呈三自由度运动的若干组伸缩套管单元，每组所述伸缩套管单元均对应设置有驱动模块，且每组所述伸缩套管单元的管体扰度各不相同。以此机构设计，能够通过与伸缩套管单元对应的驱动模块，驱动具有一定扰度的伸缩套管单元运动，进而改变设置在伸缩套管单元端部的刀头在狭窄区域的空间内进行手术作业。
附图说明
图1是一种三自由度并联式无铰链手术机器人的轴测图。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
结合图1所示，本实施例中一种三自由度并联式无铰链手术机器人，包括刀头1、用于刀头1紧固的刀架2、以及用于驱动所述刀架2呈三自由度运动的三组伸缩套管单元3，每组所述伸缩套管单元3均对应设置有驱动模块，且每组所述伸缩套管单元3的管体扰度各不相同。
具体的，本实施例中，所述伸缩套管单元3包括设置于最外层的定位管31、与所述定位管31的内壁伸缩连接的第一伸缩管32、以及与所述第一伸缩管32的内壁伸缩连接的第二伸缩管33，所述第一伸缩管32和第二伸缩管33的扰度各不相同，所述驱动模块包括用于驱动所述第一伸缩管32沿所述定位管31往返运动的第一驱动体，以及用于驱动所述第二伸缩管33沿所述第一伸缩管32往返运动的第二驱动体，所述第二伸缩管33的尾端与所述刀架2的一侧壁紧固。
采用上述结构设计的三自由度并联式无铰链手术机器人，采用三组伸缩套管单元3与刀架相连接，并通过设置在伸缩套管单元3内的第一驱动体和第二驱动体的作用，驱动第一伸缩管32和第二伸缩管33之间相互滑动，进而驱动紧固于刀架一侧的刀头在三组伸缩套管单元3的作用下，具备三个自由度，以使得刀头能够在狭窄区域的空间内进行手术作业，本实施例中的第一驱动体和第二驱动体均采用微型伺服电机与丝杆副相配合，之后在与伸缩管连接进行驱动，此结构在医疗设备中较为常用，在此不做赘述。
本实施例中，三组所述伸缩套管单元3的第二伸缩管33的末端呈三角形间隔设置。以使得刀架受力更加均衡。
本实施例中的所述驱动模块采用微型伺服电机进行驱动，且使得微型伺服电机与外部控制装置相连接。控制装置采用PLC作为主要控制单元，通过其自带的I/O输入输出信号实现与机器人控制***之间的实时通讯应答，再通过输出端向微型伺服电机的伺服控制器发送高频脉冲信号，精确控制伸缩管内的微型伺服电机的转动角度、速度等参数，从而实现相邻伸缩套管单元的协调一致。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种三自由度并联式无铰链手术机器人，其特征在于：包括刀头、用于刀头紧固的刀架、以及用于驱动所述刀架呈三自由度运动的若干组伸缩套管单元，每组所述伸缩套管单元均对应设置有驱动模块，且每组所述伸缩套管单元的管体扰度各不相同；
所述伸缩套管单元包括设置于最外层的定位管、与所述定位管的内壁伸缩连接的第一伸缩管、以及与所述第一伸缩管的内壁伸缩连接的第二伸缩管，所述第一伸缩管和第二伸缩管的扰度各不相同；
所述驱动模块包括用于驱动所述第一伸缩管沿所述定位管往返运动的第一驱动体，以及用于驱动所述第二伸缩管沿所述第一伸缩管往返运动的第二驱动体；所述驱动模块采用微型伺服电机进行驱动。
2.根据权利要求1所述的一种三自由度并联式无铰链手术机器人，其特征在于：所述第二伸缩管的尾端与所述刀架的一侧壁紧固。
3.根据权利要求1所述的一种三自由度并联式无铰链手术机器人，其特征在于：所述伸缩套管单元设置为三组，且三组所述伸缩套管单元的第二伸缩管的末端呈三角形间隔设置。
4.根据权利要求1所述的一种三自由度并联式无铰链手术机器人，其特征在于：所述驱动模块与外部控制装置相连接。
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