CN106691592A - 一种单孔腹腔微创手术用机器臂 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗器械领域，公开了一种单孔腹腔微创手术用机器臂，包括第一驱动组件、第二驱动组件、第三驱动组件、输出机构与控制***，其中第一、第二、第三驱动组件在控制***的控制下共同驱动输出机构绕一固定点运动，该固定点为水平交叉的第一、第二轴心与输出机构自身的第三轴心的公共交点。本发明单孔腹腔微创手术机器人只需要在腹腔造成一个创口，与传统的多孔微创外科手术机器人相比，其具有创伤小、疼痛轻、术后恢复快和创口美观性好等优点；同时本发明的应用范围不受限于人体自然腔道的位置，比通过人体自然腔道的微创手术具有更广泛的应用范围；稳定性好、易于控制、成本更为低廉。

Description

一种单孔腹腔微创手术用机器臂

技术领域

本发明涉及医疗器械领域，尤其是涉及一种用于在微创手术中进行单孔手术的机械臂。

背景技术

近年来“微创”这一概念已深入到外科手术的各种领域，所谓微创手术，顾名思义就是只需在人体上造成微小创伤的手术，其具有创伤小、疼痛轻、术后恢复快和创口美观性好等优点，因此受到人们的广泛欢迎。

随着技术的发展，医护人员通常借助医疗机器人完成微创手术，目前市面上广泛应用的手术机器人为达芬奇外科手术机器人，达芬奇手术机器人具有若干缺点，如操作复杂、成本高、机器庞大等，最关键的是达芬奇手术机器人需要在身体上造成多个创口，而每多一个创口都会给患者带来额外的风险与痛苦，因此人们亟需一种可进行单孔手术的机器人。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种单孔腹腔微创手术用机器臂。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种单孔腹腔微创手术用机器臂，包括第一驱动组件、第二驱动组件、第三驱动组件、输出机构与控制***，其中第一、第二、第三驱动组件在控制***的控制下共同驱动输出机构绕一固定点运动，该固定点为水平交叉的第一、第二轴心与输出机构自身的第三轴心的公共交点。

作为上述方案的进一步改进方式，第一驱动组件包括第一执行臂，第二驱动组件包括第二执行臂，第三驱动组件包括第三执行臂，其中

第一、第二驱动组件设于第三驱动组件的两侧并分别沿第一、第二轴心分布，第一执行臂可发生绕第一轴心的转动，第二执行臂可发生绕第二轴心的转动，第三执行臂可发生绕竖直的第四轴心与水平的第五轴心的转动，第一 、第二、第三执行臂还可发生沿直线的移动；

第一、第二、第三执行臂的输出端分别与输出机构转动连接，且输出机构还可相对第一、第二执行臂的输出端沿第三轴心方向运动。

作为上述方案的进一步改进方式，第一驱动组件还包括第一电机与第一连接臂，第一电机驱动轴的轴心为第一轴心，第一连接臂的两端分别与驱动轴、第一执行臂铰接，第一执行臂通过第一连接臂发生沿直线的移动，并与第一连接臂一体通过驱动轴发生绕第一轴心的转动。

作为上述方案的进一步改进方式，包括两个平行设置的第一连接臂，该两个第一连接臂形成一平行四边形机构以使第一执行臂在运动过程中保持水平。

作为上述方案的进一步改进方式，第二驱动组件还包括第二电机与第二连接臂，第二电机驱动轴的轴心为第二轴心，第二连接臂的两端分别与驱动轴、第二执行臂铰接，第二执行臂通过第二连接臂发生沿直线的移动，并与第二连接臂一体通过驱动轴发生绕第二轴心的转动。

作为上述方案的进一步改进方式，包括两个平行设置的第二连接臂，该两个第二连接臂形成一平行四边形机构以使第二执行臂在运动过程中保持水平。

作为上述方案的进一步改进方式，第三驱动组件还包括第三电机、第四电机与平移机构，第三、第四电机驱动轴的轴心分别为第四、第五轴心，第四电机固定在第三电机的驱动轴上，平移机构的一端与第四电机的驱动轴连接，另一端与第三执行臂连接，第三执行臂通过平移机构发生沿直线的移动，并与平移机构一体通过第四电机的驱动轴发生绕第五轴心的转动，以及通过第三电机的驱动轴发生绕第四轴心的转动。

作为上述方案的进一步改进方式，平移机构包括基板、第三连接臂与第四连接臂，第四电机的驱动轴与第三执行臂上各连接有一基板，第三、第四连接臂的一端分别与第四电机的驱动轴上的基板、第三执行臂上的基板铰接，另一端相互铰接，以使二者可相对折叠或者展开。

作为上述方案的进一步改进方式，基板为三角板，第四电机驱动轴上的基板的相邻两侧边上均铰接有第三连接臂，第三执行臂上的基板的相邻两侧边上均铰接有第四连接臂。

作为上述方案的进一步改进方式，包括第一套筒、第二套筒、第一转轴、第二转轴与第三转轴，第一、第二套筒依次套接在输出机构的外侧，第二、第一套筒之间与第一套筒、输出机构之间可相对转动，输出机构还可相对第一套筒沿第三轴心方向移动；

第一转轴连接在第一执行臂的输出端，第二转轴连接在第二执行臂的输出端，第三转轴连接在第三执行臂的输出端，第一转轴沿径向与第一套筒转动连接，第二转轴沿径向与第二套筒转动连接，第三转轴沿径向与输出机构转动连接。

本发明的有益效果是：

单孔腹腔微创手术机器人只需要在腹腔造成一个创口，与传统的多孔微创外科手术机器人相比，其具有创伤小、疼痛轻、术后恢复快和创口美观性好等优点；同时本发明的应用范围不受限于人体自然腔道的位置，相比于通过人体自然腔道的微创手术机器人具有更广泛的应用范围；稳定性好、易于控制、成本更为低廉。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明一个实施例的正视图；

图2是本发明一个实施例的后视图；

图3是本发明一个实施例的侧视图；

图4是本发明一个实施例第一方向的立体示意图；

图5是本发明一个实施例第二方向的立体示意图；

图6是本发明第一驱动组件一个实施例的立体示意图；

图7是本发明第二驱动组件一个实施例的立体示意图；

图8是本发明第三驱动组件一个实施例的立体示意图；

图9是本发明第一、第二、第三执行臂与输出机构连接的立体示意图；

图10是本发明第一、第二、第三执行臂与输出机构连接的分解示意图；

图11是第一套筒、第二套筒与输出机构连接的剖面示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整的描述，以充分地理解本发明的目的、方案和效果。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本发明中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本发明各组成部分的相互位置关系来说的。

此外，除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

参照图1至图5，分别示出了本发明一个实施例的正视图、后视图、侧视图、第一方向的立体示意图与第二方向的立体示意图，如图所示，本发明包括第一驱动组件100、第二驱动组件200、第三驱动组件300、输出机构400与控制***，其中第一、第二、第三驱动组件在控制***的控制下共同驱动输出机构400绕一固定点a运动，该固定点为水平交叉的第一轴心x1、第二轴心x2与输出机构自身的第三轴心x3的公共交点。输出机构400的运动包括但不限于过固定点a的摆动，以及沿第三轴心x3的移动，图中输出机构400已经处于偏转后的位置，第一驱动组件100、第二驱动组件200、第三驱动组件300分别处于不同的运动姿态。

其中，第一、第二驱动组件设于第三驱动组件300的两侧并分别沿第一、第二轴心分布，优选的，第一、第二驱动组件相对第三驱动组件300对称分布。

以下对各组件进行详细描述，参照图6，示出了本发明第一驱动组件一个实施例的立体示意图，如图所示，第一驱动组件包括第一执行臂110、第一电机120与第一连接臂130，第一电机120驱动轴的轴心为第一轴心x1，第一连接臂130的两端分别与第一电机120的驱动轴、第一执行臂110铰接，如此，第一执行臂110通过第一连接臂130发生沿直线的移动，并与第一连接臂130一体通过第一电机120的驱动轴发生绕第一轴心x1的转动。

具体的，第一执行臂110包括第一臂段111与第二臂段112，其中第二臂段112相对第一臂段111倾斜，第二臂段112上连接有一铰接座113以作为第一执行臂110的输出端。

参照图7，示出了本发明第二驱动组件一个实施例的立体示意图，其结构与第一驱动组件大致相同，即包括第二执行臂210、第二电机220与第二连接臂230，各部件之间相同的连接关系在此就不一一赘述。第二驱动组件与第一驱动组件的区别在于包括有两个平行设置的第二连接臂230，该两个第二连接臂形成一平行四边形机构，从而使第二执行臂210在运动过程中保持水平。

当然也可以是第一驱动组件100包括两个第一连接臂130，或者是第一、第二驱动组件均包括两个连接臂。

此外，第二执行臂210同样包括两个臂段，且第二臂段的倾斜方向与第一驱动组件中第二臂段的倾斜方向相反，以使第一、第二执行臂在与输出机构400连接时可以相互错开，避免干涉。

参照图8，示出了本发明第三驱动组件一个实施例的立体示意图，如图所示，第三驱动组件包括第三执行臂310、第三电机320、第四电机330、基板340、第三连接臂350与第四连接臂360，上述基板340、第三连接臂350与第四连接臂360组成平移机构，第三执行臂310上同样连接有铰接座作为输出端。

其中，第三、第四电机驱动轴的轴心分别为第四轴心x4、第五轴心x5，第三电机320竖直放置，第四电机330通过一安装板固定在第三电机320的驱动轴上。第四电机330的驱动轴与第三执行臂310上各连接有一基板，第三、第四连接臂的一端分别与第四电机的驱动轴上的基板、第三执行臂上的基板铰接，另一端相互铰接，以使第三、第四连接臂可相对折叠或者展开。

第三执行臂310通过平移机构发生沿直线的移动，并与平移机构一体通过第四电机330的驱动轴发生绕第五轴心x5的转动，以及通过第三电机320的驱动轴发生绕第四轴心x4的转动。

优选的，基板340为三角板，更确切的说是等腰直角三角板，其中与第四电机330驱动轴连接的基板的两直角边上均铰接有第三连接臂350，与第三执行臂310连接的基板的两直角边上均铰接有第四连接臂360，两组连接臂共同运动以使第三执行臂的受力更加均衡。

参照图9、图10，分别示出了本发明第一、第二、第三执行臂与输出机构连接的立体示意图与同一方向的分解示意图，如图所示，连接结构包括第一套筒510、第二套筒520、第一转轴530、第二转轴540、第三转轴550、转动块560、导向套570、导向套580、导向套590与卡簧.

第二、第一套筒依次套接在输出机构400的外侧，第一、第二套筒之间与第一套筒510、输出机构400之间可相对转动，输出机构400还可相对第一套筒510沿第三轴心x3方向移动。

具体的，第一转轴530连接在第一执行臂110的铰接座上，第二转轴540连接在第二执行臂210的铰接座上，第三转轴550连接在第三执行臂的铰接座上，第一套筒510的筒壁上设有径向的通孔511，第一转轴530上也设有径向的通孔531，第一转轴530横穿过通孔511以实现第一执行臂110与第一套筒510的转动连接，输出机构400则穿过第一转轴530上的通孔531。

第二转轴540分别为两处，设于第二执行臂210铰接座的两侧，第二套筒520上对应第一转轴530设有横槽521，对应第二转轴540设有通孔522，第一转轴530从横槽521内伸出并可沿槽滑动，从而避免第一、第二套筒相对转动时第二套筒520对第一转轴530造成阻碍，两侧的第二转轴540分别***通孔522内，实现第二执行臂210与第二套筒520的转动连接，同时第一套筒510则从两个第二转轴540之间穿过。基于上述，呈交叉分布的第一、第二执行臂既可以互不阻碍的推动输出机构400绕固定点a摆动，同时还不会阻碍输出机构400沿第三轴心x3的移动。

第三转轴550穿过转动块560后连接在第三执行臂310的铰接座上，输出机构400的顶端则与转动块560连接，以实现第三执行臂310与输出机构400的转动连接。

参照图11，示出了第一套筒、第二套筒与输出机构连接的剖面示意图，剖面经过第三轴心与第二执行臂的轴心，图中隐藏各执行臂。如图所示，导向套570设于输出机构400与第一套筒510之间，导向套580套接在第一套筒510的轴肩上，导向套590设于导向套580与第二套筒520之间，导向套590通过未示出的卡簧固定。

第一转轴530穿过第一套筒510的径向通孔，输出机构400穿过第一转轴530的径向通孔，两个第二转轴540分别***第二套筒520上的径向通孔内，第一套筒510从两个第二转轴540之间穿过。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种单孔腹腔微创手术用机器臂，其特征在于，包括第一驱动组件、第二驱动组件、第三驱动组件、输出机构与控制***，其中所述第一、第二、第三驱动组件在所述控制***的控制下共同驱动所述输出机构绕一固定点运动，该固定点为水平交叉的第一、第二轴心与所述输出机构自身的第三轴心的公共交点。

2.根据权利要求1所述的单孔腹腔微创手术用机器臂，其特征在于，所述第一驱动组件包括第一执行臂，所述第二驱动组件包括第二执行臂，所述第三驱动组件包括第三执行臂，其中

所述第一、第二驱动组件设于所述第三驱动组件的两侧并分别沿所述第一、第二轴心分布，所述第一执行臂可发生绕所述第一轴心的转动，所述第二执行臂可发生绕所述第二轴心的转动，所述第三执行臂可发生绕竖直的第四轴心与水平的第五轴心的转动，所述第一 、第二、第三执行臂还可发生沿直线的移动；

所述第一、第二、第三执行臂的输出端分别与所述输出机构转动连接，且所述输出机构还可相对所述第一、第二执行臂的输出端沿所述第三轴心方向运动。

3.根据权利要求2所述的单孔腹腔微创手术用机器臂，其特征在于，所述第一驱动组件还包括第一电机与第一连接臂，所述第一电机驱动轴的轴心为所述第一轴心，所述第一连接臂的两端分别与所述驱动轴、第一执行臂铰接，所述第一执行臂通过所述第一连接臂发生沿直线的移动，并与所述第一连接臂一体通过所述驱动轴发生绕所述第一轴心的转动。

4.根据权利要求3所述的单孔腹腔微创手术用机器臂，其特征在于，包括两个平行设置的所述第一连接臂，该两个第一连接臂形成一平行四边形机构以使所述第一执行臂在运动过程中保持水平。

5.根据权利要求2所述的单孔腹腔微创手术用机器臂，其特征在于，所述第二驱动组件还包括第二电机与第二连接臂，所述第二电机驱动轴的轴心为所述第二轴心，所述第二连接臂的两端分别与所述驱动轴、第二执行臂铰接，所述第二执行臂通过所述第二连接臂发生沿直线的移动，并与所述第二连接臂一体通过所述驱动轴发生绕所述第二轴心的转动。

6.根据权利要求5所述的单孔腹腔微创手术用机器臂，其特征在于，包括两个平行设置的所述第二连接臂，该两个第二连接臂形成一平行四边形机构以使所述第二执行臂在运动过程中保持水平。

7.根据权利要求2所述的单孔腹腔微创手术用机器臂，其特征在于，所述第三驱动组件还包括第三电机、第四电机与平移机构，所述第三、第四电机驱动轴的轴心分别为所述第四、第五轴心，所述第四电机固定在所述第三电机的驱动轴上，所述平移机构的一端与所述第四电机的驱动轴连接，另一端与所述第三执行臂连接，所述第三执行臂通过所述平移机构发生沿直线的移动，并与所述平移机构一体通过所述第四电机的驱动轴发生绕所述第五轴心的转动，以及通过所述第三电机的驱动轴发生绕所述第四轴心的转动。

8.根据权利要求7所述的单孔腹腔微创手术用机器臂，其特征在于，所述平移机构包括基板、第三连接臂与第四连接臂，所述第四电机的驱动轴与第三执行臂上各连接有一所述基板，所述第三、第四连接臂的一端分别与第四电机的驱动轴上的基板、第三执行臂上的基板铰接，另一端相互铰接，以使二者可相对折叠或者展开。

9.根据权利要求8所述的单孔腹腔微创手术用机器臂，其特征在于，所述基板为三角板，所述第四电机驱动轴上的所述基板的相邻两侧边上均铰接有所述第三连接臂，第三执行臂上的所述基板的相邻两侧边上均铰接有所述第四连接臂。

10.根据权利要求2所述的单孔腹腔微创手术用机器臂，其特征在于，包括第一套筒、第二套筒、第一转轴、第二转轴与第三转轴，所述第二、第一套筒依次套接在所述输出机构的外侧，所述第一、第二套筒之间与第一套筒、输出机构之间可相对转动，所述输出机构还可相对所述第一套筒沿第三轴心方向移动；

所述第一转轴连接在所述第一执行臂的输出端，所述第二转轴连接在所述第二执行臂的输出端，所述第三转轴连接在所述第三执行臂的输出端，所述第一转轴沿径向与所述第一套筒转动连接，所述第二转轴沿径向与所述第二套筒转动连接，所述第三转轴沿径向与所述输出机构转动连接。