CN110711032B - 一种电机后置的微型化手术机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电机后置的微型化手术机器人，包括V型的第一连杆和第二连杆，第一连杆和第二连杆拐角位置通过连接轴连接，第一连杆底端与第一电机连接，第二连杆底端穿过有第二电机的输出轴，第二电机的输出轴与设置在第一连杆和第二连杆之间的摆臂的一端固定连接，摆臂的另一端与第三连杆的一端铰接，第三连杆另一端与V型杆一端铰接，V型杆拐角位置与连接轴转动连接，V型杆的另一端与第四连杆一端铰接，第四连杆另一端与滑台铰接，滑台与第一连杆及第二连杆的顶端转动连接，滑台安装有升降机构，所述升降机构与执行机构连接，执行机构用于连接末端执行元件，本发明的手术机器人，振动小，手术风险发生概率低。

Description

一种电机后置的微型化手术机器人

技术领域

本发明涉及医用手术机器人技术领域，具体涉及一种电机后置的微型化手术机器人。

背景技术

随着科学技术的发展进步，“微创”这一概念已深入到外科手术的各种领域。微创手术，是指利用腹腔镜、胸腔镜等现代医疗器械及相关设备进行的手术。与传统手术相比，微创手术具有创伤小、疼痛轻、出血少、恢复快、住院时间短的优点，有利于提高外科手术质量和降低医疗成本，是外科手术革命性的进步，被喻为21世纪外科发展方向之一。微创手术器械及手术机器人的应用，更是改变了传统手术的方式，给医生操作手术带来便利的同时，带给患者较小的手术损伤，是目前的主流发展方向。

机器人手术***是集多项现代高科技手段于一体的综合体，外科医生可以远离手术台操纵机器进行手术，完全不同于传统的手术概念，克服了传统外科手术中精确度差、手术时间过长、医生疲劳、和缺乏三维精度视野等问题，在临床微创手术以及战地救护、地震海啸救灾等方面有着广泛的应用前景，在世界微创外科领域是当之无愧的革命性外科手术工具。自上世纪90年代起，以达芬奇为代表的微创手术机器人逐渐成为国际机器人领域的前沿和研究热点，其***融合诸多新兴学科，实现了外科手术微创化、智能化和数字化。目前手术机器人已知领域主要包括骨科机器人、神经外科机器人、血管介入机器人、腹腔镜手术机器人等等。

现在大多数的手术机器人都是采用电机驱动的方式，利用电力驱动手术平台和机械臂向各方向移动，将驱动电机布置在机械臂的关节部位来实现手术机器人多个自由度的改变，以提高机器人的灵活性。但发明人发现这样的安装方式就会导致手术机器人头重脚轻，增大了关节的驱动力矩，容易导致机械臂***发生震动，准确度下降，更可能导致医生注意力分散，从而增加手术风险。

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供一种电机后置的微型化手术机器人，避免了机械臂的振动，机械臂动作准确度高，手术风险低。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种电机后置的微型化手术机器人，包括V型的第一连杆和第二连杆，第一连杆和第二连杆拐角位置通过连接轴连接，第一连杆底端与第一电机连接，第二连杆底端穿过有第二电机的输出轴，第二电机的输出轴与设置在第一连杆和第二连杆之间的摆臂的一端固定连接，摆臂的另一端与第三连杆的一端铰接，第三连杆另一端与V型杆一端铰接，V型杆拐角位置与连接轴转动连接，V型杆的另一端与第四连杆一端铰接，第四连杆另一端与滑台铰接，滑台与第一连杆及第二连杆的顶端转动连接，滑台安装有升降机构，所述升降机构与执行机构连接，执行机构用于连接末端执行元件。

进一步的，所述第一电机及第二电机均固定在驱动线机构上，驱动线机构与第三电机连接，第三电机能够驱动驱动线机构的摆动，驱动线机构通过丝鞘与执行机构连接，能够驱动执行机构的工作。

进一步的，所述升降机构包括固定在滑台顶端的第四电机，所述第四电机输出轴与丝杠连接，丝杠与滑块连接，所述滑块与执行机构连接，能够驱动执行机构的运动。

进一步的，所述驱动线机构包括架体，架体与固定设置的第三电机连接，由第三电机驱动其转动，所述架体上设置有多个第四电机，所述第四电机的输出轴与驱动轮固定连接，所述驱动轮上绕接有丝鞘的丝部，所述丝鞘的丝部一端与驱动轮固定连接，另一端与执行机构连接，驱动轮能够带动丝鞘的丝部运动，丝鞘的丝部带动执行机构工作。

进一步的，所述丝鞘的鞘部一端与固定在架体的卡扣连接，另一端与滑块固定连接。

进一步的，所述架体与支座转动连接，所述支座固定设置，支座与滑台之间设置有由柔性材质制成的丝鞘集束管，多个丝鞘布设在丝鞘集束管内部。

进一步的，所述架体上还安装有导向轮，用于对丝鞘的丝部进行导向。

进一步的，所述执行机构包括中间箱体，所述中间箱体内设置有多个中间轴，所述丝鞘的丝部的另一端缠绕在中间轴上且端部与中间轴固定连接，所述中间轴的端部设置有位于箱体外部的从动轮，所述从动轮及中间箱体与快换机构连接，能够驱动快换机构的工作，所述快换机构用于连接末端执行元件。

进一步的,所述快换机构包括外壳，所述外壳与中间箱体可拆卸连接，所述外壳连接有与从动轮同轴设置的驱动轴，所述驱动轴一端与外壳转动连接，另一端设置有卡槽，驱动轴通过卡槽与设置在从动轮上的卡块卡接连接，所述驱动轴上缠绕有驱动线，所述驱动线伸出至外壳外部用于与末端执行元件连接。

进一步的，所述外壳固定连接有套管，所述驱动线伸出至外壳外部的部分布置在套管内部，套管用于对驱动线进行集线，所述滑台底端连接有固定板，套管穿过所述固定板，固定板用于对套管进行固定。

本发明的有益效果：

1.本发明的电机后置的手术机器人，由于第一连杆和第二连杆为V型结构，且第一电机和第二电机设置在第一连杆和第二连杆的底部，使得整个手术机器人的重心后移，使得操作更加稳定，减少了手术人员的配置，降低了重大手术事故的发生风险。

2.本发明的电机后置的手术机器人，通过第三连杆、V型杆及第四连杆的设置，采用两个四连杆机构带动滑台绕其与第一连杆和第二连杆铰接点的转动，运动更加快捷灵活。

3.本发明的电机后置的手术机器人，驱动线机构采用丝鞘驱动执行机构的工作，与传统的线驱动装置采用骨架和导向轮布线相比，丝鞘的累计误差小，驱动更加精准。

4.本发明的电机后置的手术机器人，中间箱体与快换机构的外壳可拆卸连接，方便对快换机构进行更换。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明实施例1整体结构示意图；

图2为本发明实施例1整体结构主视示意图；

图3为本发明实施例1第一连杆、第二连杆、摆臂、V型杆、第三连杆及第四连杆装配主视示意图；

图4为本发明实施例1第一连杆、第二连杆、摆臂、V型杆、第三连杆及第四连杆装配侧视示意图；

图5为本发明实施例1驱动线机构结构示意图；

图6为本发明实施例1卡扣结构示意图；

图7为本发明实施例1中间箱体与从动轮装配示意图；

图8为本发明实施例1从动轮与驱动轴装配示意图；

图9为本发明实施例1外壳结构示意图；

图10为本发明实施例1快换机构与中间箱体连接示意图；

其中，1.支座，2.转轴，3.第三电机，4.电机支架，5.第一电机，6.第二电机，7.第一连杆，8.第二连杆，9.摆臂，10.连接轴，11.第三连杆，12.V型杆，13.第四连杆，14.滑台，15.第四电机，16.联轴器，17.丝杠，18.滑块，19.第一架体部，20.第二架体部，20-1.槽钢，20-2.第一固定钢板，20-3.第二固定钢板，21.驱动轮，22.丝部，23.鞘部，24.卡扣，24-1.第一卡扣部，24-2.第二卡扣部，25.第一导向轮，26.丝鞘集束管，27.中间箱体，28.从动轮，28-1.卡块，29.外壳，29-1.第一卡槽，29-2.第二卡槽，29-3.阶梯结构，29-4.压钩，30.驱动轴，31.驱动线，32.套管，33.固定板，34.插板，35.卡板，35-1.卡头，36.第二导向轮。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，现有的手术机器人电机安装方式使机器人头重脚轻，容易导致机械臂***发生震动，准确度下降，增加了手术风险，针对上述问题，本申请提出了一种电机后置的微型化手术机器人。

本申请的一种典型实施方式实施例1中，如图1-10所示，一种电机后置的微型化手术机器人，包括U型的支座1，所述支座通过转轴2转动连接有驱动线机构，驱动线机构与转轴固定连接，转轴与支座通过轴承转动连接，所述转轴与第三电机3的输出轴通过联轴器连接，所述第三电机能够带动驱动线机构绕水平面内沿第一方向设置的轴线转动，所述第三电机固定在电机支架4上，所述电机支架固定在支座上。

所述驱动线机构顶部固定有第一电机5和第二电机6，第一电机及第二电机同轴相向设置，所述第一电机的输出轴与第一连杆7底端固定连接，能够带动第一连杆转动，所述第二电机的输出轴穿过第二连杆8并与摆臂9的一端固定连接，所述第一连杆和第二连杆均为V型结构，第一连杆和第二连杆通过拐角位置处的连接轴10进行连接，第一电机能够通过连接轴带动第一连杆和第二连杆做同步运动。

所述摆臂设置在第一连杆和第二连杆之间，摆臂的一端与第二电机的输出轴固定连接，另一端与第三连杆11的一端铰接，第三连杆的另一端与V型杆12的一端铰接，V型杆的拐角位置与连接轴转动连接，V型杆的另一端与两根第四连杆13的一端铰接，两根第四连杆的另一端与滑台14铰接，所述滑台的两侧面与第一连杆和第二连杆的顶端铰接

所述滑台上安装有升降机构，所述升降机构与执行机构连接，所述执行机构用于连接末端执行元件。

所述升降机构包括固定在滑台上端的第四电机15，所述第四电机的输出轴通过联轴器16与丝杠17的一端连接，丝杠的另一端与轴承座转动连接，所述轴承座固定在滑台上，所述丝杠上连接有滑块18，所述滑块与设置在滑台上的滑道滑动连接，所述滑块与执行机构连接，能够驱动执行机构沿滑台的运动。

第一电机能够带动第一连杆和第二连杆绕水平面内沿第二方向设置的轴线转动，所述第二方向垂直与第一方向。

第二电机能够带动摆臂转动，从而通过第三连杆、V型杆和第四连杆带动滑台绕其与第一连杆、第二连杆铰接点的转动。

通过第一电机和第二电机的作用，能够驱动末端执行元件位置和角度的调节，通过升降机构，能够带动末端执行元件进入或退出腹腔。

所述驱动线机构通过丝鞘与执行机构连接，利用丝鞘驱动执行机构的动作，所述驱动线机构包括架体，所述架体包括第一架体部19和第二架体部20，所述第二架体部固定在第一架体部顶部，由四块钢板焊接而成，用于固定第一电机和第二电机，所述第二架体部包括两个相对设置的槽钢20-1，两个槽钢的两侧分别固定有第一固定钢板20-2和第二固定钢板20-3，第一固定钢板、第二固定钢板和两个槽钢形成了腔体结构。

所述第一固定钢板上固定有四个第五电机，第二固定钢板上固定有六个第五电机，所述第五电机上输出轴分别伸出至第一固定钢板和第二固定钢板外侧并固定连接有驱动轮21。

本实施中，所述丝鞘包括鞘部23和位于鞘部内部的丝部22，所述丝部采用钢丝制成，所述鞘部采用橡胶材质制成，丝部两端伸出至鞘部的外侧。

所述丝部的一端缠绕在驱动轮上，且其端部与驱动轮固定连接，丝部的另一端与执行机构连接。

所述鞘部的一端与固定在架体上的卡扣24固定连接，另一端与滑块固定连接，所述卡扣包括第一卡扣部24-1和第二卡扣部24-2，第一卡扣部和第二卡块部内设置有用于与鞘部相匹配的半圆型槽，第一卡扣部和第二卡扣部通过螺栓固定连接，能够通过螺栓利用第一卡扣部和第二卡块部将丝鞘的鞘部端部进行压紧固定。

本实施例中，部分由驱动轮引出的丝鞘的丝部配套设置有第一导向轮25，所述第一导向轮与架体转动连接，且与丝鞘的丝部接触，用于对丝鞘的丝部进行导向。

本实施例中，所述滑块与支座之间设置有由柔性材质制成的丝鞘集束管26，经驱动轮引出的多个丝鞘进入丝鞘集束管内，丝鞘另一端穿出丝鞘集束管后与执行机构连接，所述丝鞘集束管用于将多个丝鞘进行集中，防止其散乱布置。

所述执行机构包括与滑块固定连接的中间箱体27，所述中间箱体内设置有十二个中间轴，中间轴与中间箱体转动连接，十二根丝鞘的丝部另一端伸入中间箱体内部并缠绕在中间轴上，丝鞘丝部的端部与中间轴固定连接，丝鞘的鞘部的该端端部与滑块固定连接。

所述中间轴伸出至中间箱体外部并与从动轮28固定连接，所述从动轮及中间箱体与快换机构连接，所述快换机构用于连接末端执行元件。

所述快换机构包括外壳29，所述外壳包括顶部壳壁及固定在顶部壳壁四个边缘处的侧部壳壁，所述顶部壳壁的内侧面转动连接有多个驱动轴30，所述驱动轴与从动轮同轴设置，从动轮的端面上设置有三个卡块28-1，所述驱动轴的端部设置有三个与所述卡块相匹配的卡槽，驱动轴能够通过卡槽和卡块与从动轮卡接连接，从动轮的转动能够带动驱动轴做同步转动，所述驱动轴上缠绕有驱动线31，所述驱动线端部与驱动轴固定连接，驱动线绕接设置在顶部壳壁的第二导向轮36后平行伸出至外壳外部，多个驱动线用于连接末端执行元件。

所述外壳底部的侧部壳壁上固定有套管32，多个伸出至外壳外部的驱动线布置在套管内，套管用于对驱动线进行集线，所述滑台的底部通过螺栓可拆卸的连接有固定板33，套管穿过所述固定板，固定板用于对套管进行支撑和固定。

所述外壳与中间箱体可拆卸连接，所述中间箱体上设置有两个插板34，插板的一侧设置有由弹性塑料材质制成的卡板35，所述卡板具有三角形的卡头35-1，所述外壳与插板相对应的两个侧部壳壁上设置有第一卡槽29-1，插板能够***第一卡槽中，第一卡槽的一侧设置有与第一卡槽端部相连通的第二卡槽29-2，第二卡槽贯穿侧部壳壁的端面设置，第一卡槽和第二卡槽能够形成一个阶梯结构29-3，卡板通过第一卡槽***后，由于卡板为弹性塑料材质制成，第一卡槽的作用下，卡板可向插板一侧弯曲，使插板和卡板共同伸入第一卡槽内，当卡板到达第二卡槽位置时，卡板无法受到限制，回复原状，三角形的卡头与阶梯结构卡接固定，从而实现了外壳和中间箱体的固定。

所述外壳设置第二卡槽的端面上通过螺栓连接有由弹性材质支撑的压钩29-4，压钩能够在外界力的作用下对卡板施加压力，从而使卡板产生弯曲变形，使卡板能够伸入第一卡槽中，方便外壳与中间箱体的分离。

本实施例的电机后置的手术机器人，第一电机、第二电机、第三电机、第四电机及第五电机均与控制***连接，接收控制***的指令进行工作。

本实施例的电机后置的手术机器人，使用时，快换机构的外壳通过卡板和插板与中间箱体固定连接，且驱动轴与从动轮卡接固定，驱动线的末端连接末端执行元件，所述末端执行元件采用现有的手术执行元件即可，手术人员可根据实际需要进行选择，在此不进行详细叙述，控制***向第一电机、第二电机及第三电机发送指令，调节末端执行元件的位置和角度，控制***控制第四电机工作，能够控制末端执行元件进入或退出腹腔，控制***控制第五电机工作，第五电机带动驱动轮工作，驱动轮能够对丝鞘的丝部进行收放线操作，从而带动从动轮的转动，从动轮带动驱动轴转动，驱动轴带动驱动线进行收放线工作，进而通过不同的驱动线的收放线动作带动末端执行元件的工作。

本实施例的电机后置的手术机器人，第一电机、第二电机设置在第一连杆和第二连杆的底端，由于第一连杆和第二连杆为V型结构，所以第一电机和第二电机位于滑台的后侧，且滑台和第三电机分别设置在第一连杆和第二连杆的两侧，即第三电机也设置在手术机器人的后侧位置，则整个手术机器人的重心靠近后侧设置，避免了手术机器人头重脚轻的问题，使用时，整个手术机器人不会产生振动，准确度高，降低了手术事故发生的风险。

且本实施例驱动线机构通过丝鞘带动执行机构动作，丝鞘的累计误差小，动作精度更高。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种电机后置的微型化手术机器人，其特征在于，包括V型的第一连杆和第二连杆，第一连杆和第二连杆拐角位置通过连接轴连接，第一连杆底端与第一电机连接，第二连杆底端穿过有第二电机的输出轴，第二电机的输出轴与设置在第一连杆和第二连杆之间的摆臂的一端固定连接，摆臂的另一端与第三连杆的一端铰接，第三连杆另一端与V型杆一端铰接，V型杆拐角位置与连接轴转动连接，V型杆的另一端与第四连杆一端铰接，第四连杆另一端与滑台铰接，滑台与第一连杆及第二连杆的顶端转动连接，滑台安装有升降机构；

所述第一电机及第二电机均固定在驱动线机构上，驱动线机构与第三电机连接，第三电机能够驱动驱动线机构的摆动，驱动线机构通过丝鞘与执行机构连接，能够驱动执行机构的工作；

所述升降机构与执行机构连接，所述执行机构包括中间箱体，所述中间箱体内设置有多个中间轴，所述丝鞘的丝部的另一端缠绕在中间轴上且端部与中间轴固定连接，所述中间轴的端部设置有位于中间箱体外部的从动轮，所述从动轮及中间箱体与快换机构连接，能够驱动快换机构的工作，所述快换机构用于连接末端执行元件。

2.如权利要求1所述的一种电机后置的微型化手术机器人，其特征在于，所述升降机构包括固定在滑台顶端的第四电机，所述第四电机输出轴与丝杠连接，丝杠与滑块连接，所述滑块与执行机构连接，能够驱动执行机构的运动。

3.如权利要求2所述的一种电机后置的微型化手术机器人，其特征在于，所述驱动线机构包括架体，架体与固定设置的第三电机连接，由第三电机驱动其转动，所述架体上设置有多个第五电机，所述第五电机的输出轴与驱动轮固定连接，所述驱动轮上绕接有丝鞘的丝部，所述丝鞘的丝部一端与驱动轮固定连接，另一端与执行机构连接，驱动轮能够带动丝鞘的丝部运动，丝鞘的丝部带动执行机构工作。

4.如权利要求3所述的一种电机后置的微型化手术机器人，其特征在于，所述丝鞘的鞘部一端与固定在架体的卡扣连接，另一端与滑块固定连接。

5.如权利要求3所述的一种电机后置的微型化手术机器人，其特征在于，所述架体与支座转动连接，所述支座固定设置，支座与滑台之间设置有由柔性材质制成的丝鞘集束管，多个丝鞘布设在丝鞘集束管内部。

6.如权利要求3所述的一种电机后置的微型化手术机器人，其特征在于，所述架体上还安装有导向轮，用于对丝鞘的丝部进行导向。

7.如权利要求1所述的一种电机后置的微型化手术机器人，其特征在于，所述快换机构包括外壳，所述外壳与中间箱体可拆卸连接，所述外壳连接有与从动轮同轴设置的驱动轴，所述驱动轴一端与外壳转动连接，另一端设置有卡槽，驱动轴通过卡槽与设置在从动轮上的卡块卡接连接，所述驱动轴上缠绕有驱动线，所述驱动线伸出至外壳外部用于与末端执行元件连接。

8.如权利要求7所述的一种电机后置的微型化手术机器人，其特征在于，所述外壳固定连接有套管，所述驱动线伸出至外壳外部的部分布置在套管内部，套管用于对驱动线进行集线，所述滑台底端连接有固定板，套管穿过所述固定板，固定板用于对套管进行固定。

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