CN113813048B - 手术机器人的四自由度远端运动中心机构 - Google Patents

手术机器人的四自由度远端运动中心机构 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种手术机器人的四自由度远端运动中心机构包括：初调节关节设置有初调节臂，所述初调节臂的第一端转动地设置在所述初调节关节底部；连杆运动结构，包括第一连杆臂和第二连杆臂，所述第一连杆臂通过第一关节转动地连接所述初调节臂，所述第二连杆臂的通过第二关节转动地连接所述第一连杆臂，所述第二连杆臂的第二端设置有第三关节，所述第一关节、第二关节和第三关节的相对转角一致；可调旋转结构通过所述第三关节转动地设置在所述第二连杆臂的第二端；弧形导轨包括导轨、滑块和安装座，所述弧形导轨通过所述滑块连接在所述可调旋转结构的底部，所述安装座用于安装手术机器人的执行器，所述执行器的戳卡点与弧形导轨的圆心重合。

Description

手术机器人的四自由度远端运动中心机构
技术领域
本发明涉及机器人技术领域，特别涉及一种手术机器人的四自由度远端运动中心机构。
背景技术
微创外科手术一般也称为介入式手术，它是通过在体表切开数个细小的切口(或依靠人体天然官腔)，借助于视觉显示***的图像引导，将手术器械通过体表切口伸入体内进行治疗或诊断而完成的手术，微创手术技术使得大部分的外科手术告别了开放式的手术模式，将机器人技术应用于医疗外科手术已经变得越来越流行，机器人在操作稳定性、快捷性和精确性方面具有显著的优势，将机器人技术融入外科手术中，可以改进医生的手术环境，缩短患者的恢复时间。
在机器人进行微创外科手术过程中，为防止患者体表切口扩大，应使机器人的末端执行机构在体表切口处保持不动，常见手段是通过远端运动中心机构提供一个远端运动中心点，该远端运动中心点可以始终与微创手术切口重合，位于远端运动中心点的机构不会发生位移，从而确保在微创手术过程中手术器械与病人的手术切口不发生拉扯，从而保证手术安全；现有的远端运动中心机构结构较为复杂，通过多个连杆组成双平行四边形机构，占用空间大，不利于实际微创外科手术进行。
发明内容
本发明提供了一种手术机器人的四自由度远端运动中心机构，提出了一种双平行四边形机构设置更佳的远端运动中心机构，通过双平行四边形机构实现戳卡不动点，满足执行器在手术过程中需要的各种功能动作。
为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种手术机器人的四自由度远端运动中心机构，包括：
初调节关节，所述初调节关节设置有初调节臂，所述初调节臂的第一端转动地设置在所述初调节关节底部；
连杆运动结构，所述连杆运动结构包括第一连杆臂和第二连杆臂，所述第一连杆臂的第一端通过第一关节转动地设置在所述初调节臂的第二端，所述第二连杆臂的第一端通过第二关节转动地设置在所述第一连杆臂的第二端，所述第二连杆臂的第二端设置有第三关节，所述第一关节、第二关节和第三关节的相对转角一致；
可调旋转结构，所述可调旋转结构通过所述第三关节转动地设置在所述第二连杆臂的第二端；
弧形导轨，所述弧形导轨包括导轨、滑块和安装座，所述弧形导轨通过所述滑块连接在所述可调旋转结构的底部，所述安装座用于安装手术机器人的执行器，所述执行器的戳卡点与弧形导轨的圆心重合。
其中，所述第一关节与第二关节通过第一钢丝组传动，所述第二关节与第三关节通过第二钢丝组传动。
其中，所述第一关节与第二关节的直线距离为L1，所述第二关节与第三关节的直线距离为L2，所述第三关节与执行器的戳卡点的直线距离为L3，所述第一关节与执行器的戳卡点的直线距离为L4，L1＝L3，L2＝L4。
其中，所述可调旋转结构由可调驱动钢丝驱动旋转。
其中，所述导轨包括平行设置的两块导向板，所述导轨呈预设半径弧形弯折，所述滑块的两端均设置有连续圆弧滚道，每个所述连续圆弧滚道内填充有多个滚珠，所述滑块的两端通过所述连续圆弧滚道和滚珠滑动地设置在两块所述导向板之间。
其中，所述滑块两端均设置有两组所述连续圆弧滚道，所述连续圆弧滚道通过滑块盖板封闭设置。
其中，所述导向板的两侧边缘设置有导轨槽，所述滑块每端设置的两组所述连续圆弧滚道分别对应所述导向板两侧的导轨槽。
其中，所述弧形导轨设置有第一驱动钢丝和第二驱动钢丝，所述第一驱动钢丝和第二驱动钢丝通过导轮组件分别连接所述滑块的两侧。
其中，所述导轨的内部设置有配重弹簧片，所述配重弹簧片绕紧设置，所述配重弹簧片通过配重钢丝与所述滑块传动。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
本发明所述的手术机器人的四自由度远端运动中心机构设置有初调节关节、连杆运动结构、可调旋转结构和弧形导轨，手术机器人的执行器设置在弧形导轨的安装座上；本发明共具有四个自由度，第一个自由度通过初调节关节能够沿所述初调节臂轴向旋转整个机构，第二个自由度为双平行四边形机构的运动，其中执行器的戳卡点和连杆运动结构的三个关节共同构成了平行四边形的四个端点，能够实现平行四边形的张开和收拢，第三个自由度为可调旋转结构的旋转运动，可调旋转结构能够驱动弧形导轨在可调旋转结构的底部旋转；第四个自由度为弧形导轨的圆弧运动，安装在安装座上的执行器能够以弧形导轨的圆心为不动点进行旋转运动。
附图说明
图1为本发明的手术机器人的四自由度远端运动中心机构的结构示意图；
图2本发明的手术机器人的四自由度远端运动中心机构的装配示意图；
图3本发明的手术机器人的四自由度远端运动中心机构的弧形导轨安装示意图；
图4本发明的手术机器人的四自由度远端运动中心机构的弧形导轨示意图；
图5本发明的手术机器人的四自由度远端运动中心机构的弧形导轨局部示意图一；
图6本发明的手术机器人的四自由度远端运动中心机构的弧形导轨局部示意图二；
图7本发明的手术机器人的四自由度远端运动中心机构的弧形导轨局部示意图三；
图8本发明的手术机器人的四自由度远端运动中心机构的自由度一运动示意图；
图9本发明的手术机器人的四自由度远端运动中心机构的自由度二运动示意图；
图10本发明的手术机器人的四自由度远端运动中心机构的自由度三运动示意图；
图11本发明的手术机器人的四自由度远端运动中心机构的自由度四运动示意图。
【附图标记说明】
1-初调节关节；2-初调节臂；3-第一连杆臂；4-第二连杆臂；5-第一关节；6-第二关节；7-第三关节；8-第一钢丝组；9-第二钢丝组；10-执行器；11-可调旋转结构；12-可调驱动钢丝；13-导轨；14-滑块；15-安装座；16-导向板；17-连续圆弧滚道；18-滑块盖板；19-滚珠；20-导轨槽；21-第一驱动钢丝；22-第二驱动钢丝；23-配重弹簧片；24-配重钢丝。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供了一种手术机器人的四自由度远端运动中心机构，提出了一种双平行四边形机构设置更佳的远端运动中心机构，通过双平行四边形机构实现戳卡不动点，满足执行器在手术过程中需要的各种功能动作。
如图1至图3所示，本发明的实施例提供了一种手术机器人的四自由度远端运动中心机构，包括：初调节关节1，所述初调节关节1设置有初调节臂2，所述初调节臂2的第一端转动地设置在所述初调节关节1底部；连杆运动结构，所述连杆运动结构包括第一连杆臂3和第二连杆臂4，所述第一连杆臂3的第一端通过第一关节5转动地设置在所述初调节臂2的第二端，所述第二连杆臂4的第一端通过第二关节6转动地设置在所述第一连杆臂3的第二端，所述第二连杆臂4的第二端设置有第三关节7，所述第一关节5与第二关节6通过第一钢丝组8传动，所述第二关节6与第三关节7通过第二钢丝组9传动，因此所述第一关节5、第二关节6和第三关节7的相对转角一致，同时所述第一关节5与第二关节6的直线距离为L1，所述第二关节6与第三关节7的直线距离为L2，所述第三关节7与执行器10的戳卡点P的直线距离为L3，所述第一关节5与执行器10的戳卡点P的直线距离为L4，L1＝L3，L2＝L4；可调旋转结构11，所述可调旋转结构11通过所述第三关节7转动地设置在所述第二连杆臂4的第二端，所述可调旋转结构11由可调驱动钢丝12驱动旋转；弧形导轨，所述弧形导轨包括导轨13、滑块14和安装座15，所述弧形导轨通过所述滑块14连接在所述可调旋转结构11的底部，所述安装座15用于安装手术机器人的执行器10，所述执行器10的戳卡点P与弧形导轨的圆心重合。
本发明上述实施例所述的手术机器人的四自由度远端运动中心机构，共具有四个自由度：自由度一，所述初调节臂2能够相对于所述初调节关节1周向旋转；自由度二，所述执行器10的戳卡点P和连杆运动结构的三个关节共同构成了平行四边形的四个端点，双平行四边形机构能够张开与收拢；自由度三，设置在所述可调旋转结构11下方的所述弧形导轨及执行器10能够绕所述可调旋转结构11底部旋转；自由度四，安装在安装座15上的执行器10能够以弧形导轨的圆心为不动点进行旋转运动。其中自由度一和自由度二为初调自由度，用于术前大范围调整机构位置，自由度三和自由度四为手术中可调自由度，能够在术中配合所述执行器完成各种动作；如图8所示，自由度一实现机构整体旋转，从而根据手术需求，调整机械臂的状态，调整时，执行器的戳卡点P保持不动；如图9所示，自由度二实现平行四边形张开有收拢，从而根据手术需求，调整机械臂的状态；如图10所示，所述执行器10能够绕戳卡点P锥形旋转运动，实现所述执行器在术中的动作，比如实现末端大位移、大的组织拨动；如图11所示，通过所述弧形导轨，所述执行器10绕戳卡点P旋转运动，实现执行器在术中的动作，比如实现末端大位移、大的组织拨动或挑动。
如图4至图7所示，所述导轨13包括平行设置的两块导向板16，所述导轨13呈预设半径弧形弯折，所述滑块14的两端均设置有连续圆弧滚道17，在本实施例中所述滑块14两端均设置有两组所述连续圆弧滚道17，并且所述连续圆弧滚道17通过滑块盖板18封闭设置，每个所述连续圆弧滚道17内填充有多个滚珠19，所述滑块14的两端通过所述连续圆弧滚道17及滚珠19滑动地设置在两块所述导向板16之间。
其中，所述导向板16的两侧边缘设置有导轨槽20，所述滑块14每端设置的两组所述连续圆弧滚道17，两组连续圆弧滚道17分别设置在所述滑块14端头两侧，分别对应所述导向板16两侧的导轨槽20，当所述滑块14运动时，所述滚珠19会沿所述导轨槽20的滚动，同时所述滚珠19会在所述连续圆弧滚道17内滚动，从而保证滑块14运动流畅，减少运动时的摩擦力。
其中，所述弧形导轨设置有第一驱动钢丝21和第二驱动钢丝22，所述第一驱动钢丝21和第二驱动钢丝22由安装座15外引入，所述第一驱动钢丝21分别绕过第一导轮A、第一导轮B、第一导轮C和第一导轮D与所述滑块14的一侧固定连接，所述第二驱动钢丝22分别绕过第二导轮A和第二导轮B与所述滑块14的另一侧固定连接，所述第一驱动钢丝21和第二驱动钢丝22的首端相互连接，因此当所述第一驱动钢丝21或第二驱动钢丝22拉动时，所述第二驱动钢丝22或第一驱动钢丝21会随之收缩，进而带动所述滑块14沿所述导轨运动。
其中，所述导轨13的内部设置有配重弹簧片23，所述配重弹簧片23预先绕紧设置，通过紧固所述配重弹簧片23能够改变所述配重钢丝24的拉力，通过调节所述配重钢丝24的拉力能够适用于不同的负载重量，所述配重钢丝24的一端连接所述配重弹簧片23，所述配重钢丝24的另一端绕过配重导轮A和配重导轮B与所述滑块14的一侧连接，所述配重钢丝24连接所述滑块14的一侧与所述安装座15连接导轨13的一侧为同侧。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种手术机器人的四自由度远端运动中心机构，其特征在于，包括：
初调节关节，所述初调节关节设置有初调节臂，所述初调节臂的第一端转动地设置在所述初调节关节底部；
连杆运动结构，所述连杆运动结构包括第一连杆臂和第二连杆臂，所述第一连杆臂的第一端通过第一关节转动地设置在所述初调节臂的第二端，所述第二连杆臂的第一端通过第二关节转动地设置在所述第一连杆臂的第二端，所述第二连杆臂的第二端设置有第三关节，所述第一关节、第二关节和第三关节的相对转角一致，所述第一关节与第二关节的直线距离为L1，所述第二关节与第三关节的直线距离为L2，所述第三关节与执行器的戳卡点的直线距离为L3，所述第一关节与执行器的戳卡点的直线距离为L4，L1＝L3，L2＝L4；
可调旋转结构，所述可调旋转结构通过所述第三关节转动地设置在所述第二连杆臂的第二端；
弧形导轨，所述弧形导轨包括导轨、滑块和安装座，所述弧形导轨通过所述滑块连接在所述可调旋转结构的底部，所述安装座用于安装手术机器人的执行器，所述执行器的戳卡点与弧形导轨的圆心重合；
所述导轨包括平行设置的两块导向板，所述导轨呈预设半径弧形弯折，所述滑块的两端均设置有连续圆弧滚道，每个所述连续圆弧滚道内填充有多个滚珠，所述滑块的两端通过所述连续圆弧滚道和滚珠滑动地设置在两块所述导向板之间。
2.根据权利要求1所述的手术机器人的四自由度远端运动中心机构，其特征在于，所述第一关节与第二关节通过第一钢丝组传动，所述第二关节与第三关节通过第二钢丝组传动。
3.根据权利要求1所述的手术机器人的四自由度远端运动中心机构，其特征在于，所述可调旋转结构由可调驱动钢丝驱动旋转。
4.根据权利要求1所述的手术机器人的四自由度远端运动中心机构，其特征在于，所述滑块两端均设置有两组所述连续圆弧滚道，所述连续圆弧滚道通过滑块盖板封闭设置。
5.根据权利要求4所述的手术机器人的四自由度远端运动中心机构，其特征在于，所述导向板的两侧边缘设置有导轨槽，所述滑块每端设置的两组所述连续圆弧滚道分别对应所述导向板两侧的导轨槽。
6.根据权利要求1所述的手术机器人的四自由度远端运动中心机构，其特征在于，所述弧形导轨设置有第一驱动钢丝和第二驱动钢丝，所述第一驱动钢丝和第二驱动钢丝通过导轮组件分别连接所述滑块的两侧。
7.根据权利要求1所述的手术机器人的四自由度远端运动中心机构，其特征在于，所述导轨的内部设置有配重弹簧片，所述配重弹簧片绕紧设置，所述配重弹簧片通过配重钢丝与所述滑块传动。
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109223182A (zh) * 2018-11-21 2019-01-18 天津工业大学 一种用于微创手术机器人远程中心运动的钢带传动机构

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6788018B1 (en) * 1999-08-03 2004-09-07 Intuitive Surgical, Inc. Ceiling and floor mounted surgical robot set-up arms
KR102145236B1 (ko) * 2012-06-01 2020-08-18 인튜어티브 서지컬 오퍼레이션즈 인코포레이티드 영-공간을 이용하여 매니퓰레이터 암 대 환자의 충돌을 회피하는 방법 및 시스템
EP2854686B1 (en) * 2012-06-01 2021-08-25 Intuitive Surgical Operations, Inc. Surgical instrument manipulator aspects
CN105748153B (zh) * 2016-05-24 2018-03-20 山东大学齐鲁医院 一种辅助微创外科手术机器人机械臂
WO2018053361A1 (en) * 2016-09-16 2018-03-22 Verb Surgical Inc. Multi-degree of freedom sensor
CN107041786A (zh) * 2017-05-25 2017-08-15 杭州妙手机器人有限公司 一种腹腔镜设备
CN108042208B (zh) * 2017-11-15 2024-05-03 重庆金山医疗机器人有限公司 微创手术机器人主动臂
AU2019200114A1 (en) * 2018-01-15 2019-08-01 Ibrahim Mudhir Ahmed AL-SHAWI Method and apparatus for guiding a surgical instrument to a target location
CN209734151U (zh) * 2018-10-09 2019-12-06 成都博恩思医学机器人有限公司 一种手术机器人的驱动控制***
US11696806B2 (en) * 2019-07-23 2023-07-11 Verb Surgical Inc. Strain wave gearing with input to output braking
CN211409355U (zh) * 2019-09-20 2020-09-04 中国地质大学（武汉） 一种含闭环连杆的八自由度手术机械臂
CN113116404A (zh) * 2019-12-30 2021-07-16 北京术锐技术有限公司 双平行四边形rcm机构及具有该机构的微创手术机器人

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109223182A (zh) * 2018-11-21 2019-01-18 天津工业大学 一种用于微创手术机器人远程中心运动的钢带传动机构

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