CN218899904U - 一种眼科手术机器人和眼科手术设备 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种眼科手术机器人，包括第一驱动单元、第二驱动单元、第三驱动单元，三个驱动单元能分别完成三个维度上的运动，其中，第一驱动单元与第二驱动单元连接，第二驱动单元与第三驱动单元连接，第三驱动单元上设有器械；工作中，第三驱动单元能带动器械运动，第二驱动单元能带动第三驱动单元以及其上的器械运动，第一驱动单元能带动第二驱动单元以及其上的第三驱动单元、器械运动；通过控制三个不同的驱动单元，能完成对器械的精准控制。本实用新型通过特定的RCM结构，实现精度高、结构紧凑的优点，适用于视网膜搭桥、视网膜下注射、玻璃体切除等各种眼部手术；本实用新型的一种眼科手术设备具有极高的安全性。

Description

一种眼科手术机器人和眼科手术设备
技术领域
本实用新型涉及医疗器械领域，尤其涉及一种眼科手术机器人以及包含该眼科手术机器人的眼科手术设备。
背景技术
眼球体积小，其组织结构精细且脆弱，眼科手术需要极高的精度要求，人手难以达到手术操作的精度要求。例如，在视网膜静脉血管阻塞疾病的手术中，视网膜上血管直径约为80μm，眼科医生手部颤抖的平均幅度达到156μm，无法满足手术精度要求。
利用机器人辅助外科手术在操作灵敏度、稳定性及精准性等方面具有明显优势，不仅可以过滤人手的颤抖，还可以增强医生的感知能力，从而提高手术的安全性，具有重要的研究意义和应用价值。目前，CN102438540B提供了一种远程运动中心***，但是其结构复杂，部分关节传动采用的是带传动，精度相对较低，且尺寸不紧凑，难以小型化。
这就需要对于手术机器人的精度具有更高的要求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种眼科手术机器人和包含该眼科手术机器人的眼科手术设备，以解决上述背景技术中提出的精度不够的问题。
为实现上述目的本实用新型所采用的技术方案是一种眼科手术机器人，包括第一驱动单元、第二驱动单元、第三驱动单元，三个驱动单元能分别完成三个维度上的运动，其中，第一驱动单元与第二驱动单元连接，第二驱动单元与第三驱动单元连接，第三驱动单元上设有器械；
工作中，第三驱动单元能带动器械运动，第二驱动单元能带动第三驱动单元以及其上的器械运动，第一驱动单元能带动第二驱动单元以及其上的第三驱动单元、器械运动；
通过控制三个不同的驱动单元，能完成对器械的精准控制。
进一步地，第一驱动单元能提供一个方向上的旋转运动；
第一驱动单元包括底座，底座上安装有第一动力元件，第一动力元件的输出端与连接件相连，连接件与基座相连，基座用于安装第二驱动原件，通过控制第一动力元件工作，能实现基座的旋转；
第一驱动单元搭配有第一减速器，第一减速器安装于连接件与第一动力元件之间；
第一减速器为谐波减速器；
底座呈U形，基座两端均通过连接件连接到U形底座上，其中一侧连接位置有第一动力元件的动力输出，另一侧连接位置设有轴承；
靠近轴承一侧的连接件上安装有配重块。
进一步地，第二驱动单元包括RCM结构，该结构包括第一四边形结构和第二四边形结构，其中，第一四边形结构、第二四边形结构具有共同的重叠顶点，该顶点定义了第一四边形结构的两个边以及第二四边形结构的两个边，第一四边形结构上位于重叠顶点位置包括与重叠顶点相连的第二连杆、第三连杆，第二四边形结构上位于重叠顶点位置包括与重叠顶点相连的第四连杆、第六连杆；第三连杆、第四连杆是一体成型的，第六连杆、第二连杆是一体成型的。
进一步地，第一四边形结构除了第二连杆、第三连杆以外还包括第一连杆、第七连杆，第二连杆、第三连杆连接并通过重叠顶点铰接，第三连杆、第一连杆连接，并通过第一顶点铰接；第七连杆包括基座，基座分别与第二连杆、第一连杆铰接，铰接位置分别为第二顶点、第三顶点，基座上位于第二顶点、第三顶点之间的部分为第七连杆；
第二四边形结构除了第六连杆、第四连杆以外还包括第五连杆、第八连杆，第四连杆、第六连杆连接并通过重叠顶点铰接，第五连杆、第六连杆连接并通过第四顶点铰接，第八连杆包括末端安装架，末端安装架分别与第四连杆、第五连杆铰接，铰接位置分别为第五顶点、第六顶点，末端安装架上位于第五顶点、第六顶点之间的部分，为第八连杆。
进一步地，第二驱动单元包括至少一组由第一四边形结构和第二四边形结构构成的RCM结构，这些RCM结构是同步运动的；
相邻的两组RCM结构中，对应的连杆之间通过支撑杆进行连接；
或是，对应的连杆之间设有用于联系连杆的连接板，该连接板是与其对应的连杆一体成型的。
进一步地，第二驱动单元还包括第二动力元件，通过第二动力元件对RCM结构进行动力输入，完成RCM结构的运动控制，通过第二动力元件来控制第一四边形结构的运动，从而带动第二四边形结构的运动，实现调整器械的运动；
第二驱动单元对第一四边形结构采用间接控制的方式；
第二动力元件通过第一联轴器动力连接第一丝杠，第一丝杠上设有第一滑块，第一滑块上铰接连接有驱动杆，驱动杆一端与第一滑块铰接，另一端与第一四边形结构上的某一位置铰接，使得第二动力元件能够驱动第一四边形结构运动。
进一步地，第三驱动单元安装在末端安装架上，第三驱动单元能对器械进行线性控制；
末端安装架上设有第二丝杆，第二丝杠上安装有第二滑块，第二滑块上安装有器械安装支架，器械安装支架用于安装器械；
第二丝杠由第三动力元件进行驱动，第三动力元件通过齿轮组间接连接的方式；
第三动力元件的动力输出端连接有第一齿轮，第一齿轮啮合有第二齿轮，第二齿轮轴心位置通过联轴器与第二丝杠连接。
进一步地，手术机器人内包括传感单元，传感单元用于识别手术机器人上RCM结构位置与除了患者以外的其他物体之间的距离。
一种眼科手术设备，包括一种眼科手术机器人，还包括主控台，主控台能用于控制手术机器人运动，主控台连接有控制手柄，操作人员通过操作控制手柄从而控制手术机器人工作，主控台还连接有脚踏，脚踏能用于控制手柄与手术机器人的使能控制，和/或控制手柄与手术机器人的速度比例调节。
进一步地，控制手柄上设有按钮：继续工作按钮，和/或重新计算路径按钮。
本实用新型的优势在于：本实用新型提供一种眼科手术机器人，通过特定的RCM结构，实现精度高、结构紧凑的优点，适用于视网膜搭桥、视网膜下注射、玻璃体切除等各种眼部手术；通过该RCM结构，能提供一个远端运动中心点，该远端运动中心点与微创手术切口重合，可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，保证了手术安全，满足了手术的要求；此外，本实用新型的眼科手术机器人设备体积较小，方便与其他配套设备联合使用，不会与显微镜产生碰撞，在手术中也不需要频繁的将显微镜移开。
附图说明
图1为本实用新型的一种整体结构示意图；
图2为本实用新型的第一驱动单元的结构示意图；
图3为本实用新型的第二驱动单元的结构示意图；
图4为本实用新型的第三驱动单元的结构示意图；
图5为本实用新型的设备工作时的示意图；
图6为本实用新型的另一种整体结构示意图；
图7为常规RCM结构与显微镜发生碰撞时的示意图；
图8为RCM结构小型化后的一个工作状态示意图；
图9为RCM结构小型化后的另一个工作状态示意图；
图10为本实用新型的RCM结构在对患者右眼进行手术时的工作状态示意图；
图11为本实用新型的一种眼科手术设备进行手术时的示意图；
图12为机器人的结构简图；
图13为持械装置固定注射器时的结构示意图；
图14为持械装置固定镊子时的结构示意图；
图15为图14的俯视图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施方式做进一步详细描述，应当指出的是，实施例只是对本实用新型的详细阐述，不应视为对本实用新型的限定，本实用新型的实施例中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均能够以任何方式组合。
一种眼科手术机器人，包括第一驱动单元20、第二驱动单元30、第三驱动单元40，三个驱动单元能分别完成三个维度上的运动，使得眼科手术机器人能满足灵活度上的需求，其中，第一驱动单元20与第二驱动单元30连接，第二驱动单元30与第三驱动单元40连接，第三驱动单元40上设有器械60，工作中，第三驱动单元40能带动器械60运动，第二驱动单元30能带动第三驱动单元40以及其上的器械60运动，第一驱动单元20能带动第二驱动单元30以及其上的第三驱动单元40、器械60运动。通过控制三个不同的驱动单元，能完成对器械60的精准控制，尤其是器械60的末端70的精准控制。
第一驱动单元
第一驱动单元20作为一级动力单元，它能带动第二驱动单元30以及其上的第三驱动单元40、器械60运动，为了方便对器械60进行控制，第一驱动单元20优选能提供一个方向上的旋转运动。具体的，第一驱动单元20包括底座11，底座11上安装有第一动力元件21，第一动力元件21的输出端与连接件24相连，连接件24与基座51相连，基座51用于安装第二驱动原件30，这样，通过控制第一动力元件21工作，能实现基座51的旋转，即控制机器人在一个方向上的旋转。
优选的，为了保证基座51的运动平稳性，底座11呈U形，基座51两端均通过连接件24连接到U形底座11上，其中一侧连接位置，有第一动力元件21的动力输出，使得第一动力元件21能带动基座51运动，另一侧连接位置设有轴承16以方便其旋转。
优选的，第一驱动单元20搭配有第一减速器23，第一减速器23安装于连接件24与第一动力元件21之间，第一减速器23能降低第一驱动单元20输出的转速。进一步地，第一减速器23为谐波减速器，它可以消除机械运动的齿轮间歇，传统的技术中，通常使用步进电机直接来完成传动，依靠机械齿轮的运动而带动机械元件的运动，当进行多次运动后，机械之间的间隙就积累，从而误差就越大，而本实用新型采用谐波减速器则可以消除机械误差。
优选的，靠近轴承16一侧的连接件24上安装有配重块17。配重块17能起到均匀第一动力元件21负载的作用，从而延长第一动力元件21的使用寿命，让第一动力元件21动力输出精准。
第二驱动单元
第二驱动单元30安装在基座51上。
第二驱动单元30包括RCM结构，该结构包括第一四边形结构52和第二四边形结构53，其中，第一四边形结构52、第二四边形结构53具有共同的重叠顶点54，该顶点定义了第一四边形结构52的两个边以及第二四边形结构53的两个边，第一四边形结构52上位于重叠顶点54位置包括与重叠顶点54相连的第二连杆522、第三连杆523，第二四边形结构53上位于重叠顶点54位置包括与重叠顶点54相连的第四连杆531、第六连杆533。第三连杆523、第四连杆531是一体成型的，第六连杆533、第二连杆522是一体成型的。这里所谓的一体成型表示两个边实际上是一次成型的，也可以表示两个边的连接关系并不是活动连接的，而是呈固定连接关系。这里的固定连接表示两个边连接在一起是固定的而不能发生改变，他们之间形成的夹角的度数是固定不变的。固定是活动的反义词，表示两个连接在一起的边的位置关系是固定的。
优选的，第三连杆523与第四连杆531、第六连杆533与第二连杆522连接在一起呈直线的，或是，第三连杆523与第四连杆531、第六连杆533与第二连杆522连接在一起呈非直线的，例如第三连杆523与第四连杆531、第六连杆533与第二连杆522以共同的顶点呈一定的角度。当然，固定的角度是可随着不同的设计而不断变化的，例如角度是钝角，又例如角度的取值范围在[120°-180°)。
优选的，第三连杆523、第四连杆531之间所呈夹角与第六连杆533、第二连杆522之间所呈夹角相同。
优选的，第三连杆523、第四连杆531构成了第一组合连杆32，第六连杆533、第二连杆522构成了第二组合连杆31，第一组合连杆32与第二组合连杆31通过重叠顶点54位置铰接。即，第一组合连杆32与第二组合连杆31之间活动连接，在RCM结构工作过程中，第一组合连杆32与第二组合连杆31之间形成的夹角会发生变化。
优选的，第一四边形结构52除了第二连杆522、第三连杆523以外还包括第一连杆521、“第七连杆”，第二连杆522、第三连杆523连接并通过重叠顶点54铰接，第三连杆523、第一连杆521连接，并通过第一顶点61铰接；“第七连杆”包括基座51，基座51分别与第二连杆522、第一连杆521铰接，铰接位置分别为第二顶点62、第三顶点63，基座51上位于第二顶点62、第三顶点63之间的部分，就是“第七连杆”。
优选的，第二四边形结构53除了第六连杆533、第四连杆531以外还包括第五连杆532、“第八连杆”，第四连杆531、第六连杆533连接并通过重叠顶点54铰接，第五连杆532、第六连杆533连接并通过第四顶点64铰接，“第八连杆”包括末端安装架534，末端安装架534分别与第四连杆531、第五连杆532铰接，铰接位置分别为第五顶点65、第六顶点66，末端安装架534上位于第五顶点65、第六顶点66之间的部分，就是“第八连杆”。
在本实用新型的技术方案中，除了公用的一个顶点外，第一四边形还包括的其它三个顶点和第二四边形包括的其它三个顶点，与这些剩余的顶点连接边之间的角度是可随意调整的。RCM结构在运动过程中，一个边(连杆)的运动会带动其余的边(连杆)一起运动，且他们之间的位置关系是一一对应的，从而让连接在第二四边形结构的上的器械60能够实现紧密的运动，而且提高控制的精度。从另外一个方面讲，采用本实用新型技术方案设计的RCM结构，由于其可折叠性，因此能实现小型化和紧凑化，这在进行手术的时候，特别是眼科手术的时候，非常的有用，因为常规的眼科手术还需要显微镜来配合使用，当RCM结构比较大的时候，没有足够的空间来施展显微镜，从而增加了手术的风险，本实用新型能很好解决该问题。此外，从器械60的运动维度上讲，采用本实用新型的第二驱动单元30除了能实现器械60的角度调节以外，还能实现末端70的左右运动控制，能方便实现器械60运动的情况下，保持末端70不动。
优选的，第一四边形结构52、第二四边形结构53均为平行四边形结构。即在同一个四边形内，对边的长度相等，例如“第八连杆”的长度等于第六连杆533的长度；第五连杆532的长度等于第四连杆531的长度；第一连杆521的长度等于第二连杆522的长度。
优选的，第二驱动单元30包括至少一组由第一四边形结构52和第二四边形结构53构成的RCM结构，这些RCM结构是同步运动的，这样能确保安装在第二驱动单元30上的第三驱动单元40安装牢固，以及通过第二驱动单元30对第三驱动单元40进行驱动时运动稳定。例如在附图3中，第二驱动单元30内有两组RCM结构，相邻的两组RCM结构中，对应的连杆之间通过支撑杆进行连接，具体的，两根第三连杆523之间设有第一支撑杆55，两根第二连杆522之间设有第四支撑杆58，两根第六连杆533之间设有第二支撑杆56，两根第五连杆532之间设有第三支撑杆57。支撑杆的加入，能让不同组RCM结构之间保持较好的联动性。更进一步地，参照附图6，两组RCM结构中，对应的连杆之间设有用于联系连杆的连接板15(例如两根第一组合连杆32之间设有连接板等)，该连接板15是与其对应的连杆一体成型的，这样能提高连杆的刚度，同时在装配中也更为方便。另外，这种方式，能实现不同组RCM结构之间完美联动。当然，由于连接板与对应的两根连杆是一体成型的，这时候也可以将整体视为同一组RCM结构，只是不同于传统的RCM结构，它基于一个位置有两个铰接点。
另外，在针对眼科手术而对RCM结构的设计过程中，RCM结构并不是简单、随意设计的，它的尺寸计算、连杆角度需要经过大量的计算。因为在应用机器人进行眼科手术时，除了使用机器人辅助手术外，还需要搭配使用显微镜，没有经过结构优化的眼科手术机器人极易与显微镜产生干涉，即眼科手术机器人在工作过程中，易与显微镜产生碰撞，为了避免干涉问题，有时候在手术过程中，需要频繁地将显微镜移开或是移回来，这会很麻烦同时中断术中操作，延长手术时间，例如附图7所示，RCM结构会与显微镜10发生碰撞。
在一些方式中，我们针对RCM结构进行小型化与优化设计，使得RCM结构在运动过程中，不会与显微镜10发生碰撞，参照附图8所示，附图8所示的RCM结构在运动过程中不会与显微镜10产生碰撞。但是这样的RCM结构仍然存在问题：图8所示的状态能对准患者的左眼进行手术，该状态下不会对显微镜10形成遮挡；当RCM结构需要对患者的右眼进行手术时，通过驱动RCM结构运动，变成了附图9所示的状态，在该状态下，RCM结构虽不会碰撞显微镜10，但是会对显微镜10的视线造成阻挡，这也会影响手术过程。
为了解决这个难题，我们进行了大量的计算和运动仿真，具体计算过程如下：
参照附图12，为机器人的结构简图，并为结构简图上每一个重要的点进行了标记，图中的MP(P1P2P3P4)代表显微镜10的区域。器械60末端70所在的轴线N1N2的延长线与第一动力元件21轴线的交点为R线，定义为目标RCM点，即满足设计需求的RCM点。当前状态的双平行四边形机构的机器人的实际RCM为R，优化RCM结构的一个目标是让实际RCM与目标RCM点重合从而满足机器人设计需求。目标RCM点主要有两个需求：需求一是R’位置落在第一动力元件21轴线m与针的轴线N1N2的交点，从而可以减少操作过程对眼球进入点的创伤。以J1为坐标原点，建立坐标系，双四边形机构的各边长度，如图中所示，令R’(x’,y’)，则R’(h1+a,-h2)，其中h1为R’到关节点J3的x轴向投影距离，h2为R’到关节点J3的y轴向投影距离。为了保证机器人对左右眼都可以进行手术且不与人的侧脸发生干涉：
R’(x’,y’)，为：
定义J5(x1,y1),J6(x2,y2),N1(x3,y3)
根据：
得到：
要求在运动过程中，随着w变化J5,J6,N1轨迹与显微镜区域MP不发生干涉。
综上双平行四杆机构的参数(a,b,c,d,α,β,t)满足(1)实际RCM目标RCM重合即R＝R'(2)J5,J6,N1轨迹与显微镜区域MP不发生干涉即，
通过上述计算过程，最后设计出了RCM结构内尺寸较佳的连杆组合。第三连杆523与控制基座51上位于第二顶点62、第三顶点63之间的距离(第七连杆)的长度相同，第一连杆521与第七连杆的比例在1/2-7/8之间，第一连杆521长度与第二连杆522相同，第六连杆533与第二连杆522的比例在1/4-3/4之间，末端安装架534上位于第五顶点65、第六顶点66之间的距离(即第八连杆)的长度和第六连杆533相同，第四连杆531与第三连杆523的比例在3/4-11/12之间，第五连杆532的长度与第四连杆531相同。第一组合连杆31中第二连杆522、第六连杆533的夹角为120°-175°，第二组合连杆32中第四连杆531、第三连杆523的夹角为120°-175°。不同比例的连杆设置，不仅会影响器械的运动轨迹，也会影响器械的运动精度。通过上述特定比例的连杆设置，我们首先实现了设备在运行过程中，不会与显微镜进行碰撞，不会对显微镜造成遮挡。另外，在此基础上，通过该技术方案中特定比例的RCM结构，我们能将设备在视网膜组织穿刺时的精度提高至10μm级，远小视网膜上血管的直径，极大提高了手术安全性以及手术成功率。也就是说，本实用新型的结构设计可以在10μm范围内实现运动,提高了穿刺结构的准确定位。
优选的，第七连杆的长度在10到50cm之间，该尺寸范围下，满足眼科手术的需求。
具体的，本实施例中，第七连杆的长度为30cm，第一连杆521长度为22.5cm，第一组合连杆31中第二连杆522、第六连杆533的长度分别为22.5cm、12.5cm，第二组合连杆32中第四连杆531、第三连杆523的长度分别为25cm、30cm，第八连杆的长度为12.5cm。第一组合连杆31中第二连杆522、第六连杆533的夹角为165°，第二组合连杆32中第四连杆531、第三连杆523的夹角为165°。需要注意的是，上述的连杆长度的测量为连杆上铰接点之间的距离。
具体的，在一些其他实施例中，第七连杆的长度为12cm，第一连杆521长度为9cm，第五连杆532长度为14cm，第一组合连杆31中第二连杆522、第六连杆533的长度分别为9cm、5cm，第二组合连杆32中第四连杆531、第三连杆523的长度分别为14cm、12cm，第八连杆的长度为5cm。第一组合连杆31中第二连杆522、第六连杆533的夹角为158°，第二组合连杆32中第四连杆531、第三连杆523的夹角为165°。
通过上述技术方案，参照附图11，附图11为设备为患者右眼进行手术治疗时的示意图(一种眼科手术设备进行手术时的示意图)，此时设备不会与显微镜10产生触碰，如果设备需要对患者左眼进行手术治疗时，只要控制RCM结构收缩，从而调整器械60的角度，收缩后的RCM结构更加不会触碰到显微镜10。即，设备在整个运动过程中，仅会在患者上方半边空间位置内运动，如在左半边空间内运动，不会到右半边空间内运动，在该技术方案下，无法机器人在对患者的左眼还是右眼进行治疗时，设备均不会对显微镜10造成遮挡，从而解决了需要将显微镜10频繁移动的技术问题。
优选的，本实用新型提供一种眼科手术设备，参照附图12，除了手术机器人93以外，还包括搭配手术机器人93一起使用的还有主控台92，主控台92能用于控制手术机器人93运动，主控台92连接有控制手柄94，操作人员通过操作控制手柄94从而控制手术机器人93工作，主控台92还连接有脚踏91，脚踏91能用于控制手柄94与手术机器人93的使能控制，和/或控制手柄94与手术机器人93的速度比例调节，例如升速与降速调节，方便操作人员在操作过程中对控制手柄94不同速度比例的控制与选择。需要注意的是，上述的连接并不仅仅代表通过线缆进行连接，而是表示数据连接，数据连接可以是有线的，也可以是无线的。
优选的，手术机器人93内包括传感单元，传感单元用于识别手术机器人93与其他物体之间的距离，尤其是识别手术机器人93上RCM结构位置与除了患者以外的其他物体之间的距离，这些物体会被认为是障碍物，例如用于识别RCM结构与显微镜10之间的距离，从而避免产生碰撞。当传感单元识别到RCM结构与显微镜10之间的距离小于预设的安全距离时，这时RCM结构被认为容易与显微镜10发生碰撞，控制手柄94发生震动，设备发出警报声，提醒操作人员可能会发生碰撞。进一步地，在震动的同时，控制手柄94短暂屏蔽控制手术机器人93运动的功能(屏蔽时间一般为5-15秒)，避免震动时，操作人员受到惊吓，大幅带动控制手柄94运动，从而导致手术机器人93错误运动。
优选的，控制手柄94上设有按钮：继续工作按钮95。当上述手柄进行震动时，机器人停止运动，控制手柄94被屏蔽，等待操作人员指令，如果操作人员点击继续工作按钮95，那么机器人会继续按照控制手柄94的命令，进行运动。需要注意的是，由于此时RCM结构与其他物体之间的距离小于预设的安全距离，此时控制手柄94的负载增大，使得控制手柄94的运动速度变慢，相应的，RCM结构运动速度也变慢；直到RCM结构与其他物体之间的距离大于安全距离时，控制手柄94才恢复原控制模式。
优选的，当RCM结构与其他物体之间的距离小于安全距离后，两者之间的距离仍在减小，直到两者距离减小到预设的最小距离时，此时控制手柄94锁止，控制手柄94即使在操作人员的操作下仍然无法继续运动，RCM结构也无法运动。此时设备发出急促的警报声，一段时间后，控制手柄94恢复初始位置，手术机器人93也恢复初始位置。(初始位置为RCM结构完全收缩状态。)
优选的，控制手柄94上还设有按钮：重新计算路径按钮96，当上述手柄进行震动时，机器人停止运动，等待操作人员指令，如果操作人员点击重新计算路径按钮96，那么机器人会停滞一段时间(视计算性能而定，一般在1分钟内)，重新计算出，器械60的末端70位于同一位置，但是不同的运动路径，在这些路径下，RCM结构均不会触碰到障碍物，且保留有足够的安全距离，路径计算出来后，会在主控台92上展示。操作人员通过自行选择合适的路径，然后手术机器人93会自动按照计算出来的路径进行运动，期间控制手柄94是无法***纵的。机器人最多计算出三条不同的路径供操作人员自行选择。当机器人计算不出一条符合安全距离的路径时，设备发出急促的警报声，一段时间后，控制手柄94恢复初始位置，手术机器人93也恢复初始位置。
优选的，控制手柄94上还设有用于精确控制末端手术器械的位置的按钮，例如设有一颗用于控制手术器械末端70前进10微米的按钮和/或设有一颗用于控制手术器械末端70后退10微米的按钮。对手术末端的精确控制能够帮助医生更精细的进行视网膜下穿刺手术与血管内搭桥操作。
优选的，第二驱动单元30还包括第二动力元件12，通过第二动力元件12对RCM结构进行动力输入，完成RCM结构的运动控制。具体的，通过第二动力元件12来控制第一四边形结构52的运动，从而带动第二四边形结构53的运动，实现调整器械60的运动。
优选的，第二驱动单元30并不是直接对第一四边形结构52进行动力输出，例如电机的转动轴或者拉升杆直接和第一平行形的一个边连接，因为采用直接动力输出的方式，其精度完全取决的电机本身的精度，当然，采用的电机的精度越高，控制的精度也就越高，但是带来的问题就是成本越高，而且体积比较大，不利于设备的小型化。
所以，本实用新型申请并未采用直接控制的方式，而是采用间接控制的方式。具体方式为，第二动力元件12通过第一联轴器511动力连接第一丝杠510，第一丝杠510上设有第一滑块13，第一滑块13上铰接连接有驱动杆80，驱动杆80一端与第一滑块13铰接，另一端与第一四边形结构52上的某一位置铰接，使得第二动力元件12能够驱动第一四边形结构52运动。在驱动过程中，采用丝杠的方式，能提高运动的精度，从而降低对第二动力元件12的要求，也减小了第二动力元件12的体积，节约了成本。此外，还能利用机构结构本身的自锁特性与配重功能，能使突然断电情况下，RCM结构不会塌下，避免手术过程中，器械60对患者造成损伤。
优选的，驱动杆80一端与第一滑块13铰接，另一端连接到第四支撑杆58上，并与第四支撑杆58中部位置转动配合连接。
第三驱动单元
第三驱动单元40安装在末端安装架534上。
第三驱动单元40作为三级动力单元，它直接带动器械60运动，为了方便对器械60进行控制，此时的第三驱动单元40不宜再设置为旋转控制，而是更为简单线性控制，因为，简单的线性控制对末端70的控制最为方便、直接。具体的，末端安装架534上设有第二丝杆71，第二丝杠71上安装有第二滑块18，第二滑块18上安装有器械60。通过第二丝杠71驱动第二滑块18运动，来控制器械60的运动。
优选的，第二丝杠71由第三动力元件14进行驱动，但是并不是采用第三动力元件14直接连接的方式，而是采用第三动力元件14通过齿轮组间接连接的方式。这种方式有两个好处：1.第三动力元件14、第二丝杠71不在同一直线上，能减小第三驱动单元40的整体长度。2.通过齿轮组，能将第三动力元件14安装于末端安装架534的背面，这样，第三动力元件14被安装于两个RCM结构之间(两组连杆之间)，提高了空间利用率，这对于设备的体积减小非常有用。具体的，第三动力元件14的动力输出端连接有第一齿轮74，第一齿轮74啮合有第二齿轮75，第二齿轮75轴心位置通过联轴器与第二丝杠71连接。
持械装置
器械60通过持械装置安装在第三驱动单元40上，这样通过第三驱动单元40，能对器械60进行控制。
持械装置可以是不可活动的，这样器械60能固定的安装到第三驱动单元40上，例如附图4所公开的，持械装置为器械安装支架72，器械安装支架72用于安装器械60。此时的器械60完全随着第一驱动单元20、第二驱动单元30、第三驱动单元40的运动而运动，并不具备自主运动的能力。
持械装置也可以是可活动的，这样器械60安装在持械装置上也是可活动的，即器械60可活动的安装到第三驱动单元40上。例如附图13所公开的，持械装置包括安装单元81，安装单元81用于安装器械60，持械装置还包括固定单元82，安装单元81可转动的连接于固定单元82内，例如固定单元82内设有轴承，固定单元82通过轴承连接安装单元81，这样，通过安装单元81的旋转，能带动器械60进行旋转。进一步地，器械60与安装单位81为可拆式连接，例如安装单元81上提供一个用于安装器械60的安装孔83，通过将器械60***到安装孔83内，完成器械60的安装。更进一步地，安装单元81上设有用于器械60紧固的锁紧孔90，锁紧孔90所在轴线方向与安装孔83所在轴线方向呈90°，通过在锁紧孔90内固定螺栓，螺栓与器械60抵接时能对器械60进行紧固。
优选的，器械60可以是手术元件或是其他用的到的物品，手术元件例如注射器或是镊子。例如附图13所示的，安装单元81上固定有注射器；例如附图14所示的，安装单元81上固定有镊子。
优选的，持械装置还包括第一动力单元，第一动力单元能给安装单元81提供旋转的动力，该动力能使器械60一起旋转。第一动力单元包括第四动力元件84以及与第四动力元件84连接的第一齿轮85，安装单元81上设有第二齿轮86，第二齿轮86与第一齿轮85啮合。进一步地，安装单元81一端用于与器械60连接，安装单元81另一端与第二齿轮86连接。
当持械装置上固定的器械60为一些特殊器械时，这些特殊器械需要一个额外的动力单元去进行驱动，例如镊子，它需要一个额外的动力单元去驱动自身完成夹紧、松开两个操作。(手术镊子为市面上购得的成品，其自身具有回弹力，当镊子端部受到力作用时，镊子夹紧，当力的作用消失后，镊子松开。)优选的，持械装置还包括第二动力单元，第二动力单元用于给镊子提供这个额外的力，安装单元81内设有贯穿孔，贯穿孔使得第二动力单元的作用力能直接作用到安装单元81内安装的镊子上。更为具体的，第二动力单元包括第五动力元件97，第五动力元件97连接有推进轮98，推进轮98上设有高低不同的凸起99，推进轮98上的凸起99位置抵接设置有顶杆89，顶杆89延伸入安装单元81的贯穿孔内，能与镊子抵接。通过第五动力元件97驱动推进轮98转动，推进轮98上不同位置的凸起99与顶杆89抵接，由于不同位置的凸起99高低不同，因此推进轮98上的凸起99旋转时能对顶杆89提供不同的行程，通过挤压具有弹性的镊子从而完成镊子的夹紧、松开操作。
优选的，顶杆89上设有档板87，挡板87的最小直径大于安装单元81的贯穿孔的最大直径，因此挡板87能避免顶杆89完全嵌入到贯穿孔中。
优选的，推进轮98上的凸起99呈渐变形式，随着推进轮98的转动，凸起99的高度是逐渐增大或是逐渐减小的。
优选的，还包括限位结构，限位结构用于限制推进轮98的旋转角度，从而避免推进轮98转动过度。限位结构包括设于推进轮98上的挡片88，以及配对的光电开关79。
当持械装置上固定的器械60为注射器时，此时就不需要额外的动力单元。优选的，顶杆89为可拆卸的，当顶杆89拆卸后，就断开了第五动力元件97与器械60之间的动力连接。
优选的，持械装置还包括安装板76，持械装置内部的零件均可以安装在安装板76上，安装板76与第二滑块18连接，这样第三驱动单元在控制第二滑块18运动时，也能带动持械装置内的器械60进行运动。
在上述技术方案中，第一动力元件21、第二动力元件12、第三动力元件14、第四动力元件84、第五动力元件97能选用传统的动力元件，例如电机。优选的，第一动力元件21、第二动力元件12、第三动力元件14、第四动力元件84、第五动力元件97搭配使用编码器，能用于记录转子速度，转子位置和机械位置等参数。例如第一动力元件21上安装的第一编码器22。
优选的，机器人上针对第一驱动单元20、第二驱动单元30、第三驱动单元40设有光电开关或是其他限位结构，避免各个位置运动过度。
以上，仅为实用新型的具体实施方式，但实用新型的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在实用新型的保护范围之内，因此，实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种眼科手术机器人，其特征在于，包括第一驱动单元、第二驱动单元、第三驱动单元，三个驱动单元能分别完成三个维度上的运动，其中，第一驱动单元与第二驱动单元连接，第二驱动单元与第三驱动单元连接，第三驱动单元上设有器械；
工作中，第三驱动单元能带动器械运动，第二驱动单元能带动第三驱动单元以及其上的器械运动，第一驱动单元能带动第二驱动单元以及其上的第三驱动单元、器械运动；
通过控制三个不同的驱动单元，能完成对器械的精准控制。
2.根据权利要求1所述的一种眼科手术机器人，其特征在于，第一驱动单元能提供一个方向上的旋转运动；
第一驱动单元包括底座，底座上安装有第一动力元件，第一动力元件的输出端与连接件相连，连接件与基座相连，基座用于安装第二驱动原件，通过控制第一动力元件工作，能实现基座的旋转；
第一驱动单元搭配有第一减速器，第一减速器安装于连接件与第一动力元件之间；
第一减速器为谐波减速器；
底座呈U形，基座两端均通过连接件连接到U形底座上，其中一侧连接位置有第一动力元件的动力输出，另一侧连接位置设有轴承；
靠近轴承一侧的连接件上安装有配重块。
3.根据权利要求1所述的一种眼科手术机器人，其特征在于，第二驱动单元包括RCM结构，该结构包括第一四边形结构和第二四边形结构，其中，第一四边形结构、第二四边形结构具有共同的重叠顶点，该顶点定义了第一四边形结构的两个边以及第二四边形结构的两个边，第一四边形结构上位于重叠顶点位置包括与重叠顶点相连的第二连杆、第三连杆，第二四边形结构上位于重叠顶点位置包括与重叠顶点相连的第四连杆、第六连杆；第三连杆、第四连杆是一体成型的，第六连杆、第二连杆是一体成型的。
4.根据权利要求3所述的一种眼科手术机器人，其特征在于，第一四边形结构除了第二连杆、第三连杆以外还包括第一连杆、第七连杆，第二连杆、第三连杆连接并通过重叠顶点铰接，第三连杆、第一连杆连接，并通过第一顶点铰接；第七连杆包括基座，基座分别与第二连杆、第一连杆铰接，铰接位置分别为第二顶点、第三顶点，基座上位于第二顶点、第三顶点之间的部分为第七连杆；
第二四边形结构除了第六连杆、第四连杆以外还包括第五连杆、第八连杆，第四连杆、第六连杆连接并通过重叠顶点铰接，第五连杆、第六连杆连接并通过第四顶点铰接，第八连杆包括末端安装架，末端安装架分别与第四连杆、第五连杆铰接，铰接位置分别为第五顶点、第六顶点，末端安装架上位于第五顶点、第六顶点之间的部分，为第八连杆；
其中，第三连杆与第七连杆的长度相同；
第一连杆与第七连杆的比例在1/2-7/8之间，第一连杆长度与第二连杆相同；
第六连杆与第二连杆的比例在1/4-3/4之间，末端安装架上位于第五顶点、第六顶点之间的距离的长度和第六连杆相同；
第四连杆与第三连杆的比例在3/4-11/12之间，第五连杆的长度与第四连杆相同；
第一组合连杆中第二连杆、第六连杆的夹角为120°-175°，第二组合连杆中第四连杆、第三连杆的夹角为120°-175°。
5.根据权利要求3所述的一种眼科手术机器人，其特征在于，第二驱动单元包括至少一组由第一四边形结构和第二四边形结构构成的RCM结构，这些RCM结构是同步运动的；
相邻的两组RCM结构结构中，对应的连杆之间通过支撑杆进行连接；
或是，对应的连杆之间设有用于联系连杆的连接板，该连接板是与其对应的连杆一体成型的。
6.根据权利要求3所述的一种眼科手术机器人，其特征在于，第二驱动单元还包括第二动力元件，通过第二动力元件对RCM结构进行动力输入，完成RCM结构的运动控制，通过第二动力元件来控制第一四边形结构的运动，从而带动第二四边形结构的运动，实现调整器械的运动；
第二驱动单元对第一四边形结构采用间接控制的方式；
第二动力元件通过第一联轴器动力连接第一丝杠，第一丝杠上设有第一滑块，第一滑块上铰接连接有驱动杆，驱动杆一端与第一滑块铰接，另一端与第一四边形结构上的某一位置铰接，使得第二动力元件能够驱动第一四边形结构运动。
7.根据权利要求1所述的一种眼科手术机器人，其特征在于，第三驱动单元安装在末端安装架上，第三驱动单元能对器械进行线性控制；
末端安装架上设有第二丝杆，第二丝杠上安装有第二滑块，第二滑块上安装有器械安装支架，器械安装支架用于安装器械；
第二丝杠由第三动力元件进行驱动，第三动力元件通过齿轮组间接连接的方式；
第三动力元件的动力输出端连接有第一齿轮，第一齿轮啮合有第二齿轮，第二齿轮轴心位置通过联轴器与第二丝杠连接。
8.根据权利要求3所述的一种眼科手术机器人，其特征在于，手术机器人内包括传感单元，传感单元用于识别手术机器人上RCM结构位置与除了患者以外的其他物体之间的距离。
9.一种眼科手术设备，其特征在于，包括权利要求8所述的一种眼科手术机器人，还包括主控台，主控台能用于控制手术机器人运动，主控台连接有控制手柄，操作人员通过操作控制手柄从而控制手术机器人工作，主控台还连接有脚踏，脚踏能用于控制手柄与手术机器人的使能控制，和/或控制手柄与手术机器人的速度比例调节。
10.根据权利要求9所述的一种眼科手术设备，其特征在于，控制手柄上设有按钮：继续工作按钮，和/或重新计算路径按钮。
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