一种具有远程运动中心的并联式手术机器人专利检索-远程运动中心医疗设备专利检索查询-专利查询网

一种具有远程运动中心的并联式手术 机器人

阅读：321发布：2020-05-12

专利汇可以提供一种具有远程运动中心的并联式手术机器人专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种具有远程运动中心的并联式手术机器人，该机器人包括机器人主体、机器人定位系统和手术台。机器人主体包括两个支链、丝杠、手术刀和机器人底座，两个支链均为平面连杆机构，结构相同，组成并联机构。每条支链由两个电机驱动，两支链末端动平台分别由旋转副和螺旋副与丝杠相连，丝杠末端安装有手术刀。通过支链的安装方式，以保证手术刀的轴线位于两支链所在平面的相交线上，该线通过远程运动中心。机器人主体通过机器人定位系统安装在手术台上。该装置具有三个平动自由度和一个转动自由度，本发明由于采用并联构型，具有结构紧凑，精度较高、稳定性较好的特点。，下面是一种具有远程运动中心的并联式手术机器人专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种具有远程运动中心的并联式手术机器人，该并联式手术机器人包括机器人主体(1)、机器人定位系统和手术台(5)，其特征在于：所述机器人主体(1)包括第一支链(10a)、第二支链(10b)、丝杠(8)、手术刀(9)和机器人底座(6)；所述第一支链(10a)包括第一支链座(11)、第一支链铰链座(12)、第一支链电机A(14)、第一支链电机B(15)、第一支链短杆(13)、第一支链连杆A(16)、第一支链连杆B(17)和第一支链动平台(18)；
所述第一支链座(11)固定在机器人底座(6)上，第一支链铰链座(12)安装在第一支链座(11)上；第一支链电机A(14)安装在第一支链铰链座(12)上，第一支链短杆(13)与第一支链电机A的输出轴固定连接；第一支链电机B(15)安装在第一支链短杆(13)上，第一支链连杆A(16)与第一支链电机B输出轴固定连接；所述第一支链短杆(13)、第一支链连杆A(16)、第一支链连杆B(17)和第一支链动平台(18)构成一平面连杆机构；所述第二支链(10a)和第一支链(10b)的结构相同；第二支链短杆(23)、第二支链连杆A(26)、第二支链连杆B(27)和第二支链动平台(28)亦构成平面连杆机构；第一支链(10a)和第二支链(10b)形成并联机构；手术刀(9)轴线位于两支链所在平面的相交线上；第一支链铰链座(12)的轴线与第二支链铰链座(22)的轴线相交于一点；
所述丝杠(8)通过旋转副与第一支链动平台(18)相连，第二支链动平台(28)通过丝杠套筒(7)安装在丝杠上，手术刀(9)固定在丝杠(8)的底端上。
2.根据权利要求1所述的一种具有远程运动中心的并联式手术机器人，其特征在于：所述机器人定位系统包括机器人上定位臂(2)、机器人下定位臂(3)和定位导轨滑轨机构(4)；
定位导轨滑轨机构(4)安装在手术台上(5)，机器人上定位臂(2)一端通过转动副与机器人主体相连，另一端与机器人下定位臂(3)的一端连接；机器人下定位臂的另一端通过转动副安装在机定位导轨滑轨机构(4)上。

说明书全文

一种具有远程运动中心的并联式手术 机器人

技术领域

[0001] 本发明涉及器人领域，具体是一种具有远程运动中心的并联式手术机器人。

背景技术

[0002] 微创是外科的重要发展趋势，是对传统外科的一场深刻技术革命。微创外科通过微小创伤或自然通道将特殊器械、物理能量或化学药剂送入人体内部，完成对人体内病变、畸形、创伤的灭活、切除、修复或重建等外科手术操作而达到治疗目的的医学科学分支。其突出特点是创伤小，可以减少术后并发症和后遗症，有利于机体内环境稳定与功能恢复。

[0003] 手术机器人是实现外科手术伤口微创化、器械微型化、设备智能化和信息数字化的重要手段。手术机器人的使用突破了传统微创手术的局限，将微创手术的精度和水平提升到了新的高度，大大降低了病人的痛苦和手术创伤，缩短了康复时间。同时手术机器人具有自动纠错功能，可以克服医生在操纵手术工具时的手臂抖动，避免操作失误的出现，减轻了医生的疲劳强度。美国Computer Motion公司于1998年推出ZEUS微创手术操作机器人，该系统采用主从操作技术；1999年美国Intuitive Surgical公司研制出DaVinci系统，并于2001年通过美国联邦视频及药物管理局FDA)认证，成为第一个合法的商品化手术机器人，在临床应用中取得了很好的效果。国内研究虽然起步较晚，但也于2010年研制出MircoHand A系统，并成功进行了动物实验。

[0004] 微创手术要求机器人必须能够具有远程运动中心。远程运动中心 RemoteCenter-of-Motion(RCM))机构可以使机构末端执行器绕其上某固定点做旋转运动，而且该虚拟固定点在机构远端。为了达成RCM，上述手术机器人均为串联构型，具有6个或以上自由度。上述机构具有以下缺点：⑴、而随着串联支链的增多，各个关节的误差是叠加的，累积误差可能会降低机器人末端手术装置的精度；⑵、机器人的自由度的增多，会降低末端执行器的稳定性。

[0005] 针对现有机构的缺点，在明确了微创手术应用背景需求之后，可以设计具有远程运动中心机构的并联机器人，达到比通用结构更简单、易于控制且成本低廉的效果。而且并联机构具有误差不累积、刚度更高、稳定性更好的特点，可以解决现有机构存在的缺陷，因此提出一种具有远程运动中心、结构合理、精度较高、稳定性较好的并联手术机器人很有必要。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种具有远程运动中心的并联式手术机器人，以期达到比通用结构更简单、易于控制且成本低廉的效果；而且并联机构具有误差不累积、刚度更高、稳定性更好的特点，从而解决现有机构存在的结构不紧凑、运动精度低以及稳定性较差等缺陷。

[0007] 本发明的技术方案如下：

[0008] 一种具有远程运动中心的并联式手术机器人，该并联式手术机器人包括机器人主体、机器人定位系统和手术台，其特征在于：所述机器人主体包括第一支链、第二支链、丝杠、手术刀和机器人底座；所述第一支链包括第一支链座、第一支链铰链座、第一支链电机A14、第一支链电机B、第一支链短杆、第一支链连杆A、第一支链连杆B和第一支链动平台；

[0009] 所述第一支链座固定在机器人底座上，第一支链铰链座安装在第一支链座上；第一支链电机A安装在第一支链铰链座上，第一支链短杆与第一支链电机A的输出轴固定连接；第一支链电机B安装在第一支链短杆上，第一支链连杆A与第一支链电机B输出轴固定连接；所述第一支链短杆、第一支链连杆A、第一支链连杆B和第一支链动平台构成一平面连杆机构；所述第二支链和第一支链的结构相同；第一支链铰链座的轴线与第二支链铰链座的轴线相交于一点；第二支链短杆、第二支链连杆A、第二支链连杆B和第二支链动平台亦构成平面连杆机构；第一支链和第二支链形成并联机构；手术刀轴线位于两支链所在平面的相交线上；

[0010] 所述丝杠通过旋转副与第一支链动平台相连，第二支链动平台通过丝杠套筒安装在丝杠上，手术刀固定在丝杠上。

[0011] 本发明所述的机器人定位系统，其特征在于：所述机器人定位系统包括机器人上定位臂、机器人下定位臂和定位导轨滑轨机构；定位导轨滑轨机构安装在手术台上，机器人上定位臂一端通过转动副与机器人主体相连，另一端与机器人下定位臂的一端连接；机器人下定位臂的另一端通过转动副安装在机定位导轨滑轨机构上。

[0012] 本发明基于并联机构，提出了一种具有远程运动中心的手术机器人，可实现三个平动自由度和一个转动自由度的空间运动，并且具有远程运动中心，满足微创手术的应用要求，比通用的串联式机器人结构更简单、易于控制且成本低廉。由于并联机构具有刚度高、稳定性好、误差不累积等特点，可以有效提高系统的稳定性，并减小关节误差的累积。附图说明

[0013] 图1是本发明的整体结构示意图。

[0014] 图2是本发明机器人主体的结构示意图。

[0015] 图3是本发明第一支链的结构示意图。

[0016] 图4是本发明第二支链的结构示意图。

[0017] 图5是本发明的远程运动中心示意图。

[0018] 图中：1-机器人主体；2-机器人上定位臂；3-机器人下定位臂；4-定位导轨滑轨机构；5-手术台；6-机器人底座；7-丝杠套筒、8-丝杠、9-手术刀、10a-第一支链、10b-第二支链、 11-第一支链座、12-第一支链铰链座、13-第一支链短杆、14-第一支链电机A、15-第一支链电机B、16-第一支链连杆A、17-第一支链连杆B、18-第一支链动平台、21-第二支链支链座、 22-第二支链铰链座、23-第二支链短杆、24-第二支链电机A、25-第二支链电机B、26-第二支链连杆A、27-第二支链连杆B、28-第二支链动平台。

具体实施方式

[0019] 以下结合说明书附图和具体实施例，对本发明提出的手术机器人做进一步详细说明：

[0020] 本发明提出的一种具有远程运动中心的并联式手术机器人，如图1所示，该并联式手术机器人包括机器人主体1、机器人定位系统和手术台5；所述机器人定位系统包括机器人上定位臂2、机器人下定位臂3和定位导轨滑轨机构4；定位导轨滑轨机构4安装在手术台上5；机器人上定位臂2和机器人下定位臂3通过转动副相连，机器人上定位臂2的一端通过转动副与机器人主体1连接，机器人下定位臂3通过转动副安装在机器人定位导轨滑轨机构4的滑块上，在滑块的移动副和定位臂的转动副共同作用下，机器人主体1可以在三维空间内任意位置进行定位。

[0021] 图2是本发明机器人主体1的结构示意图，所述机器人主体1包括第一支链10a、第二支链10b、机器人底座6、丝杠套筒7、丝杠8和手术刀9；第一支链和第二支链分别安装在机器人底座6上；两条支链通过丝杠8相连，共同带动手术刀9运动。第一支链和第二支链组成并联机构。

[0022] 图3是本发明第一支链10a的结构示意图，所述第一支链10a包括第一支链座11、第一支链铰链座12、第一支链电机A14、第一支链电机B15、第一支链短杆13、第一支链连杆 A16、第一支链连杆B17和第一支链动平台18。所述第一支链座11固定在机器人底座6上，第一支链铰链座12安装在第一支链座11上；第一支链电机A14安装在第一支链铰链座12 上，第一支链短杆13与第一支链电机A的输出轴固定连接，驱动第一支链短杆13转动；第一支链电机B15安装在第一支链短杆13上，第一支链连杆A16与第一支链电机B输出轴固定连接，驱动第一支链连杆A16转动。所述第一支链短杆13、第一支链连杆A16、第一支链连杆B17和第一支链动平台18构成一平面连杆机构。

[0023] 图4是本发明第二支链10b的结构示意图，从图中可以看出，所述第二支链和第一支链的结构相同；所述第二支链10b包括第二支链座21、第二支链铰链座22、第二支链短杆23、第二支链电机A24、第二支链电机B25、第二支链连杆A26、第二支链连杆B27和第二支链动平台28；所述第二支链座21固定在机器人底座6上，第二支链铰链座22安装在第二支链座
21上；第二支链电机A24安装在第二支链铰链座22上，第二支链短杆23与第二支链电机A24的输出轴固定连接，驱动第二支链短杆23转动；第二支链电机B25安装在第二支链短杆23上，第二支链连杆A26与第二支链电机B25输出轴固定连接，驱动第二支链连杆A26 转动。第二支链短杆23、第二支链连杆A26、第二支链连杆B27和第二支链动平台28亦构成平面连杆机构；第一支链10a和第二支链10b形成并联机构；手术刀9轴线位于两支链所在平面的相交线上。

[0024] 所述丝杠8通过旋转副与第一支链动平台18相连，第二支链动平台28通过丝杠套筒7 安装在丝杠8上，手术刀9固定在丝杠8的底端，第一支链铰链座12的轴线与第二支链铰链座22的轴线相交于一点。

[0025] 所述丝杠8通过旋转副与第一支链动平台18相连，丝杠套筒7安装在第二支链动平台 28上，丝杠8与丝杠套筒7通过螺旋副相连，手术刀9固定在丝杠8上，两者轴线共线。

[0026] 如图5所示，第一支链10a和第二支链10b都是平面连杆机构，安装时只要保证第一支链铰链座12的轴线与第二支链铰链座22的轴线相交于一点，则第一支链10a所在的平面和第二支链10b所在平面的相交线就会通过该交点，该点即为远程运动中心，手术刀9的轴线位于两支链平面的相交线上，所以手术刀9可以通过远程运动中心。

[0027] 所述两条支链均为驱动分支，第一支链10a通过第一支链电机A14和第一支链电机B15 驱动第一支链动平台18运动，第二支链10b通过第二支链电机A24和第二支链电机B25驱动第二支链动平台28运动，第一支链动平台18沿x、y、z轴的运动带动手术刀9的刀尖点沿x、y、z轴平动，第一支链动平台18与第二支链动平台28之间的相对平动通过丝杠传动转化为手术刀9绕手术刀自身转轴的旋转运动，所以手术刀9具有沿x、y、z轴的三个平动自由度和一个绕手术刀轴的旋转自由度。

[0028] 在进行手术时，首先通过机器人上定位臂2、机器人下定位臂3和定位导轨滑轨机构4 调整机器人主体1的位置，使得远程运动中心移动到微创手术的创口处，然后通过控制第一支链电机A14、第一支链电机B15、第二支链电机A24和第二支链电机B25驱动手术刀9运动，让手术刀9通过远程运动中心进入患者体内，在患者体内进行四自由度的运动，以完成手术任务。

标题	发布/更新时间	阅读量
在适于获取与车辆的运动和/或驾驶参数相关的数据的车载设备和远程处理中心之间的数据传输方法	2020-05-13	354
一种门球运动提示装置	2020-05-14	717
网球接球落点检测装置	2020-05-14	32
硬件受限的远程中心机器人操纵器的冗余轴线和自由度	2020-05-14	816
机器人远程运动中心的控制器限定	2020-05-11	735
一种基于无线传感器网络的风沙监测系统	2020-05-14	632
用于柔性弧形滑轨的具有虚拟远程运动中心的柔性铰链	2020-05-13	431
一种并联式三自由度远程运动中心手术机器人	2020-05-12	938
远程运动中心定位器	2020-05-11	493
使用定制套管针对机器人远程运动中心点的定位	2020-05-13	171

一种具有远程运动中心的并联式手术机器人

一种具有远程运动中心的并联式手术机器人

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：