一种具有位置保持功能的五自由度主手制造技术

技术编号:15731214 阅读:284 留言:0更新日期:2017-07-01 02:29
一种具有位置保持功能的五自由度主手,它涉及一种腹腔微创手术机器人主手,以解决现有用于手术机器人的主手结构复杂,位置保持难度大,及腹腔微创手术过程中医生操作手术机器人灵活性差,容易产生疲劳,影响手术治疗的问题,它包括悬挂平台、控制模块、操作校准升降限位平台、第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第一关节位置保持机构、末端执行器调整旋钮和位置保持开关按钮;悬挂平台的上表面布置有控制模块和第一关节位置保持机构;操作校准升降限位平台安装在悬挂平台的下表面;第一关节包括第一壳体、第一中空轴、第一陀螺仪、位置保持轴头和第二关节位置保持机构。本发明专利技术用于微创手术机器人主从控制。

A five degree of freedom master hand with position keeping function

With a five degree of freedom main hand position retaining function, which relates to a minimally invasive robot master manipulator, which solves the problems of the existing structure for main hand surgery robot is complex, difficult to maintain position, doctors and minimally invasive surgery during operation robot flexibility is poor, prone to fatigue, effects of surgical treatment problems. It includes suspension platform, operation control module, calibration of lifting limit platform, the first joint, second joints, third joints, fourth joints, the first joint position holding mechanism, the end effector position adjustment knob and hold switch button; keep control module and the first joint position arrangement on the surface of suspension platform; calibration lifting operation the limiting platform is arranged on the lower surface of the suspension platform; the first joint comprises a first shell, a first hollow shaft, first gyroscope Position retaining shaft head and second joint position retaining mechanism. The invention is used for master-slave control of minimally invasive surgical robot.

【技术实现步骤摘要】
一种具有位置保持功能的五自由度主手
本专利技术涉及一种腹腔微创手术机器人主手,具体涉及一种用于主从控制方式的具有位置保持功能的五自由度腹腔微创手术机器人主手。
技术介绍
为了应对复杂的手术情况,用于手术的机器人系统通常采用主从控制方式,主手作为医生手术操作的输入端,将医生期望的运动映射到手术机器人的对应关节上,实现手术操作。目前常见的主手如美国ComputerMotion公司开发的ZEUS系统、IntuitiveSurgical公司研发的daVinci系统、美国SensAble公司研制的PHANTOM主手和瑞士的ForceDimension公司推出的delta、Sigma以及Omega系列并联主手,价格非常昂贵,操作复杂。经文献检索,申请号为201510111444.7的专利技术专利提出一种腹腔镜微创手术机器人主从同构式遥操作主手,但是该操作主手采用角度传感器实现角度的检测,增大转动关节尺寸,不具有位置保持功能,为操作带来不便;申请号为201110313771.2的专利技术专利提出一种具有反馈的九自由度微创手术机器人主操作手,该微创手术机器人主操作手具有力反馈功能,但是该操作主手采用编码器实现角度的检测,整体结构复杂,转动关节较大,增大了位置保持的难度,为了克服现有主手的不足,研究一款具有自主知识产权,易于操作,并可应用于手术操作的主手非常必要。
技术实现思路
本专利技术是为解决现有用于手术机器人的主手结构复杂,位置保持难度大,及腹腔微创手术过程中医生操作手术机器人灵活性差,容易产生疲劳,影响手术治疗的问题,进而提供一种具有位置保持功能的五自由度主手。本专利技术为解决上述问题采取的技术方案是:一种具有位置保持功能的五自由度主手,它包括悬挂平台、控制模块、操作校准升降限位平台、第一关节、第二关节、第三关节、第四关节、第一关节位置保持机构、末端执行器调整旋钮和位置保持开关按钮;悬挂平台的上表面布置有控制模块和第一关节位置保持机构;操作校准升降限位平台安装在悬挂平台的下表面;第一关节包括第一壳体、第一中空轴、第一陀螺仪、位置保持轴头和第二关节位置保持机构;第一壳体内布置有第二关节位置保持机构和第一陀螺仪;第一壳体的一端布置有第一中空轴,第一壳体的另一端固装有竖向布置的位置保持轴头,位置保持轴头转动安装在悬挂平台上;第二关节包括第二壳体、第二中空轴、第二陀螺仪和第三关节位置保持机构,第二壳体内布置有第三关节位置保持机构和第二陀螺仪,第二壳体的一端转动安装在第一中空轴上,第二壳体的另一端布置有第二中空轴;第三关节包括第三壳体、第三中空轴、第三陀螺仪和第四关节位置保持机构;第三壳体内布置有第四关节位置保持机构和第三陀螺仪,第三壳体的一端转动安装在第二中空轴上,第三壳体的另一端布置有第三中空轴;第四关节包括第四壳体和第四陀螺仪;第四陀螺仪布置在第四壳体内,第四壳体的一端转动安装在第三中空轴上,第四壳体的另一端安装有末端执行器调整旋钮和位置保持开关按钮;末端执行器调整旋钮和位置保持开关按钮分别与控制模块电连接;第一关节位置保持机构用于调整保持第一关节的位置;第二关节位置保持机构用于调整保持第二关节的位置;第三关节位置保持机构用于调整保持第三关节的位置;第四关节位置保持机构用于调整保持第四关节的位置。本专利技术的有益效果是:一、本专利技术是为改善目前手术机器人人机交互困难的现状而设计的一款用于腹腔微创手术的机器人主手,该主手与结构相似的机器人手臂可以构成“同构”的主从操作系统,在操控手术机器人进行手术时,具有主-从关系对应清晰,操控简单、灵活,具有位置保持的特点,提高了手术机器人与医生良好的交互性,减轻了医生手术过程中的劳动强度,有助于提高手术质量。二、本专利技术采用陀螺仪来获得机器人的姿态,可以明显减小主手关节的尺寸。同时在关节处采用位置保持机构设计,使主手在保持结构紧凑的同事具有位置锁定的功能,同时可以提供力反馈,增强医生操作的临场感。三、本专利技术采用悬挂平台设计可以更好地适应腹腔手术工作,使主手和从手工作姿态对应更加容易。四、本专利技术采用操作校准限位平台设计,可以更好校准主手的零位,并保证主手始终处于安全操作空间内,保证手术机器人不会超出安全范围,增加了腹腔手术应用的安全性。本专利技术提供给医生,简单灵活的操作方式和清晰的主从对应关系,方便医生通过主手操控手术机器人进行腹腔内手术操作。附图说明图1为本专利技术的整体结构示意图;图2为第一关节位置保持机构的结构示意图;图3为第一关节的立体结构示意图;图4为图3的主视图;图5为图4的侧视图;图6为图5的A-A向视图;图7为第二关节的立体结构示意图;图8为图7的主视图;图9为图8的侧视图;图10为图9的B-B向视图;图11为第三关节的立体结构示意图;图12为图11的主视图;图13为图12的侧视图;图14为图13的C-C向视图;图15为第四关节的立体结构示意图;图16为图15的主视图。具体实施方式下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本专利技术的技术方案。参见图1-图16说明,本实施方式的一种具有位置保持功能的五自由度主手,它包括悬挂平台1、控制模块2、操作校准升降限位平台3、第一关节6、第二关节7、第三关节8、第四关节9、第一关节位置保持机构5、末端执行器调整旋钮10和位置保持开关按钮11;悬挂平台1的上表面布置有控制模块2和第一关节位置保持机构5;操作校准升降限位平台3安装在悬挂平台1的下表面;第一关节6包括第一壳体6-1、第一中空轴6-2、第一陀螺仪6-3、位置保持轴头6-8和第二关节位置保持机构;第一壳体6-1内布置有第二关节位置保持机构和第一陀螺仪6-3;第一壳体6-1的一端布置有第一中空轴6-2,第一壳体6-1的另一端固装有竖向布置的位置保持轴头6-8,位置保持轴头6-8转动安装在悬挂平台2上;第二关节7包括第二壳体7-1、第二中空轴7-2、第二陀螺仪7-3和第三关节位置保持机构,第二壳体7-1内布置有第三关节位置保持机构和第二陀螺仪7-3,第二壳体7-1的一端转动安装在第一中空轴6-2上,第二壳体7-1的另一端布置有第二中空轴7-2;第三关节8包括第三壳体8-1、第三中空轴8-2、第三陀螺仪8-3和第四关节位置保持机构;第三壳体8-1内布置有第四关节位置保持机构和第三陀螺仪8-3,第三壳体8-1的一端转动安装在第二中空轴7-2上,第三壳体8-1的另一端布置有第三中空轴8-2;第四关节9包括第四壳体9-1和第四陀螺仪9-2;第四陀螺仪9-2布置在第四壳体9-1内,第四壳体9-1的一端转动安装在第三中空轴8-2上,第四壳体9-1的另一端安装有末端执行器调整旋钮10和位置保持开关按钮11;末端执行器调整旋钮10和位置保持开关按钮11分别与控制模块2电连接;第一关节位置保持机构5用于调整保持第一关节6的位置;第二关节位置保持机构用于调整保持第二关节7的位置;第三关节位置保持机构用于调整保持第三关节8的位置;第四关节位置保持机构用于调整保持第四关节9的位置。操作校准升降限位平台3,安装在悬挂平台1上高度可调,具有主手初始位置校准和操作限位功能。第二关节7和第三关节8的结构相同,主手初始位置校准实现包括使各关节安装陀螺仪侧外壳面共面并与操作校准升降限位平台3的底板侧面重合。操作限位功能通过调整操作校准限本文档来自技高网...
一种具有位置保持功能的五自由度主手

【技术保护点】
一种具有位置保持功能的五自由度主手,其特征在于:它包括悬挂平台(1)、控制模块(2)、操作校准升降限位平台(3)、第一关节(6)、第二关节(7)、第三关节(8)、第四关节(9)、第一关节位置保持机构(5)、末端执行器调整旋钮(10)和位置保持开关按钮(11);悬挂平台(1)的上表面布置有控制模块(2)和第一关节位置保持机构(5);操作校准升降限位平台(3)安装在悬挂平台(1)的下表面;第一关节(6)包括第一壳体(6‑1)、第一中空轴(6‑2)、第一陀螺仪(6‑3)、位置保持轴头(6‑8)和第二关节位置保持机构;第一壳体(6‑1)内布置有第二关节位置保持机构和第一陀螺仪(6‑3);第一壳体(6‑1)的一端布置有第一中空轴(6‑2),第一壳体(6‑1)的另一端固装有竖向布置的位置保持轴头(6‑8),位置保持轴头(6‑8)转动安装在悬挂平台(2)上;第二关节(7)包括第二壳体(7‑1)、第二中空轴(7‑2)、第二陀螺仪(7‑3)和第三关节位置保持机构,第二壳体(7‑1)内布置有第三关节位置保持机构和第二陀螺仪(7‑3),第二壳体(7‑1)的一端转动安装在第一中空轴(6‑2)上,第二壳体(7‑1)的另一端布置有第二中空轴(7‑2);第三关节(8)包括第三壳体(8‑1)、第三中空轴(8‑2)、第三陀螺仪(8‑3)和第四关节位置保持机构;第三壳体(8‑1)内布置有第四关节位置保持机构和第三陀螺仪(8‑3),第三壳体(8‑1)的一端转动安装在第二中空轴(7‑2)上,第三壳体(8‑1)的另一端布置有第三中空轴(8‑2);第四关节(9)包括第四壳体(9‑1)和第四陀螺仪(9‑2);第四陀螺仪(9‑2)布置在第四壳体(9‑1)内,第四壳体(9‑1)的一端转动安装在第三中空轴(8‑2)上,第四壳体(9‑1)的另一端安装有末端执行器调整旋钮(10)和位置保持开关按钮(11);末端执行器调整旋钮(10)和位置保持开关按钮(11)分别与控制模块(2)电连接;第一关节位置保持机构(5)用于调整保持第一关节(6)的位置;第二关节位置保持机构用于调整保持第二关节(7)的位置;第三关节位置保持机构用于调整保持第三关节(8)的位置;第四关节位置保持机构用于调整保持第四关节(9)的位置。...

【技术特征摘要】
1.一种具有位置保持功能的五自由度主手,其特征在于:它包括悬挂平台(1)、控制模块(2)、操作校准升降限位平台(3)、第一关节(6)、第二关节(7)、第三关节(8)、第四关节(9)、第一关节位置保持机构(5)、末端执行器调整旋钮(10)和位置保持开关按钮(11);悬挂平台(1)的上表面布置有控制模块(2)和第一关节位置保持机构(5);操作校准升降限位平台(3)安装在悬挂平台(1)的下表面;第一关节(6)包括第一壳体(6-1)、第一中空轴(6-2)、第一陀螺仪(6-3)、位置保持轴头(6-8)和第二关节位置保持机构;第一壳体(6-1)内布置有第二关节位置保持机构和第一陀螺仪(6-3);第一壳体(6-1)的一端布置有第一中空轴(6-2),第一壳体(6-1)的另一端固装有竖向布置的位置保持轴头(6-8),位置保持轴头(6-8)转动安装在悬挂平台(2)上;第二关节(7)包括第二壳体(7-1)、第二中空轴(7-2)、第二陀螺仪(7-3)和第三关节位置保持机构,第二壳体(7-1)内布置有第三关节位置保持机构和第二陀螺仪(7-3),第二壳体(7-1)的一端转动安装在第一中空轴(6-2)上,第二壳体(7-1)的另一端布置有第二中空轴(7-2);第三关节(8)包括第三壳体(8-1)、第三中空轴(8-2)、第三陀螺仪(8-3)和第四关节位置保持机构;第三壳体(8-1)内布置有第四关节位置保持机构和第三陀螺仪(8-3),第三壳体(8-1)的一端转动安装在第二中空轴(7-2)上,第三壳体(8-1)的另一端布置有第三中空轴(8-2);第四关节(9)包括第四壳体(9-1)和第四陀螺仪(9-2);第四陀螺仪(9-2)布置在第四壳体(9-1)内,第四壳体(9-1)的一端转动安装在第三中空轴(8-2)上,第四壳体(9-1)的另一端安装有末端执行器调整旋钮(10)和位置保持开关按钮(11);末端执行器调整旋钮(10)和位置保持开关按钮(11)分别与控制模块(2)电连接;第一关节位置保持机构(5)用于调整保持第一关节(6)的位置;第二关节位置保持机构用于调整保...

【专利技术属性】
技术研发人员:封海波付宜利李国志
申请(专利权)人:哈尔滨工业大学
类型:发明
国别省市:黑龙江,23

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