具有移动和自转定位关节的单孔手术机器人整体布局结构制造技术

本发明专利技术公开了一种具有移动和自转定位关节的单孔手术机器人的整体布局结构，由三个手术器械和鞘卡等组成。其中两个为手术操作器械一和手术操作器械二，另一个为手术观察器械；三个手术器械平行布置。手术器械采用机械解耦或控制解耦机构，完全解决了手术器械执行机构各关节摆转时产生的相互运动耦合问题；本发明专利技术的用于微创外科手术的具有移动和自转定位关节的单孔手术机器人的整体布局结构简洁合理、布局紧凑、占用空间小、小型化、轻量化，采用手术器械执行机构与快换机构快换拆装方式，可以方便地更换不同手术器械，增强了单孔手术机器人的使用的灵活性、便利性与安全性，有利于单孔手术机器人的推广应用。

Overall layout structure of a single hole surgical robot with mobile and rotating joints

The invention discloses an overall layout structure of a single-hole surgical robot with a moving and rotating positioning joint, which is composed of three surgical instruments, a sheath clip, etc. Two of them are surgical instruments, one is surgical instruments, the other is surgical observation instruments, and the three surgical instruments are arranged in parallel. Operating instruments adopt mechanical decoupling or control decoupling mechanism, which completely solves the problem of mutual motion coupling caused by the swing of the joints of the actuating mechanism of the operating instruments; the single-hole surgical robot with moving and rotating positioning joints for minimally invasive surgery of the present invention has simple and reasonable overall layout structure, compact layout and occupancy. With small space, miniaturization and lightweight, different kinds of surgical instruments can be easily replaced by using quick replacement and disassembly methods of surgical instrument actuator and quick replacement mechanism, which enhances the flexibility, convenience and safety of the single-hole surgical robot, and is conducive to the popularization and application of the single-hole surgical robot.

【技术实现步骤摘要】
具有移动和自转定位关节的单孔手术机器人整体布局结构
本专利技术涉及一种微创外科手术领域内的医疗设备，尤其涉及一种适合于胸腔和腹腔的微创手术操作的微创外科单孔手术机器人的整体布局结构。
技术介绍
以腹腔镜为代表的微创外科被誉为20世纪医学科学对人类文明的重要贡献之一，微创手术操作是指医生借助细长的手术器械通过人体表面的微小切口探入到体内进行手术操作的。它与传统的开口手术相比具有手术切口小、出血量少、术后疤痕小、恢复时间快等优点，达到与传统开口手术相同的疗效。手工操作的微创手术器械是被动操作形式，一般末端只具有一个运动自由度。手术过程中医生通过手指施加驱动实现末端器械动作，并依靠医生手臂与腕部的运动灵活性顺利完成包括缝合、打结在内的各种复杂操作。但是，对于辅助微创手术机器人系统而言，由于手术器械的操作是通过机器人来完成的，而机器人系统本身不具备人操作的灵活性。因此，对微创手术机器人专用手术器械的设计提出了更高的要求。为适应微创手术的要求，手术器械的设计应满足体积小、操作灵活、形式多样、便于与机器人手臂安装、有足够的刚度和强度、适于医疗环境要求(如多次消毒)等。特别是手术器械应具有较多的自本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.具有移动和自转定位关节的单孔手术机器人的整体布局结构，其特征在于，包括三个手术器械，其中两个为手术操作器械一和手术操作器械二，另一个为手术观察器械；三个手术器械轴线平行布置；所述的手术器械一分别包含快换机构和手术器械执行机构两部分；手术操作器械一的快换机构分别包含一个固定座，在所述的固定座上安装有第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节驱动机构；所述的手术操作器械一的快换机构的第一关节驱动机构安装在一个固定座上，所述的手术操作器械一的快换机构的其余关节驱动机构安装在同一个底座上，所述的手术操作器械一的快换机构的第一关节驱动机构还与所述的手术操作器械一的快换机构的底座相连；所述的手...

【技术特征摘要】
1.具有移动和自转定位关节的单孔手术机器人的整体布局结构，其特征在于，包括三个手术器械，其中两个为手术操作器械一和手术操作器械二，另一个为手术观察器械；三个手术器械轴线平行布置；所述的手术器械一分别包含快换机构和手术器械执行机构两部分；手术操作器械一的快换机构分别包含一个固定座，在所述的固定座上安装有第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节驱动机构；所述的手术操作器械一的快换机构的第一关节驱动机构安装在一个固定座上，所述的手术操作器械一的快换机构的其余关节驱动机构安装在同一个底座上，所述的手术操作器械一的快换机构的第一关节驱动机构还与所述的手术操作器械一的快换机构的底座相连；所述的手术操作器械一的快换机构的底座能相对于所述的手术操作器械一的快换机构的固定座沿手术操作器械一的手术器械执行机构的臂段一轴线方向轴向移动；进而实现所述的手术操作器械一的快换机构的其余关节驱动机构和手术操作器械一的手术器械执行机构相对于与所述的手术操作器械一的快换机构的第一关节驱动机构固连的固定座沿手术操作器械一的手术器械执行机构的臂段一轴线方向轴向移动；所述的手术操作器械一的快换机构的第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节驱动机构各自通过一个接口离合盘与所述的手术器械执行机构相连；所述的手术操作器械一的快换机构的第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节驱动机构通过传动件分别对应驱动手术操作器械一的手术器械执行机构的第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节执行机构的旋转。2.如权利要求1所述的具有移动和自转定位关节的单孔手术机器人的整体布局结构，其特征在于，所述的手术操作器械一的手术器械执行机构包括第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七、第八关节执行机构；所述的八个关节执行机构包含8个自由度，8个自由度从末端传动盒一端开始，依次为：沿臂段一轴线z轴方向移动自由度，绕第二关节轴线x轴向摆转自由度，绕第三关节轴线z轴向自转自由度，绕第四关节轴线x轴向摆转自由度，绕第五关节轴线z轴向自转自由度，绕第六关节轴线x轴向摆转自由度，绕第七关节轴线y轴向摆转自由度I，绕第七关节轴线y轴向摆转自由度II。第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七关节执行机构每相邻两个关节自由度轴线方向空间垂直，第七和第八关节执行机构两个关节自由度轴线重合；进一步的，所述的手术操作器械一的手术器械执行机构的第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八执行机构的末端传动盒内的结构相同，各自均包括一个传动线轮轴、线轮、接口离合盘；所述的接口离合盘一端连接关节驱动机构，另一端与传动线轮轴相连，在所述的传动线轮轴上安装有线轮；通过接口离合盘的旋转带动传动线轮轴和线轮的旋转，传动线轮轴和线轮通过钢丝绳分别对应驱动第二关节、第三关节、第四关节、第五关节、第六关节、第七关节和第八关节旋转；进一步的，所述的臂段一连接套管一端与所述的末端传动盒固连，所述的臂段一连接套管有两个刚性弯折关节，每个刚性弯折关节安装有一组导向轮一和四组张紧轮一，用于钢丝绳导向与张紧；所述的臂段一连接件上面安装有控制第二关节、第三关节、第四关节、第五关节、第六关节、第七关节、第八关节相对运动的一个导向轮轴和两个张紧轮轴，其中所述的导向轮轴上面安装一组导向轮二和臂段二连接件一，所述的两个张紧轮轴上面分别安装一组张紧轮二，所述的臂段二连接件一上面安装有控制第三关节、第四关节、第五关节、第六关节、第七关节、第八关节相对运动的两个张紧轮轴，其中所述的两个张紧轮轴上面分别安装一组张紧轮三，所述的臂段二连接件一上面有绳槽，用于控制臂段二与臂段一的相对摆转；第二关节处臂段一连接件上面的导向轮二轴线与第二关节相对摆转轴线重合，第二关节处臂段一连接件上面的导向轮二轴线和两个张紧轮二轴线与臂段二连接件一上面的两个张紧轮三轴线均平行，第二关节处控制同一个关节摆转的相邻臂段一连接件和臂段二连接件一上安装的导向轮二和张紧轮二、三中心面位于同一平面内，所述的导向轮一、二均可相对于所述导向轮轴自由转动，所述的张紧轮一、二、三均可相对于所述张紧轮轴自由转动；所述的第三、第四、第五、第六、第七、第八关节执行机构与第二关节执行机构结构基本相同，其中所述的第三关节执行机构的导向轮轴线与第三关节的自转轴线重合，所述的臂段三连接件一上面的绳槽的同一侧安装有两个张紧轮五，所述的两个张紧轮五轴线与臂段五连接件一上的绳槽轴线垂直，且所述的两个张紧轮五和臂段三连接件一上的绳槽切线重合，用于控制臂段三与臂段二的相对自转；所述的第三关节处臂段三连接套管内安装有第四关节、第五关节、第六关节、第七关节、第八关节导向轮和张紧轮，控制同一关节的两个张紧轮分别布置在导向轮两侧，且控制同一个关节摆转的两个张紧轮轴线与导向轮轴线垂直，且两个张紧轮和导向轮切线重合。所述的第五关节执行机构的导向轮轴线与第五关节的自转轴线重合，所述的臂段五连接件一上面的绳槽的同一侧安装有两个张紧轮六，所述的两个张紧轮六轴线与臂段五连接件一上的绳槽轴线垂直，且所述的两个张紧轮六和臂段五连接件一上的绳槽切线重合，用于控制臂段五与臂段四的相对自转；所述的第五关节处臂段五连接套管内安装有第六关节、第七关节、第八关节导向轮和张紧轮，控制同一关节的两个张紧轮分别布置在导向轮两侧，且控制同一个关节摆转的两个张紧轮轴线与导向轮轴线垂直，且两个张紧轮和导向轮切线重合；进一步的，在所述的第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节执行机构的末端传动盒中的线轮两侧均安装有导向结构；进一步的，所述的第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节执行机构中的线轮和传动线轮轴上有钢丝绳槽，用于缠绕钢丝绳；所述第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节执行机构中的线轮和传动线轮轴上的绳槽上有槽孔，钢丝绳末端打结后嵌入在槽孔中，用于固定钢丝绳末端；进一步的，所述的第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节执行机构的对应关节臂段连接件绳槽有槽孔，钢丝绳末端打结后嵌入在槽孔中，用于固定钢丝绳末端；进一步的，为防止钢丝绳从导向轮和张紧轮中脱出，可在靠近张紧轮的位置安装导向孔板，使钢丝绳沿导向轮和张紧轮切线绕进绕出导向轮和张紧轮后从导向孔板的导向孔中穿出到相邻关节；进一步的，所述的第二、第三、第四、第五、第六、第七和第八关节执行机构的所述的线轮套装于所述的传动线轮轴上，所述的线轮与所述的传动线轮轴上有圆弧形长螺栓孔，所述的线轮与所述的传动线轮轴之间调节相对转角使钢丝在传动路径中达到合适的张紧度后用螺栓连接并紧固。3.如权利要求1所述的具有移动和自转定位关节的单孔手术机器人的整体布局结构，其特征在于，快换机构采用机械解耦及驱动方式：所述的手术操作器械一的第二关节驱动机构包括一个电机，该电机驱动齿轮轴旋转，所述的齿轮轴和与其相对应的接口离合盘相连；所述的手术操作器械...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡三元，冯红光，程晓林，田兆辉，姜秀新，樊炳辉，
申请(专利权)人：山东大学齐鲁医院，
类型：发明
国别省市：山东,37