一种单、双臂辅助微创外科手术机器人及协作组合机器人系统技术方案

本发明专利技术公开了一种单、双臂辅助微创外科手术机器人及协作组合机器人系统，包括底座、立柱和操作臂，底座支撑并固定整个辅助微创外科手术机器人；立柱垂直固定于所述的底座上，其支撑并固定辅助微创外科手术机器人的操作臂；操作臂的连接座连接一个快接接头，在快接接头上安装内窥镜或手术器械，手术器械围绕“人体手术部位切入点”做“球形旋转”运动。采取四个或更多单臂组合协作式微创外科手术机器人协作进行手术操作。所述的立柱和所述的臂段一为“中空”结构，所述的立柱、所述的操作臂和所述的连接座的相邻的臂段之间可以通过臂段之间的旋转关节相对旋转进行“嵌套”，从而使操作臂的各臂段及连接座和手术器械“嵌套”在立柱内侧。

A Single-arm and Double-arm Assisted Minimally Invasive Surgical Robot and Cooperative Combined Robot System

【技术实现步骤摘要】
一种单、双臂辅助微创外科手术机器人及协作组合机器人系统
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单、双臂辅助微创外科手术机器人及协作组合机器人系统。
技术介绍
以腹腔镜手术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利用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。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，这使得病人遭受的痛苦大大减少；为此微创外科被广泛的应用于临床手术。微创手术能够为病人带来诸多利益，但对医生的操作增加了一系列难度，如：1)由于体表插入孔的限制，工具的自由度减少至四个，灵活性大大降低；2)器械操作方向与医生的直觉方向相反，协调性差；3)医生手部的抖动可能会被细长的手术器械放大；4)术野为二维平面成像，缺乏深度上的感觉；5)缺乏力感觉。因此，医生必须经过长期训练才能够进行微创手术操作，即便如此，目前微创手术也仅仅应用在操作相对比较简单的手术过程之中。因此，在微创外科手术领域中迫切需要一种机器人系统来辅助医生能够克服上述缺陷，更容易的完成微创手术操作。目前，我国市场上仍然没有自主生产的可以直接用到临床上使用的辅助微创外科手术机器人系统。辅助微创外科手术机器人属于精密设备，工作状态下辅助微创外科手术机器人布局的灵活性将直接决定辅助微创外科手术机器人的使用性能，辅助微创外科手术机器人布局方式是体现手术机器人系统整体性能水平的关键因素。辅助微创外科手术机器人整体结构布置的受力平衡性直接影响到辅助微创外科手术机器人因重力产生的变形，如果辅助微创外科手术机器人因重力产生的变形达到一定程度，将导致辅助微创外科手术机器人使用精度下降，不利于辅助微创外科手术机器人的长期维护保养和延长辅助微创外科手术机器人的使用寿命，辅助微创外科手术机器人整体结构布置的受力平衡性对辅助微创外科手术机器人的使用寿命有着重要意义。另外，手术室空间有限，非工作状态下辅助微创外科手术机器人的空间占用量对手术室的布局有重要影响，辅助微创外科手术机器人的空间占用量的优化对手术室的布局有着重要意义。在我国，辅助微创外科手术机器人的研发还处于起步阶段，对辅助微创外科手术机器人的研究与国外技术相比还有较大的差距，因此，开发方便拆装、调整灵活、定位准确、刚度较大、受力合理、布局优化、运输方便、使用寿命长的辅助微创外科手术机器人对填补国内空白，推进相关领域技术进步具有重要意义。
技术实现思路
为了解决工作状态下辅助微创外科手术机器人布局的灵活性和非工作状态下辅助微创外科手术机器人整体结构受力的平衡性及零部件受力合理性及手术器械保护性问题和辅助微创外科手术机器人整体空间占用量的优化性问题，本专利技术提出一种方便拆装、调整灵活、定位准确、刚度较大、受力合理、布局优化、运输方便、使用寿命长的单、双臂协作式辅助微创外科手术机器人及协作组合机器人系统。本专利技术的第一专利技术目的是提供一种单臂辅助微创外科手术机器人，为了实现该目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种单臂辅助微创外科手术机器人，包括底座、立柱和操作臂，所述的底座用于支撑并固定立柱和操作臂；所述的立柱一端通过第一Z轴向旋转关节垂直设置于所述的底座上，其用于支撑并固定所述的操作臂，另一端通过第一X轴向旋转关节与所述的操作臂相连；所述的操作臂包括臂段一、臂段二、臂段三、臂段四和臂段五；所述的立柱与臂段一之间通过第一X轴向旋转关节相连、臂段一与臂段二之间通过第二X轴向旋转关节相连、所述的臂段二与臂段三通过Z轴向自转关节相连；臂段三与臂段四之间通过第三X轴向旋转关节相连、臂段四与臂段五之间通过第四X轴向旋转关节相连、臂段五与连接座之间通过第二X轴向旋转关节相连；所述的底座上安装有相应的手术器械或者内窥镜伸缩。进一步的，所述的单臂辅助微创外科手术机器人，所述的臂段三和臂段五的轴线平行，臂段四和通过连接座的轴线且与臂段四的轴线平行的直线平行，四者构成了“平行四边形”结构；臂段三、臂段四、臂段五和连接座做“平行四边形”结构摆动；臂段三、臂段四、臂段五和连接座以“平行四边形”中与臂段三的轴线和通过连接座的轴线且与臂段四的轴线平行的直线交叉点相对的点为中心，绕臂段三的轴线做摆动运动；“通过所述的连接座的轴线且与所述的臂段四的轴线平行的直线”与“所述的臂段三轴线”的“交点”为“旋转固定点”；安装固定在所述的连接座上的手术工具的轴线通过所述的“旋转固定点”，且安装固定在所述的连接座上的手术工具以该“旋转固定点”为“旋转中心”进行“平行四边形前后摆动”和绕所述的臂段三的轴线做“左右摆动”运动，使手术工具围绕该“旋转固定点”做“球形旋转”运动。本专利技术的第二专利技术目的是提供另外一种单臂辅助微创外科手术机器人，为了实现该目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种单臂辅助微创外科手术机器人，包括底座、立柱和操作臂，所述的底座用于支撑并固定立柱和操作臂；所述的立柱一端通过第一Z轴向旋转关节垂直设置于所述的底座上，其用于支撑并固定所述的操作臂，另一端与所述的操作臂相连；所述的操作臂包括臂段一、臂段二、臂段三、臂段四、臂段五、臂段六和臂段七；所述的立柱与臂段一之间通过Z向伸缩关节相连；所述的臂段一与臂段二之间通过第一Z轴向自转关节相连，所述的臂段二与臂段三通过第二Z轴向自转关节相连、臂段三与臂段四之间通过第三Z轴向自转关节相连；所述的臂段四与臂段五之间通过第四Z轴向自转关节相连；所述的臂段五与臂段六之间通过第一X轴向旋转关节相连，所述臂段六与臂段七之间通过第二X轴向旋转关节相连；所述的臂段七与连接座之间依次通过X轴向旋转关节相连。本专利技术的第三专利技术目的是提供一种相互协作组合机器人系统，包括至少两个前面所述的单臂辅助微创外科手术机器人。本专利技术的第四专利技术目的是提供一种双臂辅助微创外科手术机器人，包括底座、立柱和操作臂，所述的底座用于支撑并固定立柱和操作臂；所述的立柱一端通过与所述的底座固定连接，立柱的另一端通过两个Y轴向旋转关节分别与两个机械臂相连；两个机械臂的结构完全相同；每个机械臂包括臂段一、臂段二、臂段三、臂段四、臂段五、臂段六和臂段七；臂段六通过第一Z轴向旋转关节臂段七相连，臂段七与臂段一之间通过第一X轴向旋转关节相连、臂段一与臂段二之间通过第二X轴向旋转关节相连、所述的臂段二与臂段三通过第二Z轴向自转关节相连；臂段三与臂段四之间通过第三X轴向旋转关节相连、臂段四与臂段五之间通过第四X轴向旋转关节相连、臂段五与连接座之间通过第二X轴向旋转关节相连；所述的底座上安装有相应的手术器械或者内窥镜伸缩。进一步的，双臂辅助微创外科手术机器人，所述的臂段三和臂段五的轴线平行，臂段四和通过连接座的轴线且与臂段四的轴线平行的直线平行，四者构成了“平行四边形”结构；臂段三、臂段四、臂段五和连接座做“平行四边形”结构摆动；臂段三、臂段四、臂段五和连接座以“平行四边形”中与臂段三的轴线和通过连接座的轴线且与臂段四的轴线平行的直线交叉点相对的点为中心，绕臂段三的轴线做摆动运动；“通过所述的连接座的轴线且与所述的臂段四的轴线平行的直线”与“所述的臂段三轴线”的“交点”为“旋转固定点”；安装固定在所述的连接座上的手术工具的轴线通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单臂辅助微创外科手术机器人，其特征在于：包括底座、立柱和操作臂，所述的底座用于支撑并固定立柱和操作臂；所述的立柱一端通过第一Z轴向旋转关节垂直设置于所述的底座上，其用于支撑并固定所述的操作臂，另一端通过第一X轴向旋转关节与所述的操作臂相连；所述的操作臂包括臂段一、臂段二、臂段三、臂段四和臂段五；所述的立柱与臂段一之间通过第一X轴向旋转关节相连、臂段一与臂段二之间通过第二X轴向旋转关节相连、所述的臂段二与臂段三通过Z轴向自转关节相连；臂段三与臂段四之间通过第三X轴向旋转关节相连、臂段四与臂段五之间通过第四X轴向旋转关节相连、臂段五与连接座之间通过第二X轴向旋转关节相连；所述的底座上安装有相应的手术器械或者内窥镜伸缩。

【技术特征摘要】
1.一种单臂辅助微创外科手术机器人，其特征在于：包括底座、立柱和操作臂，所述的底座用于支撑并固定立柱和操作臂；所述的立柱一端通过第一Z轴向旋转关节垂直设置于所述的底座上，其用于支撑并固定所述的操作臂，另一端通过第一X轴向旋转关节与所述的操作臂相连；所述的操作臂包括臂段一、臂段二、臂段三、臂段四和臂段五；所述的立柱与臂段一之间通过第一X轴向旋转关节相连、臂段一与臂段二之间通过第二X轴向旋转关节相连、所述的臂段二与臂段三通过Z轴向自转关节相连；臂段三与臂段四之间通过第三X轴向旋转关节相连、臂段四与臂段五之间通过第四X轴向旋转关节相连、臂段五与连接座之间通过第二X轴向旋转关节相连；所述的底座上安装有相应的手术器械或者内窥镜伸缩。2.如权利要求1所述的单臂辅助微创外科手术机器人，其特征在于：所述的臂段三和臂段五的轴线平行，臂段四和通过连接座的轴线且与臂段四的轴线平行的直线平行，四者构成了“平行四边形”结构；臂段三、臂段四、臂段五和连接座做“平行四边形”结构摆动；臂段三、臂段四、臂段五和连接座以“平行四边形”中与臂段三的轴线和通过连接座的轴线且与臂段四的轴线平行的直线交叉点相对的点为中心，绕臂段三的轴线做摆动运动；“通过所述的连接座的轴线且与所述的臂段四的轴线平行的直线”与“所述的臂段三轴线”的“交点”为“旋转固定点”；安装固定在所述的连接座上的手术工具的轴线通过所述的“旋转固定点”，且安装固定在所述的连接座上的手术工具以该“旋转固定点”为“旋转中心”进行“平行四边形前后摆动”和绕所述的臂段三的轴线做“左右摆动”运动，使手术工具围绕该“旋转固定点”做“球形旋转”运动。3.一种单臂辅助微创外科手术机器人，其特征在于：包括底座、立柱和操作臂，所述的底座用于支撑并固定立柱和操作臂；所述的立柱一端通过第一Z轴向旋转关节垂直设置于所述的底座上，其用于支撑并固定所述的操作臂，另一端与所述的操作臂相连；所述的操作臂包括臂段一、臂段二、臂段三、臂段四、臂段五、臂段六和臂段七；所述的立柱与臂段一之间通过Z向伸缩关节相连；所述的臂段一与臂段二之间通过第一Z轴向自转关节相连，所述的臂段二与臂段三通过第二Z轴向自转关节相连、臂段三与臂段四之间通过第三Z轴向自转关节相连；所述的臂段四与臂段五之间通过第四Z轴向自转关节相连；所述的臂段五与臂段六之间通过第一X轴向旋转关节相连，所述臂段六与臂段七之间通过第二X轴向旋转关节相连；所述的臂段七与连接座之间依次通过X轴向旋转关节相连。4.如权利要求1或3所述的一种单臂辅助微创外科手术机器人，其特征在于，所述的立柱和依次串联的多个臂段的横截面逐渐减少，通过旋转关节形成嵌套结构；进一步的，所述的底座的侧面设有支腿，所述的支腿上面设有用于连接相邻底座的连接装置；且该支腿可相对于所述的底座伸缩，所述的支腿底部设有滚轮；进一步的，在所述的底座的底部设置有滚轮和支座。5.一种相互协作组合机器人系统，其特征在于，包括至少两个权利要求1-4任一所述的单臂辅助微创外科手术机器人。6.一种双臂辅助微创外科手...

【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，
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