基于高刚度平行四边形远心机构的多自由度手术机器人制造技术

本申请提供的一种基于高刚度平行四边形远心机构的多自由度手术机器人。底座、三维移动平台、水平转动机构、直线模组机构、平行四边形机构、及手术工具活动机构，所述三维移动平台用于调整手术工具的空间位置，所述高刚度的平行四边形机构用于调整手术工具的姿态，所述手术工具活动机构用于手术工具的进给及角度调整，并包含手术工具快拆机构。本申请能够对手术工具进行位姿调整，能保证手术工具沿空间任意轨迹移动、角度实现任意调节，保证操作的准确性和稳定性。本申请结构稳定，运动模式简单，操作方便，有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
基于高刚度平行四边形远心机构的多自由度手术机器人
本申请涉及一种手术机器人
，特别是涉及一种基于高刚度平行四边形远心机构的多自由度手术机器人。
技术介绍
人的眼眶是一个锥形的骨性空间，容积仅有约30ml，一旦发生炎症，将导致眼眶组织的容量增大，引起眼球外凸，造成甲亢突眼。当患者对放疗和激素治疗等不敏感或不耐受时，眼眶减压手术就成为缓解压迫性视神经病变和暴露性角膜炎的唯一有效手段。眼眶减压手术可通过凿出眼眶骨壁来扩大眼眶容积，进而达到眼眶减压的治疗效果。但是眼眶减压手术存在一系列问题，难度大、解剖复杂、空间狭小、视野局限、定位不准确、减压范围全凭经验等，而且经验丰富的医师有限，限制了该手术的推广。随着医疗机器人的兴起，将机器人技术与传统的手术技术结合起来，在机器人辅助下进行手术能够有效改善上述问题。机器人的位置调整机构可以将手术工具快速移至病灶点附近，并模拟手术路径进行移动；远心机构凭借其特殊的设计，使得机器人可以绕目标点进行姿态调节，保障了手术的安全性。但眼眶减压手术需要对骨头进行磨削，会产生较大的作用力，现有的远心机构多为空载运行，刚度不足，无法满足此类手术的需求。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本申请要解决的技术问题在于提供一种基于高刚度平行四边形远心机构的多自由度手术机器人，用于解决在进行眼眶减压手术时，存在的定位不准确、操作时间长、减压范围全凭经验等问题。为实现上述目的及其他相关目的，本申请提供一种基于高刚度平行四边形远心机构的多自由度手术机器人，所述多自由度手术机器人包括：底座、三维移动平台、水平转动机构、直线模组机构、平行四边形机构、及手术工具活动机构；所述三维移动平台设于所述底座的支撑架上；所述三维移动平台中的Z轴滑台固定连接所述水平转动机构；所述直线模组机构固定于所述水平转动机构的法兰轴上；所述高刚度平行四边形机构固定于所述直线模组机构的第一底板上，所述平行四边形机构的驱动板件与所述直线模组机构的第一轴承座相连接；所述手术工具活动机构固定于所述平行四边形机构的末端底板上。于本申请的一实施例中，所述三维移动平台包括：分别连接有移动伺服电机的X轴滑台、Y轴滑台、及所述Z轴滑台；所述Y轴滑台水平垂直固定于所述X轴滑台对应的X轴滑座上；所述Z轴滑台纵向垂直固定于所述Y轴滑台对应的Y轴滑座上；所述Z轴滑台对应的Z轴滑座上固定所述水平转动机构。于本申请的一实施例中，所述X轴滑台、Y轴滑台、及所述Z轴滑台的侧面分别设有光电开关，所述X轴滑座、Y轴滑座、及所述Z轴滑座分别设有感应片，所述光电开关与所述感应片用于记录移动次数。于本申请的一实施例中，所述水平转动机构包括：箱体、侧盖、转动伺服电机、减速器、第一同步带轮、第二同步带轮、第一同步带、第一轴承、第二轴承、及法兰轴；所述箱体固定于所述Z轴滑台上；所述转动伺服电机连接所述减速器；所述减速器固定于所述侧盖的外侧，所述减速器的输出轴穿过所述侧盖上设置的第一孔洞并插入所述第一同步带轮；所述法兰轴内嵌固定于所述侧盖上设置的第二孔洞；所述法兰轴的长输出轴插入所述第二同步带轮；所述第一同步带套于所述第一同步带轮与所述第二同步带轮上；所述箱体上对应所述侧盖的所述第二孔洞的侧板上设有第三孔洞，以嵌装所述第一轴承，且所述法兰轴的长输出轴插入所述第一轴承；所述第二轴承套设于所述法兰轴的短输出轴；所述第一轴承与所述第二轴承分别过盈配合于所述法兰轴。于本申请的一实施例中，所述直线模组机构包括：连接板、第一底板、支撑梁、第一电机支架、模组伺服电机、第三轴承、传动轴、第一联轴器、第三同步带轮、第四同步带轮、第二同步带、直线模组、模组滑块、滑块连接板、及所述第一轴承座；所述连接板与所述水平转动机构的所述法兰轴连接；所述第一底板与所述连接板固定连接；所述支撑梁分别与所述第一底板与所述连接板固定连接以进行加固；所述第一电机支架设于所述第一底板的底部，并装载所述模组伺服电机；所述第三轴承嵌装于所述连接板的孔洞中；所述传动轴的一端与所述第三轴承相连，所述传动轴的另一端与所述第一联轴器的一端相连；所述第三同步带轮与所述模组伺服电机连接；所述第四同步带轮套设于所述传动轴上；所述第二同步带套于所述第三同步带轮与所述第四同步带轮；所述第一联轴器的另一端与所述直线模组上的丝杠的输入端相连；所述模组滑块用于在所述直线模组的丝杠上滑动，所述滑块连接板设于所述模组滑块上，所述第一轴承座设于所述滑块连接板上，其用于固定连接所述平行四边形机构。于本申请的一实施例中，所述平行四边形机构包括：所述驱动板件、第一短轴、第二短轴、第三短轴、第一长轴、第二长轴、第三长轴、第二轴承座、第一板件、第二板件、第三板件、第四板件、第五板件、止推滚针轴承、第五轴承、垫片、螺栓、端盖、梁、球轴柱塞、及所述末端底板；所述第一短轴穿过所述第一轴承座与所述驱动板件的一端相连；所述驱动板件的另一端设置于所述第一长轴上；所述第一长轴设置于所述第二板件之间；所述第二轴承座设置于所述直线模组机构的第一底板上；所述第二短轴穿过所述第二轴承座与所述第一板件相连；所述第二长轴穿过所述第二轴承座与所述第二板件相连；所述第三长轴设置于所述第一板件与所述第二板件之间；所述第三短轴设置于所述第五板件上；所述第三长轴的两端与所述第三短轴上套装所述止推滚针轴承；所述第五轴承分别嵌装于所述第二板件、所述第三板件、及所述第四板件的轴承孔中；所述第三板件和所述第四板件通过所述第五轴承分别设置于所述第三长轴的两端和所述第三短轴上；所述垫片和所述螺栓分别设置于所述第一长轴的两端、所述第三长轴的两端、及所述第三短轴上；所述端盖盖在所述第二板件、所述第三板件、及所述第四板件的轴承孔上；所述梁固定设置于所述第三板件和所述第四板件之间；所述球轴柱塞设置于所述第三板件上；所述末端底板设置于所述第五板件之间。于本申请的一实施例中，所述手术工具活动机构包括：第二底板、第二电机支架、第一电机、第二联轴器、丝杠、直线导轨、滑块、丝杆螺母、滑块连接块、第三轴承座、第四轴承座、接近开关、移动底板、第三电机支架、第二电机、小齿轮、大齿轮、薄壁轴承座、转动轴筒、及导航支架；所述第二底板固定于所述平行四边形机构的末端底板上；所述第二底板上依次分别设有所述第二电机支架、第三轴承座、直线导轨、及第四轴承座；所述第一电机设置于所述第二电机支架上，所述第二联轴器连接所述第一电机的输出轴和所述丝杠的输入端；所述直线导轨对应设置有可在其上滑动的所述滑块；所述移动底板通过所述滑块连接块与所述滑块固定连接；所述丝杆螺母与所述滑块连接块相连接；所述第三轴承座上设置所述接近开关；所述第三电机支架固定于所述移动底板上，并装载所述第二电机；所述薄壁轴承座设置于所述移动底板上；所述小齿轮设置于所述第二电机的输出轴上；所述小齿轮与所述大齿轮啮合；所述大齿轮与所述转动轴筒固定连接；所述转动轴筒与所述薄壁轴承座的轴承配合安装；所述导航支架设置于所述转动轴筒上。于本申请的一实施例中，还包括：手术工具快拆机构；所述手术工具快拆机构与所述手术工具活动机构的所述转动轴筒固本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于高刚度平行四边形远心机构的多自由度手术机器人，其特征在于，所述多自由度手术机器人包括：底座、三维移动平台、水平转动机构、直线模组机构、平行四边形机构、及手术工具活动机构；/n所述三维移动平台设于所述底座的支撑架上；所述三维移动平台中的Z轴滑台固定连接所述水平转动机构；所述直线模组机构固定于所述水平转动机构的法兰轴上；所述高刚度平行四边形机构固定于所述直线模组机构的第一底板上，所述平行四边形机构的驱动板件与所述直线模组机构的第一轴承座相连接；所述手术工具活动机构固定于所述平行四边形机构的末端底板上。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于高刚度平行四边形远心机构的多自由度手术机器人，其特征在于，所述多自由度手术机器人包括：底座、三维移动平台、水平转动机构、直线模组机构、平行四边形机构、及手术工具活动机构；
所述三维移动平台设于所述底座的支撑架上；所述三维移动平台中的Z轴滑台固定连接所述水平转动机构；所述直线模组机构固定于所述水平转动机构的法兰轴上；所述高刚度平行四边形机构固定于所述直线模组机构的第一底板上，所述平行四边形机构的驱动板件与所述直线模组机构的第一轴承座相连接；所述手术工具活动机构固定于所述平行四边形机构的末端底板上。


2.根据权利要求1所述的多自由度手术机器人，其特征在于，所述三维移动平台包括：分别连接有移动伺服电机的X轴滑台、Y轴滑台、及所述Z轴滑台；
所述Y轴滑台水平垂直固定于所述X轴滑台对应的X轴滑座上；所述Z轴滑台纵向垂直固定于所述Y轴滑台对应的Y轴滑座上；所述Z轴滑台对应的Z轴滑座上固定所述水平转动机构。


3.根据权利要求2所述的多自由度手术机器人，其特征在于，所述X轴滑台、Y轴滑台、及所述Z轴滑台的侧面分别设有光电开关，所述X轴滑座、Y轴滑座、及所述Z轴滑座分别设有感应片，所述光电开关与所述感应片用于记录移动次数。


4.根据权利要求1所述的多自由度手术机器人，其特征在于，所述水平转动机构包括：箱体、侧盖、转动伺服电机、减速器、第一同步带轮、第二同步带轮、第一同步带、第一轴承、第二轴承、及法兰轴；
所述箱体固定于所述Z轴滑台上；所述转动伺服电机连接所述减速器；所述减速器固定于所述侧盖的外侧，所述减速器的输出轴穿过所述侧盖上设置的第一孔洞并插入所述第一同步带轮；所述法兰轴内嵌固定于所述侧盖上设置的第二孔洞；所述法兰轴的长输出轴插入所述第二同步带轮；所述第一同步带套于所述第一同步带轮与所述第二同步带轮上；所述箱体上对应所述侧盖的所述第二孔洞的侧板上设有第三孔洞，以嵌装所述第一轴承，且所述法兰轴的长输出轴插入所述第一轴承；所述第二轴承套设于所述法兰轴的短输出轴；所述第一轴承与所述第二轴承分别过盈配合于所述法兰轴。


5.根据权利要求1所述的多自由度手术机器人，其特征在于，所述直线模组机构包括：连接板、第一底板、支撑梁、第一电机支架、模组伺服电机、第三轴承、传动轴、第一联轴器、第三同步带轮、第四同步带轮、第二同步带、直线模组、模组滑块、滑块连接板、及所述第一轴承座；
所述连接板与所述水平转动机构的所述法兰轴连接；所述第一底板与所述连接板固定连接；所述支撑梁分别与所述第一底板与所述连接板固定连接以进行加固；所述第一电机支架设于所述第一底板的底部，并装载所述模组伺服电机；
所述第三轴承嵌装于所述连接板的孔洞中；所述传动轴的一端与所述第三轴承相连，所述传动轴的另一端与所述第一联轴器的一端相连；所述第三同步带轮与所述模组伺服电机连接；所述第四同步带轮套设于所述传动轴上；所述第二同步带套于所述第三同步带轮与所述第四同步带轮；所述第一联轴器的另一端与所述直线模组上的丝杠的输入端相连；
所述模组滑块用于在所述直线模组的丝杠上滑动，所述滑块连接板设于所述模组滑块上，所述第一轴承座设于所述滑块连接板上，其用于固定连接所述平行四边形机构。


6.根据权利要求1所述的多...

【专利技术属性】
技术研发人员：范先群，周慧芳，李寅炜，宋雪霏，林艳萍，李稣，陈士行，
申请(专利权)人：上海交通大学医学院附属第九人民医院，上海交通大学，
类型：新型
国别省市：上海;31