一种含闭环连杆的八自由度手术机械臂制造技术

本实用新型专利技术提供一种含闭环连杆的八自由度手术机械臂，包括位置调整组件、姿态调整组件和手术器械，所述姿态调整组件连接于所述位置调整组件上，所述姿态调整组件具有远心点不动点特征，所述手术器械连接于所述姿态调整组件上，所述位置调整组件用于调节远心不动点位置，所述姿态调整组件用于调整所述手术器械的姿态。本实用新型专利技术的有益效果为：关节臂与滑轨组件连接，能多自由度调整远心点不动点位置，所述姿态调整系统能绕远心不动点多个方向调整手术器械姿势，带动手术器械实现微创手术所需要的远心运动且结构简单灵活，占用空间小，该系统含闭环连杆模块，有效地将关节所需的驱动组前移，结构紧凑，运动平稳，姿态解耦，驱动方便灵活。

【技术实现步骤摘要】
一种含闭环连杆的八自由度手术机械臂
本技术涉及手术机器人领域，尤其涉及一种含闭环连杆的八自由度手术机械臂。
技术介绍
近年来，手术机器人在医疗领域发展迅速。同时微创手术在临床手术中的不断应用和发展，不断地展现出其优势：创口小，疼痛轻，手术精准度高，术后恢复快，为应对不同手术的手术需求，我们对手术机器人的手术精度、运动灵活性和操作便捷性等都提出了更高的要求。传统手术机器人并不能具有远心特征，并不能良好地运用在医疗行业，例如中国专利(CN108274449A)技术了一种工业作业型六自由度串联机器人和中国专利(CN104816293A)技术了一种八自由度的移动机械臂；随着医疗行业机器人事业发展，一部分手术机器人具备了远心运动特征，例如中国专利(CN109009443A)技术了一种腹腔微创外科手术机器人，中国专利(CN107468293A)技术了微创手术机器人及应用其的外科手术设备和中国专利(CN109091230A)技术了一种微创手术主操作臂。上述专利技术具备了远心运动特征，但大部分都采用复杂的连杆机构或者繁琐的传动系统实现远心运动，普遍存在驱动方式比较复杂，加工制造困难，累积误差较大，稳定性不高，占用空间较大的问题。因此需要一种新型的手术机器人，在具有远心特征的同时解决上述机器人存在的各种问题。
技术实现思路
有鉴于此，本技术的实施例提供一种含闭环连杆的八自由度手术机械臂，该机械臂具有远心不动点，能实现远心运动，该机械臂包括：位置调整组件、姿态调整组件和手术器械；所述位置调整组件包括基座、直线滑轨组件、第一连接臂、第二连接臂、第三连接臂和第四连接臂，所述直线滑轨组件设置于所述基座上；所述第一连接臂下端与所述直线滑轨组件通过直线移动副连接，所述第一连接臂上端与所述第二连接臂的一端通过第一转动副连接，所述第一转动副轴线方向与所述直线移动副方向一致，所述第二连接臂的另一端与所述第三连接臂的一端通过第二转动副连接，所述第三连接臂的另一端与所述第四连接臂的一端通过第三转动副连接，所述第四连接臂的另一端和弧形板通过第四转动副连接，所述第二和第三转动副与第一转动副的轴线平行，所述第一、第二、第三和第四连接臂为中空结构，其内均设有驱动机构，分别用于驱动所述第一、第二、第三和第四转动副转动；所述姿态调整组件包括弧形板、主动杆和从动杆以及弧形板上元件，所述弧形板上元件含有圆弧滑轨、圆弧滑块、限位装置和驱动盒；所述圆弧滑轨固定设置于所述弧形板上，所述圆弧滑块滑动设置于所述圆弧滑轨上，所述限位装置设置于所述圆弧滑轨两端，用于限制所述圆弧滑块的滑动范围，所述第四转动副和第三转动副垂直，所述圆弧滑轨的中轴线和所述第四转动副轴线相交于空间中一点，即远心不动点；所述主动杆的一端通过第五转动副连接于所述弧形板上，所述第五转动副与所述第四转动副的轴线垂直，所述主动杆的另一端与所述从动杆的一端通过第六转动副连接，所述从动杆的另一端与所述圆弧滑块上连接板通过第七转动副连接，所述第六转动副和第七转动副的轴线与第五转动副的轴线平行，所述驱动盒内设有驱动机构，用于驱动第五转动副转动，进一步通过主动杆和从动杆、第六转动副和第七转动副带动圆弧滑块在所述圆弧滑轨上滑动；所述圆弧滑块上设有所述连接板，所述连接板上设有沿所述圆弧滑轨直径方向滑动的直线滑台，所述直线滑台上设有旋转电机，所述手术器械沿圆弧滑轨直径方向设置于所述直线滑台上，且其上端连接于所述旋转电机上，所述直线滑台带动手术器械沿圆弧滑轨的直径方向作直线滑动，所述旋转电机用于带动所述手术器械自转；所述手术器械在所述直线滑台上运动轨迹所在直线、手术器械自转的轴线、所述第四转动副的轴线和圆弧滑轨的中轴线相交于远心不动点；所述弧形板、第五转动副、主动杆、第六转动副、从动杆、第七转动副、圆弧滑块以及连接板构成了具有远心不动点的闭环四连杆结构，所述第四转动副的轴线和手术器械自转的轴线位于所述闭环四连杆结构运动平面上；所述位置调整组件通过所述第一、第二和第三转动副及所述直线移动副调整所述远心不动点的位置，所述姿态调整组件用于使手术器械绕所述远心不动点调整姿态。本技术一种含闭环连杆的八自由度手术机械臂的有益效果为：该机械臂使用四自由度位置调整组件对远心不动点进行位置调整，冗余自由度可以良好地避开奇异位置，增大了工作空间；所述姿态调整系统能绕远心不动点多个方向调整手术器械姿势，带动手术器械实现微创手术所需要的远心运动且结构简单灵活，占用空间小；该系统含闭环连杆模块，有效地将关节所需的驱动组前移，结构紧凑，运动平稳，姿态解耦，驱动方便灵活，可以适用于多种手术环境。附图说明图1为本技术一种含闭环连杆的八自由度手术机械臂的整体结构示意图。图2为本技术驱动组件的优选方案的的结构示意图。图3为本技术闭环模块局部结构示意图。上述图中：1-基座，2-直线滑轨组件，3-关节臂，31-第一连接臂、32-第二连接臂、33-第三连接臂、34-第四连接臂，35-编码器，36-驱动电机，37-减速机，38-刹车，4-弧形板，41-主动杆，42-从动杆，43-驱动盒，44-限位装置，45-圆弧滑轨，46-圆弧滑块，5-连接板，51-旋转电机，52-直线滑台，6-手术器械，71-第一转动副，72-第二转动副，73-第三转动副，74-第四转动副，75-第五转动副，76-第六转动副，77-第七转动副，91-第四转动副轴线，92-手术机械自转轴线，O-远心不动点。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术实施方式作进一步地描述。如图1和图3所示，一种含闭环连杆的八自由度手术机械臂，包括位置调整组件、姿态调整组件和手术器械6；所述手术器械6包括但不限于手术刀；所述姿态调整组件包括基座1、直线滑轨组件2和关节臂3，所述直线滑轨组件2设置于所述基座1上，所述姿态调整组件包括弧形板4、主动杆41和从动杆42和弧形板上元件。所述关节臂包括第一连接臂31、第二连接臂32、第三连接臂33和第四连接臂34，所述第一连接臂31下端与所述直线滑轨组件2通过直线移动副连接，所述第一连接臂31上端与所述第二连接臂32的一端通过第一转动副71连接，所述第一转动副71轴线方向与所述直线移动副方向一致，所述第二连接臂72的另一端与所述第三连接臂33的一端通过第二转动副72连接，所述第三连接臂33的另一端与所述第四连接臂34的一端部通过第三转动副73连接，所述第四连接臂34的另一端与所述弧形板4通过所述第四转动副74连接，所述第二转动副72和第三转动副73与第一转动副71的转动轴线平行，所述第一连接臂31、第二连接臂32、第三连接臂33和第四连接臂34为中空结构，其内均设有驱动机构，分别用于驱动所述第一转动副71、第二转动副72、第三转动副73和第四转动副74转动。如图2所示，优选地，所述驱动机构包括编码器35、刹车36、驱动电机37和减速机38，所述编码器35与所述驱动电机37同轴连接，所述驱动电机37的输本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种含闭环连杆的八自由度手术机械臂，其特征在于：包括位置调整组件、姿态调整组件和手术器械；所述位置调整组件包括基座、直线滑轨组件、第一连接臂、第二连接臂、第三连接臂和第四连接臂；所述直线滑轨组件设置于所述基座上，所述第一连接臂下端与所述直线滑轨组件通过直线移动副连接，所述第一连接臂上端与所述第二连接臂的一端通过第一转动副连接，所述第一转动副轴线方向与所述直线移动副方向一致，所述第二连接臂的另一端与所述第三连接臂的一端通过第二转动副连接，所述第三连接臂的另一端与所述第四连接臂的一端通过第三转动副连接，所述第四连接臂的另一端和弧形板通过第四转动副连接，所述第二和第三转动副与第一转动副的轴线平行，所述第一、第二、第三和第四连接臂为中空结构，其内均设有驱动机构，分别用于驱动所述第一、第二、第三和第四转动副转动；所述姿态调整组件包括弧形板、主动杆和从动杆以及弧形板上元件；所述弧形板上元件含有圆弧滑轨、圆弧滑块、限位装置和驱动盒；所述圆弧滑轨固定设置于所述弧形板上，所述圆弧滑块滑动设置于所述圆弧滑轨上，所述限位装置设置于所述圆弧滑轨两端，用于限制所述圆弧滑块的滑动范围；所述第四转动副和第三转动副垂直，所述圆弧滑轨的中轴线和所述第四转动副的轴线相交于空间中一点，即远心不动点；所述主动杆的一端通过第五转动副连接于所述弧形板上，所述第五转动副与所述第四转动副的轴线垂直，所述主动杆的另一端与所述从动杆的一端通过第六转动副连接，所述从动杆的另一端与所述圆弧滑块上连接板通过第七转动副连接，所述第六转动副和第七转动副的轴线与第五转动副的轴线平行，所述驱动盒内设有驱动机构，用于驱动第五转动副转动，进一步通过主动杆和从动杆、第六转动副和第七转动副带动圆弧滑块在所述圆弧滑轨上滑动；所述圆弧滑块上设有所述连接板，所述连接板上设有沿所述圆弧滑轨直径方向滑动的直线滑台，所述直线滑台上设有旋转电机，所述手术器械沿圆弧滑轨直径方向设置于所述直线滑台上，且其上端连接于所述旋转电机上，所述直线滑台用于带动手术器械沿圆弧滑轨的直径方向作直线滑动，所述旋转电机用于带动所述手术器械自转；所述手术器械在所述直线滑台上运动轨迹所在直线、手术器械自转的轴线、所述第四转动副的轴线和圆弧滑轨的中轴线相交于远心不动点；所述弧形板、第五转动副、主动杆、第六转动副、从动杆、第七转动副、圆弧滑块以及连接板构成了具有远心不动点的闭环四连杆结构，所述第四转动副的轴线和手术器械自转的轴线位于所述闭环四连杆结构运动平面上；所述位置调整组件通过所述第一、第二和第三转动副及所述直线移动副调整所述远心不动点的位置，所述姿态调整组件用于使手术器械绕所述远心不动点调整姿态。/n...

【技术特征摘要】
1.一种含闭环连杆的八自由度手术机械臂，其特征在于：包括位置调整组件、姿态调整组件和手术器械；所述位置调整组件包括基座、直线滑轨组件、第一连接臂、第二连接臂、第三连接臂和第四连接臂；所述直线滑轨组件设置于所述基座上，所述第一连接臂下端与所述直线滑轨组件通过直线移动副连接，所述第一连接臂上端与所述第二连接臂的一端通过第一转动副连接，所述第一转动副轴线方向与所述直线移动副方向一致，所述第二连接臂的另一端与所述第三连接臂的一端通过第二转动副连接，所述第三连接臂的另一端与所述第四连接臂的一端通过第三转动副连接，所述第四连接臂的另一端和弧形板通过第四转动副连接，所述第二和第三转动副与第一转动副的轴线平行，所述第一、第二、第三和第四连接臂为中空结构，其内均设有驱动机构，分别用于驱动所述第一、第二、第三和第四转动副转动；所述姿态调整组件包括弧形板、主动杆和从动杆以及弧形板上元件；所述弧形板上元件含有圆弧滑轨、圆弧滑块、限位装置和驱动盒；所述圆弧滑轨固定设置于所述弧形板上，所述圆弧滑块滑动设置于所述圆弧滑轨上，所述限位装置设置于所述圆弧滑轨两端，用于限制所述圆弧滑块的滑动范围；所述第四转动副和第三转动副垂直，所述圆弧滑轨的中轴线和所述第四转动副的轴线相交于空间中一点，即远心不动点；所述主动杆的一端通过第五转动副连...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁华锋，曹文熬，景自强，
申请(专利权)人：中国地质大学武汉，
类型：新型
国别省市：湖北;42