手术机械臂及手术机器人制造技术

本发明专利技术提供一种手术机械臂，包括术前摆位组件、远心操控组件及执行组件，远心操控组件包括静平台、第一动平台以及设置于静平台与第一动平台之间的多个第一伸缩元件；执行组件具有预设的远心不动点，多个第一伸缩元件之间的协调伸缩能够控制第一动平台相对静平台运动并带动执行组件伸缩及摆动，执行组件的摆动中心为远心不动点，且执行组件的伸缩路径穿过远心不动点。本发明专利技术提供的手术机械臂通过第一动平台、静平台以及位于第一动平台与静平台之间多个第一伸缩元件构成并联机构，利用并联机构的误差非累积特性提高了末端执行组件的运动精度；同时能够保证执行组件在更大载荷下的手术操作。

【技术实现步骤摘要】
手术机械臂及手术机器人相关申请本申请要求2020年1月23日申请的，申请号为CN202010076420.3，专利技术名称为“手术机械臂及手术机器人”的中国专利申请的优先权，在此将其全文引入作为参考其全部内容通过引用结合在本申请中。
本专利技术涉及医疗器械
，尤其涉及一种手术机械臂及手术机器人。
技术介绍
微创手术的诞生在很大程度上克服了传统外科手术存在的刀口大、出血量大、并发症多以及手术风险大等缺陷。微创手术因为近年来的迅猛发展正逐步获得医务人员与患者的青睐，成为目前医学研究与临床应用的新兴领域。通过手术机器人来辅助医生进行微创手术能够使得手术操作更为灵敏与精确。以达芬奇手术机器人为例，达芬奇手术机器人可以将医生的视野放大十倍，同时有效滤除医生的手部颤动，在微创手术领域具有广泛的临床应用。适用于手术机器人的手术机械臂需要带动手术器具执行手术操作，而手术器具在使用时需要通过伸入皮肤表面上开设的微小创口来实现达到患者体内。这就要求手术器具以稳定、无颤动的状态将皮肤表面上开设的微小创口作为远心不动点执行手术操作。而目前的适用于手术机器人的手术机械臂，在临床表现上尚不能完全满足使用要求。目前的手术机械臂，在对手术器具的载荷能力以及执行精度上均较为薄弱。手术机械臂在载荷能力以及执行精度上的薄弱性限制了手术机器人在临床上的应用。
技术实现思路
有鉴于此，有必要提供一种改进的手术机械臂及手术机器人，该手术机械臂的载荷能力以及执行精度提升，应用该手术机械臂的手术机器人在临床上具有更广泛的应用前景。本专利技术提供一种手术机械臂，包括术前摆位组件、远心操控组件及执行组件，所述远心操控组件包括静平台、第一动平台以及设置于所述静平台与所述第一动平台之间的多个第一伸缩元件，所述静平台相对远离所述第一动平台的一侧固定连接于所述术前摆位组件，所述第一动平台相对远离所述静平台的一侧固定连接于所述执行组件，每个所述第一伸缩元件的两端均分别转动连接于所述静平台与所述第一动平台；所述执行组件具有预设的远心不动点，多个所述第一伸缩元件之间的协调伸缩能够控制所述第一动平台相对所述静平台运动并带动所述执行组件伸缩及摆动，所述执行组件的摆动中心为所述远心不动点，且所述执行组件的伸缩路径穿过所述远心不动点。本专利技术提供的手术机械臂通过第一动平台、静平台以及位于第一动平台与静平台之间多个第一伸缩元件构成并联机构，利用并联机构的误差非累积特性提高了末端执行组件的运动精度；同时多个第一伸缩元件之间相互独立的驱动方式提高了载荷能力，能够保证执行组件在更大载荷下的手术操作。为了提高手术机械臂的灵活性，在本专利技术的一个实施方式中，所述执行组件相对所述远心不动点的摆动极限角度设为±20°，所述执行组件能够在以所述执行组件的伸缩路径为轴且顶角为40°的锥形空间内摆动。如此设置，执行组件比较灵活，能够在较大范围内运动，可以协助医生实现较为复杂的手术操作。为了提高手术机械臂的稳定性，各所述第一伸缩元件与所述第一动平台之间的多个转动连接点共圆设置，各所述第一伸缩元件与所述静平台之间的转动连接点共圆设置；位于所述静平台上的转动连接点所围设形成的圆形直径，是位于所述第一动平台上的转动连接点所围设形成的圆形直径的1倍至2倍。如此设置，第一动平台在相对静平台运动的过程中具有较小的颤动，各个第一伸缩元件之间的误差总量能够相互弥补，从而使得手术机械臂的稳定性提升。为了进一步提高手术机械臂的稳定性，位于所述静平台上的转动连接点所围设形成的圆形直径，是位于所述第一动平台上的转动连接点所围设形成的圆形直径的1.7倍。如此设置，第一动平台在相对静平台运动的过程中具有最小的颤动，同时可以相对压缩第一动平台与静平台所占用的空间体积，在结构轻量化与高性能之间具有最为平衡的结合性。为了实现第一伸缩元件与第一动平台及静平台之间的转动连接，所述第一伸缩元件的两端分别设置有球铰接头与虎克铰链接头；所述第一伸缩元件通过所述球铰接头连接至所述静平台与所述第一动平台中的一者，并通过所述虎克铰链接头连接至所述静平台与所述第一动平台中的另一者。如此设置，第一伸缩元件的两端能够分别与第一动平台以及静平台实现转动连接，第一伸缩元件的连接性能较佳。为了在实现第一伸缩元件与第一动平台及静平台之间转动连接的基础上兼顾成本，所述手术机械臂还包括缸套，所述缸套套设并转动连接于所述第一伸缩元件；所述缸套在相对远离所述第一伸缩元件的一端以及所述第一伸缩元件在相对远离所述缸套的一端上，分别设置有虎克铰链接头；所述缸套与所述第一伸缩元件中的一者，通过对应的所述虎克铰链接头连接至所述第一动平台；所述缸套与所述第一伸缩元件中的另一者，通过对应的所述虎克铰链接头连接至所述静平台。如此设置，第一伸缩元件可以通过制造难度较低、成本低廉的虎克铰链接头便实现第一动平台与静平台之间的动力传输，无需设置造价高昂、容易损坏的球铰接头，具有较佳的性价比优势。为了提高手术机械臂的运动稳定性，所述第一伸缩元件的数量为六个，所述第一伸缩元件与所述第一动平台之间的各转动连接点均相互间隔设置；且所述第一伸缩元件与所述静平台之间的各转动连接点也均相互间隔设置。如此设置，通过采用间隔式的转动连接点的分布形式，减少了各个第一伸缩元件之间的颤动干扰，能够进一步提升手术机械臂的运动稳定性。为了提高手术机械臂的运动稳定性，所述第一伸缩元件与所述第一动平台的各转动连接点之间以就近的方式两两成对，每一组同对的两个转动连接点与所述第一动平台的中心之间均对应形成一个第一夹角，各所述第一夹角之间的大小相等。如此设置，第一伸缩元件在第一动平台上的转动连接点将以两两配对组合的方式设置，手术机械臂的运动稳定性提升，同时便于实现运动学解析。为了进一步提高手术机械臂的运动稳定性，所述第一夹角α的角度范围为15°至60°。如此设置，各个转动连接点之间的夹角范围处在较佳的区间内，不仅有利于保证运动稳定性，也可以通过相对适宜的夹角范围便于实现对各个第一伸缩元件的伸缩量运动解析。为了进一步提高手术机械臂的运动稳定性，所述第一伸缩元件与所述静平台之间的各转动连接点之间以就近的方式两两成对，每一组同对的两个转动连接点与所述静平台的中心之间均对应形成一个第二夹角，各所述第二夹角之间的大小相等。如此设置，第一伸缩元件在静平台上的转动连接点将以两两配对组合的方式设置，手术机械臂的运动稳定性提升，同时便于实现运动学解析。为了进一步提高手术机械臂的运动稳定性，第二夹角角度范围为15°至60°。如此设置，各个转动连接点之间的夹角范围处在较佳的区间内，不仅有利于保证运动稳定性，也可以通过相对适宜的夹角范围便于实现对各个第一伸缩元件的伸缩量运动解析。如此设置，各个转动连接点之间的夹角范围处在较佳的区间内，不仅有利于保证运动稳定性，也可以通过相对适宜的夹角范围便于实现对各个第一伸缩元件的伸缩量运动解析。为了避免手术器具在转动时传动线缆本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种手术机械臂(100)，其特征在于，包括术前摆位组件(10)、远心操控组件(20)及执行组件(30)，所述远心操控组件(20)包括静平台(21)、第一动平台(22)以及设置于所述静平台(21)与所述第一动平台(22)之间的多个第一伸缩元件(23)，所述静平台(21)相对远离所述第一动平台(22)的一侧连接于所述术前摆位组件(10)，所述第一动平台(22)相对远离所述静平台(21)的一侧连接于所述执行组件(30)，每个所述第一伸缩元件(23)的两端均分别转动连接于所述静平台(21)与所述第一动平台(22)；/n所述执行组件(30)具有预设的远心不动点，多个所述第一伸缩元件(23)之间的协调伸缩能够控制所述第一动平台(22)相对所述静平台(21)运动并带动所述执行组件(30)伸缩及摆动，所述执行组件(30)的摆动中心为所述远心不动点，且所述执行组件(30)的伸缩路径穿过所述远心不动点。/n

【技术特征摘要】
20200123 CN 20201007642031.一种手术机械臂(100)，其特征在于，包括术前摆位组件(10)、远心操控组件(20)及执行组件(30)，所述远心操控组件(20)包括静平台(21)、第一动平台(22)以及设置于所述静平台(21)与所述第一动平台(22)之间的多个第一伸缩元件(23)，所述静平台(21)相对远离所述第一动平台(22)的一侧连接于所述术前摆位组件(10)，所述第一动平台(22)相对远离所述静平台(21)的一侧连接于所述执行组件(30)，每个所述第一伸缩元件(23)的两端均分别转动连接于所述静平台(21)与所述第一动平台(22)；
所述执行组件(30)具有预设的远心不动点，多个所述第一伸缩元件(23)之间的协调伸缩能够控制所述第一动平台(22)相对所述静平台(21)运动并带动所述执行组件(30)伸缩及摆动，所述执行组件(30)的摆动中心为所述远心不动点，且所述执行组件(30)的伸缩路径穿过所述远心不动点。


2.如权利要求1所述的手术机械臂(100)，其特征在于，所述执行组件(30)相对所述远心不动点的摆动极限角度设为±20°，所述执行组件(30)能够在以所述执行组件(30)的伸缩路径为轴且顶角为40°的锥形空间内摆动。


3.如权利要求1所述的手术机械臂(100)，其特征在于，各所述第一伸缩元件(23)与所述第一动平台(22)之间的多个转动连接点(24)共圆设置，各所述第一伸缩元件(23)与所述静平台(21)之间的转动连接点(24)共圆设置；位于所述静平台(21)上的转动连接点(24)所围设形成的圆形直径，是位于所述第一动平台(22)上的转动连接点(24)所围设形成的圆形直径的1倍至2倍。


4.如权利要求3所述的手术机械臂(100)，其特征在于，位于所述静平台(21)上的转动连接点(24)所围设形成的圆形直径，是位于所述第一动平台(22)上的转动连接点(24)所围设形成的圆形直径的1.7倍。


5.如权利要求1所述的手术机械臂(100)，其特征在于，所述第一伸缩元件(23)的两端分别设置有球铰接头与虎克铰链接头(241)；所述第一伸缩元件(23)通过所述球铰接头连接至所述静平台(21)与所述第一动平台(22)中的一者，并通过所述虎克铰链接头(241)连接至所述静平台(21)与所述第一动平台(22)中的另一者。


6.如权利要求1所述的手术机械臂(100)，其特征在于，所述手术机械臂(100)还包括缸套(242)，所述缸套(242)套设并转动连接于所述第一伸缩元件(23)；所述缸套(242)在相对远离所述第一伸缩元件(23)的一端以及所述第一伸缩元件(23)在相对远离所述缸套(242)的一端上，分别设置有虎克铰链接头(241)；所述缸套(242)与所述第一伸缩元件(23)中的一者，通过对应的所述虎克铰链接头(241)连接至所述第一动平台(22)；所述缸套(242)与所述第一伸缩元件(23)中的另一者，通过对应的所述虎克铰链接头(241)连接至所述静平台(21)。


7.如权利要求1所述的手术机械臂(100)，其特征在于，所述第一伸缩元件(23)的数量为六个，所述第一伸缩元件(23)与所述第一动平台(22)之间的各转动连接点(24)均相互间隔设置；且所述第一伸缩元件(23)与所述静平台(21)之间的各转动连接点(24)也均相互间隔设置。


8.如权利要求7所述的手术机械臂(100)，其特征在于，所述第一伸缩元件(23)与所述第一动平台(22)的各转动连接点(24)之间以就近的方式两两成对，每一组同对的两个转动连接点(24)与所述第一动平台(22)的中心之间均对应形成一个第一夹角(α)，各所述第一夹角(α)之间的大小相等。


9.如权利要求8所述的手术机械臂(100)，其特征在于，所述第一夹角(α)的角度范围为15°至60°。


10.如权利要求9所述的手术机械臂(100)，其特征在于，所述第一伸缩元件(23)与所述静平台(21)之间的各转动连接点(24)之间以就近的方式两两成对，每一组同对的两个转动连接点(24)与所述静平台(21)的中心之间均对应形成一个第二夹角(β)，各所述第二夹角(β)之间的大小相等。


11.如权利要求10所述的手术机...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄善灯，柳建飞，柏龙，陈晓红，
申请(专利权)人：诺创智能医疗科技杭州有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33