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一种用于辅助微创外科手术的机器人主动支架

阅读：1034发布：2020-06-24

IPRDB可以提供一种用于辅助微创外科手术的机器人主动支架专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种用于辅助微创外科手术的机器人主动支架，基座部分包括机架、立柱，在立柱的一侧设置有其上开有孔的连接面，立柱与直线运动模组相连，在直线运动模组上连接有丝杠、滑座；调整架部分包括调整架、导轨座、连接在导轨座上的第一滑动导轨、滑块，导轨座的下部设置有一个三阶梯凸台，在中部凸台上依次套有轴承结构、调整架，调整架的一端插在连接面的开孔内；横梁部分包括横梁、横梁的一侧与滑座相连并且在其另一个侧面上安装有输入轮、其上具有圆柱凸台的输出轮，第一滑块与输入轮相卡紧固定连接；伸缩体部分包括伸缩座，在伸缩座底部开有孔，圆柱凸台插在伸缩座底部的开孔内。本主动支架保证了机器人的运动精度、系统刚度、安全性。，下面是一种用于辅助微创外科手术的机器人主动支架专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于辅助微创外科手术的机器人主动支架，其特征在于：它包括基座部分、调整架部分、横梁部分、伸缩体部分，所述的基座部分包括机架、与所述的机架通过轴承转动相连的立柱，所述的立柱的一端通过联轴器、减速器与第一伺服电机相连，在所述的立柱的一侧设置有其上开有孔的连接面，所述的孔的轴线与所述的立柱的转轴的轴线在水平面内垂直相交，所述的立柱的顶面与一个直线运动模组的底面相连，在所述的直线运动模组上连接有丝杠、滑座结构，所述的丝杠的一端与第二伺服电机相连；所述的调整架部分包括其一端内开有阶梯孔，另一端上套有法兰结构的调整架、导轨座、连接在所述的导轨座上的第一滑动导轨、第一滑块结构，所述的导轨座的下部设置有一个三阶梯凸台，在所述的阶梯凸台的顶部凸台上设置有外螺纹，并且在所述的阶梯凸台的中部凸台上套有与之过盈配合的轴承结构，锁紧螺母套在所述的外螺纹上，所述的轴承结构的一侧外圈、内圈端面分别与孔用弹簧挡圈、所述的阶梯凸台的第一阶梯端面相压紧配合并且其另一侧外圈、内圈端面分别与所述的锁紧螺母、所述的阶梯孔的阶梯端面相压紧配合，所述的调整架的阶梯孔套在所述的轴承结构上并与其呈过盈配合，所述的弹簧挡圈内嵌在所述的调整架的阶梯孔内，所述的调整架的另一端插在所述的连接面的开孔内并通过所述的法兰结构与其固定相连；

所述的横梁部分包括横梁、所述的横梁的一侧与所述的滑座相连，其上开有槽的输入轮、其上具有圆柱凸台的输出轮分别通过轴承安装于所述横梁另一侧的两端，所述的输入轮和输出轮之间通过第一传动机构转动配合，所述的第一滑块与所述的输入轮上的槽相卡紧固定连接；所述的伸缩体部分包括伸缩座，在所述的伸缩座上装有其上设置有第二滑块的第二滑动导轨，所述的第二滑块与一个其上装有手术工具的手术工具座固定相连，所述的第二滑块与第二滑动导轨通过第一驱动系统驱动能够相滑动配合，在所述的伸缩座底部开有孔，所述的圆柱凸台插在所述的伸缩座底部的开孔内并与其固定相连，在所述的伸缩座下部装有用于支撑手术工具的辅助支撑，所述的手术工具通过该辅助支撑的通孔，并与之呈滑动配合。

2.根据权利要求1所述的用于辅助微创外科手术的机器人主动支架，其特征在于：所述的第一传动机构包括安装在位于所述的输入轮和输出轮之间的横梁上的张紧轮，所述的输入轮和输出轮上分别设置有凹槽，一个第一、二传动丝分别通过所述的张紧轮、输入、输出轮上的凹槽并且其丝端分别通过设置在所述的输入、输出轮上的丝端压块固定在所述的输入、输出轮上，所述的丝传动的传动比为1。

3.根据权利要求1所述的用于辅助微创外科手术的机器人主动支架，其特征在于：所述的第一传动机构包括设置在所述的输入、输出轮之间的中间齿轮，所述的输入、输出轮为齿轮，所述的输入轮、输出轮和中间齿轮采用齿轮传动或者所述的第一传动机构包括平行杆，所述的输入轮和输出轮与所述的第一传动机构构成平行四边形机构。

4.根据权利要求1所述的用于辅助微创外科手术的机器人主动支架，其特征在于：所述的第一驱动系统包括分别通过轴承安装在所述的伸缩座顶部、底部的随动、主动滚珠花键轴，在所述的随动、主动滚珠花键轴上套有随动、主动花键外筒，所述的随动、主动花键外筒分别通过键与随动、主动丝筒固定相连，所述的一个花键轴的一侧轴端通过联轴器、减速器与第三伺服电机相连，在所述的手术工具座上安装有两个偏心轮和两个丝压块，一个第三传动丝分别通过所述的每一丝筒、偏心轮并且其末端通过所述的丝压块固定在所述的手术工具座上。

5.根据权利要求1所述的用于辅助微创外科手术的机器人主动支架，其特征在于：所述的第一驱动系统为伺服电机-丝杠-导轨结构或者为扭转电机-丝杠-导轨结构。

6.根据权利要求1所述的用于辅助微创外科手术的机器人主动支架，其特征在于：所述的第一驱动系统为液压缸结构或者为气缸结构。

7.根据权利要求1所述的用于辅助微创外科手术的机器人主动支架，其特征在于：所述的轴承结构包括依次套在所述的三阶梯凸台的中部凸台上的第一轴承、垫片、第二轴承，所述的弹簧挡圈压紧所述的第一轴承的外圈端面，并内嵌在调整架的孔内，所述的第二轴承的一个侧面压在所述的锁紧螺母的一个侧面上。

说明书全文

一种用于辅助微创外科手术的机器人主动支架

技术领域

[0001] 本发明涉及一种微创外科手术领域内的医疗设备，它可以辅助外科医生实施微创手术操作，尤其涉及一种适合于胸腔和腹腔的微创手术操作的辅助微创外科手术的机器人主动支架。

背景技术

[0002] 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利用细长的手术工具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，这使得病人遭受的痛苦大大减少；因此微创外科被广泛的应用于临床手术。然而，微创手术为病人带来了诸多利益的同时，却对医生的操作带来了一系列困难，如：1)由于体表小孔的限制，工具的自由度减少至四个，灵活性大大降低；2)医生操作方向与所期望的方向相反，协调性差；3)医生只能通过监视器上的二维图像获得手术场景信息，缺乏深度方向上的感觉；4)医生手部的抖动可能会被细长的手术工具放大，对手术造成不良影响；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，即使如此，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，在微创手术领域中迫切需要一种机器人系统来延伸医生的能力，以便克服上述缺点，使医生能够更容易的完成微创手术操作。目前，能够在临床上使用的微创外科手术机器人系统只有Da Vinci系统和Zeus系统，但它们都有体积庞大、价格昂贵等方面的缺点。国际上如美国、法国、德国、英国、波兰、日本、韩国等地都相继开展了微创外科手术机器人的研究，并产生了一系列样机，但这些样机大都与已经存在的机构相同或类似，缺乏创新性。我国在机器人辅助手术方面尚处于起步阶段，已经存在的机器人系统只能在手术过程中起辅助定位的作用，并不能应用于临床手术。因此开发一套具有自主知识产权的新型微创外科手术机器人系统对填补我国在该领域的空白有着非常重要的意义。

[0003] 目前，机器人用于夹持手术工具的主动支架部分实现微创手术操作要求的方式主要有三种：1)控制关节联动实现，该方式通过对传统的工业机器人进行相关改进后，安装手术工具进行微创手术操作，可以缩短机器人的开发周期。然而，这种方式的安全性较差，目前只运用在实验室中验证某些原理的可行性。2)添加被动关节，这种方式的优点是细长的手术工具可以自动适应切入点的位置变化，被认为是最安全的一种方式。然而，手术过程中体表切口周围的组织会受到手术工具传递的作用力，控制精度也较差。3)机构本身的约束，这种方式是通过开发一些能够夹持手术工具绕体表切口运动的特殊机器人机构实现的，常用的主要有弧形导轨和双平行四边形机构。采用弧形导轨的方法开发的机器人系统有占用体积大，运动耦合等方面的缺陷；双平行四边形机构具有结构精简、体积小、重量轻等方面的优点，是目前应用最为广泛的一种方式，在临床上广泛应用的DaVinci系统便是采用这种方式实现的。然而它却对系统的加工和装配过程提出了很高的要求，由于平行四边形的各连杆在长度方向上的精度难以保证，因此极大的影响了机器人的运动精度和刚度。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以保证机器人的运动精度和系统刚度、安全性、结构简单、体积小、重量轻的一种用于辅助微创外科手术的机器人主动支架。

[0005] 一种用于辅助微创外科手术的机器人主动支架，它包括基座部分、调整架部分、横梁部分、伸缩体部分，所述的基座部分包括机架、与所述的机架通过轴承转动相连的立柱，所述的立柱的一端通过联轴器、减速器与第一伺服电机相连，在所述的立柱的一侧设置有其上开有孔的连接面，所述的孔的轴线与所述的立柱的转轴的轴线在水平面内垂直相交，所述的立柱的顶面与一个直线运动模组的底面相连，在所述的直线运动模组上连接有丝杠、滑座结构，所述的丝杠的一端与第二伺服电机相连；所述的调整架部分包括其一端内开有阶梯孔，另一端上套有法兰结构的调整架、导轨座、连接在所述的导轨座上的第一滑动导轨、第一滑块结构，所述的导轨座的下部设置有一个三阶梯凸台，在所述的阶梯凸台的顶部凸台上设置有外螺纹，并且在所述的阶梯凸台的中部凸台上套有与之过盈配合的轴承结构，锁紧螺母套在所述的外螺纹上，所述的轴承结构的一侧外圈、内圈端面分别与孔用弹簧挡圈、所述的阶梯凸台的第一阶梯端面相压紧配合并且其另一侧外圈、内圈端面分别与所述的锁紧螺母、所述的阶梯孔的阶梯端面相压紧配合，所述的调整架的阶梯孔套在所述的轴承结构上并与其呈过盈配合，所述的弹簧挡圈内嵌在所述的调整架的孔内，所述的调整架的另一端插在所述的连接面的开孔内并通过所述的法兰结构与其固定相连；所述的横梁部分包括横梁、所述的横梁的一侧与所述的滑座相连并且在其另一个侧面上安装有其上开有槽的输入轮、其上具有圆柱凸台的输出轮，所述的输入轮和输出轮之间通过第一传动机构转动配合，所述的第一滑块与所述的输入轮上的槽相卡紧固定连接；所述的伸缩体部分包括伸缩座，在所述的伸缩座上装有其上设置有第二滑块的第二滑动导轨，所述的第二滑块与一个其上装有手术工具的手术工具座固定相连，所述的第二滑块与第二滑动导轨通过第一驱动系统驱动能够相滑动配合，在所述的伸缩座底部开有孔，所述的圆柱凸台插在所述的伸缩座底部的开孔内并与其固定相连，在所述的伸缩座下部装有用于支撑手术工具的辅助支撑，所述的手术工具通过该辅助支撑的通孔，并与之呈滑动配合。

[0006] 本发明用于辅助微创外科手术机器人主动支架与现有技术相比具有以下有益效果：

[0007] 1、本发明具有已得到应用的双平行四边形机构的优点，但克服了双平行四边形机构对加工装配要求苛刻这一缺点，从而有利于保证机器人的运动精度和系统刚度。

[0008] 2.本发明通过机构自身的约束实现微创手术过程中切入点约束的要求，没有引入冗余自由度，保证了使用上的安全性。

[0009] 3.本发明通过采用丝传动的形式使机构具有结构简单、体积小、重量轻等优点。

[0010] 4.本发明应用领域是面向胸腹腔领域的微创手术，有向其它领域如耳鼻喉等领域的手术拓展的潜力。

[0011] 5.本发明通过一个较长的梁状结构携带手术工具从远处探入到病人身体上方进行微创手术操作，这种结构可以大大节省机器人占用病人身体上方的空间，为医生能够快速接近病人提供了便利。

[0012] 6.本发明可以更够快速更换多种配套的手术工具，能够充分满足微创手术操作多样性的要求。

[0013] 7.本发明可以夹持内窥镜辅助微创手术操作，可以将持镜医生从单调、疲劳的持镜工作中解放出来。

附图说明

[0014] 图1是本发明用于辅助微创外科手术的机器人主动支架整体结构示意图；

[0015] 图2是图1所示的装置的各组成部分的分解示意图；

[0016] 图3是本发明装置满足微创手术操作需求的原理示意图；

[0017] 图4是本发明图1所示的装置的基座部分的结构示意图；

[0018] 图5-1是本发明图1所示的装置的调整架部分的总体图；

[0019] 图5-2是图5-1所示的装置的导轨座与调整架的安装原理图；

[0020] 图6是图1所示的装置的横梁部分的结构示意图；

[0021] 图7是图1所示的装置的伸缩体部分的结构示意图；

[0022] 图7-1是图7所示的装置的随动丝筒组合结构示意图；

[0023] 图7-2是图7所示的装置的主动丝筒组合结构示意图；

[0024] 图8是本发明采用的可夹持手术工具的手术工具座的一种实施方式的结构示意图。

具体实施方式

[0025] 下面结合附图和具体实施例对本发明作以详细描述。

[0026] 下面结合具体实施方式对本发明的辅助微创外科手术机器人主动支架做出详细说明。

[0027] 图1、图2、图3所示为本发明的总体结构示意图，图示的R、P1、P2描述的是本发明的三个主动关节，其中R为转动关节，P1、P2为移动关节。图示的Rs1、Rs2、Rs3、Ps描述的是本发明的随动关节，其中Rs1、Rs2、Rs3为随动转动关节，Ps为随动移动关节；各主动关节、随动关节将在后面的内容中详细介绍。图2描述的是本发明的各组成部分，包括基座部分1、调整架部分2、横梁部分3、伸缩体部分4；图3所示为本发明实现微创手术操作需求的原理。容易看出，在自身结构的物理约束下，机器人在运动过程中伸缩体的轴线即手术工具的轴线始终通过一固定点P，实际手术过程中应将此点布置于病人的体表切口处，NP线为转动关节R的旋转轴线。P点位置不发生变化的条件是随动关节Rs1的轴线和随动关节Rs2的轴线沿图1所示z轴方向上的距离与随动关节Rs3的轴线与主动关节R的轴线间的公垂线的长度相等，输入轮与输出轮之间丝传动的比率为1，机构处于初始位置时，转动关节R的轴线与P1的运动方向平行，且与P2垂直。

[0028] 一种用于辅助微创外科手术的机器人主动支架，它包括基座部分1、调整架部分2、横梁部分3、伸缩体部分4，所述的基座部分1包括机架1-3、与所述的机架1-3通过轴承转动相连的立柱1-2，所述的立柱1-2的一端通过联轴器、减速器与第一伺服电机1-4相连，在所述的立柱1-2的一侧设置有其上开有孔的连接面1-21，所述的孔的轴线与所述的立柱的转轴的轴线在水平面内垂直相交，所述的立柱1-2的顶面与一个直线运动模组1-1的底面相连，在所述的直线运动模组1-1上连接有丝杠、滑座1-12结构，所述的丝杠的一端与第二伺服电机1-5相连；所述的调整架部分2包括其一端内开有阶梯孔，另一端上套有法兰结构的调整架2-8、导轨座2-1、连接在所述的导轨座2-1上的第一滑动导轨2-2、第一滑块
2-3结构，所述的导轨座2-1的下部设置有一个三阶梯凸台，在所述的阶梯凸台的顶部凸台上设置有外螺纹，并且在所述的阶梯凸台的中部凸台上套有与之过盈配合的轴承结构，锁紧螺母2-7套在所述的螺纹上，所述的轴承结构的一侧外圈、内圈端面分别与孔用弹簧挡圈、所述的阶梯凸台的第一阶梯端面相压紧配合并且其另一侧外圈、内圈端面分别与所述的锁紧螺母、所述的阶梯孔的阶梯端面相压紧配合，所述的调整架的孔套在所述的轴承结构上并与其呈过盈配合，所述的弹簧挡圈2-4内嵌在所述的调整架的孔内，所述的调整架
2-8另一端插在所述的连接面1-21的开孔内并通过所述的法兰结构与其固定相连。所述的横梁部分3包括横梁3-1、所述的横梁3-1的一侧与所述的滑座1-12相连，其上开有槽的输入轮3-2和其上具有圆柱凸台的输出轮3-6通过轴承安装于横梁3-1的另一侧的两端，所述的输入轮3-2和输出轮3-6之间通过第一传动机构转动配合，所述的第一滑块2-3与所述的输入轮3-2上的槽相卡紧固定连接；所述的伸缩体部分4包括伸缩座4-1，在所述的伸缩座4-1上装有其上设置有第二滑块4-4的第二滑动导轨4-3，所述的第二滑块4-4与一个其上装有手术工具5-2的手术工具座5-1固定相连，所述的第二滑块4-4与第二滑动导轨
4-3通过第一驱动系统驱动能够相滑动配合，在所述的伸缩座4-1底部开有孔，所述的第二圆柱凸台插在所述的伸缩座底部的开孔内并与其固定相连，在所述的伸缩座4-1下部装有用于支撑手术工具的辅助支撑4-6，细长状的手术工具5-2穿过该辅助支撑的通孔，并与之呈滑动配合，使所述的手术工具5-2的运动更加平稳。

[0029] 所述的第一传动机构可以包括安装在位于所述的输入轮和输出轮之间的横梁上的张紧轮3-3，所述的输入轮和输出轮上分别设置有凹槽，一个第一、二传动丝3-4、3-5分别通过所述的张紧轮、输入、输出轮上的凹槽并且其丝端分别通过设置在所述的输入、输出轮上的丝端压块3-7固定在所述的输入、输出轮上。丝传动的传动比为1，输入轮和输出轮在传动丝的作用下，会同向同步运动。

[0030] 所述的第一传动机构还可以包括设置在所述的输入、输出轮之间的中间齿轮，所述的输入、输出轮为齿轮，所述的输入轮、输出轮和中间齿轮采用齿轮传动或者所述的第一传动机构包括平行杆，所述的输入轮和输出轮与所述的第一传动机构构成平行四边形机构。

[0031] 所述的第一驱动系统可以包括分别通过轴承安装在所述的伸缩座4-1顶部、底部的随动、主动滚珠花键轴4-8、4-11，在所述的随动、主动滚珠花键轴4-8、4-11上套有随动、主动花键外筒4-9、4-14，所述的随动、主动花键外筒4-9、4-14分别通过键4-10、4-13与随动、主动丝筒4-7、4-12固定相连，所述的主动花键轴4-11的一侧轴端通过联轴器、减速器与第三伺服电机4-2相连，在所述的手术工具座5-1上安装有两个偏心轮5-4、5-5和丝压块5-3、5-6，一个第三传动丝4-5通过所述的每一丝筒、偏心轮并且其末端4-5e1、4-5e2通过所述的丝压块固定在所述的手术工具座5-1上。

[0032] 所述的第一驱动系统还可以为伺服电机-丝杠-导轨结构或者为扭转电机-丝杠-导轨结构。所述的第一驱动系统也可以为液压缸结构或者为气缸结构。

[0033] 所述的轴承结构包括依次套在所述的三阶梯凸台的中部凸台上的第一轴承2-5、垫片2-6、第二轴承2-5，所述的弹簧挡圈2-4压紧第一轴承2-5的外圈，并内嵌固定在调整架2-8的孔内，所述的第二轴承2-5的一个侧面压在所述的锁紧螺母的一个侧面上。

[0034] 下面结合附图4-9对本发明的优选实施过程加以说明：

[0035] 基座部分的结构示意图由图4所示，立柱1-2通过轴承支撑在机架1-3上，第一伺服电机1-4通过减速机座固定于机架1-3上，立柱1-2可以在伺服电机1-4的驱动下绕轴线NP旋转，这部分为本机构的一个主动转动关节R。直线运动模组1-1固定连接于立柱1-2的上部，直线运动模组1-1内的丝杠可在安装于直线运动模组1-1一端的第二伺服电机1-5的驱动下旋转，进而带动滑座1-12沿直线运动模组1-1的滑轨滑动，这一部分为本机构的一个主动移动关节P1。在立柱1-2的一侧设置有与调整架部分2中的调整架2-8相配合的连接面1-21，连接面1-21由圆周方向上的孔和端面方向上的两个配合面组成，在端面配合面上分布有螺纹孔，将与安装于调整架2-8上的螺钉相连；圆周方向上孔的轴线与转动关节R的旋转轴线在平面内垂直相交。机架1-3将与手术机器人的被动调整臂相连，使用时被动调整臂可以采用专利(申请号：200610129845.6)的结构，或者采用其他已有的结构，该部分内容不属于本发明的范畴。

[0036] 调整架部分的结构示意图如图5-1和5-2所示，其中图5-1为调整架部分2的总体图，图5-2为导轨座2-1与调整架2-8的安装原理图。在调整架2-8的一侧设置有与立柱1-2上的连接面1-21相连所需的第一圆柱凸台和端面配合面，在调整架2-8的法兰上装有与连接面1-21上的螺孔相连所需的螺钉。安装有第一滑动导轨2-2的导轨座2-1的底部设置有三阶梯凸台，阶梯凸台的顶部凸台上加工有外螺纹，并通过孔用弹簧挡圈2-4、轴承2-5、垫片2-6和锁紧圆螺母2-7等与调整架2-8的另一侧相连。与第一滑动导轨2-2配套的第一滑块2-3将与横梁部分3的输入轮3-2相连。本部分集成了本发明的两个随动关节，分别为导轨座2-1绕调整架2-8的旋转运动，即图1中的Rs2；滑块2-3在滑动导轨2-2的直线运动，即图1中的Ps。

[0037] 横梁部分的结构示意图如图6所示，横梁3-1通过螺钉与基座部分1中的滑座1-12相连。输入轮3-2和输出轮3-6分别通过轴承安装于横梁3-1的两端；两根传动丝
3-4、3-5平行的连接着输入轮3-2和输出轮3-6，丝两端通过丝端压块3-7分别固定于输入轮3-2和输出轮3-6上，丝传动的传动比为1。通过定期旋转张紧轮3-3可以对传动丝3-4、
3-5进行张紧，以保证丝传动的精度。在输入轮3-2上设置有与调整架部分2中的第一滑块
2-3固定连接所需的配合槽和过孔。在输出轮3-6上设有与伸缩体部分4中的伸缩座4-1相连所需的圆柱凸台和螺纹孔。本部分集成了本发明的另两个随动关节，分别为输入轮3-2和输出轮3-6在横梁3-1上的转动，即图1中的Rs1和Rs3。输入轮3-2和输出轮3-6之间所采用的丝传动的作用与平行四边形结构类似；与平行四边形结构相比，降低了加工制造的难度，且有利于增加机构的刚度，并在一定程度上可以减小机构的体积。

[0038] 伸缩体部分的结构示意图如图7、图7-1、7-2所示；伸缩座4-1可通过螺钉与横梁部分3中的输出轮3-6固定相连。在伸缩座4-1上安装有第二滑动导轨4-3，其上装有配套的第二滑块4-4，在第二滑块4-4上安装有用于夹持手术工具的手术工具座5-1。在伸缩座4-1顶部安装有随动丝筒组合，该组合由随动滚珠花键轴4-8、与随动滚珠花键轴4-8配套的随动花键外筒4-9、通过随动键4-10与随动花键外筒4-9相连的随动丝筒4-7组成；该随动丝筒组合通过轴承支撑于伸缩座4-1上；在伸缩座底部安装有驱动丝筒组合，该组合与随动丝筒原理相同；如图7-1所示，第三伺服电机4-2依次通过减速器、联轴器驱动主动滚珠花键轴4-11旋转，主动丝筒4-12通过键4-13与跟主动滚珠花键轴4-11配套的主动花键外筒4-14相连。在随动丝筒组合和驱动丝筒组合的丝筒4-7和4-12上装有第三传动丝4-5，其两端4-5e1和4-5e2将与手术工具座5-1相连。由于滚珠花键沿轴向无约束，因此在运动过程中，第三传动丝4-5可以自动调整使其到达合适的轴向位置。驱动丝筒组合、随动丝筒组合、第三传动丝及手术工具座构成了本机构的另一个主动移动关节P2。在伸缩座4-1的末端还安装有辅助支撑4-6，细长的手术工具5-2与辅助支撑4-6的通孔呈滑动配合，使其在运动过程中运动更平稳、精确。

[0039] 图8描述的是手术工具座的简单示意图，手术工具座5-1固定在第二滑块4-4上，第三传动丝4-5的两端4-5e1和4-5e2分别绕过两个偏心轮5-5和5-4后，由两个丝压块5-6和5-3分别固定于手术工具座5-1上，通过旋转偏心轮5-5和5-4可以对传动丝4-5进行张紧。手术工具5-2安装在手术工具座5-1上，手术工具座5-1及手术工具的详细设计可以参考专利(申请号：200710056701.7)，不属于本发明的范畴。

[0040] 下面将说明本发明微创外科手术用多自由度微机械手的动作实施过程。

[0041] 1.三自由度运动：

[0042] 本发明的辅助微创外科手术机器人主动支架通过各关节之间的相互传动，实现手术工具的三个运动，如图1、图3所示，分别为：绕点P点在空间两个方向上的摆动以及手术工具在伸缩体上的移动。

[0043] 手术工具沿NP轴线的摆动在机器人的基座部分上实现，通过电机驱动立柱旋转，进而带动整个机器人绕NP轴线的旋转。手术工具的另一偏转的轴线为通过点P且与纸面方向垂直的直线，手术工具绕该轴线的旋转是由安装在直线运动模组上的电机驱动模组内的丝杠旋转，并通过滑座带动横梁部分作直线运动；横梁部分的输入轮在调整架部分的约束下发生偏转，并通过丝传动将该偏转传递至输出轮，进而带动伸缩体部分偏转，该运动与横梁部分的直线运动结合使手术工具在运动过程中始终通过点P。手术工具这一运动实现的条件是随动关节Rs1的轴线与随动关节Rs2的轴线沿z轴方向的距离与随动关节Rs3的轴线和主动关节R的轴线之间的公垂线长度相等，且输入轮与输出轮之间丝传动的传动比为1。手术工具在伸缩体上的运动是由电机牵引着传动丝，带动安装在伸缩体滑块上的手术工具座沿着滑动导轨作往复运动，该运动也通过固定点p。

[0044] 以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其它形式的传动、驱动装置以及连接方式不经创造性的设计与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

标题	发布/更新时间	阅读量
外科手术机器人-专利编号CN105193502A	2020-05-12	554
外科手术机器人-专利编号CN102764156B	2020-05-11	145
外科手术机器人-专利编号CN102764156A	2020-05-13	441
机器人辅助腔内外科手术系统及相关方法-专利编号CN105939647A	2020-05-11	206
外科手术机器人-专利编号CN102764158B	2020-05-12	163
外科手术机器人-专利编号CN102764158A	2020-05-12	848
外科手术机器人系统-专利编号CN110090077A	2020-05-13	901
机器人外科手术组件-专利编号CN107771063A	2020-05-14	763
具有虚拟轨迹和柔性内窥镜的可配置机器人外科手术系统-专利编号CN107427327A	2020-05-11	428
外科手术操作臂及外科手术机器人-专利编号CN109381261A	2020-05-13	1006

一种用于辅助微创外科手术的机器人主动支架

一种用于辅助微创外科手术的机器人主动支架

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