机械臂及骨科机器人制造技术

本发明专利技术提供了一种机械臂及骨科机器人，所述机械臂包括具有3个自由度的位置调节部件及与所述位置调节部件连接的具有至少2个自由度的姿态调节部件；其中，所述位置调节部件包括依次连接的基座部件、肩部部件、大臂部件及小臂部件；所述姿态调节部件包括依次连接的手腕部件及器械安装座部件，所述小臂部件与所述大臂部件连接。位置调节部件和姿态调节部件共同构成了至少五自由度的串联机械臂，根据实际需求调节各个自由度，以满足手术时对于位置及姿态的需求，各个部件之间结构紧凑小巧，占用空间小，重量轻，增强了机械臂的灵活性和操作便捷性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及医疗器械
，特别涉及一种机械臂及骨科机器人。
技术介绍
随着机器人技术与医学科学的交叉发展，各种用途的医用机器人正在医学领域中得到越来越广泛的应用。目前医疗机器人已经在脑神经外科、心脏修复、胆囊摘除手术、人工关节置换、泌尿外科手术等方面取得了广泛的应用与重大的进展。机器人与医生手工操作相比在某些方面具有极大的优势，因为机器人的定位更为准确，支撑稳定而有力，可以避免外壳医生长时间手术带来的疲劳，以及外科医生在手术操作过程中发生的手臂颤动，从而提高手术的精度、稳定性和安全性。骨科手术中常常需要精确地切割、磨削、固定等操作，这种类型的操作对精度、稳定性、自由度以及操作力度均有较高的要求，现今普遍实施的一般骨科微创伤手术具备减小手术创伤、减少失血、缩短术后恢复时间等优点。然而为了减小创伤，手术过程中需反复进行X线照射，长时间、大剂量的辐射造成了对手术医生及病人的伤害。特别是在脊柱手术中。人体脊柱解剖结构复杂，且周围遍布神经、血管、肌肉等重要组织，包括椎弓根螺钉内固定手术在内的典型脊柱手术操作对手术医生操作的精准度和稳定性提出了很高的要求。在传统的脊柱外科手术中，医生通常只能通过自己及助手的观察，来确定手术器械是否放置在正确的位置，并且在手术过程中，医生及其助手需要精神高度集中来保证手术器械的操作位置处于正确的范围。而脊柱手术相对时间较长，长时间的操作易使医生感到疲劳，大大增加了手术的风险。由MAKO Surgical Corporation公司设计开发的Makoplasty系列骨科机器人，融合了导航，计算机3D运算和精密机械臂定位技术，能够实现更精确的髋关节手术中的定位和骨表面切除动作。其关节自由度的排布方式，在特定骨科手术中具有较强的操作性、稳定性和安全性，但其本身结构庞大，因而也限定了其在其他骨科手术中的应用及推广。由以色列Mazor公司研发的名为Renaissance的脊柱手术机器人已被美国FDA获准进入临床应用。该机器人主要用于脊柱手术中的椎弓根置钉操作，具有置钉准确率高，缩短康复时间，减少C型臂透视次数，降低对医生和病人的辐射伤害等优点。但是该装置需直接刚性固定于脊柱，易对脊柱其他部位造成创伤；其结构采用并联结构设计，使装置自身工作空间变小、灵活度降低；且该装置无法主动进行手术操作，仅能被动实现脊柱手术中置钉定位功能，无法用于截骨、矫形等其他常用手术，功能单一，通用性较差。目前国内部分科研单位对骨科手术机器人技术及产品也进行了一定的研究与开发。第三军医大学新桥医院与中科院沈阳自动化研究所合作研发的脊柱微创伤手术机器人，可实现手术的较精准定位，并降低对医生的辐射伤害。但该机器人系统是直接采用工业机器人机械臂产品改造而来，自身结构也延续了工业机器人结构笨重、体积较大的缺点，从而对自身灵活性、运动稳定性、工作空间规划等均造成不可忽略的影响；在机器人末端手术器械夹持等方面也存在类似的问题。因此，骨科微创伤手术骨科机器人特别是其中的机械臂在构型合理性和精度提高等方面还需要进一步的研究与开发。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种机械臂及骨科机器人，以解决现有骨科微创伤手术骨科机器人的机械臂的结构笨重、精度低、灵活性差及通用性低的问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供一种机械臂，所述机械臂包括：具有3个自由度的位置调节部件及与所述位置调节部件连接的具有至少2个自由度的姿态调节部件；其中，所述位置调节部件包括依次连接的基座部件、肩部部件、大臂部件及小臂部件；所述姿态调节部件包括依次连接的手腕部件及器械安装座部件，所述小臂部件与所述大臂部件连接。可选的，在所述的机械臂中，所述肩部部件与所述基座部件转动连接，形成第一水平转动关节；所述肩部部件与所述大臂部件转动连接，形成第一竖直摆动关节；所述大臂部件与所述小臂部件转动连接，形成第二竖直摆动关节。可选的，在所述的机械臂中，所述第一水平转动关节的转动轴线与第一竖直摆动关节的转动轴线相互垂直，第一竖直摆动关节的转动轴线与第二竖直摆动关节的转动轴线相互平行。可选的，在所述的机械臂中，所述位置调节部件还包括肘部部件，所述小臂部件通过所述肘部部件与所述大臂部件连接。可选的，在所述的机械臂中，所述肩部部件与所述基座部件转动连接，形成第一水平转动关节；所述肩部部件与所述大臂部件转动连接，形成第一竖直摆动关节；所述大臂部件与所述肘部部件的一端固定连接，所述肘部部件的另一端与所述小臂部件转动连接，形成第二水平转动关节。可选的，在所述的机械臂中，所述第一水平转动关节的转动轴线与第一竖直摆动关节的转动轴线相互垂直，第一水平转动关节的转动轴线与第二水平转动关节的转动轴线相互平行。可选的，在所述的机械臂中，所述肩部部件与所述基座部件转动连接，形成第一水平转动关节；所述肩部部件与所述大臂部件转动连接，形成第一竖直摆动关节；所述大臂部件与所述肘部部件转动连接，形成第二竖直摆动关节；所述肘部部件与小臂部件转动连接，形成第二水平转动关节；其中，第一竖直摆动关节和第二竖直摆动关节共同构成竖直摆动关节。可选的，在所述的机械臂中，所述第一水平转动关节的转动轴线与竖直摆动关节的转动轴线垂直，第一水平转动关节的转动轴线与第二水平转动关节的转动轴线相平行。可选的，在所述的机械臂中，所述大臂部件包括：大臂主骨架及大臂副骨架，所述肩部部件、所述大臂主骨架、所述肘部部件与所述大臂副骨架的连接点依次连接的连线构成平行四边形。可选的，在所述的机械臂中，所述大臂主骨架及所述大臂副骨架均为连接杆，且所述大臂主骨架与所述大臂副骨架相互平行。可选的，在所述的机械臂中，所述大臂部件包括：大臂主骨架及柔性传动结构，所述大臂为连接杆，所述柔性传动结构包括第一柔性传动关节部件、第二柔性传动关节部件，及套接并分别固定于所述第一柔性传动关节部件、所述第二柔性传动关节部件上的柔性传动传递部件，所述第一柔性传动关节部件与大臂主骨架固定连接，所述第二柔性传动关节部件与所述肘部部件固定连接。可选的，在所述的机械臂中，所述大臂部件包括：大臂主骨架，第一动力装置，第一角度检测装置，第二动力装置和第二角度检测装置，第一动力装置驱动第一竖直摆动关节转动，第一角度检测装置测得转动角度，并反馈给第二角度检测装置，第二动力装置根据第二角度检测装置得到的转动角度，驱动第二竖直摆动关节反向转动同样的角度。可选的，在所述的机械臂中，所述姿态调节部件具有2个自由度，所述小臂部件与所述手腕部件转动连接，形成第一转动关节；所述手腕部件与器械安装座部件转动连接，形成第二转动关节。可选的，在所述的机械臂中，所述姿态调节部件具有3个自由度，所述器械安装座部件具有用于与手术器械连接的手术器械接口，所述小臂部件与所述手腕部件转动连接，形成第一转动关节；所述手腕部件与器械安装座部件转动连接，形成第二转动关节；所述手术器械接口与手术器械转动连接，形成第三转动关节。可选的，在所述的机械臂中，所述第一转动关节的轴线、所述第二转动关节的轴线和所述第三转动关节的轴线交于一点。可选的，在所述的机械臂中，所述第一转动关节的轴线和所述第二转动关节的轴线交于一点，所述第二转动关节的轴线和所述第三转动关节的轴线交于另一点。可选的，在所述的机械臂中，所述第一转动关节的轴线和所述第二转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械臂，其特征在于，包括：具有3个自由度的位置调节部件及与所述位置调节部件连接的具有至少2个自由度的姿态调节部件；其中，所述位置调节部件包括依次连接的基座部件、肩部部件、大臂部件及小臂部件；所述姿态调节部件包括依次连接的手腕部件及器械安装座部件，所述小臂部件与所述大臂部件连接。

【技术特征摘要】
1.一种机械臂，其特征在于，包括：具有3个自由度的位置调节部件及与所述位置调节部件连接的具有至少2个自由度的姿态调节部件；其中，所述位置调节部件包括依次连接的基座部件、肩部部件、大臂部件及小臂部件；所述姿态调节部件包括依次连接的手腕部件及器械安装座部件，所述小臂部件与所述大臂部件连接。2.如权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述肩部部件与所述基座部件转动连接，形成第一水平转动关节；所述肩部部件与所述大臂部件转动连接，形成第一竖直摆动关节；所述大臂部件与所述小臂部件转动连接，形成第二竖直摆动关节。3.如权利要求2所述的机械臂，其特征在于，所述第一水平转动关节的转动轴线与第一竖直摆动关节的转动轴线相互垂直，第一竖直摆动关节的转动轴线与第二竖直摆动关节的转动轴线相互平行。4.如权利要求1所述的机械臂，其特征在于，所述位置调节部件还包括肘部部件，所述小臂部件通过所述肘部部件与所述大臂部件连接。5.如权利要求4所述的机械臂，其特征在于，所述肩部部件与所述基座部件转动连接，形成第一水平转动关节；所述肩部部件与所述大臂部件转动连接，形成第一竖直摆动关节；所述大臂部件与所述肘部部件的一端固定连接，所述肘部部件的另一端与所述小臂部件转动连接，形成第二水平转动关节。6.如权利要求5所述的机械臂，其特征在于，所述第一水平转动关节的转动轴线与第一竖直摆动关节的转动轴线相互垂直，第一水平转动关节的转动轴线与第二水平转动关节的转动轴线相互平行。7.如权利要求4所述的机械臂，其特征在于，所述肩部部件与所述基座部件转动连接，形成第一水平转动关节；所述肩部部件与所述大臂部件转动连接，形成第一竖直摆动关节；所述大臂部件与所述肘部部件转动连接，形成第二竖直摆动关节；所述肘部部件与小臂部件转动连接，形成第二水平转动关节；其中，第一竖直摆动关节和第二竖直摆动关节共同构成竖直摆动关节。8.如权利要求4所述的机械臂，其特征在于，所述第一水平转动关节的转动轴线与竖直摆动关节的转动轴线垂直，第一水平转动关节的转动轴线与第二水平转动关节的转动轴线相平行。9.如权利要求8所述的机械臂，其特征在于，所述大臂部件包括：大臂主骨架及大臂副骨架，所述肩部部件、所述大臂主骨架、所述肘部部件与所述大臂副骨架的连接点依次连接的连线构成平行四边形。10.如权利要求9所述的机械臂，其特征在于，所述大臂主骨架及所述大臂副骨架均为连接杆，且所述大臂主骨架与所述大臂副骨架相互平行。1...

【专利技术属性】
技术研发人员：何超，袁帅，陈奇韬，
申请(专利权)人：微创上海医疗机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31