一种内镜式微创手术机器人用主操作手制造技术

本发明专利技术涉及一种内镜式微创手术机器人用主操作手，包括俯仰运动关节、偏摆运动关节以及进给运动关节，所述俯仰运动关节设置于偏摆运动关节上，偏摆运动关节设置于进给运动关节上，所述俯仰运动关节的旋转部可绕俯仰运动关节的轴线A进行旋转，所述偏摆运动关节的旋转部可带动俯仰运动关节绕偏摆运动关节的轴线B旋转，所述轴线A与轴线B垂直相交于一点；所述进给运动关节可带动偏摆运动关节以及俯仰运动关节进行直线移动。本发明专利技术所述的主操作手各自由度完全解耦、互不干涉，且机械结构设计巧妙、整体布局紧凑合理，操作舒适流畅，直观可靠，降低了学习难度，提高了操作效率。提高了操作效率。提高了操作效率。

【技术实现步骤摘要】
一种内镜式微创手术机器人用主操作手


[0001]本专利技术涉及医疗器械领域，具体涉及一种内镜式微创手术机器人用主操作手。

技术介绍

[0002]微创手术是一种医生通过内窥镜、专用手术器械，在不造成巨大创口的情况下施行手术的术式。为了追求创伤小，术后恢复好的效果，微创手术术式经历了从多孔、单孔腔镜手术到自然腔道手术的发展过程。自然腔道内镜手术是将器械臂通过人体腔道到达病变组织进行手术的方式，可以达到体表无疤痕的效果。目前，内镜式微创手术机器人的设计和相关关键技术的研究已经成为了机器人领域的研究热点问题之一。
[0003]现有内镜式微创手术机器人普遍采用主从遥控操作模式。主操作手作为医生与从操作臂间的人机交互设备，医生通过控制主操作手实现内镜机器人从操作臂在腔道内进行病变探查与组织操作。因此主操作手的性能直接影响医生的操作体验、手术效果及安全性。但是现有内镜式微创手术机器人主操作手以及通用型商业化主操作手，普遍存在如下缺陷：(1)结构设计极其复杂，且装置体积大、制备成本高，既不利于加工生产、推广普及；(2)具有冗余自由度，造成操作不直观，增加了医生学习难度；(3)操作主手进行控制时，可能存在位置调整与姿态调整的耦合问题，造成操作不直观，增长了学习曲线；(4)目前主操作手设计中，操作者一般整个手臂处于悬空状态，影响医生的操作舒适性，不利于长时间操作；(5)缺乏力反馈的功能，但是力反馈信息的缺失导致操作者无法在操作过程中直观的获取从操作臂与病变组织以及手术环境的交互反馈信息，继而导致手术安全性较差。
专利技术内容
[0004]为了解决上述一个或多个问题，本专利技术通过对内镜操作的典型动作进行分解，并分析内镜式机器人从操作臂的结构特点与运动方式，提供了一种各自由度完全解耦、互不干涉，且机械结构设计巧妙、整体布局紧凑合理、装置体积小、操作舒适流畅的内镜式微创手术机器人用同构式串联型主操作手。
[0005]本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种内镜式微创手术机器人用主操作手，包括由上至下依次设置的俯仰运动关节、偏摆运动关节以及进给运动关节；其中：
[0006]所述俯仰运动关节设置于偏摆运动关节上，偏摆运动关节设置于进给运动关节上；所述俯仰运动关节的旋转部可绕俯仰运动关节的轴线A进行旋转，所述偏摆运动关节的旋转部可带动俯仰运动关节绕偏摆运动关节的轴线B旋转，所述轴线A与轴线B垂直相交于一点；
[0007]所述进给运动关节可带动偏摆运动关节以及俯仰运动关节进行直线移动。
[0008]作为优选，所述俯仰运动关节内设置俯仰电机作为力反馈单元，所述偏摆运动关节内设置偏摆电机作为力反馈单元，所述俯仰电机以及偏摆电机分别与控制系统相连接，并在可控制系统控制下驱动对应运动关节的旋转部进行旋转。
[0009]作为优选，所述俯仰运动关节包括俯仰支撑架、俯仰回转轴承以及构成旋转部的
俯仰运动机架；其中：
[0010]俯仰支撑架上设有俯仰支撑轴，俯仰运动关节的轴线A为俯仰支撑轴的轴线；
[0011]俯仰运动机架通过俯仰回转轴承转动设置于俯仰支撑轴上；
[0012]用于实现力反馈作用的俯仰电机与俯仰支撑架安装固定，电机的输出轴与俯仰运动机架安装固定。
[0013]作为优选，所述俯仰运动机架内部设有与所述俯仰支撑轴相匹配的环形槽，所述俯仰支撑轴配合于所述环形槽内；所述俯仰回转轴承设置有两个，俯仰运动机架内的环形槽两侧分别设置与俯仰回转轴承相匹配的安装端孔；所述两个俯仰回转轴承的内环分别嵌套于俯仰支撑轴上，外环分别与所述安装端孔相抵接。
[0014]作为优选，所述偏摆运动关节包括偏摆支撑架、偏摆回转轴承以及构成旋转部的偏摆运动机架，其中：
[0015]所述偏摆支撑架与进给运动关节相连接，偏摆支撑架上设有偏摆支撑轴，所述偏摆运动关节的轴线B为偏摆支撑轴的轴线；
[0016]所述偏摆运动机架与俯仰支撑架相固定，并通过偏摆回转轴承转动设置于偏摆支撑轴上；
[0017]用于实现力反馈作用的偏摆电机与偏摆支撑架安装固定，电机输出轴与偏摆运动机架相固定。
[0018]作为优选，所述偏摆运动机架内部设有与所述偏摆支撑轴相匹配的环形槽，所述偏摆支撑轴配合于所述环形槽内；所述偏摆回转轴承设置有两个，偏转运动机架内的环形槽两侧分别设置与偏摆回转轴承相匹配的安装端孔；所述两个偏转回转轴承的内环分别嵌套于偏摆支撑轴上，外环分别与所述安装端孔相抵接。
[0019]作为优选，所述进给运动关节包括直线导轨、导轨滑块以及进给驱动装置；其中：所述导轨滑块滑配安装于直线导轨上，所述偏摆运动关节通过偏摆支撑架固定于导轨滑块上，所述进给驱动装置用于驱动设置于导轨滑块上的偏摆运动关节以及设置于偏摆运动关节上的俯仰运动关节沿直线导轨方向进行移动。
[0020]作为优选，所述进给驱动装置包括进给驱动电机、主动带轮、从动带轮以及进给皮带；其中：
[0021]所述进给驱动电机作为力反馈单元，与控制系统相连接，并可驱动主动带轮旋转；所述进给皮带传动设置于主动带轮以及从动带轮上，所述进给皮带与设置于偏摆支撑架上的夹持装置固接。
[0022]作为优选，所述夹持装置包括平行设置于偏摆支撑架上的上压板与下托板，进给皮带设置于上压板与下托板之间，所述上压板与下托板之间通过紧固件安装固定。
[0023]作为优选，所述俯仰运动关节上设有操作柄以及配合所述操作柄的支撑平台。
[0024]本专利技术同现有技术相比具有以下优点及效果：
[0025]1、本专利技术将内镜式微创手术机器人从操作臂在人体腔道内的典型运动模式分解为：进给运动、俯仰运动(上、下)以及偏摆运动(左、右)，并根据从操作臂的结构特点和运行方式，集成设计一种由上至下依次连接的俯仰运动关节(用于实现从操作臂上、下运动)、偏摆运动关节(用于实现从操作臂左、右摆动)以及进给运动关节(用于实现从操作臂进行前后移动)的同构式串联型主操作手，兼具对从操作臂进行位置调节以及姿态调节的功能，与
现有商业化内镜式机器人用主操作手相比，本专利技术所述的主操作手，由上至下依次连接，结构布局紧凑合理，装置整体体积小，操作流畅性好，且直观可靠，降低了医生的学习难度，提高了操作效率。
[0026]2、本专利技术所述内镜式微创手术机器人用主操作手具有2个转动自由度以及1个平移自由度；其中：俯仰运动关节以及偏摆运动关节构成从操作臂姿态调整关节，共同决定主操手末端(从操作臂)的姿态，在姿态调整过程中，俯仰运动关节的旋转轴线与偏摆运动关节的旋转轴线汇交于一点，这种设计方式使得主操手能够非常灵活性地进行姿态调整，且整个操作柔顺性好，在主手操作过程中，主从端运动和力的传递一一对应，并且三个自由度完全解耦，各自由度互不干涉，可独立运动，提高了操作的精准度、舒适性以及直观性。
[0027]3、本专利技术通过在用于实现从操作臂姿态及位置调整的俯仰运动关节内、偏摆运动关节以及进给运动关节内分别设置驱动电机作为力反馈单元，在操作过程中，设置于俯仰本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种内镜式微创手术机器人用主操作手，其特征在于，包括由上至下依次设置的俯仰运动关节、偏摆运动关节以及进给运动关节；其中：所述俯仰运动关节设置于偏摆运动关节上，偏摆运动关节设置于进给运动关节上；所述俯仰运动关节的旋转部可绕俯仰运动关节的轴线A进行旋转，所述偏摆运动关节的旋转部可带动俯仰运动关节绕偏摆运动关节的轴线B旋转，所述轴线A与轴线B垂直相交于一点；所述进给运动关节可带动偏摆运动关节以及俯仰运动关节进行直线移动。2.根据权利要求1所述的一种内镜式微创手术机器人用主操作手，其特征在于，所述俯仰运动关节内设置俯仰电机作为力反馈单元，所述偏摆运动关节内设置偏摆电机作为力反馈单元，所述俯仰电机以及偏摆电机分别与控制系统相连接，并在可控制系统控制下驱动对应运动关节的旋转部进行旋转。3.根据权利要求2所述的一种内镜式微创手术机器人用主操作手，其特征在于，所述俯仰运动关节包括俯仰支撑架、俯仰回转轴承以及构成旋转部的俯仰运动机架；其中：俯仰支撑架上设有俯仰支撑轴，俯仰运动关节的轴线A为俯仰支撑轴的轴线；俯仰运动机架通过俯仰回转轴承转动设置于俯仰支撑轴上；用于实现力反馈作用的俯仰电机与俯仰支撑架安装固定，电机的输出轴与俯仰运动机架安装固定。4.根据权利要求2所述的一种内镜式微创手术机器人用主操作手，其特征在于，所述俯仰运动机架内部设有与所述俯仰支撑轴相匹配的环形槽，所述俯仰支撑轴配合于所述环形槽内；所述俯仰回转轴承设置有两个，俯仰运动机架内的环形槽两侧分别设置与俯仰回转轴承相匹配的安装端孔；所述两个俯仰回转轴承的内环分别嵌套于俯仰支撑轴上，外环分别与所述安装端孔相抵接。5.根据权利要求2或3所述的一种内镜式微创手术机器人用主操作手，其特征在于，所述偏摆运动关节包括偏摆支撑架、偏摆回转轴承以及构成旋转部的偏摆运动机架，其中：所述偏摆支撑架与进给运动关节相连接，偏摆...

【专利技术属性】
技术研发人员：史超阳，罗翔宇，黄子岩，李进华，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：