[發明專利]具有力反饋的九自由度微創手術機器人主操作手

有效

• 申請號: 201110313771.2
• 申請日: 2011-10-17
• 公開（公告）號: CN102499757A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 謝叻;張振峰
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: A61B19/00
• 分類號: A61B19/00;B25J7/00
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

技術領域

本發明涉及一種微創手術機器人的主操作手，尤其涉及一種具有力反饋的九自由度微創手術機器人主操作手。

背景技術

微創手術是指外科醫生經過病人身體上的小切口，把手術器械伸入到人體內部，借助于視覺監控設備和靈巧的手術器械，對病灶部位進行診斷或治療。與傳統手術相比，微創手術切口明顯減小，因此減少了對病人體表和體內的損傷，降低各種并發癥的發生幾率，縮短了恢復周期，降低了術后住院費用，能夠在較短的時間內恢復日常生活和工作。然而，微創手術由于操作對象較小，手的靈活性降低，所以手術時間較長，手術醫生容易疲勞引起抖動，并由此導致操作不準確。

微創手術機器人是機器人技術在醫療外科方面的成功應用，使微創手術的技術水平產生了質的飛躍。與傳統微創手術相比，微創手術機器人準確度高，可靠性高，精度高，具有良好的操控性。同時，控制系統還能濾除醫生手部抖動的影響，提高手術操作的穩定性。

在傳統手術中，醫生手持手術器械對病患處進行操作時，手術器械與患處的接觸力可以通過手術器械直接傳達到醫生處，這個接觸力在手術過程中，很多時候有著相當重要的作用，部分手術中甚至是醫生進行操作的重要判斷依據。然而在現有的手術機器人系統里，主操作手缺少或只具有少量維數力反饋，即醫生不能準確有效地感受到從操作手的手術工具末端與患處的接觸力，無法準確有效地傳到醫生處，這嚴重制約了主從式手術機器人的發展和實用價值。研制具有力反饋的微創手術機器人主操作手已經成為主從式外科手術機器人的一個重點和難點，具有重要的研究價值和廣闊的應用前景

經過對現有技術的檢索發現，中國專利200510013004.4號，名稱為：“具有夾持力感覺的主操作手”，其公開的主操作手包括：軀干機構、肩部關節機構、大臂機構、肘部關節機構、小臂機構、腕部關節機構、腕部旋轉機構以及手指開合機構和平衡裝置，采用關節式結構，具有7個自由度，可以到達操作空間中的任一點，完成多種動作，具有加持力感覺功能，但該主操作手只能提供一個夾持反饋力。

進一步檢索發現，中國專利200810154364.X號，名稱為：“輔助微創外科手術機器人的三維力反饋主操作手”，其公開的主操作手包括：底座機構、四連桿機構、手腕機構等，可以提供三維反饋力，消除了姿態調整時位姿的補償量可以實現六軸聯動，但該主操作手只能提供三個自由度上反饋力。

因此，本領域的技術人員致力于開發一種自由度更多，并且每個自由度上均能獲得反饋力的微創手術機器人的主操作手。

發明內容

本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種具有力反饋的九自由度微創手術機器人主操作手，該主操作手具有九個自由度并可以在九個自由度上分別施加反饋力，操作靈活，可作為微創手術機器人的通用主操作手，實施各種復雜操作。

本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括：底座、支柱、肩關節上臂、肘關節、前臂、腕關節、手柄和九組驅動線(未標出)，其中：支柱設置在底座上，支柱上部可以繞軸線R1轉動，肩關節通過轉動副設置在支柱上，可以繞軸線R2旋轉，上臂通過轉動關節設置在肩關節上，可以繞軸線R3旋轉，軸線R1、R2、R3相交于一點，前臂和上臂通過肘關節相連接，前臂可以繞軸線R4旋轉，腕關節設置在前臂的末端，手柄設置在腕關節上，手柄可以分別繞軸線R5、R6、R7旋轉且軸線R5、R6、R7相交于一點，連同手柄上兩個指柄可以分別繞軸線R8轉動，該裝置共有九個自由度。

所述的底座包括：保護殼、第一底座支架、支座、驅動電機(含編碼器)、第二底座支架、預緊裝置、驅動輪、第二底座組合導輪和第一底座組合導輪。其中：第一底座支架設置在支座上，第二底座組合導輪設置在第一底座支架上，保護殼設置在第一底座支架上，第二底座支架設置在支座上，驅動電機固定在第二底座支架上，驅動輪與驅動電機相連接，預緊裝置設置在第二底座支架上，第一底座組合導輪設置在第二底座支架上。進一步地，驅動輪與驅動電機直接固定連接。

所述的驅動電機(含編碼器)包括：第一驅動電機、第二驅動電機、第三驅動電機、第四驅動電機、第五驅動電機、第六驅動電機、第七驅動電機、第八驅動電機和第九驅動電機。

所述的預緊裝置包括：第一預緊裝置、第二預緊裝置、第三預緊裝置、第四預緊裝置、第五預緊裝置、第六預緊裝置、第七預緊裝置、第八預緊裝置和第九預緊裝置。

所述的驅動輪包括：第一驅動輪、第二驅動輪、第三驅動輪、第四驅動輪、第五驅動輪、第六驅動輪、第七驅動輪、第八驅動輪和第九驅動輪。