[發(fā)明專利]一種微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人遠(yuǎn)心定位執(zhí)行機(jī)構(gòu)及設(shè)計方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510511612.1
• 申請日: 2015-08-19
• 公開（公告）號: CN105055028B
• 公開（公告）日: 2017-08-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 付宜利;潘博;牛國君;張福海;封海波;王樹國
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: A61B34/30
• 分類號: A61B34/30
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標(biāo)事務(wù)所23109
• 代理人: 王大為

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種遠(yuǎn)心定位執(zhí)行機(jī)構(gòu)及設(shè)計方法，具體涉及一種微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人遠(yuǎn)心定位執(zhí)行機(jī)構(gòu)及設(shè)計方法，屬于醫(yī)療器械領(lǐng)域。

背景技術(shù)

目前微創(chuàng)手術(shù)是醫(yī)療技術(shù)研究熱點(diǎn)，是未來手術(shù)發(fā)展的趨勢，這主要是由于微創(chuàng)醫(yī)療有諸多優(yōu)點(diǎn)：諸如創(chuàng)傷小、住院時間短、恢復(fù)快、術(shù)后并發(fā)癥少等。但是傳統(tǒng)內(nèi)窺鏡手術(shù)有諸多弊端，例如操作精度低，視野范圍小，操作自由度小，醫(yī)生容易疲勞和顫抖。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人醫(yī)療輔助技術(shù)能夠很好的解決這些問題。機(jī)器人輔助技術(shù)能夠提供3D視野，便于醫(yī)生操作，微型醫(yī)療器械大大增加了手術(shù)操作的靈活性，醫(yī)生能夠進(jìn)行更精細(xì)的操作，同時加入人機(jī)工程學(xué)方面的設(shè)計，能夠減少醫(yī)生的疲勞。

現(xiàn)有微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人共有四種遠(yuǎn)心運(yùn)動機(jī)構(gòu)方式，分別是被動關(guān)節(jié)方式、多關(guān)節(jié)聯(lián)動方式，平行四邊形機(jī)構(gòu)、球型機(jī)構(gòu)。被動關(guān)節(jié)容易受到體表作用力的影響，降低機(jī)器人運(yùn)動精度。多關(guān)節(jié)聯(lián)動方式是通過控制方式來實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)心運(yùn)動，安全性較低，平行四邊形機(jī)構(gòu)共有兩種運(yùn)動方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)心運(yùn)動，一種是同步帶約束形式，該方式的缺點(diǎn)是安裝調(diào)試比較麻煩，需要借助其他裝置對準(zhǔn)尋找遠(yuǎn)心，且整體剛度較低；第二種方式是復(fù)合平行四邊形機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)是對零件加工精度要求比較高，當(dāng)零件加工精度較低時會導(dǎo)致機(jī)構(gòu)鎖死不能正常工作，另外該機(jī)構(gòu)整體尺寸較大；球型機(jī)構(gòu)采用將驅(qū)動后置的方式，通過鋼絲繩將運(yùn)動傳遞給前端，這樣會導(dǎo)致整體機(jī)構(gòu)的剛度較低，且需要另外設(shè)計解耦機(jī)構(gòu)或算法，增加設(shè)計難度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有遠(yuǎn)心運(yùn)動機(jī)構(gòu)方式安全性和剛度較低，加工精度，整體尺寸大的問題，進(jìn)而提出一種微創(chuàng)外科手術(shù)機(jī)器人遠(yuǎn)心定位執(zhí)行機(jī)構(gòu)及設(shè)計方法。

本發(fā)明為解決上述問題采取的技術(shù)方案是：本發(fā)明包括第一連桿、第二連桿和第三連桿，第一連桿的一端與基座連接，第一連桿的另一端與第二連桿的一端連接，第三連桿的一端與第二連桿2的另一端連接連接，第一連桿的橫截面是由兩個正方形組成的回字形，第一連桿的外徑為81mm，第一連桿的內(nèi)徑為71mm，第三連桿的橫截面是由兩個正方形組成回字形，第三連桿的內(nèi)徑為73mm，第三連桿的外徑為63mm，第二連桿的橫截面為工字形，所述工字形的高度為81mm，所述工字形頂邊的長度為70mm，所述工字形中間的寬度為6mm，所述工字形頂邊的寬度為6mm。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，剛度高，且不需要借助其他的輔助裝置，易于裝配，裝配完成之后可確定遠(yuǎn)心點(diǎn)；本發(fā)明優(yōu)化中將碰撞幾率作為約束條件首次應(yīng)用在機(jī)構(gòu)優(yōu)化中；本發(fā)明的優(yōu)化方案能夠得到多組數(shù)據(jù)，設(shè)計者可根據(jù)自己的側(cè)重點(diǎn)進(jìn)行選擇。

附圖說明

圖1是遠(yuǎn)心定位機(jī)構(gòu)原理圖，圖2是遠(yuǎn)心定位機(jī)構(gòu)D-H坐標(biāo)圖，圖3是成人人體尺寸圖，圖4是第一種工作模式圖，(a)是俯視圖，(b)是正視圖，圖5是第一種工作模式原理圖，圖6是第一種工作模式極限工作狀態(tài)圖，圖7是第一種工作模式下的兩種視圖，(a)是側(cè)視圖，(b)是俯視圖，圖8是第一種工作模式下的兩種視圖，(a)是側(cè)視圖，(b)是俯視圖，圖9第一種工作模式下的特殊工作狀態(tài)，(a)是θ₁∈(π-α₂π),θ₂＝0.5π，(b)是θ₁∈(π-α₂π),θ₂≠0.5π，(c)是(b)圖中箭頭所示的方向，圖10是第二種工作模式圖，(a)是俯視圖，(b)是正視圖，圖11是第一種工作模式極限工作狀態(tài)圖，圖12是遠(yuǎn)心定位機(jī)構(gòu)工作空間示意圖，(a)是α1+β0≤0.5π時的示意圖，(b)是α1+β0≥0.5πandα2≥α1+β0-0.5π時的示意圖，圖13是遠(yuǎn)心定位機(jī)構(gòu)簡化原理圖，圖14(a)是連桿1截面圖，(b)是連桿2截面圖，(c)是連桿3截面圖，圖15是兩個目標(biāo)函數(shù)值圖。

具體實(shí)施方式