[發明專利]一種脊柱微創手術機器人

在審

• 申請號: 201710021734.1
• 申請日: 2017-01-12
• 公開（公告）號: CN106890026A
• 公開（公告）日: 2017-06-27
• 發明（設計）人: 安德英;方躍法;郭盛;曲海波;于智遠
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: A61B34/30
• 分類號: A61B34/30;A61B17/00;A61B17/56;B25J9/00;B25J11/00
• 代理公司: 北京衛平智業專利代理事務所(普通合伙)11392
• 代理人: 董琪

1.一種混聯脊柱微創手術機器人機構，該機器人機構包括：三自由度(3,5,7)串聯部分和三自由度并聯部分(9)組成。

串聯部分的第一自由度(3)為移動自由度，包括：固定平臺(1)，第一絲杠套筒(2)，第一電機(14)，第一絲杠(16)，第一導桿(17)，第一絲杠螺母(15)，被動伸縮桿(4)。

串聯部分的第一個自由度(3)零部件之間的連接：第一導桿(17)和第一電機(14)分別和固定平臺(1)通過螺釘連接。第一電機(14)和第一絲杠(16)通過聯軸器進行連接。第一絲杠螺母(15)和被動伸縮桿(4)通過螺釘同軸心連接。然后將固定平臺(1)和第一絲杠套筒(2)通過螺釘連接。將第一絲杠螺母(15)的兩個孔和第一導桿(17)、第一電機(14)分別對應對齊，啟動電機帶動第一絲杠螺母(15)移動。這樣在第一電機(14)轉動的時候，被動伸縮桿(4)就可以沿著第一絲杠套筒(2)上下移動。

串聯部分的第二個自由度(5)為轉動自由度，包括：被動伸縮桿(4)，伸縮桿蓋(18)，第一套筒(19)，第一轉軸(22)，第一軸承(20)，第二軸承(21)，第三軸承(23)，第一端蓋(24)，第二電機(25)和第一轉臂(6)。

串聯部分的第二個自由度(5)零部件之間的連接：將第二軸承(21)和第一轉臂(6)同軸心放入，下部和第一轉臂(6)接觸，上部和第一轉軸(22)的階梯軸下部接觸。再將第一軸承(20)和第一轉臂(6)同軸心下部放入，第一軸承(20)上部和第一轉臂(6)接觸，下部和第一套筒(19)接觸。再將第一套筒(19)和第一轉軸(22)同軸心底部放入，固定第一軸承(20)。將第一轉軸(22)放入伸縮桿蓋(18)的中凹部位，將這兩部分用螺釘連接。而后將伸縮桿蓋和被動伸縮桿(4)通過螺釘連接。將第三軸承(23)和第一轉軸(22)同軸心放入上部和第一轉軸(22)的階梯軸接觸。然后將第二電機(25)和第一端蓋(24)進行螺釘連接。然后將第二電機(25)和第一轉軸(22)中凹部分對齊插入，將第一端蓋(24)和第一轉臂(6)通過螺釘連接。在第二電機(25)啟動后，第一轉軸(22)不動，第二電機(25)帶動第一端蓋(24)，第一端蓋(24)帶動第一轉臂(6)進行轉動，形成轉動副。

串聯部分的第三個自由度(7)為轉動自由度，包括：第一轉臂(6)，第二轉臂(8)，第三電機(26)，第二端蓋(27)，第四軸承(28)，第五軸承(30)，第二轉軸(29)。

串聯部分的第三個自由度(7)零部件之間的連接：將第一轉臂(6)和第二轉臂(8)同軸心放置，將第二轉軸(29)同軸心從下部放入，使得第二轉軸(29)的階梯軸和第二轉臂(8)接觸。再將第五軸承(30)同軸心底部放入，第五軸承上部和第二轉軸(29)的階梯軸接觸。將第二端蓋(27)底部同軸心放入，和第一轉臂(6)螺釘連接，并且軸向限制第五軸承(30)的向下移動。將第四軸承(28)上部同軸心放入，下部和第二轉臂(8)接觸。然后將第三電機(26)和第二端蓋(27)進行螺釘連接。然后將第三電機(26)和第二轉軸(29)中凹部分對齊插入，將第二端蓋(27)和第一轉臂(6)通過螺釘連接。第二轉軸(29)和第二轉臂(8)通過銷進行連接。在第三電機(26)啟動后，電機不動，第二轉軸帶動第二轉臂(8)進行轉動，形成轉動副。

串聯部分的末端，即第二轉臂(8)的末端和并聯平臺(10)通過螺釘固連在一起。

并聯部分分為五部分：并聯平臺(10)，兩條支鏈(11-1,11-2)，絲杠(12)和萬向平臺(13)組成。

其中，兩條支鏈相同，這里用第一條支鏈(11-1)進行說明。

支鏈的第一個自由度是萬向副，萬向副的第一個轉動副零部件包括：并聯平臺(10)，第一螺母(31-1)，第二套筒(32-1)，第六軸承(33-1)，第三轉軸(34-1)，第一旋轉零件(35-1)。

并聯部分的第一個萬向副的第一個轉動副零部件之間的連接：將兩個第六軸承(33-1)分別從兩側同軸心放入并聯平臺(10)第一條支鏈(11-1)的孔中，卡在孔的內階梯軸上。將第三轉軸(34-1)和第一旋轉零件(35-1)同軸心連接。再將第三轉軸(34-1)從并聯平臺(10)前端安裝在第六軸承(33-1)的軸承孔內。將第二套筒(32-1)從并聯平臺(10)后端安裝到第三轉軸(34-1)上和第六軸承(33-1)內環接觸。然后將第一螺母(31-1)旋入第三轉軸(34-1)和第二套筒(32-1)接觸。

支鏈的第一個萬向副的第二個轉動副零部件包括：第一旋轉零件(35-1)，第三套筒(36-1)，第七軸承(37-1)，第一螺釘(38-1)，第三端蓋(39-1)，第一鍵(40-1)，第四轉軸(41-1)，連接件(42-1)。

支鏈的第一個萬向副的第二個轉動副零部件之間的連接：將第一鍵(40-1)放入第四轉軸(41-1)的鍵槽。第一旋轉零件(35-1)和連接件(42-1)同軸心配合，將添加好鍵的第四轉軸(41-1)對齊連接件(42-1)的鍵槽插入。第三套筒(36-1)分別自第四轉軸(41-1)兩端插入，和連接件(42-1)接觸。將兩個第七軸承(37-1)分別自第四轉軸(41-1)兩端插入，和第三套筒(36-1)接觸。將兩個第三端蓋(39-1)分別自第四轉軸(41-1)兩端插入，和第七軸承(37-1)接觸。

支鏈的第二個自由度是移動自由度，零部件包括：連接件(42-1)，絲杠底座(43-1)，第一支撐座(44-1)，第四電機(45-1)，第一帶輪(46-1)，第一皮帶(47-1)，第二帶輪(48-1)，第八軸承(49-1)，第四端蓋(50-1)，第二導桿(51-1)，第二絲杠(52-1)，第二絲杠螺母(53-1)，第二支撐座(54-1)，直線軸承(55-1)，第二被動伸縮桿(56-1)。

支鏈的第二個自由度，移動自由度零部件之間的連接：連接件(42-1)和絲杠底座(43-1)通過螺釘連接在一起。第四電機(45-1)和第一支撐座(44-1)通過螺釘連接。第四電機(45-1)和第一帶輪(46-1)連接。第八軸承(49-1)和第一支撐座(44-1)同軸心配合，第八軸承(49-1)外側通過第四端蓋(50-1)固定外圈。第一支撐座(44-1)和絲杠底座(43-1)通過螺釘連接。第二絲杠(52-1)細端插入第八軸承(49-1)中，軸階和第八軸承(49-1)的內圈接觸。第二絲杠(52-1)突出細端和第二帶輪(48-1)配合。第一皮帶(47-1)和第一帶輪(46-1)與第二帶輪(48-1)配合，傳遞轉矩。第二導桿(51-1)的兩端分別和第一支撐座(44-1)與第二支撐座(54-1)配合固定。第二絲杠螺母(53-1)和第二導桿(51-1)與第二絲杠(52-1)分別對應配合。第二絲杠螺母(53-1)和第二被動伸縮桿(56-1)螺釘連接。直線軸承(55-1)固定在絲杠底座(43-1)和第二支撐座(54-1)之間。

支鏈的第三個自由度是萬向副，零部件包括：第二被動伸縮桿(56-1)，第二旋轉零件(57-1)，第九軸承(62-1)，第十軸承(63-1)，第二螺母(64-1)，第三螺母(58-1)，第十一軸承(59-1)，第四套筒(60-1)，第二絲杠套筒(61-1)。

支鏈的第三個自由度，萬向副零部件之間的連接：第九軸承(62-1)和第十軸承(63-1)分別從第二旋轉零件(57-1)兩端同軸心配合，外圈和第二旋轉零件接觸配合。第二被動伸縮桿(56-1)細端安裝在第九軸承(62-1)和第十軸承(63-1)的軸承孔內，軸階固定第九軸承(62-1)的內圈。第二螺母(64-1)自第二被動伸縮桿(56-1)細端旋入，將第十軸承(63-1)固定。

第十一軸承(59-1)和第二旋轉零件(57-1)同軸心配合，外圈和第二旋轉零件(57-1)接觸。第二絲杠套筒(61-1)和第四套筒(60-1)同軸心配合。安裝好的第二絲杠套筒(61-1)安裝在第十一軸承(59-1)孔內。第三螺母(58-1)自第二絲杠套筒(61-1)的另一端旋入，將第十一軸承(59-1)固定。

萬向平臺(13)的零部件包括：并聯平臺(10)，第十二軸承(65)，第一擋板(66)，萬向內平臺(67)，第五電機(68)，第三絲杠套筒(69)，第三帶輪(70)，第二皮帶(71)，第四帶輪(72)，第二擋板(73)，第十三軸承(74)，第十四軸承(75)，第三擋板(76)，第十五軸承(77)，第四擋板(78)。

萬向平臺(13)零部件之間的連接：第十二軸承(65)和第十三軸承(74)分別同軸心內側放入并聯平臺(10)，外圈定位。將第一擋板(66)和第二擋板(73)分別放入第十二軸承(65)和第十三軸承(74)的軸承孔內，階梯固定軸承內圈，將兩個軸承進行定位。第十四軸承(75)和第十五軸承(77)分別同軸心內側放入第三擋板(76)和第四擋板(78)，外圈定位。將萬向內平臺(67)兩軸分別放入第十四軸承(75)和第十五軸承(77)的軸承孔內，軸階固定軸承內圈，將兩個軸承進行定位。然后用螺釘將第一擋板(66)、第二擋板(73)、第三擋板(76)和第四擋板(78)用螺釘連接固定。第三絲杠套筒(69)放入萬向內平臺(67)中固定。第五電機(68)和萬向內平臺(67)螺釘連接。第三帶輪(70)和第三絲杠套筒連接固定。第四帶輪(72)和第五電機(68)固定。第二皮帶(71)和第三帶輪(70)，第四帶輪(72)配合。當第五電機(68)帶動第四帶輪(72)轉動時，通過第二皮帶(71)帶動第三帶輪(70)和第三絲杠套筒(69)轉動，進而絲杠(12)轉動，形成移動。

本發明和已有技術相比所具有的增益效果：

本發明通過第一到第三電機(14,25,26)驅動進行串聯部分的移動，調節并聯平臺的位置。兩條支鏈(11-1,11-2)上的兩個第四電機(45-1,45-2)來調節末端執行器的位姿，第五電機(68)的轉動，調節末端執行器的工作深度

提供一種混聯脊柱微創手術機器人機構，可以用來實現脊柱微創手術。

2.根據權利要求1所述的一種新型雙足步行機器人機構，其特征在于：

包括串聯機構(1,2,4,6,8)和并聯機構(9)。

串聯部分第一電機(14)的轉動調節并聯平臺的高度，適應不同體型的身體。第二電機(25)的第三電機(26)的轉動，帶動第一轉臂(6)和第二轉臂(8)轉動，進而帶動并聯平臺的移動。

并聯部分在兩個第四電機(45-1,45-2)的協同配合下，末端執行器的位姿可以改變，確定手術的姿態。在第五電機(68)的驅動下，可以確定末端執行器工作的深度。

在第二到第五電機(25,26,45-1,45-2，68)的配合下，可以實現繞遠心點轉動。