[發明專利]一種用于微創手術的遠程運動中心機構

在審

• 申請號: 201710216671.5
• 申請日: 2017-04-05
• 公開（公告）號: CN106994045A
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發明（設計）人: 張偉中;黃鵬成
• 申請（專利權）人: 浙江機電職業技術學院
• 主分類號: A61B34/35
• 分類號: A61B34/35
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務所(普通合伙)33206
• 代理人: 王曉燕

技術領域

本發明涉及一種用于微創手術的遠程運動中心機構，屬于微創手術設備技術領域。

背景技術

微創手術與傳統的開膛手術相比具有如下優點：切口小，損傷輕，安全有效，可以避免臟器暴露在空氣中以減少感染；可以減少病人手術后的痛苦，病人康復較快并且可在術后短期內恢復正常活動，治療效果等于或高于傳統外科手術方法；術后傷口比傳統外科手術美觀，愈合后疤痕小。而隨著微創手術在臨床手術中的不斷應用和發展，具有更高手術精度和操作便捷性的微創手術機器人也應運而生了。1994年美國Computer Motion公司研制了第一臺協助微創手術的內窺鏡自動定位系統即AESOP機器人，它采用串聯結構；1998年推出ZEUS微創手術操作機器人，該系統采用主從操作技術；2000年da Vinci系統研制成功并于當年7月經美國FDA批準成為允許在臨床使用的第一個合法的商品化手術機器人，它已經用于臨床并取得很好的效果。

但由于現有的微創手術機器人體積較大、結構復雜、控制繁瑣、費用較高，在推廣應用時還受到較多局限，需要進一步改進。針對目前現有技術中存在的上述缺陷，實有必要進行研發，解決現有技術中存在的缺陷。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供一種體積小，結構緊湊，控制簡單，成本低的一種用于微創手術的遠程運動中心機構。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：

一種用于微創手術的遠程運動中心機構，包括圓環形底座、動平臺、手術器械安裝件和三個分支機構，所述的分支機構上端與動平臺相連，下端通過運動副活動連接在圓環形底座上；所述的每個分支機構中相鄰的連桿通過運動副相連接，至少有一個分支機構與圓環形底座通過萬向節相連接，至少有一個分支機構與圓環形底座通過球副相連接。三個分支機構中兩個分支與圓環形底座相連的是萬向節。一個分支機構與圓環形底座相連的是球副，有效增加本發明的活動范圍，采用球副、萬向節等結構使得整個機構體積小，結構緊湊，控制簡單，成本低。

進一步地，所述的動平臺上設有用于使得手術器械安裝件旋轉的電機和用于微創手術的手術器械安裝件。

進一步地，所述三個分支機構等間距的分布在圓環形底座上并分別與動平臺相連接，控制動平臺運動。

進一步地，所述的三個分支機構中的至少兩個分支機構包括由上往下依次連接于動平臺與底座之間的第一轉動副、第一連桿、第二轉動副、作為滑動副滑桿的第二連桿、作為滑動副滑套的第三連桿、與底座相連的萬向節。本發明所用連桿更加少，分支機構更加緊湊，機構的運動學求解更為簡單，控制更為簡單有效，所需加工零件更加少，便于節省成本。

進一步地，第二轉動副軸線與萬向節遠離圓環形底座的轉動副軸線互相平行并且垂直于第一轉動副軸線與滑動副移動方向。

進一步地，萬向節包括U型件、固定于底座上的銷座以及與U型件、銷座相插接的銷。

進一步地，所述的三個分支機構中的一個分支機構包括由上往下依次連接于動平臺與底座之間的第三轉動副、第四連桿、第四轉動副、第五連桿、球副。本發明三個分支機構均有5個自由度，其中兩個分支結構相同，三個分支機構分別對動平臺施加一個約束力，三個約束力約束了動平臺的2個移動自由度和一個轉動自由度，所以該機構并聯部分的自由度為2個轉動1個移動自由度。能夠有效增加本發明的靈活度，完成更復雜的手術操作。

進一步地，選用滑動副作為驅動副，驅動副設置相應的驅動源進行驅動，滑動副距離動平臺較近設置，這樣機構的力傳遞性能更高，在選擇同樣的驅動源時，本發明可以承載更大的負載，機構的性能更加優異。

所述驅動源可以為伺服電機、步進電機，優選地是伺服電機，伺服電機控制程序簡單，能夠準確控制其旋轉量，進而能夠有效提高本發明的運動精度。

進一步地，手術器械安裝件的下端連接手術工具，通過圓環形底座的中部空腔伸入圓環形底座下方；手術器械安裝件的轉動軸線與第一轉動副的圓環形槽的軸線共軸且通過O點。

進一步地，人體的切口位置放有穿刺套管，手術工具穿過穿刺套管后伸入人體內；所述三個分支機構控制手術工具的運動，包括以切口位置作為原點的擺動、沿著手術器械安裝件軸線方向的伸縮，以及在電機驅動下的旋轉。本發明不僅滿足微創手術的要求，而且減小對切口的傷害，安全性較高。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

1.本發明為混連機構，每個分支機構均為五自由度，分支機構的轉動及轉向更加靈活，達到轉動無死角的要求；三個分支機構共同驅動手術工具進行運動不僅保證較高的剛度，而且運動累計誤差小于串聯機構，提高手術精度。