[發(fā)明專利]一種用于微創(chuàng)手術(shù)的遠(yuǎn)程運(yùn)動中心機(jī)構(gòu)

在審

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• 申請日: 2017-04-05
• 公開（公告）號: CN106994045A
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張偉中;黃鵬成
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院
• 主分類號: A61B34/35
• 分類號: A61B34/35
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務(wù)所(普通合伙)33206
• 代理人: 王曉燕

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于微創(chuàng)手術(shù)的遠(yuǎn)程運(yùn)動中心機(jī)構(gòu)，屬于微創(chuàng)手術(shù)設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

微創(chuàng)手術(shù)與傳統(tǒng)的開膛手術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：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(shù)后的痛苦，病人康復(fù)較快并且可在術(shù)后短期內(nèi)恢復(fù)正常活動，治療效果等于或高于傳統(tǒng)外科手術(shù)方法；術(shù)后傷口比傳統(tǒng)外科手術(shù)美觀，愈合后疤痕小。而隨著微創(chuàng)手術(shù)在臨床手術(shù)中的不斷應(yīng)用和發(fā)展，具有更高手術(shù)精度和操作便捷性的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人也應(yīng)運(yùn)而生了。1994年美國Computer Motion公司研制了第一臺協(xié)助微創(chuàng)手術(shù)的內(nèi)窺鏡自動定位系統(tǒng)即AESOP機(jī)器人，它采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)；1998年推出ZEUS微創(chuàng)手術(shù)操作機(jī)器人，該系統(tǒng)采用主從操作技術(shù)；2000年da Vinci系統(tǒng)研制成功并于當(dāng)年7月經(jīng)美國FDA批準(zhǔn)成為允許在臨床使用的第一個(gè)合法的商品化手術(shù)機(jī)器人，它已經(jīng)用于臨床并取得很好的效果。

但由于現(xiàn)有的微創(chuàng)手術(shù)機(jī)器人體積較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、控制繁瑣、費(fèi)用較高，在推廣應(yīng)用時(shí)還受到較多局限，需要進(jìn)一步改進(jìn)。針對目前現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，實(shí)有必要進(jìn)行研發(fā)，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，控制簡單，成本低的一種用于微創(chuàng)手術(shù)的遠(yuǎn)程運(yùn)動中心機(jī)構(gòu)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種用于微創(chuàng)手術(shù)的遠(yuǎn)程運(yùn)動中心機(jī)構(gòu)，包括圓環(huán)形底座、動平臺、手術(shù)器械安裝件和三個(gè)分支機(jī)構(gòu)，所述的分支機(jī)構(gòu)上端與動平臺相連，下端通過運(yùn)動副活動連接在圓環(huán)形底座上；所述的每個(gè)分支機(jī)構(gòu)中相鄰的連桿通過運(yùn)動副相連接，至少有一個(gè)分支機(jī)構(gòu)與圓環(huán)形底座通過萬向節(jié)相連接，至少有一個(gè)分支機(jī)構(gòu)與圓環(huán)形底座通過球副相連接。三個(gè)分支機(jī)構(gòu)中兩個(gè)分支與圓環(huán)形底座相連的是萬向節(jié)。一個(gè)分支機(jī)構(gòu)與圓環(huán)形底座相連的是球副，有效增加本發(fā)明的活動范圍，采用球副、萬向節(jié)等結(jié)構(gòu)使得整個(gè)機(jī)構(gòu)體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，控制簡單，成本低。

進(jìn)一步地，所述的動平臺上設(shè)有用于使得手術(shù)器械安裝件旋轉(zhuǎn)的電機(jī)和用于微創(chuàng)手術(shù)的手術(shù)器械安裝件。

進(jìn)一步地，所述三個(gè)分支機(jī)構(gòu)等間距的分布在圓環(huán)形底座上并分別與動平臺相連接，控制動平臺運(yùn)動。

進(jìn)一步地，所述的三個(gè)分支機(jī)構(gòu)中的至少兩個(gè)分支機(jī)構(gòu)包括由上往下依次連接于動平臺與底座之間的第一轉(zhuǎn)動副、第一連桿、第二轉(zhuǎn)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(jié)。本發(fā)明所用連桿更加少，分支機(jī)構(gòu)更加緊湊，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)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(jié)省成本。

進(jìn)一步地，第二轉(zhuǎn)動副軸線與萬向節(jié)遠(yuǎn)離圓環(huán)形底座的轉(zhuǎn)動副軸線互相平行并且垂直于第一轉(zhuǎn)動副軸線與滑動副移動方向。

進(jìn)一步地，萬向節(jié)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(jìn)一步地，所述的三個(gè)分支機(jī)構(gòu)中的一個(gè)分支機(jī)構(gòu)包括由上往下依次連接于動平臺與底座之間的第三轉(zhuǎn)動副、第四連桿、第四轉(zhuǎn)動副、第五連桿、球副。本發(fā)明三個(gè)分支機(jī)構(gòu)均有5個(gè)自由度，其中兩個(gè)分支結(jié)構(gòu)相同，三個(gè)分支機(jī)構(gòu)分別對動平臺施加一個(gè)約束力，三個(gè)約束力約束了動平臺的2個(gè)移動自由度和一個(gè)轉(zhuǎn)動自由度，所以該機(jī)構(gòu)并聯(lián)部分的自由度為2個(gè)轉(zhuǎn)動1個(gè)移動自由度。能夠有效增加本發(fā)明的靈活度，完成更復(fù)雜的手術(shù)操作。

進(jìn)一步地，選用滑動副作為驅(qū)動副，驅(qū)動副設(shè)置相應(yīng)的驅(qū)動源進(jìn)行驅(qū)動，滑動副距離動平臺較近設(shè)置，這樣機(jī)構(gòu)的力傳遞性能更高，在選擇同樣的驅(qū)動源時(shí)，本發(fā)明可以承載更大的負(fù)載，機(jī)構(gòu)的性能更加優(yōu)異。

所述驅(qū)動源可以為伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)，優(yōu)選地是伺服電機(jī)，伺服電機(jī)控制程序簡單，能夠準(zhǔn)確控制其旋轉(zhuǎn)量，進(jìn)而能夠有效提高本發(fā)明的運(yùn)動精度。

進(jìn)一步地，手術(shù)器械安裝件的下端連接手術(shù)工具，通過圓環(huán)形底座的中部空腔伸入圓環(huán)形底座下方；手術(shù)器械安裝件的轉(zhuǎn)動軸線與第一轉(zhuǎn)動副的圓環(huán)形槽的軸線共軸且通過O點(diǎn)。

進(jìn)一步地，人體的切口位置放有穿刺套管，手術(shù)工具穿過穿刺套管后伸入人體內(nèi)；所述三個(gè)分支機(jī)構(gòu)控制手術(shù)工具的運(yùn)動，包括以切口位置作為原點(diǎn)的擺動、沿著手術(shù)器械安裝件軸線方向的伸縮，以及在電機(jī)驅(qū)動下的旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明不僅滿足微創(chuàng)手術(shù)的要求，而且減小對切口的傷害，安全性較高。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1.本發(fā)明為混連機(jī)構(gòu)，每個(gè)分支機(jī)構(gòu)均為五自由度，分支機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動及轉(zhuǎn)向更加靈活，達(dá)到轉(zhuǎn)動無死角的要求；三個(gè)分支機(jī)構(gòu)共同驅(qū)動手術(shù)工具進(jìn)行運(yùn)動不僅保證較高的剛度，而且運(yùn)動累計(jì)誤差小于串聯(lián)機(jī)構(gòu)，提高手術(shù)精度。