[發明專利]一種具有遠程運動中心的并聯式手術機器人

有效

• 申請號: 201810786090.X
• 申請日: 2018-07-17
• 公開（公告）號: CN109009448B
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發明（設計）人: 吳軍;許天睿;張彬彬;于振洋
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: A61B34/35
• 分類號: A61B34/35
• 代理公司: 北京鴻元知識產權代理有限公司 11327
• 代理人: 邸更巖

一種具有遠程運動中心的并聯式手術機器人，該機器人包括機器人主體、機器人定位系統和手術臺。機器人主體包括兩個支鏈、絲杠、手術刀和機器人底座，兩個支鏈均為平面連桿機構，結構相同，組成并聯機構。每條支鏈由兩個電機驅動，兩支鏈末端動平臺分別由旋轉副和螺旋副與絲杠相連，絲杠末端安裝有手術刀。通過支鏈的安裝方式，以保證手術刀的軸線位于兩支鏈所在平面的相交線上，該線通過遠程運動中心。機器人主體通過機器人定位系統安裝在手術臺上。該裝置具有三個平動自由度和一個轉動自由度，本發明由于采用并聯構型，具有結構緊湊，精度較高、穩定性較好的特點。

技術領域

本發明涉及器人領域，具體是一種具有遠程運動中心的并聯式手術機器人。

背景技術

微創是外科的重要發展趨勢，是對傳統外科的一場深刻技術革命。微創外科通過微小創傷或自然通道將特殊器械、物理能量或化學藥劑送入人體內部，完成對人體內病變、畸形、創傷的滅活、切除、修復或重建等外科手術操作而達到治療目的的醫學科學分支。其突出特點是創傷小，可以減少術后并發癥和后遺癥，有利于機體內環境穩定與功能恢復。

手術機器人是實現外科手術傷口微創化、器械微型化、設備智能化和信息數字化的重要手段。手術機器人的使用突破了傳統微創手術的局限，將微創手術的精度和水平提升到了新的高度，大大降低了病人的痛苦和手術創傷，縮短了康復時間。同時手術機器人具有自動糾錯功能，可以克服醫生在操縱手術工具時的手臂抖動，避免操作失誤的出現，減輕了醫生的疲勞強度。美國Computer Motion公司于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；1999年美國Intuitive Surgical公司研制出DaVinci系統，并于2001年通過美國聯邦視頻及藥物管理局FDA)認證，成為第一個合法的商品化手術機器人，在臨床應用中取得了很好的效果。國內研究雖然起步較晚，但也于2010年研制出MircoHandA系統，并成功進行了動物實驗。

微創手術要求機器人必須能夠具有遠程運動中心。遠程運動中心 RemoteCenter-of-Motion(RCM))機構可以使機構末端執行器繞其上某固定點做旋轉運動，而且該虛擬固定點在機構遠端。為了達成RCM，上述手術機器人均為串聯構型，具有6個或以上自由度。上述機構具有以下缺點：⑴、而隨著串聯支鏈的增多，各個關節的誤差是疊加的，累積誤差可能會降低機器人末端手術裝置的精度；⑵、機器人的自由度的增多，會降低末端執行器的穩定性。

針對現有機構的缺點，在明確了微創手術應用背景需求之后，可以設計具有遠程運動中心機構的并聯機器人，達到比通用結構更簡單、易于控制且成本低廉的效果。而且并聯機構具有誤差不累積、剛度更高、穩定性更好的特點，可以解決現有機構存在的缺陷，因此提出一種具有遠程運動中心、結構合理、精度較高、穩定性較好的并聯手術機器人很有必要。

發明內容

本發明的目的在于提供一種具有遠程運動中心的并聯式手術機器人，以期達到比通用結構更簡單、易于控制且成本低廉的效果；而且并聯機構具有誤差不累積、剛度更高、穩定性更好的特點，從而解決現有機構存在的結構不緊湊、運動精度低以及穩定性較差等缺陷。

本發明的技術方案如下：

一種具有遠程運動中心的并聯式手術機器人，該并聯式手術機器人包括機器人主體、機器人定位系統和手術臺，其特征在于：所述機器人主體包括第一支鏈、第二支鏈、絲杠、手術刀和機器人底座；所述第一支鏈包括第一支鏈座、第一支鏈鉸鏈座、第一支鏈電機A14、第一支鏈電機B、第一支鏈短桿、第一支鏈連桿A、第一支鏈連桿B和第一支鏈動平臺；