[發明專利]一種具有力反饋功能的腹腔鏡手術機器人系統

在審

• 申請號: 202010017960.4
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111134845A
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 曾智文
• 申請（專利權）人: 北京仙進機器人有限公司
• 主分類號: A61B34/30
• 分類號: A61B34/30
• 代理公司: 山東誠杰律師事務所 37265
• 代理人: 孫廷方;劉成飛

1.一種具有力反饋功能的腹腔鏡手術機器人系統，包括執行部分、操作部分和控制器；其特征在于，所述執行部分包括執行部分固定座、機械臂、伸縮臂和持械臂；至少兩個所述機械臂固定于所述執行部分固定座上；所述伸縮臂的固定端固定于所述機械臂的末端；所述持械臂固定于所述伸縮臂的伸縮端；所述機械臂的末端至少具有沿平面X軸的平移運動、沿平面Y軸的平移運動、繞平面X軸的轉動和繞平面Y軸的轉動四個自由度；所述伸縮臂的伸縮端可沿著所述伸縮臂的長度方向移動；所述機械臂和所述伸縮臂的動作均由所述控制器進行控制；所述持械臂包括執行臂和執行臂驅動端；

所述執行臂包括n個執行關節，n為大于等于3的整數；i為1至n-1的整數，j為1至n-2的整數，p為1至n的整數；其中第i個執行關節的末端通過第i連接軸與第i+1個執行關節的首端鉸接；第i個執行關節的末端配合有n-i+1個依次同軸疊放在一起的i級主動執行齒輪；第i連接軸上套置有n-i+1個i級過渡執行齒輪，第一個i級過渡執行齒輪至第n-i+1個i級過渡執行齒輪與第一個i級主動執行齒輪至第n-i+1個i級主動執行齒輪分別一一對應垂直嚙合，第一個i級過渡執行齒輪與第i+1個執行關節的首端固定連接；第j+1個執行關節的首端配合有n-j個依次同軸疊放在一起j級從動執行齒輪，第一個j級從動執行齒輪至第n-j個j級從動執行齒輪與第二個j級過渡執行齒輪至第n-j+1個j級過渡執行齒輪分別一一對應垂直嚙合；第n個執行關節的首端配合有一個n-1級從動執行齒輪，所述n-1級從動執行齒輪與第二個n-1 級過渡執行齒輪垂直嚙合；第一個執行關節首端連接有一空心執行轉軸；第i個執行關節內可轉動的配合有n-i+1根自外向內依次穿套的i級空心執行轉軸；第一個執行關節內的第p根一級空心執行轉軸的一端分別和第p個一級主動執行齒輪連接；第j+1個執行關節末端的第一個j+1級主動執行齒輪至第n-j個的j+1級主動執行齒輪與第j+1個執行關節首端的第一個j級從動執行齒輪至第n-j個j級從動執行齒輪分別通過第j+1個執行關節內的第一根j+1級空心執行轉軸至第n-j根j+1級空心執行轉軸一一對應同軸連接；第n個執行關節中可轉動配合有一與第n個執行關節首端的n-1級從動執行齒輪同軸連接的執行轉動桿，所述執行轉動桿和手術器械連接；

所述執行臂驅動端包括執行電機固定板，所述執行電機固定板上固定有n+1個依次同軸疊放的空心軸執行電機；各空心軸執行電機均連接有外力檢測裝置；所述外力檢測裝置包括外力檢測行星齒輪系、外力檢測法蘭軸套、外力檢測限位塊和外力檢測壓力傳感器；所述外力檢測行星齒輪系包括外力檢測小太陽輪、外力檢測行星輪、外力檢測大太陽輪和外力檢測行星架；所述外力檢測法蘭軸套的法蘭端固定于外力檢測大太陽輪的端面；所述外力檢測行星架的圓周面上相向設置有兩個向外凸出的外力檢測壓力傳遞塊；外力檢測限位塊設置有向內凹陷的外力檢測壓力傳感器固定槽；外力檢測壓力傳感器固定槽的兩側均固定有所述外力檢測壓力傳感器；外力檢測壓力傳遞塊卡入兩個外力檢測壓力傳感器之間；

第一個空心軸執行電機的輸出軸通過第一個外力檢測裝置和空心執行轉軸同軸連接；第二個空心軸執行電機的輸出軸至第n+1個空心軸執行電機的輸出軸分別依次通過第二個外力檢測裝置至第n+1個外力檢測裝置和第一根一級空心執行轉軸至第n根一級空心執行轉軸同軸連接；其中各外力檢測行星架分別可轉動的固定于所述執行電機固定板；各外力檢測限位塊分別固定于所述執行電機固定板；

所述第一個空心軸執行電機至第n+1個空心軸執行電機的動作均由所述控制器進行控制；第一個外力檢測裝置至第六個外力檢測裝置的外力檢測壓力傳感器的測量值均傳輸至所述控制器；

所述操作部分包括操作臂、顯示器、操作部分固定座；所述兩個操作臂分別鉸接固定于所述操作部分固定座兩側；所述顯示器固定于所述操作部分固定座上；所述操作臂包括操作臂固定座、第一個機械臂操作關節、第二個機械臂操作關節、第三個機械臂操作關節、持械臂操作臂和手持部；所述操作臂固定座鉸接固定于所述操作部分固定座側面；第一個機械臂操作關節可轉動的固定于所述操作臂固定座，第二個機械臂操作關節可轉動的固定于第一個機械臂操作關節，第三個機械臂操作關節可滑動的固定于第二個機械臂操作關節；所述持械臂操作臂可轉動的固定于第三個機械臂操作關節；所述手持部可轉動的固定于所述持械臂操作臂；第一個機械臂操作關節通過第一個轉動軸可轉動的固定于所述操作臂固定座上；所述操作臂固定座上固定有第一個位置傳感器和第一個復位彈簧；第二個機械臂操作關節通過第二個轉動軸可轉動的固定于第一個機械臂操作關節上；第一個機械臂操作關節上固定有第二個位置傳感器和第二個復位彈簧；第三個機械臂操作關節上固定有第三個位置傳感器和第三個復位彈簧；

所述持械臂操作臂包括n個操作關節，其中第i個操作關節的末端通過第i鉸接軸與第i+1個操作關節的首端鉸接，第i個操作關節的末端配合有n-i+1個依次同軸疊放在一起的i級主動操作齒輪；第i鉸接軸上套置有n-i+1個i級過渡操作齒輪，第一個i級過渡操作齒輪至第n-i+1個i級過渡操作齒輪與第一個i級主動操作齒輪至第n-i+1個i級主動操作齒輪分別一一對應垂直嚙合，第一個i級過渡操作齒輪與第i+1個操作關節的首端固定連接；第j+1個操作關節的首端配合有n-j個依次同軸疊放在一起的j級從動操作齒輪，第一個j級從動操作齒輪至第n-j個j級從動操作齒輪與第二個j級過渡操作齒輪至第n-j+1個j級過渡操作齒輪分別一一對應垂直嚙合；第n個操作關節的首端配合有一個n-1級從動操作齒輪，所述n-1級從動操作齒輪與第二個n-1級過渡操作齒輪垂直嚙合；第一個操作關節首端連接有一空心操作轉軸；第i個操作關節內可轉動的配合有n-i+1根自外向內依次穿套的i級空心操作轉軸；第一個操作關節內的第p根一級空心操作轉軸一端分別和第p個一級主動操作齒輪連接；第j+1個操作關節末端的第一個j+1級主動操作齒輪至第n-j個的j+1級主動操作齒輪與第j+1個操作關節首端的第一個j級從動操作齒輪至第n-j個j級從動操作齒輪分別通過第j+1個操作關節內的第一根j+1級空心操作轉軸至第n-j根j+1級空心操作轉軸一一對應同軸連接；第n個操作關節中可轉動配合有一與第n個操作關節首端的n-1級從動操作齒輪同軸連接的操作轉動桿；所述操作轉動桿和手持部連接；

第三個機械臂操作關節內固定有第四個位置傳感器至第n+4個位置傳感器；第一個操作關節首端通過空心操作轉軸可轉動的固定于第三個機械臂操作關節；

所述空心操作轉軸和第p根一級空心操作轉軸均連接有外力反饋裝置；所述外力反饋裝置包括外力反饋渦輪、外力反饋蝸桿、外力反饋傳動軸、外力反饋軸套、外力反饋彈簧、外力反饋壓力傳遞板、外力反饋壓力傳感器、外力反饋限位板、外力反饋聯軸器和外力反饋電機；外力反饋蝸桿和外力反饋渦輪嚙合；外力反饋蝸桿可滑動的套置于外力反饋傳動軸且外力反饋蝸桿相對于外力反饋傳動軸不能轉動；外力反饋傳動軸的一端依次穿過外力反饋軸套、外力反饋彈簧、外力反饋壓力傳遞板、外力反饋限位板通過外力反饋聯軸器和外力反饋電機的輸出軸連接；外力反饋傳動軸的另一端依次穿過外力反饋軸套、外力反饋彈簧、外力反饋壓力傳遞板、外力反饋限位板；外力反饋軸套、外力反饋壓力傳遞板均可沿外力反饋傳動軸的軸向滑動；外力反饋限位板和外力反饋壓力傳遞板中間設置有外力反饋壓力傳感器；外力反饋彈簧將外力反饋軸套壓緊于外力反饋蝸桿的軸端，將外力反饋壓力傳遞板壓緊于外力反饋壓力傳感器；

所述各外力反饋裝置的外力反饋渦輪分別套置于空心操作轉軸和第p根一級空心操作轉軸上；各外力反饋電機均固定于第三個機械臂操作關節；各外力反饋軸套均可在第三個機械臂操作關節內轉動和滑動；各外力反饋傳動軸兩端的兩個外力反饋限位板均固定于第三個機械臂操作關節；

第一個位置傳感器至第n+4個位置傳感器的測量值均傳輸至所述控制器；所述各外力反饋壓力傳感器的測量值均傳輸至所述控制器；所述各外力反饋電機均由所述控制器控制。