[發明專利]一種眼科角膜移植手術機器人操作機構

在審

• 申請號: 202010851238.0
• 申請日: 2020-08-21
• 公開（公告）號: CN112168482A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 張小棟;馮曉靜;王寧;李明陽
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: A61F9/007
• 分類號: A61F9/007;A61B34/30
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 高博

本發明公開了一種眼科角膜移植手術機器人操作機構，包括兩基座放在手術床的旁邊，兩條機械臂分別固定在基座的豎直升降臺上，通常有至少兩條持械臂以模仿外科醫生的手和一條持鏡臂以放置成像設備，每條持械臂包括術前擺位機構和術中器械操縱機構，術前擺位機構用于對術中器械操縱機構進行定位，術中器械操縱機構包括位置調整機構和姿態調整機構兩部分，位置調整機構能夠實現對姿態調整機構在空間內的位置調整，姿態調整機構由繩?滑輪機構進行運動和力傳動，用以控制工具進行手術操作。本發明能夠實現手術工具在工作空間內任意位置和姿態的運動軌跡、完成角膜移植術中的角膜鉆切和角膜縫合，靈活性好，精度高，運動剛度高，且運動空間范圍大。

技術領域

本發明屬于醫療手術機器人技術領域，具體涉及一種眼科角膜移植手術機器人操作機構。

背景技術

手術機器人做手術時，由機械臂操作手術工具完成切斷、止血及縫合等操作，外科醫生可坐在控制臺上觀測和指導機械臂工作。現在已經發展的較為成熟的手術機器人系統包括，以雙平行四邊形機構為代表的遠心不動點(RCM)手術系統、串聯機械臂手術系統、帶有柔性關節的靈巧手術系統等。手術機器人系統可實現外科、骨科、心臟以及眼科微創手術，因其具有提高手術操作精度、減小微創手術創傷以及減少術者疲勞的優勢，利用機器人做外科手術已日益普及。

目前，手術機器人向專科化發展，已經商業化的眼科手術機器人主要有荷蘭PRECEYES手術系統和國內的福寧OR機器人，其主要面向眼內及眼底手術，僅具有3個旋轉和1個開合自由度，無法用于角膜移植手術，研究人員嘗試采用美國的達芬奇手術系統進行角膜移植手術，但是其存在運動剛度低、運動慣量大以及靈活性差的缺點。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于針對上述現有技術中的不足，提供一種眼科角膜移植手術機器人操作機構，具有靈活性好，精度高，運動剛度高，且運動空間范圍大的優點。

本發明采用以下技術方案：

一種眼科角膜移植手術機器人操作機構，包括手術臺，手術臺一端的左右兩側分別設置有固定基座，每個固定基座上均設置有直線導軌，每個直線導軌的軸上設置有機械臂，左、右兩條機械臂均包括術前擺位機構和術中器械操縱機構，術前擺位機構具有五個自由度，其中三個自由度用于對術中器械操縱機構的位置進行定位，兩個自由度用于對術中器械操縱機構的方向進行定位；

術中器械操縱機構包括位置調整機構和姿態調整機構，位置調整機構的一端設置有末端執行器，姿態調整機構安裝在末端執行器的前端，姿態調整機構的前端設置有手術工具；

位置調整機構包括三條結構相同的運動鏈，三條運動鏈對稱布置行成并聯空間機構，末端執行器具有三個互相正交的移動自由度P1、移動自由度P2和移動自由度P3，三個互相正交的移動自由度由對應的第一電機驅動；姿態調整機構具有翻滾自由度r1、俯仰自由度r2、偏航自由度r3和器械開合自由度r4四個自由度，四個自由度通過繩-滑輪機構與手術工具連接，實現手術操作。

具體的，術前擺位機構包括直線導軌，直線導軌固定在固定基座上，通過移動副與豎直升降臺連接，豎直升降臺上通過旋轉關節與連桿的一端連接，連桿的另一端依次經第一關節和第二關節與術中器械操縱機構連接，旋轉關節與連桿能夠實現術中器械操縱機構在XY平面內的位置，第一關節與第二關節能夠實現術中器械操縱機構的姿態調整。

具體的，位置調整機構包括位置調整機構基座，位置調整機構基座上間隔設置有三個電機基座，每個電機基座上對應安裝有一個第一電機，每個第一電機對應連接一條運動鏈，通過運動鏈與末端執行器連接，末端執行器的末端設置驅動裝置，通過驅動裝置與姿態調整機構連接，三條運動鏈組成并聯機構實現末端執行器的三個移動自由度P1、P2和P3，驅動裝置能夠實現姿態調整機構的轉動自由度r1。