[实用新型]具有冗余自由度的手术机器人主动臂

说明书

本实用新型提供了一种具有冗余自由度的手术机器人主动臂，属于医疗器械技术领域。它解决了现有的主动臂在运动范围和摆位空间上仍存在局限性的问题。它包括固定臂、铰接在固定臂一端的中段臂、铰接在中段臂一端的前段臂和铰接在前段臂一端的滑动臂，滑动臂上设有带器械手的手术器械，中段臂与前段臂之间形成有位于平行四边形顶点处的远心点，器械手的中轴线穿过远心点，固定臂上设有用于实现伸展自由度的伸展电机和用于实现旋转自由度的横滚电机，主动臂还包括用于实现冗余自由度的驱动结构，横滚电机设于驱动结构上，伸展电机设于横滚电机上。本实用新型在手术器械运动范围和摆位空间上带来极大优势，使术前摆位更加灵活，最大程度避免干涉。

技术领域

本实用新型属于医疗器械技术领域，涉及一种具有冗余自由度的手术机器人主动臂。

背景技术

随着机器人技术的应用和发展，特别是计算技术的发展，医用手术机器人在临床中的作用越来越受到人们的重视。微创手术机器人可以减轻医生在手术过程中的体力劳动，同时达到精准手术目的，使患者微创伤、失血少、术后感染少、术后恢复快。微创手术机器人系统通常使用主从式控制模式：操作者在对主手进行操作时，其手部运动会带动主手随之运动，主手关节处传感器可以测量运动信息，再通过主从控制算法将主手的运动映射到从手主动臂，从手主动臂各关节被动运动，带动手术器械实现相应运动。微创手术机器人主动臂关键组成部分主要包括远程运动中心机构和手术器械，其机械结构的设计优劣直接影响了微创手术机器人的性能，也制约着系统中其他部件的研发与设计。

从手主动臂需要体积小，重量轻，范围大。若体积大则影响多臂的布局，为避免干涉，手术开口距离就比较大；若重量大则会造成驱动困难，前端手术器械容易抖动；运动范围大才能满足手术要求。手术机器人在手术前，需要先将戳卡插入人体，而戳卡又需固定在滑动臂上，主动臂初始位置处于收缩状态，需要手动拉动主动臂到戳卡处定位固定，完成术前摆位。主动臂的术前摆位是机器人微创手术的前提，手动调整效果将影响到微创手术的质量和效率。目前手术机器人（如达芬奇SI型机器人）的主动臂有三个自由度：两个旋转自由度（横滚运动和伸展运动），一个手术器械伸缩自由度，三个自由度虽然也能满足手术需求，但在运动范围和摆位空间方面仍然有不少局限性。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种在手术器械运动范围和摆位空间上带来极大优势的具有冗余自由度的手术机器人主动臂。

本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现：

具有冗余自由度的手术机器人主动臂，包括固定臂、铰接在固定臂一端的中段臂、铰接在中段臂远离固定臂一端的前段臂和铰接在前段臂远离中段臂一端的滑动臂，所述的滑动臂上设有带器械手的手术器械，所述的中段臂与前段臂构成平行四边形的两侧边，且两者之间形成有位于平行四边形顶点处的远心点，所述器械手的中轴线穿过远心点，其特征在于，所述的固定臂上设有用于实现伸展自由度的伸展电机和用于实现旋转自由度的横滚电机，在伸展与旋转过程中器械手的中轴线始终穿过远心点，主动臂还包括用于实现冗余自由度的驱动结构，所述的横滚电机设于驱动结构上，所述的伸展电机设于横滚电机上。

器械手的轴向运动为第一自由度，伸展运动为第二自由度，旋转运动为第三自由度，并通过驱动结构实现第四自由度，给手术器械的运动范围和摆位空间带来极大优势。

在上述的具有冗余自由度的手术机器人主动臂中，所述的驱动结构包括固定座、固定在固定座上的摆臂电机和固定在摆臂电机输出轴上的摇摆臂，所述摆臂电机的中轴线与远心点相交，所述的横滚电机固定在摇摆臂远离摆臂电机的一端且与摆臂电机位于摇摆臂的不同侧，所述横滚电机的中轴线穿过远心点。

在上述的具有冗余自由度的手术机器人主动臂中，所述的横滚电机上固定有安装座，所述的固定臂固定在安装座上。

在上述的具有冗余自由度的手术机器人主动臂中，所述横滚电机的中轴线与伸展电机的中轴线相垂直，所述横滚电机的中轴线至固定臂的垂直距离等于远心点至固定臂的垂直距离。