[发明专利]一种6自由度医用微型机械臂

说明书

本发明公开了一种6自由度医用微型机械臂，涉及机器人技术领域，包括：底座；以及依次枢转连接的肩部、屈臂、肘关节、前臂和腕部，肩部远离屈臂的一端与底座可转动连接，腕部上连接有执行器械；其中，在肩部、肘关节和前臂的内部均设置有用于枢转连接的转动关节，转动关节包括涡轮、外齿轮、蜗杆、底盘和内齿轮，涡轮和内齿轮均可转动的设置在底盘上，且涡轮和内齿轮同轴设置，蜗杆的两端均通过支撑件设置在底盘上，蜗杆与支撑件可转动连接，蜗杆与涡轮啮合，内齿轮与外齿轮啮合，蜗杆通过电机驱动。本发明可以使得连接在腕部前端的执行器械到达手术建腔内的狭小三维空间里以及极限位置范围内的任意位置。

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，更具体的说是涉及一种6自由度医用微型机械臂。

背景技术

面颈部解剖结构较多，成分复杂、空间狭窄，是呼吸、咀嚼及语言等重要功能的基础。2017年卫健委数据显示较高的头颈肿瘤发病率，于全身肿瘤中排名前十。

近年来，机器人手术以精细、微创等优点逐渐受到外科医生的青睐，可实现术前设计、术中引导与远程控制。其往往直接受控于人，强化外科医生的感知与操作，进入狭小空间，消除术者手部震颤，提高手腕灵活性等，提升手术的稳定性与安全性。

现有手术机器人多自由度机械臂以辅助进行腹腔镜手术为主要功能，由美国直觉外科公司研发的daVinci手术机器人系统作为行业领军，多年来不断优化更新，显示机器人辅助外科手术时程明显缩短，但仍存在机器人成本高昂、尺寸大、刚性大，对患者手术区域暴露的依赖性高等问题，在面颈部狭小的人工建腔内易对人体组织产生损伤。而由Medrobotics开发的Flex^TM机器人系统是一种高度铰接、多链接的“蛇形”机器人，使外科医生能够用最少的适用于人体解剖学难以触及的区域的侵入性手术，适用于咽喉深部手术。其自由度过高，柔性连续性特征显著，缺失一定程度刚性与稳定性。

此外，由国内各大高校为主进行的手术机器人研发尚停留于针对某些特定疾病腹腔镜手术阶段，而适用于以面颈部建腔为主要入路途径的面颈部手术微型手术机器人市场存在一定空白，无法满足庞大的医疗市场需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种6自由度医用微型机械臂，旨在解决上述背景技术中的问题，可以使得连接在腕部前端的执行器械到达手术建腔内的狭小三维空间里以及极限位置范围内的任意位置。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种6自由度医用微型机械臂，包括：

底座；以及

依次枢转连接的肩部、屈臂、肘关节、前臂和腕部，所述肩部远离所述屈臂的一端与所述底座可转动连接，所述腕部上连接有执行器械；

其中，在所述肩部、肘关节和前臂的内部均设置有用于枢转连接的转动关节，所述转动关节包括涡轮、外齿轮、蜗杆、底盘和内齿轮，所述涡轮和内齿轮均可转动的设置在所述底盘上，且所述涡轮和内齿轮同轴设置，所述蜗杆通过支撑件设置在所述底盘上，所述蜗杆与所述支撑件可转动连接，所述蜗杆与所述涡轮啮合，所述内齿轮与所述外齿轮啮合，所述蜗杆通过电机驱动，在所述蜗杆的转动下，所述涡轮转动并带动所述内齿轮一起转动，以带动所述外齿轮相对所述底盘发生转动；

所述肩部内部的转动关节，所述底盘和外齿轮中的一者与所述肩部连接，另一者与所述屈臂连接；

所述肘关节内部的转动关节，所述底盘和外齿轮中的一者与所述肘关节连接，另一者与所述屈臂连接；

所述前臂内部的转动关节，所述底盘和外齿轮中的一者与所述前臂连接，另一者与所述肘关节连接。

根据本发明提供的6自由度医用微型机械臂，所述支撑件包括水平直齿圆锥齿轮和竖直直齿圆锥齿轮，所述水平直齿圆锥齿轮可转动的设置在所述底盘上，所述竖直直齿圆锥齿轮固定套设在所述蜗杆上，所述竖直直齿圆锥齿轮与所述水平直齿圆锥齿轮相互啮合。