[发明专利]一种辅助微创外科手术机器人机械臂

说明书

技术领域

本发明涉及一种微创外科手术领域内的医疗设备，它可以夹持手术工具辅助医生实施微创手术操作，尤其涉及一种适合于胸腔和腹腔的微创手术操作的辅助微创外科手术的机器人机械臂。

背景技术

以腹腔镜手术为代表的微创外科被誉为20世纪医学科学对人类文明的重要贡献之一，微创手术操作是指医生利用细长的手术工具通过人体表面的微小切口探入到体内进行手术操作。它与传统的开口手术相比具有手术切口小、出血量少、术后疤痕小、恢复时间快等优点，这使得病人遭受的痛苦大大减少；为此微创外科被广泛的应用于临床手术。微创手术能够为病人带来诸多利益，但对医生的操作增加了一系列难度，如：1)由于体表插入孔的限制，工具的自由度减少至四个，灵活性大大降低；2)器械操作方向与医生的直觉方向相反，协调性差；3)医生手部的抖动可能会被细长的手术工具放大；4)术野为二维平面成像，缺乏深度上的感觉；5)缺乏力感觉。因此，医生必须经过长期训练才能够进行微创手术操作，即便如此，目前微创手术也仅仅应用在操作相对比较简单的手术过程之中。因此，在微创外科手术领域中迫切需要一种机器人系统来辅助医生能够克服上述缺陷，更容易的完成微创手术操作。目前，能够在临床上使用的微创外科手术机器人系统只有Da Vinci系列和Zeus系统，但它们都有体积庞大、价格昂贵等方面的缺点。小型化和低成本微创手术机器人系统是未来发展趋势。本发明提供了一种传动精准、可靠性高、运动范围大、系统刚度大、使用寿命长的外形简洁、小型化、轻量化的辅助微创外科手术机器人机械臂。

目前，机器人用于夹持手术工具的主动机械臂部分实现微创手术操作要求的方式主要有三种：1)控制关节联动实现，该方式通过对传统的工业机器人进行相关改进后，安装手术工具进行微创手术操作，可以缩短机器人的开发周期。然而，这种方式的安全性较差，目前只运用在实验室中验证某些原理的可行性。2)添加被动关节，这种方式的优点是细长的手术工具可以自动适应切入点的位置变化，被认为是最安全的一种方式。然而，手术过程中体表切口周围的组织会受到手术工具传递的作用力，控制精度也较差。3)机构本身的约束，这种方式是通过开发一些能够夹持手术工具绕体表切口运动的特殊机器人机构实现的，常用的主要有弧形导轨和双平行四边形机构。采用弧形导轨的方法开发的机器人系统有占用体积大，运动耦合等方面的缺陷；双平行四边形机构具有结构精简、体积小、重量轻等方面的优点，是目前应用最为广泛的一种方式，然而它对系统的加工和装配都提出了很高的要求，由于平行四边形的各连杆在长度方向上的精度难以保证，因此极大的影响了机器人的运动精度和刚度。

目前应用于微创外科手术的机械臂动力传递结构主要是丝传动，由于钢丝绳的弹性，使钢丝绳在牵引力作用下易拉伸，使用一段时间后丝传动摩擦力减小或失效，失去传动的功能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种传动精准、可靠性高、运动范围大、系统刚度大、使用寿命长的外形简洁、小型化、轻量化的辅助微创外科手术机器人机械臂，它能够夹持手术工具辅助医生实施微创手术操作，该系统能够满足手术工具在手术过程中始终绕体表插入孔运动的要求。

本发明提供了一种传动精准、可靠性高、运动范围大、系统刚度大、使用寿命长的外形简洁、小型化、轻量化的辅助微创外科手术机器人机械臂，具体方案如下：

一种辅助微创外科手术机器人机械臂，包括依次连接的臂I、臂II、臂III；在臂I的自由端设有两个驱动电机I、II，在臂III的自由端连接一个用于连接手术工具的连接座VIII，所述的臂I和臂III的轴线平行，臂II和通过连接座VIII的轴线且与臂II的轴线平行的直线平行，四者构成了“平行四边形”结构；臂I在驱动电机I的驱动下带动“平行四边形”结构摆动；臂I在驱动电机II的驱动下带动整个机械臂以“平行四边形”中与臂I、连接座VIII交叉点相对的点为中心，绕臂I的轴线做摆动运动。

进一步的，所述的臂I包括连杆II、轴II,所述的连杆II固定在连接座I上，轴II一端由电机I驱动其旋转，另一端通过一对齿轮驱动与其相垂直的轴III旋转；在轴III的顶部安装有连接座IV，底部安装连接座III,所述的连接座IV在轴III的驱动下相对于连接座III旋转；所述的连杆II在驱动电机II的驱动下旋转，且连杆II与连接座III固定连接。