[发明专利]具有双自由度的机械臂和手术机器人

说明书

本发明提供了一种具有双自由度的机械臂和手术机器人，通过第二传动结构的驱动使小臂部件摆动，从而实现相对不动点的伸缩运动；通过第一传动结构的驱动使中臂部件摆动，再通过第一柔性件使器械部件做同样的摆动，从而实现绕不动点的摆动运动，即所述具有双自由度的机械臂实现了伸缩和摆动的双自由度。

技术领域

本发明涉及微创伤手术机器人和/或手术器械的机械臂，特别涉及一种具有双自由度的机械臂和手术机器人。

背景技术

微创伤手术是指通过小切口将细长的腹腔镜、胸腔镜及手术器械送入患者体内进行手术的一种新技术。其具有创口小、疼痛轻、恢复快、住院时间短、出血少等优点。虽然微创伤手术相较于传统手术有如此多的优势，但早期的微创伤手术受限于体表的小创口，医生的操作空间相对减小，另外医生在内窥镜下手持器械操作时，其操作方向与在内窥镜下观察到的期望方向相反。此缺陷大大增加了手术的难度，医生需要经过长期的训练才能顺利的操作器械。

随着科学的发展，在早期微创伤手术中存在的问题找到了解决方案，世界各国开始研究机器人辅助微创伤手术技术，微创伤手术机器人问世。手术医生在主操作台处通过主操作台上的显示设备来观察内窥镜下患者体内的2D/3D画面，画面中显示了手术操作点及两把手术器械。医生通过操作主控制台上的操作杆，以主从控制的方式遥控从操作机器人上的机械臂及手术器械完成手术。手术机器人辅助的微创伤手术能够提高医生的操作精度，也能使医生以一种和传统手术相同的方式和观感来进行手术，大大减小了微创伤手术的难度。

目前世界各国都在进行手术机器人的研究，其中有少数产品已经实现了商品化。美国Intuitive Surgical公司的Da Vinci手术机器人系统是其中代表性的产品。但是其存在体积庞大、结构复杂、价格昂贵等缺点。

手术机器人能完成微创伤手术的一个约束条件是：从操作机器人在运动的过程中，其器械臂上安装的手术器械与患者接触的创口部分应是一个不动点。这就要求从操作机器人的机械臂具有一个不动点机构。

具有不动点机构的机械臂构型是手术机器人技术研究的一个重点方向，但目前的研究发明都具有一定的不足之处。如中国专利申请CN201310556341.2，描述了一种采用双平行四边形机构的机械臂，实现了器械末端的不动点。双平行四边形不动点机构只有一个自由度，器械只能绕着不动点做一定范围内的摆动运动。中国专利申请CN201010274701.6，采用了连杆双平行四边形机构，完成了一种大运动空间的机械臂，并使不动点能够发生偏移，但其器械在不动点的运动仍旧只有一个自由度。

上述两个专利所述机械臂构型都采用了双平行四边形来实现远端不动点，其机械臂和器械在不动点的运动空间只有绕不动点摆动一个自由度。若要实现器械上下伸缩自由度就需增加上下滑动部件。增大了机械臂的体积，加大了设计难度。

因此，本领域需要一种可以相对于不动点伸缩和摆动运动的双自由度机械臂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有双自由度的机械臂和手术机器人，以解决现有技术中的机械臂只具有绕不动点摆动即只有一个自由度的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种具有双自由度的机械臂，所述具有双自由度的机械臂包括：支撑结构，第一传动结构，第二传动结构和联动结构；

所述支撑结构包括悬吊支撑杆、大臂支撑杆、中臂支撑杆、小臂支撑杆以及器械部件；

其中，所述悬吊支撑杆通过第一转轴与所述大臂支撑杆转动连接，所述大臂支撑杆通过第二转轴与所述中臂支撑杆转动连接，所述中臂支撑杆通过第三转轴与所述小臂支撑杆转动连接，所述器械部件包括器械支撑座及布置于所述器械支撑座上的器械安装杆，所述小臂支撑杆通过第四转轴与所述器械支撑座转动连接，所述第一转轴的轴线与第二转轴、第三转轴和第四转轴的轴线垂直；

所述第一传动结构用于控制所述中臂支撑杆摆动；