[发明专利]一种全主动8自由度串联式主操作手

说明书

一种全主动8自由度串联式主操作手，涉及微创手术机器人领域。为了解决现有的主操作手无法主动平衡机构操作过程中产生的重力矩，降低操作的舒适性，影响手术效果的问题。本发明包括固定座、肩部关节、大臂体、肘部关节、小臂体、姿态俯仰连杆、姿态偏摆连杆和腕夹，固定座内设有肩部平摆电机用以驱动肩部关节旋转，肩部关节内设有肩部俯仰电机用以驱动大臂体旋转，大臂体内设有肘部旋转电机用以驱动肘部关节旋转，肘部关节内设有肘部平摆电机用以驱动小臂体旋转，小臂体内设有姿态俯仰电机用以驱动姿态俯仰连杆旋转，姿态俯仰连杆内设有偏摆电机用以驱动姿态偏摆连杆旋转，姿态偏摆连杆内设有腕夹旋转电机用以驱动腕夹旋转。本发明主要用于微创手术。

技术领域

本发明涉及微创手术机器人领域，尤其涉及一种全主动8自由度串联式主操作手。

背景技术

微创手术具有创口小，出血量少，患者恢复效果好等优点，传统微创手术工具多为可以通过微小切口置入患者体内的长直杆。该手术工具由医生手持，配合医用内窥镜完成手术操作。这种操作方式需要多人配合，且长时间的手术操作会给医生带来疲劳感。同时手术工具也有可能出现干涉等问题，进而影响手术的顺利进行。

微创手术机器人可以避免医生直接操作手术器械，医生通过在机器人的主端操作台进行操作来对手术器械进行运动控制。目前微创手术机器人已经开始从实验室研究阶段走向临床商业应用阶段，微创手术辅助机器人作为一种产业已经成为世界经济新的增长点，因而受到了世界各国的高度重视。微创外科手术机器人的研究有着巨大的科学价值与社会价值。微创手术机器人多采用主从控制系统，其中主操作手是人机交互的接口。主操作手可以检测医生的手部动作，并将其转化为电信号传输至从端手术机械臂控制系统。

微创手术机器人中的主操作手可购买商业化产品或根据功能要求自主设计。但商品化的主操作手并不是针对特定的手术机器人设计的，其部分功能可能不适用于微创手术场景，例如工作空间小、自由度少等。而自主研发的主操作手部分或者全部关节采用被动驱动方式，即没有电机进行驱动。这种方式无法主动平衡机构操作过程中产生的重力矩、惯性力矩、摩擦力矩等，以至于降低操作的舒适性，影响手术效果。除此之外，现有的主操作手自由度较少，导致机构的灵活度不高。基于此需要设计一种全主动型主操作手。

发明内容

本发明是为了解决：

1、现有的主操作手无法主动平衡机构操作过程中产生的重力矩、惯性力矩和摩擦力矩等，以至于降低操作的舒适性，影响手术效果的问题；2、现有的主操作手自由度较少，导致机构的灵活度不高；进而提供一种全主动8自由度串联式主操作手。

本发明采用的技术方案是：

所述的一种全主动8自由度串联式主操作手包括位置调整机构和姿态调整机构，位置调整机构包括固定座、肩部关节、大臂体和肘部关节，姿态调整机构包括小臂体、姿态俯仰连杆、姿态偏摆连杆和腕夹；

固定座内设置有肩部平摆电机，肩部平摆电机的驱动轴与肩部关节固定连接，用以驱动肩部关节水平方向的转动，肩部关节内设置有肩部俯仰电机，肩部俯仰电机的驱动轴与大臂体的一端固定连接，用以驱动大臂体上下摆动，大臂体内设置有肘部旋转电机，肘部旋转电机的驱动轴与肘部关节固定连接，用以驱动肘部关节竖直方向的旋转，肘部关节内设置有肘部平摆电机，肘部平摆电机的驱动轴与小臂体的一端固定连接，用以驱动小臂体水平方向的转动，小臂体的另一端内设置有姿态俯仰电机，姿态俯仰电机的驱动轴与姿态俯仰连杆的一端固定连接，用以驱动姿态俯仰连杆竖直方向的旋转，姿态俯仰连杆的另一端设置有偏摆电机，偏摆电机的驱动轴与姿态偏摆连杆的一端固定连接，用以驱动姿态偏摆连杆水平方向的转动，姿态偏摆连杆的另一端设置有腕夹旋转电机，腕夹旋转电机的驱动轴与腕夹固定连接，用以驱动腕夹竖直方向的旋转。

进一步地，所述的一种全主动8自由度串联式主操作手还包括多个绝对式编码器，固定座、肩部关节、大臂体、肘部关节、小臂体、姿态俯仰连杆和姿态偏摆连杆内分别设置一个绝对式编码器，用以测量关节的旋转角度。