[实用新型]一种单孔多臂腹腔镜手术机器人系统

说明书

本实用新型公开了一种单孔多臂腹腔镜手术机器人系统，包括执行部分、操作部分和控制器；其特征在于，所述执行部分包括执行部分固定座、机械臂、伸缩臂和持械臂。本实用新型的有益效果是：本实用新型根据操作部分的动作控制执行部分的动作，来完成腹腔镜手术，执行部分可模仿操作部分的动作，使本实用新型更容易被学习和操作；本实用新型的外力反馈装置可以使操作者操作时手部感受到一定的阻力，增强操作体验感并且可以有效防止操作人员误操作；本实用新型根据外力检测装置测量值控制外力反馈装置提供给操作者手部相应的力反馈，增强操作者操作的体验感和操作的准确性；本实用新型的执行更换部及其连接的执行臂可进行更换，防止交叉感染，并且极大的降低了持械臂的更换成本。

技术领域

本实用新型涉及手术机器人领域，尤其涉及一种单孔多臂腹腔镜手术机器人系统。

背景技术

腹腔镜手术具有创口小、手术恢复快的优势，已广泛应用于腹部外科、胸外科、妇科及泌尿外科；为了减轻医生的劳动强度，研发腹腔镜手术机器人系统具有迫切的需求；如何提高腹腔镜手术机器人的负载能力和刚性以及如何实现腹腔镜手术机器人的仿型控制、远程控制和控制操作的体验感更是研发腹腔镜手术机器人系统的重要难题。

发明内容

为了解决上述背景技术中提出的问题，本实用新型公开了一种单孔多臂腹腔镜手术机器人系统，包括执行部分、操作部分和控制器；所述执行部分包括执行部分固定座、机械臂、伸缩臂和持械臂；所述机械臂固定于所述执行部分固定座上；至少两个所述伸缩臂固定于所述机械臂的末端；所述伸缩臂的固定端固定于所述机械臂的末端；所述持械臂固定于所述伸缩臂的伸缩端；所述机械臂的末端至少具有沿平面X轴的平移运动、沿平面Y轴的平移运动、绕平面X轴的转动和绕平面Y轴的转动四个自由度；所述伸缩臂的伸缩端可沿着所述伸缩臂的长度方向移动；所述机械臂和所述伸缩臂的动作均由所述控制器进行控制；所述持械臂包括执行臂和执行臂驱动端；各所述执行臂均可穿过同一个套筒；所述执行臂包括n个执行关节，n为大于等于3的整数；i为1至n-1的整数，j为1至n-2的整数，p为1至n的整数；其中第i个执行关节的末端通过第i连接轴与第i+1个执行关节的首端铰接；第i个执行关节的末端配合有n-i+1个依次同轴叠放在一起的i级主动执行齿轮；第i连接轴上套置有n-i+1个i级过渡执行齿轮，第一个i级过渡执行齿轮至第n-i+1个i级过渡执行齿轮与第一个i级主动执行齿轮至第n-i+1个i级主动执行齿轮分别一一对应垂直啮合，第一个i级过渡执行齿轮与第i+1个执行关节的首端固定连接；第j+1个执行关节的首端配合有n-j个依次同轴叠放在一起j级从动执行齿轮，第一个j级从动执行齿轮至第n-j个j级从动执行齿轮与第二个j级过渡执行齿轮至第n-j+1个j级过渡执行齿轮分别一一对应垂直啮合；第n个执行关节的首端配合有一个n-1级从动执行齿轮，所述n-1级从动执行齿轮与第二个n-1 级过渡执行齿轮垂直啮合；第一个执行关节首端连接有一空心执行转轴；第i个执行关节内可转动的配合有n-i+1根自外向内依次穿套的i级空心执行转轴；第一个执行关节内的第p根一级空心执行转轴的一端分别和第p个一级主动执行齿轮连接；第j+1个执行关节末端的第一个j+1级主动执行齿轮至第n-j个的j+1级主动执行齿轮与第j+1个执行关节首端的第一个j级从动执行齿轮至第n-j个j级从动执行齿轮分别通过第j+1个执行关节内的第一根j+1级空心执行转轴至第n-j根j+1级空心执行转轴一一对应同轴连接；第n个执行关节中可转动配合有一与第n个执行关节首端的n-1级从动执行齿轮同轴连接的执行转动杆，所述执行转动杆和手术器械连接；所述执行臂驱动端固定有n+1个执行电机；各执行电机均连接有外力检测装置；所述外力检测装置包括外力检测行星齿轮系、外力检测法兰轴套、外力检测限位块和外力检测压力传感器；所述外力检测行星齿轮系包括外力检测小太阳轮、外力检测行星轮、外力检测大太阳轮和外力检测行星架；所述外力检测法兰轴套的法兰端固定于外力检测大太阳轮的端面；所述外力检测行星架的圆周面上相向设置有两个向外凸出的外力检测压力传递块；外力检测限位块设置有向内凹陷的外力检测压力传感器固定槽；外力检测压力传感器固定槽的两侧均固定有所述外力检测压力传感器；外力检测压力传递块卡入两个外力检测压力传感器之间；第一个执行电机的输出轴通过连接的外力检测装置控制空心执行转轴的转动；第二个执行电机至第n+1个执行电机的输出轴分别通过连接的外力检测装置控制第一根一级空心执行转轴至第n根一级空心执行转轴的转动；其中各外力检测行星架分别相对可转动的固定于相应的各执行电机；各外力检测限位块分别相对固定于各执行电机；所述第一个执行电机至第n+1个执行电机的动作均由所述控制器进行控制；各外力检测装置的外力检测压力传感器的测量值均传输至所述控制器；所述操作部分包括操作臂、显示器、操作部分固定座；所述两个操作臂分别铰接固定于所述操作部分固定座两侧；所述显示器固定于所述操作部分固定座上；所述操作臂包括操作臂固定座、第一个机械臂操作关节、第二个机械臂操作关节、第三个机械臂操作关节、持械臂操作臂和手持部；所述操作臂固定座铰接固定于所述操作部分固定座侧面；第一个机械臂操作关节可转动的固定于所述操作臂固定座，第二个机械臂操作关节可转动的固定于第一个机械臂操作关节，第三个机械臂操作关节可滑动的固定于第二个机械臂操作关节；所述持械臂操作臂可转动的固定于第三个机械臂操作关节；所述手持部可转动的固定于所述持械臂操作臂；第一个机械臂操作关节通过第一个转动轴可转动的固定于所述操作臂固定座上；所述操作臂固定座上固定有第一个位置传感器和第一个复位弹簧；第二个机械臂操作关节通过第二个转动轴可转动的固定于第一个机械臂操作关节上；第一个机械臂操作关节上固定有第二个位置传感器和第二个复位弹簧；第三个机械臂操作关节上固定有第三个位置传感器和第三个复位弹簧；所述持械臂操作臂包括n个操作关节，其中第i个操作关节的末端通过第i铰接轴与第i+1个操作关节的首端铰接，第i个操作关节的末端配合有n-i+1个依次同轴叠放在一起的i级主动操作齿轮；第i铰接轴上套置有n-i+1个i级过渡操作齿轮，第一个i级过渡操作齿轮至第n-i+1个i级过渡操作齿轮与第一个i级主动操作齿轮至第n-i+1个i级主动操作齿轮分别一一对应垂直啮合，第一个i级过渡操作齿轮与第i+1个操作关节的首端固定连接；第j+1个操作关节的首端配合有n-j个依次同轴叠放在一起的j级从动操作齿轮，第一个j级从动操作齿轮至第n-j个j级从动操作齿轮与第二个j级过渡操作齿轮至第n-j+1个j级过渡操作齿轮分别一一对应垂直啮合；第n个操作关节的首端配合有一个n-1级从动操作齿轮，所述n-1级从动操作齿轮与第二个n-1级过渡操作齿轮垂直啮合；第一个操作关节首端连接有一空心操作转轴；第i个操作关节内可转动的配合有n-i+1根自外向内依次穿套的i级空心操作转轴；第一个操作关节内的第p根一级空心操作转轴一端分别和第p个一级主动操作齿轮连接；第j+1个操作关节末端的第一个j+1级主动操作齿轮至第n-j个的j+1级主动操作齿轮与第j+1个操作关节首端的第一个j级从动操作齿轮至第n-j个j级从动操作齿轮分别通过第j+1个操作关节内的第一根j+1级空心操作转轴至第n-j根j+1级空心操作转轴一一对应同轴连接；第n个操作关节中可转动配合有一与第n个操作关节首端的n-1级从动操作齿轮同轴连接的操作转动杆；所述操作转动杆和手持部连接；第三个机械臂操作关节内固定有第四个位置传感器至第n+4个位置传感器；第一个操作关节首端通过空心操作转轴可转动的固定于第三个机械臂操作关节；所述空心操作转轴和第p根一级空心操作转轴均连接有外力反馈装置；所述外力反馈装置包括外力反馈涡轮、外力反馈蜗杆、外力反馈传动轴、外力反馈轴套、外力反馈弹簧、外力反馈压力传递板、外力反馈压力传感器、外力反馈限位板、外力反馈联轴器和外力反馈电机；外力反馈蜗杆和外力反馈涡轮啮合；外力反馈蜗杆可滑动的套置于外力反馈传动轴且外力反馈蜗杆相对于外力反馈传动轴不能转动；外力反馈传动轴的一端依次穿过外力反馈轴套、外力反馈弹簧、外力反馈压力传递板、外力反馈限位板通过外力反馈联轴器和外力反馈电机的输出轴连接；外力反馈传动轴的另一端依次穿过外力反馈轴套、外力反馈弹簧、外力反馈压力传递板、外力反馈限位板；外力反馈轴套、外力反馈压力传递板均可沿外力反馈传动轴的轴向滑动；外力反馈限位板和外力反馈压力传递板中间设置有外力反馈压力传感器；外力反馈弹簧将外力反馈轴套压紧于外力反馈蜗杆的轴端，将外力反馈压力传递板压紧于外力反馈压力传感器；所述各外力反馈装置的外力反馈涡轮分别套置于空心操作转轴和第p根一级空心操作转轴上；各外力反馈电机均固定于第三个机械臂操作关节；各外力反馈轴套均可在第三个机械臂操作关节内转动和滑动；各外力反馈传动轴两端的两个外力反馈限位板均固定于第三个机械臂操作关节；第一个位置传感器至第n+4个位置传感器的测量值均传输至所述控制器；所述各外力反馈压力传感器的测量值均传输至所述控制器；所述各外力反馈电机均由所述控制器控制。