一种微创手术辅助机器人的利记博彩app
【专利摘要】本发明提供了一种微创手术辅助机器人。本发明涉及的是手术机器人领域，具体涉及一种微创手术辅助机器人。该机器人旨在解决现有的机器人微创外科手术很难开出质量好，精度高的创口。该机器人由主轴起升机构，主轴旋转机构，主轴末端开闭机构三部分组成。起升机构，其主轴起升机构是采用电机通过联轴器带动滚珠丝杠螺母副，使动板在导轨副上实现升降功能。其主轴旋转机构是采用电机驱动两对齿轮把扭矩传递给长套筒，再传递给主轴，使主轴旋转。其主轴末端开闭机构是采用电机通过蜗轮蜗杆和一对齿轮传递扭矩，使转盘抬高，內杆拉伸，从而使末端手术器械闭合。
【专利说明】
一种微创手术辅助机器人
技术领域
[0001]本发明涉及的是医疗机器人领域，具体涉及一种微创手术辅助机器人。
【背景技术】
[0002]目前微创手术机器人以美国的达芬奇手术机器人为代表，而达芬奇机器人价格昂贵，限制了手术机器人在国内的广泛开展。且在做手术过程中必须由医生预先切皮、开孔、取标本等操作。并且号称“一哥”的达芬奇机器人，只能对软组织进行手术，对骨科手术束手无策。国内现有的手术机器人功能单一，精度上很难满足以腹腔镜为代表的微创外科技术的需求。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种微创手术辅助机器人。该机器人旨在解决现有的机器人微创外科手术很难开出质量好，精度高的创口。以及手术机器人很难解决骨科手术中的难题。采用微创手术辅助机器人可在更小的创口，更深的病灶，更复杂的软组织环境内辅助手术。能够进一步减轻医生及助手的工作强度，提高手术效率。机器人运动的准确性也会消除人手抖动带来的操作误差，提高手术的成功率。
[0004]本发明技术方案:
本发明采用的技术方案是:
一种微创手术辅助机器人，整体呈半圆柱状，其整体框架包括四块板和四根轴。四块板从上到下依次是顶板、动板、固定板和底板，动板可在顶板和固定板之间上下移动，其他三板固定。四根轴分别是丝杠，开闭轴，旋转轴和主轴。这四根轴在空间上相互平行，且开闭轴和主轴关于丝杠和旋转轴所在的平面对称分布。
[0005]优选的:该机器人包括主轴、主轴升降机构、主轴旋转机构、主轴末端开闭机构； 优选的:该机器人的主轴升降机构中包括第一电机、弹性柱销联轴器、滚针轴承、丝杠、
燕尾形导轨、矩形导轨、第一光电编码器、角接触球轴承、顶板、动板、底板、双列角接触球轴承、伞状壳体。所述的第一电机通过筋板固定在顶板上，第一电机通过弹性柱销联轴器与丝杠连接，丝杠与动板上带滚珠的螺母副配合，动板安装在燕尾形导轨和矩形导轨副上，丝杠的上端通过滚针轴承安装在顶板上，丝杠的下端通过角接触球轴承安装底板上，丝杠的下端还安装有第一光电编码器，主轴上端通过双列角接触球轴承安装在伞状壳体上，伞状壳体固定在动板上。
[0006]优选的:该机器人的主轴旋转机构中包括第二电机、第一齿轮、第二齿轮、旋转轴、滚针轴承、固定板、角接触球轴承、第三齿轮、第四齿轮、长套筒、大套筒、第二光电编码器、柱式测力传感器、电磁鼓式制动器。所述的第二电机采用立式固定在顶板上，第二电机轴端安装第一齿轮，与第一齿轮啮合的第二齿轮安装在旋转轴的上端，旋转轴与动板不接触，旋转轴通过角接触球轴承安装在固定板上，第三齿轮安装旋转轴下端的轴肩上，旋转轴下端通过滚针轴承安装在底板上，与第三齿轮啮合的第四齿轮安装在长套筒上，第四齿轮内孔为六角花键孔。第四齿轮下端靠在长套筒下端的轴肩上，大套筒套在长套筒外面，大套筒下端靠在第四齿轮上端面，大套筒上端顶在角接触球轴承的内圈上，再由圆螺母把轴承的内圈固定长套筒上端，第四齿轮下端安装有电磁鼓式制动器，电磁鼓式制动器下面安装有柱式测力传感器，主轴下端的凸体内还安装有第二光电编码器。
[0007]优选的:该机器人的主轴末端开闭机构中包括第三电机、蜗杆、涡轮、开闭轴、短套筒、轴承、第五齿轮、齿轮转盘、转盘、两个对顶长螺钉、小套管、大套管、小转盘、圆柱销、拉杆、第三光电编码器、微型测力传感器。所述的第三电机采用卧式安装在顶板上，蜗杆与电机同轴连接，涡轮安装在开闭轴轴端，开闭轴在动板的行程范围内开有矩形键槽，平键安装在槽内，短套筒套在开闭轴上成间隙配合，短套筒通过一对轴承安装到动板上，第五齿轮安装在短套筒的上端，与第五齿轮啮合的齿轮转盘下端通过一对角接触球轴承安装在法兰盘上，法兰盘固定在动板上，齿轮转盘上端带有转角为90度的螺旋槽，转盘上端装有两个对顶长螺钉，长螺钉上各装有小套管和大套管，转盘通过小套管旋合在齿轮转盘上端的螺旋槽中，转盘上的对顶螺钉上大套管安装在伞状壳体的长槽内，伞状壳体固定在动板上，主轴上端通过双列角接触球轴承的安装在伞状壳体上。主轴内部安装有一根拉杆，拉杆上端有销孔，在主轴对应位置开有长圆孔，圆柱销穿入主轴和拉杆，圆柱销的两端安装到小转盘中间带矩形槽的沉孔中。小转盘通过轴承安装在转盘上端的内孔中，拉杆安装在主轴内部且拉杆上端有销孔，拉杆通过圆柱销与主轴连接，微型测力传感器安装在拉杆的上端。伞状壳体上还安装有第三光电编码器，通过记录齿轮转盘的旋转角的变化，来记录内杆相对于主轴的轴向位移的变化量，来记录主轴末端手术剪的张开角度。
[0008]优选的:所述的主轴的外截面为正六边形，内表面为圆形通孔，主轴内部装有一根拉杆，拉杆的上端装有微型测力传感器，长套筒外表面为六角花键，内表面是截面为正六边形的通孔，长套筒的上端由角接触球轴承支撑，主轴的下端与长套筒形成间隙配合，长套筒的下端由推力轴承和滚针轴承组合支撑。长套筒上的推力轴承和角接触球轴承的预紧方法与一对背对背安装的角接触球轴承的预紧方法相同。主轴既能在长套筒内上下滑移，又能保持较好的径向精度。
[0009]优选的:所述的动板上的构件:采用短套筒由一对角接触球轴承支撑在动板上。齿轮转盘由一对角接触球轴承安装在法兰盘上，法兰盘由螺钉固定在动板上，装盘外圈旋合在齿轮转盘上。
[0010]优选的:所述的一种微创手术辅助机器人进行补充说明，整个系统中的轴承应采用陶瓷轴承，箱体四周必须封闭，以消除对手术区域的污染。
[0011]本发明的有益效果是:
I，本发明结构紧凑，刚度大，操作稳定，运动灵活；
2，本发明采用电机通过弹性柱销联轴器带动滚珠丝杠螺母副进行轴向传动进给。采用弹性柱销联轴器，缓冲吸震，降低噪声。采用滚动丝杠螺母副，定位精度高，传动效率高，同步性能好，使用寿命长；
3，本发明采用具有正六边形内孔的长套筒与正六边形主轴间隙配合，长套筒上端通过角接触球轴承支撑，长套筒下端通过滚针轴承和推力轴承组合支撑，使套筒的径向精度和回转精度明显提高，也使得长套筒能够承受更大的轴向力。套筒在自重的作用下实现自预紧，提高了主轴的回转精度。正六边形主轴与正六边形内孔的长套筒过度配合相对于传统的平键联接，这种联接既有利于长套筒对主轴传递更大的扭矩，又提高了主轴刚度，且减小了主轴的形变，从而提高了主轴的回转精度；
4，本发明采用齿轮与固定在长套筒底端的大齿轮啮合，长套筒内部的正六棱柱孔与正六棱柱形的主轴过渡配合，既向主轴传递了扭矩，又使主轴的径向误差降至最低；
5，本发明采用一对安装在动板上的第五齿轮与齿轮转盘啮合，使齿轮转盘旋转一定角度，就使内杆和主轴之间产生一定的轴向位移，从而使主轴末端剪刀顺利张开相应的角度。通过控制齿轮转盘旋转角来控制手术钳或手术剪的张开角。这方法不仅使手术钳或手术剪开闭更灵活，更精确；
6，本发明采用蜗轮蜗杆的自锁原理使末端手术钳或手术剪开闭灵活，可在张开的任意角度上锁死，可稳定的保持主轴末端的位置以及手术钳或手术剪的姿态，更有利于微创手术中的开创口，凝血，打结，结扎等操作；
7，主轴行程长且径向精度高，可以精确完成骨科手术中的打孔操作；
8，本发明的末端可安装多功能手术剪，手术钳，骨钻，机械手，内窥镜等不同微器械，可以执行简单的微创手术，可以辅助采集图像信息，也可以辅助执行复杂的骨科手术，因此，本发明具有多功能性。
【附图说明】
[0012]图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的整体结构主视的示意图；
图3是本发明的整体结构左侧视的示意图；
图4是本发明的整体结构俯视的示意图；
图5是本发明的主轴旋转机构的局部示意图；
图6是本发明的主轴下端的局部示意图；
图7是本发明的主轴末端的局部示意图；
图中11-顶板，12-动板，13-固定板，14-底板，15-背板，16-矩形导轨，17-燕尾形导轨，18-伞状壳体；
101-丝杠，102-第一电机，103-弹性柱销联轴器，104-滚针轴承，105-螺母副，106-第一光电编码器，107-角接触球轴承；
201-开闭轴，202-第三电机，203-蜗杆，204-蜗轮，205-平键，206-第五齿轮，207-轴承，208-短套筒，209-轴承，210-轴承；
301-旋转轴，302-第二电机，303-滚针轴承，304-角接触球轴承，305-第三齿轮，306-滚针轴承，307-第一齿轮，308-第二齿轮；
401-主轴，402-拉杆，403-长套筒，404-大套筒，405-手柄，406-双列角接触球轴承，407-伞状壳体，408-部件，409-圆螺母，410-角接触球轴承，418-主轴末端部件。491-第三光电编码器，492-微型测力传感器；
部件408中包括:481-齿轮转盘，482-转盘，483-对顶螺钉，484-小套管，485-大套管，486-深沟球轴承，487-小转盘，488-角接触球轴承，489-角接触球轴承，490-法兰盘；
主轴末端部件418中包括:412-电磁鼓式制动器，413-柱式测力传感器，414-推力轴承，415-第二光电编码器，416-滚针轴承，417-末端手术剪，419-卡簧挡圈。
[0013]【具体实施方式】:
结合图1到图7说明本实施方式，本实施方式的机器人包括主轴、主轴起升机构，主轴旋转机构，主轴末端开闭机构，主轴起升机构:第一电机102通过弹性柱销联轴器103带动丝杠101转动，丝杠101带动螺母105旋合，使动板12在燕尾形导轨17和矩形导轨16上实现升降功能。动板12带动伞状壳体407上下移动，伞状壳体407带动主轴401实现升降功能；
主轴旋转机构:第二电机302带动第一齿轮307转动，第一齿轮307与第二齿轮308啮合，第二齿轮308带动旋转轴301转动，旋转轴301上的第三齿轮305与长套筒403上的大第四齿轮411啮合，从而长套筒403带动主轴401旋转；主轴末端开闭机构:第三电机202带动蜗杆203，蜗杆203与涡轮204啮合，涡轮204安装在开闭轴201上端，涡轮204带动开闭轴201—起转动，开闭轴201带动短套筒208上端的第五齿轮206与齿轮转盘481啮合，齿轮转盘481在转盘上转动，转盘482通过小套管484在齿轮转盘481上的螺旋槽上向上爬行，转盘482带动小转盘487—起沿轴向移动，小转盘487拉动圆柱销，圆柱销提起拉杆402，拉杆402拉动手术剪417闭合。第三电机202反转，圆柱销压下拉杆402，拉杆402推动手术剪417张开。第三光电编码器487，微型测力传感器486通过记录拉杆的应力变化，来计算末端手抓的应力。
[0014]下面对本发明的具体使用方式作详细地描述:
具体使用方式一:软组织剪切
采用第一电机102通过弹性柱销联轴器103驱动丝杠101，丝杠101与动板12上的螺母副105配合，使动板12在燕尾形导轨17和矩形导轨16副上下降到指定位置。丝杠101下端安装有第一光电编码器106用来记录动板12的位置坐标。
[0015]采用第三电机202正转，带动蜗杆203，蜗杆203与涡轮204啮合，涡轮204带动开闭轴201，开闭轴201带动短套筒208上端的第五齿轮206与齿轮转盘481啮合，齿轮转盘481在转盘上扭转，转盘482通过小套管484在齿轮转盘481上的螺旋槽上向上爬行，转盘482带动小转盘487—起沿轴向拉高，小转盘487拉动圆柱销，圆柱销提起拉杆402，手术剪417闭合。第三电机202反转，圆柱销压下拉杆402，手术剪417张开。
[0016]采用第三电机202正反转交替，使圆柱销在平衡位置往复运动，手术剪417就能不断的张开和闭合。便于手术中的剪切操作顺利进行。
[0017]具体使用方式二:夹持内窥镜主轴401下2而夹持内规镜ο
[0018]采用第三电机202正传，带动蜗杆203，蜗杆203与涡轮204啮合，涡轮204带动开闭轴201，开闭轴201带动短套筒208上端的第五齿轮206与齿轮转盘481啮合，齿轮转盘481在转盘上扭转，转盘482通过小套管484在齿轮转盘481上的螺旋槽上向上爬行，转盘482带动小转盘487—起沿轴向拉高，小转盘487拉动圆柱销，圆柱销提起拉杆402，手术剪417闭合。
[0019]第一电机102通过弹性柱销联轴器103带动丝杠101转动，丝杠101与动板12上的螺母副105配合，使动板12在燕尾形导轨17和矩形导轨16副上下降到指定位置。丝杠101下端安装有第一光电编码器106用来记录动板的位置坐标。
[0020]第二电机302带动第一齿轮307，第一齿轮307与第二齿轮308啮合，第二齿轮308带动旋转轴301转动，旋转轴301上的第三齿轮305与长套筒上的大第四齿轮411啮合，长套筒403带动主轴401转动。用来调整内窥镜的转角。主轴401下端的凸体内还安装有第二光电编码器415用来记录旋转角度变化量，便于调整内窥镜的转角。[0021 ]具体使用方式三:骨骼钻孔
主轴401下端有左旋螺纹，用来安装骨钻。
[0022]第二电机302带动第一齿轮307，第一齿轮307与第二齿轮308啮合，第二齿轮308带动旋转轴301转动，旋转轴301上的第三齿轮305与长套筒403上的大第四齿轮411啮合，长套筒403带动主轴401正转。
[0023 ] 第一电机102通过弹性柱销联轴器103驱动丝杠1I转，丝杠1I与动板12上的螺母副105配合，使动板12在燕尾形导轨17和矩形导轨16上移动到指定位置，便于实现骨科手术中的钻孔操作。钻孔结束后，第一电机102反转，主轴上移到制定位置。
[0024]丝杠101下端安装有第一光电编码器106用来记录动板的位置坐标。主轴401上的大第四齿轮411下端安装有电磁鼓式制动器412，便于及时制动，防止过载。主轴401上的大第四齿轮411下端还安装有柱式测力传感器413，用来记录骨钻在打孔时主轴401末端所受的扭矩，，便于骨科手术顺利进行。主轴401下端的凸体内还安装有第二光电编码器415用来记录主轴实际转速。
【主权项】
1.一种微创手术辅助机器人，该机器人包括主轴、主轴升降机构、主轴旋转机构、主轴末端开闭机构，其特征在于: 所述的主轴升降机构中包括第一电机、弹性柱销联轴器、滚针轴承、丝杠、燕尾形导轨、矩形导轨、第一光电编码器、角接触球轴承、顶板、动板、底板、双列角接触球轴承、伞状壳体;所述的第一电机通过筋板固定在顶板上，第一电机通过弹性柱销联轴器与丝杠连接，丝杠与动板上的带滚珠的螺母副配合，动板安装在燕尾形导轨和矩形导轨副上，丝杠的上端通过滚针轴承安装在顶板上，丝杠的下端通过角接触球轴承安装在底板上，丝杠的下端还安装有第一光电编码器，主轴上端通过双列角接触球轴承安装在伞状壳体上，伞状壳体固定在动板上； 所述的主轴旋转机构中包括第二电机、第一齿轮、第二齿轮、旋转轴、滚针轴承、固定板、角接触球轴承、第三齿轮、第四齿轮、长套筒、大套筒、第二光电编码器、柱式测力传感器、电磁鼓式制动器;所述的第二电机固定在顶板上，第二电机轴端安装第一齿轮，第二齿轮安装在旋转轴的上端且与第一齿轮啮合，旋转轴通过角接触球轴承安装在固定板上，第三齿轮安装旋转轴下端的轴肩上，旋转轴下端通过滚针轴承安装在底板上，第四齿轮安装在长套筒上且与第三齿轮啮合，第四齿轮内孔为六角花键孔，第四齿轮下端靠在长套筒下端的轴肩上，大套筒套在长套筒外面，大套筒下端靠在第四齿轮的上端面，大套筒上端顶在角接触球轴承的内圈上，再由圆螺母把轴承的内圈固定长套筒上端，电磁鼓式制动器安装在第四齿轮下端，柱式测力传感器安装在电磁鼓式制动器下面，主轴下端安装在长套筒中，长套筒下端还安装有第二光电编码器;所述的主轴末端开闭机构中包括第三电机、蜗杆、涡轮、开闭轴、短套筒、轴承、第五齿轮、齿轮转盘、转盘、两个对顶长螺钉、小套管、大套管、小转盘、圆柱销、拉杆、第三光电编码器、微型测力传感器;所述的第三电机安装在顶板上，蜗杆与电机同轴连接，涡轮安装在开闭轴轴端，开闭轴在动板的行程范围内开有矩形键槽，平键安装在槽内，短套筒套在开闭轴上成间隙配合，短套筒通过一对轴承安装在动板上，第五齿轮安装在短套筒的上端，齿轮转盘下端通过一对角接触球轴承安装在法兰盘上且与第五齿轮啮合，法兰盘固定在动板上，齿轮转盘上端开有两个转角为90度的螺旋槽，转盘上端装有两个对顶长螺钉，长螺钉上各装有小套管和大套管，转盘通过小套管旋合在齿轮转盘上端的螺旋槽中，大套管通过对顶螺钉安装在伞状壳体的长槽内，伞状壳体上还安装有第三光电编码器，小转盘通过轴承安装在转盘上端的内孔中，拉杆安装在主轴内部且拉杆上端有销孔，拉杆通过圆柱销与主轴连接，微型测力传感器安装在拉杆的上端。2.根据权利要求1所述的一种微创手术辅助机器人，其特征在于所述的主轴上端的外截面为圆形，下端的外截面为正六边形，内表面为圆形通孔，在主轴与拉杆上的销孔对应位置开有长圆孔，圆柱销插入销孔和长圆孔中，圆柱销的两端安装到小转盘中间带矩形槽的沉孔中，主轴的下端与长套筒成间隙配合，长套筒外表面为六角花键，内表面是正六边形通孔，长套筒的上端由角接触球轴承支撑，长套筒的下端由推力轴承和滚针轴承组合支撑。3.根据权利要求1和2所述的一种微创手术辅助机器人，其特征在于整个系统中的轴承都采用陶瓷轴承，箱体四周必须封闭。
【文档编号】A61B17/00GK105919670SQ201610539690
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年7月11日
【发明人】王沫楠, 龚玉平, 陈琳, 李荣鹏, 赵兴辉
【申请人】哈尔滨理工大学