一種用於微創手術且結構對稱的機構的製作方法

2023-10-05 15:38:24 5

本發明涉及一種用於微創手術且結構對稱的機構，屬於微創手術設備技術領域。

背景技術：

微創手術與傳統的開膛手術相比具有如下優點：切口小，損傷輕，安全有效，可以避免臟器暴露在空氣中以減少感染；可以減少病人手術後的痛苦，病人康復較快並且可在術後短期內恢復正常活動，治療效果等於或高於傳統外科手術方法；術後傷口比傳統外科手術美觀，癒合後疤痕小。而隨著微創手術在臨床手術中的不斷應用和發展，具有更高手術精度和操作便捷性的微創手術機器人也應運而生了。1994年美國computermotion公司研製了第一臺協助微創手術的內窺鏡自動定位系統即aesop機器人，它採用串聯結構；1998年推出zeus微創手術操作機器人，該系統採用主從操作技術；2000年davinci系統研製成功並於當年7月經美國fda批准成為允許在臨床使用的第一個合法的商品化手術機器人，它已經用於臨床並取得很好的效果。

但由於現有的微創手術機器人體積較大、結構複雜、控制繁瑣、費用較高，在推廣應用時還受到較多局限，需要進一步改進。針對目前現有技術中存在的上述缺陷，實有必要進行研發，解決現有技術中存在的缺陷。

技術實現要素：

針對現有技術的缺陷，本發明的目的在於提供一種體積小，結構緊湊，控制簡單，成本低的一種用於微創手術且結構對稱的機構。

為實現上述目的，本發明的技術方案為：

一種用於微創手術且結構對稱的機構，包括圓環形底座、動平臺、手術器械安裝件和四個分支機構，所述的分支機構上端與動平臺相連，下端通過運動副活動連接在圓環形底座上；所述的每個分支機構中相鄰的連杆通過運動副相連接，且分支機構與圓環形底座通過圓柱副相連接。本發明為並聯機構，每個分支機構均為五自由度，分支機構的轉動及轉向更加靈活，達到轉動無死角的要求；四個分支機構共同驅動手術工具進行運動不僅保證較高的剛度，而且運動累計誤差小於串聯機構，提高手術精度。進一步地，所述的動平臺上設有用於微創手術的手術器械安裝件。

進一步地，所述四個分支機構等間距的分布在圓環形底座上並分別與動平臺相連接，控制動平臺運動，從而驅動手術工具運動。

進一步地，所述的四個分支機構中的兩個分支機構包括依次連接在動平臺與圓環形底座之間的第一螺旋副、第一連杆、第二轉動副、第二連杆、第三轉動副、第三連杆、圓柱副的鉸接套以及作為圓柱副滑動軌道的滑杆。

進一步地，所述的四個分支機構中的其他兩個分支機構包括依次連接在第一螺旋副與圓環形底座之間的第一旋轉副、第一連杆、第二轉動副、第二連杆、第三轉動副、第三連杆、圓柱副的鉸接套以及作為圓柱副滑動軌道的滑杆。

進一步地，第二轉動副軸線與第三轉動副軸線互相平行並且垂直於第一轉動副軸線以及圓柱副旋轉軸線；所有圓柱副旋轉軸線均同時相交於第一轉動副軸線上的一固定點。

每個分支機構均為五自由度，分支機構的轉動及轉向更加靈活，達到轉動無死角的要求；四個分支機構共同驅動手術工具進行運動不僅保證較高的剛度，而且運動累計誤差小於串聯機構，提高手術精度。

進一步地，四個分支中圓柱副中的移動副設置相應的伺服電機進行驅動。

進一步地，手術器械安裝件的下端連接手術工具，通過圓環形底座的中部空腔伸入圓環形底座下方；手術器械安裝件的轉動軸線與第一轉動副的圓環形槽的軸線共軸且通過o點。本發明不僅滿足微創手術的要求，而且減小對切口的傷害，安全性較高。

進一步地，人體的切口位置放有穿刺套管，手術工具穿過穿刺套管後伸入人體內；所述四個分支機構控制手術工具的運動，包括以切口位置作為原點的擺動、沿著手術器械安裝件軸線方向的伸縮，以及繞工具軸線的旋轉。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

1.本發明為並聯機構，每個分支機構均為五自由度，分支機構的轉動及轉向更加靈活，達到轉動無死角的要求；四個分支機構共同驅動手術工具進行運動不僅保證較高的剛度，而且運動累計誤差小於串聯機構，提高手術精度。

2.本發明不僅滿足微創手術的要求，而且減小對切口的傷害，安全性較高。

3.本發明選用四個分支圓柱副中的移動副作為驅動件，實現了微創手術所需的三個轉動一個移動自由度，在手術工具上方不用安裝旋轉電機，降低了動平臺的質量，提高了機構的動力學性能。

4.本發明可用作教學培訓的模擬手術器具；因此，本發明對於提高微創手術的進一步推廣具有重要意義。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明一種分支機構示意圖；

圖3為本發明另一種分支機構示意圖；

圖4為本發明工作狀態示意圖。

附圖標記說明：

圖中：11-第一連杆；12-第二連杆；13-第三連杆；14-滑杆；21-第一轉動副；22-第二轉動副；23-第三轉動副；24-圓柱副；31-第四連杆；32-第五連杆；33-第六連杆；34-滑杆；41-第四轉動副；42-第五轉動副；43-球副；5-圓環形底座；51-中部空腔；6-動平臺；7-手術工具；9-切口位置；10-穿刺套管。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

相反，本發明涵蓋任何由權利要求定義的在本發明的精髓和範圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本發明有更好的了解，在下文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本發明。

如圖1-4所示，一種用於微創手術且結構對稱的機構，包括圓環形底座5、動平臺6、手術器械安裝件和四個分支機構，所述的分支機構上端與動平臺6相連，下端通過運動副活動連接在圓環形底座5上；所述的每個分支機構中相鄰的連杆通過運動副相連接，分支機構與圓環形底座5通過圓柱副24相連接。

所述的動平臺6上設有用於微創手術的手術器械安裝件。所述四個分支機構等間距的分布在圓環形底座5上並分別與動平臺6相連接，控制動平臺6運動。

所述的四個分支機構中的兩個分支機構包括依次連接在動平臺6與圓環形底座5之間的第一轉動副21、第一連杆11、第二轉動副22、第二連杆12、第三轉動副23、第三連杆13、圓柱副24的鉸接套以及作為圓柱副24滑動軌道的滑杆14。第二轉動副22軸線與第三轉動副23軸線互相平行並且垂直於第一轉動副21軸線以及圓柱副24旋轉軸線；所有圓柱副24旋轉軸線均同時相交於第一轉動副21軸線上的一固定點。

所述的三個分支機構中的一個分支機構包括依次連接在動平臺6與圓環形底座5之間的第四轉動副41、第四連杆31、第五轉動副42、第五連杆32以及與圓環形底座5相連的球副43。

手術器械安裝件的下端連接手術工具7，通過圓環形底座5的中部空腔51伸入圓環形底座5下方；手術器械安裝件的轉動軸線與第一轉動副21的圓環形槽的軸線共軸且通過o點。

人體的切口位置9放有穿刺套管10，手術工具7穿過穿刺套管10後伸入人體內；所述三個分支機構控制手術工具7的運動，包括以切口位置9作為原點的擺動、沿著手術器械安裝件軸線方向的伸縮，以及在電機8驅動下的旋轉。

轉動副、圓柱副24、球副43、滑動副分別設置相應的伺服電機或步進電機進行驅動。優選地是伺服電機，伺服電機控制程序簡單並且能夠準確控制旋轉量，可以有效提高本發明的運動精度。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。