一种姿态调整机构及串联型微创手术用主操作手的制作方法

本发明涉及外科手术机器人技术领域，尤其是涉及一种姿态调整机构及串联型微创手术用主操作手。

背景技术：

随着科学技术的进步、医疗技术的发展以及二者之间技术的有益融合，以davincisurgicalsystem为代表的机器人辅助系统在微创手术中得到广泛的应用。其中，微创手术机器人主操作手在微创手术中具有十分重要的作用，外科医生通过它在手术过程中控制外科手术器械完成剪切、打结等动作。

目前市场上的力反馈主操作手均针对一般性应用场合，其构型设计和工作空间不符合微创手术需要，已经商用的微创手术机器人系统中的操作主手结构设计符合手术要求，但不具备力反馈功能。申请号为cn201410284253公开了“一种全被动型六自由度主操作手”，整体均为被动结构，不具备力反馈功能。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供一种姿态调整机构，以至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

本发明的另一个目的在于提供一种具有上述姿态调整机构的串联型微创手术用主操作手。

为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案；

本发明第一方面提供一种姿态调整机构，包括驱动装置和与其分别连接的第一关节杆件、第二关节杆件和第三关节杆件，所述第一关节杆件、第二关节杆件和第三关节杆件的一端分别对应的设置有第一关节配重件、第二关节配重件和第三关节配重件，所述第一关节配重件、第二关节配重件和第三关节配重件分别用于对所述第一关节杆件、第二关节杆件和第三关节杆件的重力补偿，以实现第一关节杆件、第二关节杆件和第三关节杆件的悬浮平衡，且所述驱动装置负责反馈对应部件的操作力和力矩驱动。

在上述技术方案中，进一步的，所述驱动装置包括第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构，所述第一驱动机构与所述第一关节杆件相连接，并驱动所述第一关节杆件移动，所述第二驱动机构与所述第二关节杆件相连接，并驱动所述第二关节杆件移动，所述第三驱动机构与所述第三关节杆件相连接，并驱动所述第三关节杆件移动。

在上述任一技术方案中，进一步的，所述第一驱动机构包括第一驱动电机和第一关节齿轮箱，所述第一驱动电机通过所述第一关节齿轮箱驱动所述第一关节杆件。

在上述任一技术方案中，进一步的，所述第二驱动机构包括第二驱动电机和第二关节齿轮箱，所述第二驱动电机通过所述第二关节齿轮箱驱动所述第二关节杆件。

在上述任一技术方案中，进一步的，所述第三驱动机构包括第三驱动电机和第三关节齿轮箱，所述第三驱动电机通过所述第三关节齿轮箱驱动所述第三关节杆件。

在上述任一技术方案中，进一步的，所述第一驱动电机连接有第一关节电位器，用于测量第一驱动电机的位置信息。

在上述任一技术方案中，进一步的，所述第一关节齿轮箱为锥形齿轮箱。

在上述任一技术方案中，进一步的，所述第一关节杆件、第二关节杆件和第三关节杆件分别呈l型杆件。

本发明第二方面提供了一种串联型微创手术用主操作手，包括第一方面技术方案提供的所述的姿态调整机构和夹持机构；

所述姿态调整机构通过第四关节轴与所述夹持机构相连接，所述第四关节轴的第四关节配重件设置在所述夹持机构上，且所述第一关节杆件、第二关节杆件、第三关节杆件和第四关节轴的关节轴的轴线分别交汇于一点，交汇点位于所述夹持机构的末端。

在上述任一技术方案中，进一步的，所述第四关节轴由第四驱动电机通过第四关节齿轮箱驱动，以使夹持机构绕所述第四关节轴的轴线旋转，且第四驱动电机的位置信息由第四关节电位器测量。

采用上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

本发明提供的姿态调整机构，第一关节杆件、第二关节杆件和第三关节杆件的一端分别对应的设置有第一关节配重件、第二关节配重件和第三关节配重件，第一关节配重件、第二关节配重件和第三关节配重件分别用于对第一关节杆件、第二关节杆件和第三关节杆件的重力补偿，以实现第一关节杆件、第二关节杆件和第三关节杆件的悬浮平衡，且驱动装置负责反馈对应部件的操作力和力矩驱动，提高了力反馈精度。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的串联型微创手术用主操作手的结构示意图；

图2为图1所示的姿态调整机构的结构示意图；

图3为图2中姿态调整机构的内部驱动结构示意图；

图4为图1所示的夹持机构与姿态调整机构的装配结构示意图。

附图标记：

1-姿态调整机构；2-夹持机构；101-第一关节杆件；102-第一关节配重件件；103-第二关节杆件；104-第二关节配重件；105-第三关节杆件；106-第三关节配重件；107-第一关节电位器；108-第一驱动电机；109-第一关节齿轮箱；110-第二关节电位器；111-第二驱动电机；112-第二关节齿轮箱；113-第三关节电位器；114-第三驱动电机；115-第三关节齿轮箱；116-第四关节电位器；117-第四驱动电机；118-第四关节齿轮箱；200-串联型微创手术用主操作手。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合具体的实施方式对本发明做进一步的解释说明。

图1为本发明实施例提供的串联型微创手术用主操作手的结构示意图；图2为图1所示的姿态调整机构的结构示意图；图3为图2中姿态调整机构的内部驱动结构示意图；图4为图1所示的夹持机构与姿态调整机构的装配结构示意图。

实施例一

如图2-3所示，本实施例提供的姿态调整机构1，包括驱动装置和与其分别连接的第一关节杆件101、第二关节杆件103和第三关节杆件105，所述第一关节杆件101、第二关节杆件103和第三关节杆件105的一端分别对应的设置有第一关节配重件102、第二关节配重件104和第三关节配重件106，所述第一关节配重件102、第二关节配重件104和第三关节配重件106分别用于对所述第一关节杆件101、第二关节杆件103和第三关节杆件105的重力补偿，以实现第一关节杆件101、第二关节杆件103和第三关节杆件105的悬浮平衡，且所述驱动装置负责反馈对应部件的操作力和力矩驱动。

在上述实施例的一个可选的实施方式中，所述驱动装置包括第一驱动机构、第二驱动机构和第三驱动机构，所述第一驱动机构与所述第一关节杆件101相连接，并驱动所述第一关节杆件101移动，所述第二驱动机构与所述第二关节杆件103相连接，并驱动所述第二关节杆件103移动，所述第三驱动机构与所述第三关节杆件105相连接，并驱动所述第三关节杆件105移动。

具体地，如图2-3所示，所述第一驱动机构包括第一驱动电机108和第一关节齿轮箱109，所述第一驱动电机108通过所述第一关节齿轮箱109驱动所述第一关节杆件101。

所述第二驱动机构包括第二驱动电机111和第二关节齿轮箱112，所述第二驱动电机111通过所述第二关节齿轮箱112驱动所述第二关节杆件103。

所述第三驱动机构包括第三驱动电机114和第三关节齿轮箱115，所述第三驱动电机114通过所述第三关节齿轮箱115驱动所述第三关节杆件105。

需要说明的是，所述第一驱动电机108连接有第一关节电位器107，用于测量第一驱动电机108的位置信息；

所述第二驱动电机111连接有第二关节电位器110，用于测量第二驱动电机111的位置信息；

所述第三驱动电机114上连接有第三关节电位器113，用于测量第三驱动电机114的位置信息。

另外，需要说明的是，所述第一关节齿轮箱109为锥形齿轮箱，第二关节齿轮箱112也为锥形齿轮箱，第三关节齿轮箱115也为锥形齿轮箱，当然，齿轮箱也可以为别的可以实现的齿轮箱。

在上述实施例的一个可选的实施方式中，如图2所示，所述第一关节杆件101、第二关节杆件103和第三关节杆件105分别呈l型杆件。

在该实施方式中，每个杆件分别呈l型设置，使其转动自由空间范围大。

实施例二

如图1和图4所示，本发明的实施例二提供了一种串联型微创手术用主操作手200，包括实施一中任一项技术方案所述的姿态调整机构1和夹持机构2；

所述姿态调整机构1通过第四关节轴与所述夹持机构2相连接，所述第四关节轴的第四关节配重件设置在所述夹持机构2上，如图2所示，且所述第一关节杆件101的关节轴的轴线j、第二关节杆件103的关节轴的轴线k、第三关节杆件105的关节轴的轴线l和第四关节轴的关节轴的轴线o分别交汇于一点，交汇点位于所述夹持机构2的末端。

具体地，所述第四关节轴由第四驱动电机117通过第四关节齿轮箱118驱动，以使夹持机构2绕所述第四关节轴的轴线旋转，且第四驱动电机117的位置信息由第四关节电位器116测量。

在此，需要说明的是，第四关节齿轮箱118为锥形齿轮箱，当然也可以为其它形式的齿轮箱，只要能实现驱动第四关节轴，以使夹持机构2绕其转动。

姿态调整机构1的四个旋转关节，其中一个为冗余关节即第一关节杆件101的关节轴，由四个电机通过锥形齿轮箱直接驱动，调整冗余关节可避免另外三个关节轴处于奇异点,由于在奇异点处机构的自由度数减少，灵活性变差，本方案的设计，提高了灵活性。

综上所述，本发明提供的姿态调整机构，第一关节杆件、第二关节杆件和第三关节杆件的一端分别对应的设置有第一关节配重件、第二关节配重件和第三关节配重件，第一关节配重件、第二关节配重件和第三关节配重件分别用于对第一关节杆件、第二关节杆件和第三关节杆件的重力补偿，以实现第一关节杆件、第二关节杆件和第三关节杆件的悬浮平衡，且驱动装置负责反馈对应部件的操作力和力矩驱动，提高了力反馈精度。

姿态调整机构由四个旋转关节组成，四个关节轴线交于一点，实现姿态解耦，姿态调整四个关节中的一个为冗余关节，通过调整冗余关节，可使另外三个关节远离奇异点，操作主手的各个关节采用配重方式实现重力补偿，电机只负责反馈操作力和力矩，从而提高力反馈精度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在上面的权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。