本发明涉及一种机器人，尤其涉及一种微创腹腔手术机器人。
背景技术：
微创腹腔手术作为现代医学手术的一部分，已经广泛应用于临床上，治疗人类各种腹腔疾病，但是传统腹腔手术需要医生的眼手相结合，凭借医生的经验来进行手术，手术过程中难免会出现颤抖，导致创口面积过大，患者术后恢复慢的情况发生，同时长时间的站立手术，医生的疲劳操作会引起手术器械精准程度的偏差。
近年来，医用机器人，特别是外科手术机器人的研究和开发方面得到了快速的发展。外科手术机器人在稳定性、安全性以及可行性的方面上显示出突出的优势，可增加手术的准确度，提高手术的质量；一定情况下，也可减少手术中的出血量和药物的使用量，既可减轻患者的痛苦，又有利于术后的快速痊愈。
cn103006329b公开了一种多关节单创口腹腔微创手术机器人及其操作机构，由机械臂和动力部分组成，所述机械臂包含一个连接架和结构相同的两条手臂，每条所述手臂包含一条连接臂和一个尖端机械手，所述尖端机械手末端装有刀头，所述两个尖端机械手分别可拆卸地安装在所述两条连接臂末端，而所述两条连接臂分别安装在所述连接架的两侧，所述连接架通过连接管与所述动力部分可拆卸连接。所述操作机构安装在一个具有4个自由度的机器人上。上述微创手术机器人的自由度较少，对于复杂动作的执行精度不高，不能达到相对理想的自动化和智能化程度。
由此可见，现有技术有待于进一步的改进和提高。
技术实现要素：
本发明为避免上述现有技术存在的不足之处，提供了一种微创腹腔手术机器人，其各部分动作协调，同步性好，空中姿态调节灵活。
本发明所采用的技术方案为：
一种微创腹腔手术机器人，包括底座及设置在底座上方的手术机械箱和驱动系统；所述驱动系统包括x向平移驱动装置、y向平移驱动装置以及z向升降驱动装置，x向平移驱动装置用于带动所述z向升降驱动装置、y向平移驱动装置、手术机械箱一起沿x轴方向作往复直线运动，z向升降驱动装置用于带动所述y向平移驱动装置、手术机械箱一起沿z轴方向作往复升降运动，y向驱动装置用于带动所述手术机械箱沿y轴方向作往复直线运动；所述手术机械箱包括箱体以及沿箱体周向均布的多组手术装置，各所述手术装置均包括两个相邻设置的第一电机、一根手术臂、用于将相邻两个第一电机的动力传递至手术臂的传动机构、设置在手术臂底端的手术器具、用于辅助手术臂实现摆动的摆动件以及用于辅助手术臂实现枢转的枢转组件；所述枢转组件包括转动轴和连接架，连接架的一端与箱体的底部相连，转动轴的一端与连接架的另一端转动连接、另一端与所述摆动件的一端相铰接，摆动件的另一端与手术臂的下部相连，手术臂在传动机构和相邻两第一电机的带动下绕摆动件和转动轴的铰接处上下摆动，手术臂在传动机构和相邻两第一电机的带动下绕转动轴和连接架的连接处枢转；各所述传动机构均包括第一滑块、两根传动轴、两套连杆组件和两套球面副，第一滑块套置在手术臂的上部，且第一滑块与手术臂之间设置有直线轴承，第一滑块可沿手术臂滑动或转动，两根传动轴分别与同一手术装置的两个第一电机相连，两套连杆组件分别与两根传动轴和两套球面副相连，各连杆组件均包括第一连杆和第二连杆，第一连杆的一端与传动轴转动连接、另一端与第二连杆的一端相铰接，第二连杆的另一端与球面副相连，两套球面副分别设置在第一滑块的两侧并与第一滑块相连；当同一手术装置中的两个第一电机转速一致且转向相反时，手术臂绕摆动件和转动轴的铰接处上下摆动；当同一手术装置中的两个第一电机转速有差且转向一致时，手术臂绕转动轴和连接架的连接处枢转。
所述箱体包括上定位盘、下定位盘以及设置在上、下定位盘之间的腔体，所述第一连杆和第二连杆均位于上定位盘的上方，各第一电机安装在腔体外侧壁上，各第一电机的输出轴与所述传动轴相连，传动轴穿过上定位盘后与所述第一连杆转动连接；所述下定位盘的底端面上设置有凸台，凸台的截面呈十字型，所述连接架与凸台相连。
所述x向平移驱动装置包括用于安装所述z向升降驱动装置的第一联动架以及带动所述第一联动架沿x轴方向作直线往复运动的x向平移驱动机构。
所述x向平移驱动机构包括第二电机、齿轮及与齿轮相适配的齿条，齿条固定在底座的顶端面上且沿x轴方向铺设，齿轮与第二电机的输出轴相连，第一联动架包括依次相连的电机安装板、水平撑板和竖向撑板，所述z向升降驱动装置安装在竖向撑板上，第二电机安装在电机安装板上，第二电机驱动齿轮旋转并在齿条的作用下沿x轴方向移动，从而通过水平撑板、竖向撑板带动z向升降驱动装置沿x轴方向同步移动。
所述机器人还包括x向导向机构，x向导向机构包括沿x轴方向设置的水平导轨、导向滑块及用于安装所述水平导轨的安装板，安装板设置在底座顶端一侧且安装板沿竖直方向设置，水平导轨与安装板固连，导向滑块设置在所述第一联动架的背侧，且导向滑块上开设有与所述水平导轨相适配的导向滑槽。
所述z向升降驱动装置包括用于安装所述y向平移驱动装置的第二联动架以及带动所述第二联动架沿z轴方向升降的z向升降驱动机构。
所述z向升降驱动机构包括第三电机及由第三电机驱动的第一滚珠丝杠副，第一滚珠丝杠副包括相互适配的第一丝杠和第一丝杠螺母，第一丝杠螺母安装在第二联动架上，第一丝杠沿z轴方向设置，第一丝杠与第三电机的输出轴相连，且第一丝杠穿过所述第一丝杠螺母，第三电机通过第一丝杠、第一丝杠螺母带动所述第二联动架做升降运动；所述z向升降驱动装置还包括z向导向机构，z向导向机构包括竖向导向杆，竖向导向杆安装在第一联动架上且竖向导向杆位于第一丝杠的一侧，第二联动架的一端套置在竖向导向杆上，在升降运动的过程中，第二联动架沿竖向导向杆上下滑移。
所述y向平移驱动装置包括联动块和y向平移驱动机构，联动块的底端与所述箱体相连，所述y向平移驱动机构用于带动联动块沿y轴方向作往复直线运动。
所述y向平移驱动机构包括第四电机及由第四电机驱动的第二滚珠丝杠副，第四电机设置在第二联动架上，第二滚珠丝杠副包括相适配的第二丝杠和第二丝杠螺母，第二丝杠螺母安装在联动块上，第二丝杠沿y轴方向设置，第二丝杠与第四电机的输出轴相连，且第二丝杠穿过所述第二丝杠螺母，第四电机通过第二丝杠、第二丝杠螺母带动所述联动块沿y轴方向作往复直线运动；所述y向平移驱动装置还包括y向导向机构，y向导向机构包括y向导向杆，y向导向杆安装在第二联动架上且y向导向杆位于第二丝杠的一侧，联动块套置在y向导向杆上，联动块沿y向导向杆作往复直线运动。
所述机器人还包括行走机构，行走机构包括设置在底座下部的多个行走轮。
由于采用了上述技术方案，本发明所取得的有益效果为：
1、本发明整体结构简单，布局紧凑合理，运动空间大，各运动部件之间动作协调性好，操控灵活，运行稳定且无累积误差，特别是，其运转过程中各动作执行的精度高，灵敏度和协调性好，利用本发明能够显著地提高腹腔手术的效率和质量。
2、本发明在稳定性、安全性以及可行性的方面上具有突出的优势，提高了手术操作的准确度，提高手术的质量。利用本发明进行腹腔手术的操作，在一定情况下，可减少手术中的出血量和药物的使用量，既可减轻患者的痛苦，又有利于术后的快速痊愈。
附图说明
图1为本发明中机器人的轴测图。
图2为本发明中手术机械箱除去手术器具的轴测图。
图3为本发明中机器人的侧视图。
图4为本发明中机器人的主视图。
图5为本发明中机器人的俯视图。
其中，
1、底座2、齿条3、齿轮4、第二电机5、电机安装板6、水平撑板7、竖向撑板8、安装板9、水平导轨10、导向滑块11、第三电机12、第一丝杠13、竖向导向杆14、第二联动架15、第四电机16、联动块17、上定位盘18、下定位盘19、腔体20、凸台21、手术臂22、摆动件23、转动轴24、连接架25、第一滑块26、球面副27、第二连杆28、第一连杆29、传动轴30、第一电机31、第二丝杠32、y向导向杆33、行走轮
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施例。
为方便描述，将所述底座的长度方向定义为x轴方向，将底座的高度方向定义为z轴方向，将与x轴、z轴所配合形成的平面正交的方向定义为y轴方向。
如图1至图5所示，一种微创腹腔手术机器人，包括底座1及设置在底座1上方的手术机械箱和驱动系统。所述驱动系统包括x向平移驱动装置、y向平移驱动装置以及z向升降驱动装置。
所述手术机械箱包括箱体以及沿箱体周向均布的三组手术装置。各所述手术装置均包括两个相邻设置的第一电机30、一根手术臂21、用于将相邻两个第一电机30的动力传递至手术臂21的传动机构、设置在手术臂21底端的手术器具、用于辅助手术臂21实现摆动的摆动件22以及用于辅助手术臂21实现枢转的枢转组件。
具体的来说：所述箱体包括上定位盘17、下定位盘18以及设置在上、下定位盘之间的腔体19。所述下定位盘18的底端面上设置有凸台20，凸台20的截面呈十字型。所述腔体19的中央开设有用于安装下述联动块16的槽口。各第一电机30安装在腔体19外侧壁上且沿腔体19外侧壁均布。
所述枢转组件包括转动轴23和连接架24。各连接架24的一端分别连接所述凸台20的三个端头，且各连接架24与凸台20之间为可拆卸式连接。所述转动轴23的一端与连接架24的另一端转动连接、另一端与所述摆动件22的一端相铰接。所述摆动件22的另一端与手术臂21的下部相连。
各所述传动机构均包括第一滑块25、两根传动轴29、两套连杆组件和两套球面副26。所述第一滑块25套置在手术臂21的上部，且第一滑块25与手术臂21之间设置有直线轴承，从而使第一滑块25既可沿手术臂21滑动，又可沿手术臂21转动。
属于同一手术装置中的两根传动轴29分别与两个第一电机30的输出轴相连，并由相应的第一电机30驱动旋转，因传动轴29需穿过上定位盘17后与下述第一连杆28转动连接，因此，传动轴29与上定位盘17之间设置有滚动轴承，各滚动轴承与传动轴29之间为过渡配合。
属于同一手术装置中的两套连杆组件分别与两根传动轴29和两套球面副26相连。具体来讲，各连杆组件均包括第一连杆28和第二连杆27，所述第一连杆28和第二连杆27均位于上定位盘17的上方。第一连杆28的一端与传动轴29转动连接、另一端与第二连杆27的一端相铰接，第二连杆27的另一端与球面副26相连，两套球面副26分别设置在第一滑块25的两侧并与第一滑块25相连。
当同一手术装置中的两个第一电机30转速一致且转向相反时，各手术臂21在相应的第一电机30和传动机构的带动下绕摆动件22和转动轴23的铰接处上下摆动。
当同一手术装置中的两个第一电机30转速有差且转向一致时，各手术臂21在相应的第一电机30和传动机构的带动下绕转动轴23和连接架24的连接处枢转。
所述x向平移驱动装置用于带动所述z向升降驱动装置、y向平移驱动装置、手术机械箱一起沿x轴方向作往复直线运动。所述x向平移驱动装置包括用于安装所述z向升降驱动装置的第一联动架以及带动所述第一联动架沿x轴方向作直线往复运动的x向平移驱动机构。
具体地来说：所述x向平移驱动机构包括第二电机4、齿轮3及与齿轮3相适配的齿条2，齿条2固定在底座1的顶端面上且沿x轴方向铺设，齿轮3与第二电机4的输出轴相连。第一联动架包括依次相连的电机安装板5、水平撑板6和竖向撑板7，所述z向升降驱动装置安装在竖向撑板7上，第二电机4安装在电机安装板5上，第二电机4驱动齿轮3旋转并在齿条2的作用下沿x轴方向移动，从而通过水平撑板6、竖向撑板7带动z向升降驱动装置沿x轴方向同步移动。
需要说明的是，所述x向平移驱动机构并不仅仅局限于所述的第二电机4与齿轮3、齿条2相配合的结构形式，还可以采用其他结构组合方式，例如，采用液压缸或气缸直接驱动水平撑板6，使其沿x轴方向平移的组合方式，又比如，采用电机+滚珠丝杠副的配合方式，再比如，采用由微型直线电机驱动水平撑板6沿x轴方向平移的方式，只要能够满足带动所述第一联动架沿x轴方向平移即可。
所述机器人还包括x向导向机构，x向导向机构包括沿x轴方向设置的水平导轨9、导向滑块10及用于安装所述水平导轨9的安装板8。安装板8设置在底座1顶端一侧且安装板8沿竖直方向设置，水平导轨9与安装板8固连，导向滑块10设置在所述竖向撑板7的背侧，导向滑块10与竖向撑板7之间为可拆卸式连接，导向滑块10上开设有与所述水平导轨9相适配的导向滑槽。x向导向机构的设置保证了x向平移驱动装置能够顺利带动所述z向升降驱动装置、y向平移驱动装置、手术机械箱一起沿x轴方向作往复直线运动。
所述z向升降驱动装置用于带动所述y向平移驱动装置、手术机械箱一起沿z轴方向作往复升降运动。所述z向升降驱动装置包括用于安装所述y向平移驱动装置的第二联动架14以及带动所述第二联动架14沿z轴方向升降的z向升降驱动机构。
具体地来说，所述z向升降驱动机构包括第三电机11及由第三电机11驱动的第一滚珠丝杠副，第一滚珠丝杠副包括相互适配的第一丝杠12和第一丝杠螺母，第一丝杠螺母安装在第二联动架14上，第一丝杠12沿z轴方向设置，第一丝杠12与第三电机11的输出轴相连，且第一丝杠12穿过所述第一丝杠螺母，第三电机11通过第一丝杠12、第一丝杠螺母带动所述第二联动架14做升降运动。
需要说明的是，所述z向升降驱动机构并不仅仅局限于所述的第三电机11与第一滚珠丝杠副相配合的结构形式，还可以采用其他结构组合方式，例如，采用液压缸或气缸直接驱动第二联动架14，使其沿z轴方向升降的组合方式，又比如，采用由微型直线电机驱动第二联动架14沿z轴方向升降的方式，只要能够满足带动所述第二联动架沿z轴方向升降即可。
所述z向升降驱动装置还包括z向导向机构，z向导向机构包括两根竖向导向杆13，两根竖向导向杆13分别安装在竖向撑板7上，且两根竖向导向杆13分别位于第一丝杠12的两侧，第二联动架14的一端套置在竖向导向杆13上，在升降运动的过程中，第二联动架14沿竖向导向杆13上下滑移。
所述y向驱动装置用于带动所述手术机械箱沿y轴方向作往复直线运动。所述y向平移驱动装置包括联动块16和y向平移驱动机构，联动块16的底端安装在所述腔体19的槽口处，所述y向平移驱动机构用于带动联动块16沿y轴方向作往复直线运动。
具体地来说，所述y向平移驱动机构包括第四电机15及由第四电机15驱动的第二滚珠丝杠副，第四电机15设置在第二联动架14上，第二滚珠丝杠副包括相适配的第二丝杠31和第二丝杠螺母，第二丝杠螺母安装在联动块16上，第二丝杠31沿y轴方向设置，第二丝杠31与第四电机15的输出轴相连，且第二丝杠31穿过所述第二丝杠螺母，第四电机15通过第二丝杠31、第二丝杠螺母带动所述联动块16沿y轴方向作往复直线运动。
需要说明的是，所述y向平移驱动机构并不仅仅局限于所述的第四电机15与第二滚珠丝杠副相配合的结构形式，还可以采用其他结构组合方式，例如，采用液压缸或气缸直接驱动联动块16，使其沿y轴方向平移的组合方式，又比如，采用由微型直线电机驱动联动块16沿y轴方向平移的方式，只要能够满足带动所述联动块沿y轴方向升降即可。
所述y向平移驱动装置还包括y向导向机构，y向导向机构包括两根y向导向杆32，两根y向导向杆32分别安装在第二联动架14上，且两根y向导向杆32分别位于第二丝杠31的两侧，联动块16套置在y向导向杆32上，联动块16沿y向导向杆作往复直线运动。
需要说明的是，所述第一、第二、第三、第四电机均为伺服电机，且各电机均为带减速机的一体式结构，此外，第一、第二、第三、第四电机与相应的驱动件(如传动轴、齿轮的齿轮轴、第一丝杠、第二丝杠)之间均设置有联轴器。所述第一、第二、第三、第四电机均由计算机控制系统控制，计算机系统利用三维图像导航技术，控制手术臂的运动轨迹、定位以及空中姿态的调节。
本发明中的x向平移驱动装置、y向平移驱动装置以及z向升降驱动装置带动手术臂21的移动构成三个自由度，手术机械箱的枢转、摆动又构成三个自由度，因此，本发明中的机器人共有六个自由度，能够满足各种复杂动作的高精度执行的需要。
为方便机器人的整体移动，所述机器人还包括行走机构，行走机构包括设置在底座1下部的四个行走轮33。
本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。