微创手术机器人主动臂的制作方法

本发明属于医疗器械技术领域，涉及一种微创手术机器人，特别是一种微创手术机器人主动臂。

背景技术：

随着机器人技术的应用和发展，特别是计算技术的发展，医用手术机器人在临床中的作用越来越受到人们的重视。微创手术机器人可以减轻医生在手术过程中的体力劳动，同时达到精准手术目的，使患者微创伤、失血少、术后感染少、术后恢复快。微创手术机器人系统通常使用主从式控制模式：操作者在对主手进行操作时，其手部运动会带动主手随之运动，主手关节处传感器可以测量运动信息，再通过主从控制算法将主手的运动映射到从手主动臂，从手主动臂各关节被动运动，带动手术器械实现相应运动。微创手术机器人主动臂关键组成部分主要包括远程运动中心机构和手术器械，其机械结构的设计优劣直接影响了微创手术机器人的性能，也制约着系统中其他部件的研发与设计。

例如，中国专利公开了一种辅助微创外科手术机器人机械臂[申请公布号为cn105748153a]，包括连接座i和连杆ii，连杆ii的轴线与连杆iii、连杆iv及连接座viii轴线的平行线构成平行四边形opqr。在电机i驱动下，轴ii驱动连杆iii绕p点旋转，轴iv驱动连杆iv绕q点旋转，轴vi驱动连接座viii绕r点旋转，机械臂绕固定点o点为中心在连杆ii的轴线与连杆iii、连杆iv及连接座viii轴线的平行线构成的平面内做平行四边形摆动运动。在电机ii驱动下，连杆ii绕自身轴向自转，机械臂以固定点o点为中心绕连杆ii的轴线做摆动运动。

为了使连接座viii的轴线始终穿过o点，当连杆iii摆动后连接座viii需要摆动与连杆iii摆动角度相同的角度，其在连杆iv内设置联动结构，结构复杂程度高、整体体积大、重量大。由于连杆iii和连杆iv为直杆，为了达到更大的运动范围，连杆iii与连杆iv的摆动角度大，则需要的运动空间大，造成整体占用空间大，在一些狭小的地方无法使用，适用范围小。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有的技术存在上述问题，提出了一种占用空间小的微创手术机器人主动臂。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：

微创手术机器人主动臂，包括支撑体、设于支撑体上的支撑臂和设于支撑臂上的滑动臂，所述的滑动臂上设有带器械手的手术器械，其特征在于，所述支撑臂的一侧设有圆弧形导轨一，所述的滑动臂上设有滑块，所述的支撑臂与滑动臂之间设有用于驱动滑块沿导轨一滑动的驱动组件一，在滑动臂沿导轨一运动的过程中所述的器械手始终沿导轨一的径向延伸。

在上述的微创手术机器人主动臂中，所述的支撑臂呈弧形且由支撑臂构成的圆弧段的中轴线与由导轨一构成的圆弧段的中轴线同轴，所述的器械手与由导轨一构成的圆弧段的中轴线相交形成一远心点，在滑动臂沿导轨一运动的过程中所述的器械手以远心点为圆心摆动。

在上述的微创手术机器人主动臂中，所述的驱动组件一包括设于支撑臂内环面上的弧形齿条一、固定在滑动臂上的驱动电机一、与驱动电机一传动连接的减速器一和设于减速器一输出轴上的齿轮一，所述的齿轮一与弧形齿条一啮合，由所述弧形齿条一构成的圆弧段的中轴线与由导轨一构成的圆弧段的中轴线同轴。

在上述的微创手术机器人主动臂中，所述的支撑体上设有连接臂，所述连接臂的一侧设有圆弧形导轨二，所述的支撑臂在与导轨一的相对侧设有与导轨二配合的圆弧形导槽二，由所述圆弧形导槽二构成的圆弧段的中轴线与由导轨一构成的圆弧段的中轴线同轴，由所述圆弧形导槽二构成的圆弧段的中轴线与由导轨二构成的圆弧段的中轴线同轴，所述的支撑臂通过圆弧形导槽二滑动配合于导轨二上，所述的支撑臂与连接臂之间设有用于驱动支撑臂沿导轨二滑动的驱动组件二。

在上述的微创手术机器人主动臂中，所述的支撑臂呈弧形，所述的驱动组件二包括设于支撑臂外环面的弧形齿条二、固定在连接臂上的由驱动电机二驱动的减速器二以及设于减速器二输出轴上的齿轮二，所述的齿轮二与弧形齿条二啮合，由弧形齿条二构成的圆弧段的中轴线与由导轨一构成的圆弧段的中轴线同轴。

在上述的微创手术机器人主动臂中，所述的支撑体上设有固定臂，所述固定臂的一侧设有圆弧形导轨三，所述的连接臂在与导轨二的相对侧设有与导轨三配合的圆弧形导槽三，由圆弧形导槽三构成的圆弧段的中轴线与由导轨二构成的圆弧段的中轴线同轴，由圆弧形导槽三构成的圆弧段的中轴线与由导轨三构成的圆弧段的中轴线同轴，所述的连接臂通过圆弧形导槽三滑动配合于导轨三上，所述的连接臂与固定臂之间设有用于驱动连接臂沿导轨三滑动的驱动组件三。

在上述的微创手术机器人主动臂中，所述的固定臂呈弧形，所述的驱动组件三包括设于连接臂外环面的弧形齿条三、固定在固定臂上的由驱动电机三驱动的减速器三以及设于减速器三输出轴上的齿轮三，所述的齿轮三与弧形齿条三啮合，由弧形齿条三构成的圆弧段的中轴线与由导轨二构成的圆弧段的中轴线同轴。

在上述的微创手术机器人主动臂中，所述的支撑体上固定有横滚电机，所述的固定臂通过横滚电机与支撑体传动连接，所述横滚电机的中轴线与远心点相交，所述的固定臂固定在横滚电机上。具体的固定方式是在横滚电机的侧部设置有连接座，将固定臂固定在连接座上，随后将横滚电机的输出轴与支撑体固连。

在上述的微创手术机器人主动臂中，所述的减速器二设于连接臂远离支撑体的一端；所述的减速器三设于固定臂远离支撑体的一端。

在上述的微创手术机器人主动臂中，所述导轨一的两端分别设有限位部一，所述的滑块滑动设于两限位部一之间的导轨一上；所述的圆弧形导槽二与导轨二之间设有限位组件一，所述的圆弧形导槽三与导轨三之间设有限位组件二。

在上述的微创手术机器人主动臂中，所述的限位组件一包括设于导轨二上的限位凸起一和设于圆弧形导槽二内的限位槽一，由所述限位槽一构成的圆弧段的中轴线与由圆弧形导槽二构成的圆弧段的中轴线同轴，所述的限位凸起一伸入至限位槽一内。

限位槽一为两端封闭的弧形凹槽，当限位凸起一插入到限位槽一内后，由限位槽一的两封闭端进行限位，防止导轨二在运动方向上从导槽二内脱出。

在上述的微创手术机器人主动臂中，所述的限位组件二包括设于导轨三上的限位凸起二和设于圆弧形导槽三内的限位槽二，由所述限位槽二构成的圆弧段的中轴线与由圆弧形导槽三构成的圆弧段的中轴线同轴，所述的限位凸起二伸入至限位槽二内。

限位槽二为两端封闭的弧形凹槽，当限位凸起二插入到限位槽二后，由限位槽二的两封闭端进行限位，防止导轨三在运动方向上从导槽三内脱出。

驱动电机三工作时，带动齿轮三旋转，从而控制连接臂沿着导轨三伸缩；驱动电机二工作时，带动齿轮二旋转，从而控制支撑臂沿着导轨二伸缩；驱动电机一工作时，带动齿轮一旋转，从而控制滑动臂沿着导轨一滑动；手术器械带动器械手轴向运动。

支撑臂与连接臂从收缩状态到伸展状态，驱动电机一、驱动电机二和驱动电机三可单独工作，也可以联动，驱动电机一控制滑动臂优先运动到极限位置，随后驱动电机二控制支撑臂运动到极限位置，最后驱动电机三控制连接臂运动到极限，横滚电机工作时，可带动固定臂、连接臂、支撑臂和滑动臂同步运动，在整个运动过程中，器械手始终指向远心点。

与现有技术相比，本微创手术机器人主动臂具有以下优点：

在支撑臂、连接臂和固定臂上分别设置圆弧形导轨，较小的导轨具备较大的运动范围，体积小；在运动时器械手之中直线远心点（即不会影响远心点的位置），能有效保证安全性。

附图说明

图1是本发明提供的较佳实施例的结构示意图。

图2是本发明提供的主动臂的展开状态图。

图3是本发明提供的主动臂的收缩状态图。

图中，1、支撑体；2、支撑臂；3、滑动臂；4、器械手；5、导轨一；6、滑块；7、齿条一；8、电机一；9、减速器一；10、连接臂；11、导轨二；12、齿条二；13、减速器二；14、齿轮二；15、固定臂；16、导轨三；17、齿条三；18、减速器三；19、齿轮三；20、横滚电机。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示的微创手术机器人主动臂，包括支撑体1、设于支撑体1上的支撑臂2和设于支撑臂2上的滑动臂3，滑动臂3上设有带器械手4的手术器械，支撑臂2的一侧设有圆弧形导轨一5，滑动臂3上设有滑块6，支撑臂2与滑动臂3之间设有用于驱动滑块6沿导轨一5滑动的驱动组件一，在滑动臂3沿导轨一5运动的过程中所述的器械手4始终沿导轨一5的径向延伸。

如图2和图3所示，支撑臂2呈弧形且由支撑臂2构成的圆弧段的中轴线与由导轨一5构成的圆弧段的中轴线同轴，器械手4与由导轨一5构成的圆弧段的中轴线相交形成一远心点，在滑动臂3沿导轨一5运动的过程中器械手4以远心点为圆心摆动。

如图2所示，驱动组件一包括设于支撑臂2内环面上的弧形齿条一7、固定在滑动臂3上的驱动电机一8、与驱动电机一8传动连接的减速器一9和设于减速器一9输出轴上的齿轮一，齿轮一与弧形齿条一7啮合，由弧形齿条一7构成的圆弧段的中轴线与由导轨一5构成的圆弧段的中轴线同轴。

如图2所示，支撑体1上设有连接臂10，连接臂10的一侧设有圆弧形导轨二11，支撑臂2在与导轨一5的相对侧设有与导轨二11配合的圆弧形导槽二，由圆弧形导槽二构成的圆弧段的中轴线与由导轨一5构成的圆弧段的中轴线同轴，由圆弧形导槽二构成的圆弧段的中轴线与由导轨二11构成的圆弧段的中轴线同轴，支撑臂2通过圆弧形导槽二滑动配合于导轨二11上，支撑臂2与连接臂10之间设有用于驱动支撑臂2沿导轨二11滑动的驱动组件二。

如图2所示，支撑臂2呈弧形，驱动组件二包括设于支撑臂2外环面的弧形齿条二12、固定在连接臂10上的由驱动电机二驱动的减速器二13以及设于减速器二13输出轴上的齿轮二14，齿轮二14与弧形齿条二12啮合，由弧形齿条二12构成的圆弧段的中轴线与由导轨一5构成的圆弧段的中轴线同轴。

如图1和图2所示，支撑体1上设有固定臂15，固定臂15的一侧设有圆弧形导轨三16，连接臂10在与导轨二11的相对侧设有与导轨三16配合的圆弧形导槽三，由圆弧形导槽三构成的圆弧段的中轴线与由导轨二11构成的圆弧段的中轴线同轴，由圆弧形导槽三构成的圆弧段的中轴线与由导轨三16构成的圆弧段的中轴线同轴，连接臂10通过圆弧形导槽三滑动配合于导轨三16上，连接臂10与固定臂15之间设有用于驱动连接臂10沿导轨三16滑动的驱动组件三。

如图2所示，固定臂15呈弧形，驱动组件三包括设于连接臂10外环面的弧形齿条三17、固定在固定臂15上的由驱动电机三驱动的减速器三18以及设于减速器三18输出轴上的齿轮三19，齿轮三19与弧形齿条三17啮合，由弧形齿条三17构成的圆弧段的中轴线与由导轨二11构成的圆弧段的中轴线同轴。

如图1-3所示，支撑体1上固定有横滚电机20，固定臂15通过横滚电机20与支撑体1传动连接，横滚电机20的中轴线与远心点相交，固定臂15固定在横滚电机20上。具体的固定方式是在横滚电机20的侧部设置有连接座，将固定臂15固定在连接座上，随后将横滚电机20的输出轴与支撑体1固连。

如图1所示，减速器二13设于连接臂10远离支撑体1的一端；减速器三18设于固定臂15远离支撑体1的一端。

本实施例中，在导轨一5的两端分别设有限位部一，滑块6滑动设于两限位部一之间的导轨一5上；圆弧形导槽二与导轨二11之间设有限位组件一，圆弧形导槽三与导轨三16之间设有限位组件二。

具体的，限位组件一包括设于导轨二11上的限位凸起一和设于圆弧形导槽二内的限位槽一，由限位槽一构成的圆弧段的中轴线与由圆弧形导槽二构成的圆弧段的中轴线同轴，限位凸起一伸入至限位槽一内。限位槽一为两端封闭的弧形凹槽，当限位凸起一插入到限位槽一内后，由限位槽一的两封闭端进行限位，防止导轨二11在运动方向上从导槽二内脱出。

限位组件二包括设于导轨三16上的限位凸起二和设于圆弧形导槽三内的限位槽二，由限位槽二构成的圆弧段的中轴线与由圆弧形导槽三构成的圆弧段的中轴线同轴，限位凸起二伸入至限位槽二内。限位槽二为两端封闭的弧形凹槽，当限位凸起二插入到限位槽二后，由限位槽二的两封闭端进行限位，防止导轨三16在运动方向上从导槽三内脱出。

驱动电机三工作时，带动齿轮三19旋转，从而控制连接臂10沿着导轨三16伸缩；驱动电机二工作时，带动齿轮二14旋转，从而控制支撑臂2沿着导轨二11伸缩；驱动电机一8工作时，带动齿轮一旋转，从而控制滑动臂3沿着导轨一5滑动；手术器械带动器械手4轴向运动。

支撑臂2与连接臂10从收缩状态到伸展状态，驱动电机一8、驱动电机二和驱动电机三可单独工作，也可以联动，驱动电机一8控制滑动臂3优先运动到极限位置，随后驱动电机二控制支撑臂2运动到极限位置，最后驱动电机三控制连接臂10运动到极限，横滚电机20工作时，可带动固定臂15、连接臂10、支撑臂2和滑动臂3同步运动，在整个运动过程中，器械手4始终指向远心点。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。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。