一种医疗用机械手的制作方法

本实用新型涉及一种医疗器械，具体是一种医疗用机械手。

背景技术：

微创手术与传统的开膛手术相比具有如下优点：切口小，损伤轻，安全有效，可以避免脏器暴露在空气中以减少感染；可以减少病人手术后的痛苦，病人康复较快并且可在术后短期内恢复正常活动，治疗效果等于或高于传统外科手术方法；术后伤口比传统外科手术美观，愈合后疤痕小。而随着微创手术在临床手术中的不断应用和发展，具有更高手术精度和操作便捷性的微创手术机器人也应运而生。现有的微创手术机器人大都体积较大、结构复杂、控制繁琐、费用较高，在推广应用时还受到较多局限，需要进一步改进。

公告号为CN 204207849 U的中国实用新型专利公开了一种用于微创手术的新型混联机械手：包括底座、定位在底座上方并向下穿越底座的机械手模块以及并联连接在底座与机械手模块之间以驱动机械手模块运动的三个分支机构，每个分支机构包括依次连接在机械手模块与底座之间的第一转动副、第一连杆、第二转动副、第二连杆、第三转动副、第三连杆、第四转动副、第四连杆以及第五转动副；每个分支机构的第二转动副轴线与第三转动副轴线互相平行并且垂直于第一转动副轴线与第五转动副轴线。

上述机械手对现有的机械手进行了一些改进，但是由于组成部件较多且均采用转动副，还存在结构较为复杂、运动误差较大等缺点。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有的机械手结构较为复杂、运动误差较大的不足，提供一种医疗用机械手，该机械手结构紧凑、精确度高、安全性好。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种医疗用机械手，包括底座、定位在底座上方并向下穿越底座的用于微创手术的机械手模块以及并联连接在底座与手术模块之间用于控制机械手模块所处位置的分支机构，分支机构包括对称设置的第一分支机构和第二分支机构以及第三分支机构，第一及第二分支机构分别包括依次连接的第一转动副、第一连杆、第二转动副、第二连杆、第三转动副、第三连杆、第四连杆和第四转动副，第一转动副连接机械手模块，第四转动副连接底座；第三分支机构包括依次连接的第九转动副、第九连杆、第十连杆和球面副，第九转动副连接机械手模块，球面副连接底座。

相比现有技术，本技术方案的改进主要在于：1. 将三个均由四根连杆和五个转动副构成的分支机构，改为其中一个分支机构包括一个转动副、两根连杆和一个球副，使得与其它两个不同，结构得到精简，更为紧凑; 2. 机械手模块的位移可以通过三个分支机构的互相对比进行校正，使得运动误差较小。

作为优选，第三分支机构还包括第十转动副，第九连杆和第十连杆通过第十转动副转动连接。通过两个转动副和一个球面副代替了原有的五个转动副，使得结构紧凑。

作为优选，第九连杆和第十连杆构成成可升降的套管结构，第九连杆为滑杆，第十连杆为滑套。通过一个转动副、一个套管结构的移动副和一个球面副代替了原有的五个转动副，使得结构紧凑。同时将转动副替换为套管结构的移动副，使得机械手模块的位移更加精确。

作为优选，第三连杆和第四连杆构成构成可升降的套管结构，第三连杆为滑杆，第四连杆为滑套。将转动副替换为套管结构的移动副，使得机械手模块的位移更加精确。

作为优选，第二转动副轴线与第三转动副轴线平行并且垂直于第一转动副轴线与第四转动副轴线，第九转动副轴线与第十转动副轴线平行并且垂直于第一转动副轴线。第一、第二和第三分支机构中，除固定部分外，其它可移动部分均可在同一平面移动，使得机械手模块的位移更加精确。

作为优选，第二转动副、第三转动副、第四转动副、第九转动副、第十转动副均包括U形件、销轴及插入U形件开口中的带销孔的连件，U形件和连件通过销轴连接。采用U形件和销轴，方便加工和装配，并且结构较为坚实，机械手模块的位移更精确。

作为优选，第一转动副包括套筒和设置在套筒外周面且可绕套筒旋转的旋转件，旋转件连接第一连杆的杆端，套筒为中空圆柱状套筒。由于第一转动副作为一个从动件，可以不需要动力，因此可以制造成上述简单结构，降低成本同时以减小机械手的重量。

作为优选，机械手模块包括支架，支架为平台状支架，套筒固定连接支架的下表面，第九转动副的U形架固定连接支架的侧面。采用平台状支架，结构更为稳定，使得手术工具的移动更为稳定，运动误差更小。

作为优选，机械手模块还包括手术电机和手术工具，手术电机设置于支架上表面，手术电机驱动手术工具，手术工具穿越套筒，手术工具的转动轴线和第一转动副轴线共线。便于安装手术电机，同时，通过分支机构可以较为方便地精确定位手术工具。

作为优选，第二转动副、第三转动副、第四转动副、第九转动副、第十转动副、套管结构和第三移动副各连接一伺服电机。通过伺服电机可以精确的控制各运动副的移动，使得机械手模块的位移更加精确。

本实用新型的各技术特征组合后，相比现有技术具有如下有益效果：

1. 组成部件更少，结构更紧凑，便于多个机械手同时工作；

2. 三个分支机构有一个与其它两个不同，进一步保证较高的刚度，而且运动累计误差更小，手术精度更高；

3. 采用套管结构代替转动副，使得手术精度更高；

4. 机械手模块绕切口灵活地运动，不仅可以满足微创手术的要求，而且可以减小对切口的伤害，安全性较高。

附图说明

图1是本实用新型的实施例1的结构示意图；

图2是本实用新型的实施例1的局部结构示意图；

图3是本实用新型的实施例2的结构示意图；

图4是本实用新型的实施例的工作方式的示意图。

图中标记为：1-底座；2-支架；3-套筒；4-转动构件；5-手术电机；6-手术工具；7-人体切口；8-穿刺套管；11-第一连杆；12-第二连杆；13-第三连杆；14-第四连杆；21-第一转动副；22-第二转动副；23-第三转动副；24-第四转动副；31-第九连杆；32-第十连杆；41-第九转动副；42-第十转动副；51-球面副；点O-交点。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图1所示的本实用新型的实施例1，包括圆环形底座1、第一分支机构、第二分支机构、第三分支机构和机械手模块，第一分支机构和第二分支机构对称设置，机械手模块包括平台状支架2、手术电机5和手术工具6，第一分支机构、第二分支机构及第三分支机构分别连接底座1和支架2，第一分支机构包括依次连接的第一转动副21、第一连杆11、第二转动副22、第二连杆12、第三转动副23、第三连杆13、第四连杆14和第四转动副24，第三连杆13和第四连杆14构成套管结构，第三连杆13为滑杆，第四连杆14为滑套，第一转动副21连接支架2，第四转动副24连接底座1。第三分支机构包括依次连接的第九转动副41、第九连杆31、第十转动副42、第十连杆32和球面副51，第九转动副41连接支架2，球面副51连接底座1。

第二转动副轴线与第三转动副轴线平行并且垂直于第一转动副轴线与第四转动副轴线，第九转动副轴线与第十转动副轴线平行并且垂直于第一转动副轴线。

球面副为万向接头结构。机械手对称，即存在一个平面，机械手的所有组成元件相对该平面对称。

第二转动副22、第三转动副23、第四转动副24、第九转动副41、第十转动副42均包括U形件、销轴及插入U形件开口中的带销孔的连件，U形件和连件通过销轴连接。

第一转动副21包括套筒3和设置在套筒3外周面且可绕套筒3旋转的旋转件，旋转件连接第一连杆11的杆端，套筒3为中空圆柱状套筒。

支架2为平台状支架，套筒3固定连接支架2的下表面，第九转动副41的U形架固定连接支架2的侧面。

手术电机5设置于支架2上表面，手术电机5驱动手术工具6，手术工具6设置于套筒3内，手术工具6的转动轴线和第一转动副轴线共线。

在初始状态，手术工具6的转动轴线通过点O，点O是两个第四转动副24的轴线的交点。手术工具6一般为腹腔镜器械（具体指切开刀、分离钳、冲洗器、内窥镜等），并且手术工具6的下端穿过底座1的中部空白区域后伸入底座1下方。

如图2所示的本实用新型的实施例1的局部结构示意图，机械手模块部位，支架2下表面连接有套筒3，套筒3为空心圆柱套筒，套筒3是第一转动副21的一个组成件。支架2上表面连接手术电机5，手术电机5连接手术工具6，手术电机5驱动手术工具6旋转。支架2的一个侧面连接转动构件4，转动构件4是第九转动副41的一个组成件。

如图4所示的本实用新型的工作方式示意图，人体切口7放有穿刺套管8（英文Trocar），手术工具6穿过穿刺套管8后进入人体；手术工具6在三个分支机构的驱动下进行运动，包括以切口位置7作为原点的摆动以及沿着手术工具6轴线方向的伸缩，手术工具6还可在手术电机5驱动下旋转。

第二转动副22、第三转动副23、第四转动副24、第九转动副41、第十转动副42、套管结构和第三移动副103各连接一伺服电机（图中未标示）。

如图3所示的本实用新型的实施例2，实施例2与实施例1的区别仅在于第三分支机构，具体为：第三分支机构包括依次连接的第九转动副41、第九连杆31、第十连杆32和球面副51，第九连杆31和第十连杆32构成滑套结构，第九连杆31为滑杆，第十连杆32为滑套。将第十转动副42替换为滑套结构，使得手术工具6的位移更精确。