【技術實現步驟摘要】
[]本專利技術涉及醫療器械，具體地說是一種多場景多自由度的c形懸臂手術機器人及其控制方法。
技術介紹
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技術介紹
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1、由于微創手術具有創傷小、恢復快、并發癥少等優點，被越來越多的患者所接受，微創手術機器人的出現則加速了傳統的開放式手術逐漸向微創手術發展。微創手術機器人利用主端通訊控制從端機械臂，機械臂末端裝持手術器械進行相應手術操作。現有主從式手術機器人通常搭載多個機械臂協同操作，術前醫生需要通過對機器人進行擺位，并調整機械臂的位置姿態，使其能夠適合進行所需手術。
2、目前，行業中出現的產品中，都是將多個機械臂安裝在一個可旋轉的懸吊盤結構上，通過分別調整橫向和豎直方向上的兩個直線驅動系，以實現對懸吊盤及機械臂整體的術前擺位，然后再利用懸吊盤上的驅動系統分別調整每一機械臂的位置姿態。這種手術機器人結構復雜，擺位方式相對繁瑣，位置規劃依托于較高的經驗判斷，需要醫生反復調整各個機構的位置和姿態，影響了術前調整的便捷性。一旦手術空間有限，會導致機械臂后續操作困難。同時，由于機械臂末端夾持機構尺寸的限制，能夠裝持的手術器械或設備尺寸有限，術中還需要用到的其他設備則需要占用手術床旁操作空間，對手術空間也提出了一定的要求；此外，術中需要使用的設備與機器人操作系統相對分散，也大大降低了手術效率和可操作性。
技術實現思路
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技術實現思路
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1、本專利技術的目的就是要解決上述的不足而提供一種多場景多自由度的c形懸臂手術機器人，僅使用一套驅動系統即可完成對懸
2、為實現上述目的設計一種多場景多自由度的c形懸臂手術機器人，包括基座部分1、立柱部分2、c形懸臂組件3及操作臂組件4；所述基座部分1包括基座101和驅動輪102；所述立柱部分2包括立柱201、直線滑軌組件202、限位塊a203及把手204；所述c形懸臂組件3包括c形懸臂301、弧形滑軌組件a302、弧形滑軌組件b303、轉接盤304、限位塊b305、滑道a306及滑道b307等；所述操作臂組件4包括連接件401、機械臂402和手術器械403；所述基座部分1作為手術機器人結構的基體，用于安裝包含但不限于驅動裝置、配重塊、上端機械結構等；所述立柱部分2的立柱201安裝于基座部分1的基座101上，所述立柱201內側的安裝面上安裝有直線滑軌組件202，所述c形懸臂組件3的c形懸臂301安裝于直線滑軌組件202上，并沿直線滑軌組件202上下移動；所述c形懸臂301呈c形結構，所述c形懸臂301內側面上設置有滑道a306和滑道b307，所述滑道a306、滑道b307上都安裝有弧形滑軌組件a302及弧形滑軌組件b303，所述操作臂組件4安裝于弧形滑軌組件a302及弧形滑軌組件b303上，并沿弧形滑軌組件a302及弧形滑軌組件b303作曲線移動；所述操作臂組件4的連接件401一端安裝于c形懸臂組件3弧形滑軌組件a302和弧形滑軌組件b303的滑塊上，所述連接件401另一端與機械臂402剛性連接，所述機械臂402為多自由度機械臂，所述連接件401移動時帶動機械臂402沿規劃方向進行移動，所述機械臂402末端可拆卸式裝持有用于進行手術操作的手術器械403。
3、進一步地，所述基座部分1包括基座101和驅動輪102，所述驅動輪102兩兩對稱安裝于基座101底部的四角處，所述驅動輪102用于實現手術機器人的前進、后退與轉向移動。
4、進一步地，所述直線滑軌組件202左右對稱分布并豎直安裝于立柱201內側的安裝面上，每一個直線滑軌組件202包括直線滑軌202-1和滑塊c202-2，所述直線滑軌202-1豎直布置，直線滑軌202-1上可滑動式安裝有滑塊c202-2，所述c形懸臂301安裝于滑塊c202-2上，并隨滑塊c202-2沿直線滑軌202-1上下移動。
5、進一步地，所述直線滑軌202-1的兩端均布置有限位塊a203，所述限位塊a203用于c形懸臂301上下移動的限位。
6、進一步地，所述立柱201的背面安裝有把手204，所述立柱201內部預留有一定空間，用于電氣元件、激光源或氣源的安裝。
7、進一步地，所述c形懸臂301內側設置有滑道a306和滑道b307，所述滑道a306內側的左右兩面分別安裝有弧形滑軌組件a302和弧形滑軌組件b303，兩弧形滑軌組件在同一滑道內為對稱鏡像安裝；滑道a306與滑道b307內安裝弧形滑軌組件的方式相同，不再贅述；所述弧形滑軌組件a302包括弧形滑軌a302-1、滑塊a302-2和v形滾輪a302-3，所述弧形滑軌組件b303包括弧形滑軌b303-1、滑塊b303-2和v形滾輪b303-3，所述滑塊a302-2、滑塊b303-2分別通過v形滾輪a302-3、v形滾輪b303-3可滑動式安裝于弧形滑軌a302-1、弧形滑軌b303-1上，所述操作臂組件4安裝于滑塊a302-2和滑塊b303-2上，并隨滑塊a302-2、滑塊b303-2沿弧形滑軌a302-1、弧形滑軌b303-1作曲線移動。
8、進一步地，所述v形滾輪a302-3、v形滾輪b303-3分別設置有四個，且分別呈矩形分布于滑塊a302-2、滑塊b303-2上，并通過軸承、螺釘及卡簧安裝于滑塊a302-2、滑塊b303-2上，所述v形滾輪a302-3、v形滾輪b303-3上均設置有v形槽，并通過v形槽分別與弧形滑軌a302-1、弧形滑軌b303-1線接觸，以實現沿弧形滑軌a302-1、弧形滑軌b303-1的運動。
9、進一步地，所述弧形滑軌a302-1和弧形滑軌b303-1的兩端均安裝有限位塊b305，所述限位塊b305用于實現滑塊a302-2和滑塊b303-2搭載操作臂組件4沿弧形滑軌a302-1和弧形滑軌b303-1進行曲線移動的限位。
10、進一步地，所述c形懸臂301末端布置有轉接盤304，所述轉接盤304上設置有轉接口，并通過轉接口安裝手術中需用到的其他設備，所述其他設備包含但不限于照明設備和手術顯微鏡。
11、本專利技術還提供了一種多場景多自由度的c形懸臂手術機器人的控制方法，包括以下步驟：
12、第一步，在機械臂中建立笛卡爾坐標系，采用d-h法描述機械臂各個關節的運動學的模型，其d-h參數表如下，
13、
14、其中，ai-1為沿xi-1方向，從zi-1到zi的距離即公垂線的長度；αi-1為以xi-1方向看，從zi-1旋轉到zi的角度；di為沿zi方向，從xi-1到xi的距離即兩條公垂線的間距；θi為以zi方向看，從xi-1旋轉到xi的角度；
15、第二步，基于d-h參數表構建關節變換矩陣如下，
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1.一種多場景多自由度的C形懸臂手術機器人，其特征在于：包括基座部分(1)、立柱部分(2)、C形懸臂組件(3)及操作臂組件(4)；所述基座部分(1)包括基座(101)和驅動輪(102)；所述立柱部分(2)包括立柱(201)、直線滑軌組件(202)、限位塊A(203)和把手(204)；所述C形懸臂組件(3)包括C形懸臂(301)、弧形滑軌組件A(302)、弧形滑軌組件B(303)、轉接盤(304)、限位塊B(305)、滑道A(306)及滑道B(307)；所述操作臂組件(4)包括連接件(401)、機械臂(402)和手術器械(403)，所述基座部分(1)作為手術機器人結構的基體，用于安裝包含但不限于驅動裝置、配重塊及上端機械結構；所述立柱部分(2)的立柱(201)安裝于基座部分(1)的基座(101)上，所述立柱(201)內側的安裝面上安裝有直線滑軌組件(202)，所述C形懸臂組件(3)的C形懸臂(301)安裝于直線滑軌組件(202)上，并沿直線滑軌組件(202)上下移動；所述C形懸臂(301)呈C形結構，所述C形懸臂(301)內側面上設置有滑道A(306)和滑道B(307)，所述滑道A
2.如權利要求1所述的多場景多自由度的C形懸臂手術機器人，其特征在于：所述基座部分(1)包括基座(101)和驅動輪(102)，所述驅動輪(102)兩兩對稱安裝于基座(101)底部的四角處，所述驅動輪(102)用于實現手術機器人的前進、后退與轉向移動。
3.如權利要求1所述的多場景多自由度的C形懸臂手術機器人，其特征在于：所述直線滑軌組件(202)左右對稱分布并豎直安裝于立柱(201)內側的安裝面上，每一個直線滑軌組件(202)包括直線滑軌(202-1)和滑塊C(202-2)，所述直線滑軌(202-1)豎直布置，直線滑軌(202-1)上可滑動式安裝有滑塊C(202-2)，所述C形懸臂(301)安裝于滑塊C(202-2)上，并隨滑塊C(202-2)沿直線滑軌(202-1)上下移動。
4.如權利要求3所述的多場景多自由度的C形懸臂手術機器人，其特征在于：所述直線滑軌(202-1)的兩端均布置有限位塊A(203)，所述限位塊A(203)用于C形懸臂(301)上下移動的限位。
5.如權利要求1所述的多場景多自由度的C形懸臂手術機器人，其特征在于：所述立柱(201)的背面安裝有把手(204)，所述立柱(201)內部預留有一定空間，用于電氣元件、激光源或氣源的安裝。
6.如權利要求1所述的多場景多自由度的C形懸臂手術機器人，其特征在于：所述C形懸臂(301)內側設置有滑道A(306)和滑道B(307)，所述滑道A(306)內側的左右兩面分別安裝有弧形滑軌組件A(302)和弧形滑軌組件B(303)，兩弧形滑軌組件在同一滑道內為對稱鏡像安裝；所述滑道A(306)與滑道B(307)內安裝弧形滑軌組件的方式相同；所述弧形滑軌組件A(302)包括弧形滑軌A(302-1)、滑塊A(302-2)和V形滾輪A(302-3)，所述弧形滑軌組件B(303)包括弧形滑軌B(303-1)、滑塊B(303-2)和V形滾輪B(303-3)，所述滑塊A(302-2)、滑塊B(303-2)分別通過V形滾輪A(302-3)、V形滾輪B(303-3)可滑動式安裝于弧形滑軌A(302-1)、弧形滑軌B(303-1)上，所述操作臂組件(4)安裝于滑塊A(302-2)和滑塊B(303-2)上，并隨滑塊A(302-2)、滑塊B(303-2)沿弧形滑軌A(302-1)、弧形滑軌B(303-1)作曲線移動。
7.如權利要求6所述的多場景多自由度的C形懸臂手術機器人，其特征在于：所述V形滾輪A(302-3)、V形滾輪B(303-3)分別設置有四個，且分別呈矩形分布于滑塊A(302-2)、滑塊B(303-2)上，并通過軸承、螺釘及卡簧安裝于滑塊A(302-2)、滑塊B(303-2)上，所述V形滾輪A(302-3)、V形滾輪B(303-3)上均設置有V形...
【技術特征摘要】
1.一種多場景多自由度的c形懸臂手術機器人，其特征在于：包括基座部分(1)、立柱部分(2)、c形懸臂組件(3)及操作臂組件(4)；所述基座部分(1)包括基座(101)和驅動輪(102)；所述立柱部分(2)包括立柱(201)、直線滑軌組件(202)、限位塊a(203)和把手(204)；所述c形懸臂組件(3)包括c形懸臂(301)、弧形滑軌組件a(302)、弧形滑軌組件b(303)、轉接盤(304)、限位塊b(305)、滑道a(306)及滑道b(307)；所述操作臂組件(4)包括連接件(401)、機械臂(402)和手術器械(403)，所述基座部分(1)作為手術機器人結構的基體，用于安裝包含但不限于驅動裝置、配重塊及上端機械結構；所述立柱部分(2)的立柱(201)安裝于基座部分(1)的基座(101)上，所述立柱(201)內側的安裝面上安裝有直線滑軌組件(202)，所述c形懸臂組件(3)的c形懸臂(301)安裝于直線滑軌組件(202)上，并沿直線滑軌組件(202)上下移動；所述c形懸臂(301)呈c形結構，所述c形懸臂(301)內側面上設置有滑道a(306)和滑道b(307)，所述滑道a(306)、滑道b(307)上都安裝有弧形滑軌組件a(302)及弧形滑軌組件b(303)，所述操作臂組件(4)安裝于弧形滑軌組件a(302)及弧形滑軌組件b(303)上，并沿弧形滑軌組件a(302)及弧形滑軌組件b(303)作曲線移動；所述操作臂組件(4)的連接件(401)一端安裝于c形懸臂組件(3)的弧形滑軌組件a(302)和弧形滑軌組件b(303)的滑塊上，所述連接件(401)另一端與機械臂(402)剛性連接，所述機械臂(402)為多自由度機械臂，所述連接件(401)移動時帶動機械臂(402)沿規劃方向進行移動，所述機械臂(402)末端可拆卸式裝持有用于進行手術操作的手術器械(403)。
2.如權利要求1所述的多場景多自由度的c形懸臂手術機器人，其特征在于：所述基座部分(1)包括基座(101)和驅動輪(102)，所述驅動輪(102)兩兩對稱安裝于基座(101)底部的四角處，所述驅動輪(102)用于實現手術機器人的前進、后退與轉向移動。
3.如權利要求1所述的多場景多自由度的c形懸臂手術機器人，其特征在于：所述直線滑軌組件(202)左右對稱分布并豎直安裝于立柱(201)內側的安裝面上，每一個直線滑軌組件(202)包括直線滑軌(202-1)和滑塊c(202-2)，所述直線滑軌(202-1)豎直布置，直線滑軌(202-1)上可滑動式安裝有滑塊c(202-2)，所述c形懸臂(301)安裝于滑塊c(202-2)上，并隨滑塊c(202-2)沿直線滑軌(202-1)上下移動。
4.如權利要求3所述的多場景多自由度的c形懸臂手術機器人，其特征在于：所述直線滑軌(202-1)的兩端均布置有限...
【專利技術屬性】
技術研發人員：楊雨川，李昕帝，張銳浩，陳飛蛟，錢文榮，
申請(專利權)人：上海睿觸科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
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